JP5089265B2 - アクリル酸エステル化合物、その製造中間体、及びアクリル酸エステル化合物の製造方法 - Google Patents
アクリル酸エステル化合物、その製造中間体、及びアクリル酸エステル化合物の製造方法 Download PDFInfo
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- JZBQWTFDHWRFNN-PFONDFGASA-N Cc(cc1)ccc1N(c1ccc(/C=C\c(cc2)ccc2O)cc1)c1ccc(C=C(c2ccccc2)c2ccccc2)cc1 Chemical compound Cc(cc1)ccc1N(c1ccc(/C=C\c(cc2)ccc2O)cc1)c1ccc(C=C(c2ccccc2)c2ccccc2)cc1 JZBQWTFDHWRFNN-PFONDFGASA-N 0.000 description 1
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Description
詳しくは、分子中に電荷輸送機能(ホール輸送性)を有する構造単位とアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル官能基とを有し、連鎖反応により架橋密度の高い重合体を形成することが可能なアクリル酸エステル化合物に関するものである。
このように、有機材料からなる樹脂に電荷輸送機能を持たせる方法としては、機能膜形成等においてバインダーとして使用される樹脂中に電荷輸送性材料を分散させる方法が知られており、特に電子写真感光体の技術分野において利用されている。
例えば、電荷輸送性材料にラジカル重合性基を結合した電荷輸送性モノマー、及びその重合体に関する技術が提案されている。
具体的には、二つ以上の連鎖重合性官能基を具備している電荷輸送性モノマーについての提案、及びこれを電子写真感光体に応用する技術についての提案がなされている。
電荷輸送性モノマーの中でも特にアクリル酸エステル系化合物は架橋性が良好であり、従来から多数の技術提案がなされている(例えば、下記特許文献1乃至4参照。)。
このような化学結合によって材料特性の向上を図った電荷輸送性モノマーを適用することにより、耐析出性、耐摩耗性、耐傷性、感度、残留電位等の改善を図っていた。
これらに示されているアクリル酸エステル類を適用することにより、電子写真感光体の感度と耐久性の向上効果が得られることが確かめられている。
すなわち、前述した電荷輸送性モノマーにおいては、特に、共役系の拡大したアミノビフェニル構造体やアミノ置換スチルベン構造体を有しているものが特に特性上優れている。
しかしながら、ラジカル連鎖重合による架橋密度を高め耐久性の向上効果が得られる一方において、電荷輸送性材料として要求される本来の機能である電荷輸送性が低下してしまうという問題が発生する。
このため、本発明のアクリル酸エステル化合物は、良好な電荷輸送性と機械的耐久性や耐熱性の要求される各種有機半導体デバイス、例えば前出の有機電子写真感光体、有機EL、有機TFT、有機太陽電池等用の有機機能材料として極めて有用に用いることができる。
すなわち、ヒドロキシ化合物とアクリル酸クロリドあるいはメタクリル酸クロリドを反応させることにより目的の化合物を容易に合成することができる。
Rは水素原子またはメチル基を表す。
なお、水素原子とメチル基では、連鎖重合性、例えばラジカル重合性に違いが生ずるので、使用環境により適宜選択される。
Rは水素原子またはメチル基を表す。
なお、水素原子とメチル基では、連鎖重合性、例えばラジカル重合性に違いが生ずるので、使用環境により適宜選択される。
下記反応式に示すように、メトキシ化合物を原料とし、これを従来知られている方法を用いて脱メチル化し、ヒドロキシ化合物を合成する(「脱メチル化によるヒドロキシ化合物の合成工程」)。
Arは置換基を有してもよいアリール基を表す。
これらの方法の中では、特に三臭化ホウ素、ナトリウムチオラート−ジメチルホルムアルデヒドを用いた方法が有効である。
本発明の、アクリル酸エステル化合物の中間体である所定のヒドロキシ化合物を得るための合成方法は、上記方法に限定されるものではない。
下記反応式に示すように、ヒドロキシ化合物を製造中間体として用い、本発明のアクリル酸エステル化合物を合成するためには、従来公知のエステル化法を用いて合成できる(「アクリル化、あるいはメタクリル化工程」)。
Arは置換基を有してもよいアリール基を表す。
Rは水素原子またはメチル基を表す。
例えば、ヒドロキシ化合物とアクリル酸とをp−トルエンスルフォン酸等のエステル化触媒と共に有機溶媒中で脱水しながら加熱撹拌することで合成できる。
また、ヒドロキシ化合物とアクリル酸クロリドとを有機溶媒中アルカリ存在下で反応させることによっても容易に合成できる。
この反応工程において用いるアルカリとしては、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ、またはその水溶液、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン系塩基等が挙げられる。
反応に用いられる有機溶媒としては、トルエン等の炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル等のエステル系溶媒、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、あるいはクロロホルム等のハロゲン系溶媒等が挙げられる。
上記特徴を有していることにより、紫外線(UV)、電子線、放射線等の照射やラジカル開始剤の使用により容易に高い架橋密度の硬化樹脂膜の形成が可能であり成膜性にも優れ、摩耗等の機械的耐久性や耐熱性の要求にも対応でき、しかもこれと両立して良好な電荷輸送特性を発揮することが可能である。
このような優れた性質を有していることにより、有機電子写真感光体、有機EL、有機TFT、有機太陽電池等各種有機半導体デバイス用の有機機能材料として極めて有用である。
相溶可能なモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパンアルキレン変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキシ変性(以降、EO変性と略記する)トリアクリレート、トリメチロールプロパプロピレンオキシ変性(以降、PO変性と略記する)トリアクリレート、トリメチロールプロパンカプロラクトン変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンアルキレン変性トリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、グリセロールトリアクリレート、グリセロールエピクロロヒドリン変性トリアクリレート、グリセロールEO変性トリアクリレート、グリセロールPO変性トリアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールカプロラクトン変性ヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、アルキル化ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、アルキル化ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、アルキル化ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、リン酸EO変性トリアクリレート、2,2,5,5,−テトラヒドロキシメチルシクロペンタノンテトラアクリレート等が挙げられる。
これらのモノマーは、単独で、あるいは複数組み合わせて本発明のアクリル酸エステル化合物に混合してもよく、目的とする要求特性等に合せて選択可能である。
まあ、モノマーの混合量は、目的によっても異なるが、例えば電子写真感光体の電荷輸送層に応用する場合、通常アクリル酸エステル化合物との混合比(重量%)で0.01%〜1500%、好ましくは1%〜500%程度である。
〔4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-ヒドロキシ-4’-スチルベン)-ベンゼンアミンの合成〕
攪拌装置、温度計、冷却管をつけた反応容器に、4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-メトキシ-4’-スチルベン)-ベンゼンアミン:4.88g、ナトリムチオラート:2.0g、脱水ジメチルホルムアルデヒド:100mlを入れ、アルゴンガス雰囲気下にて120℃で5時間反応を行った。
その後、反応液を氷水に注ぎ込み、塩化メチレンで抽出した。
有機層を水洗した後、分離し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮した。
残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(溶媒:トルエン/酢酸エチル=9/1)で精製し、目的の生成物を得た(収量4.61g、黄色アモルファス)。
この合成された生成物の質量分析を行った結果、大気圧化学イオン化法によりイオン化してネガティブで求めた単位電荷あたりの質量は、m/z=554であり、分子量−1(プロトン脱離)の値に一致した。
〔例示化合物1の合成〕
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下漏斗をつけた反応容器に、4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-ヒドロキシ-4’-スチルベン)-ベンゼンアミン:4.50g、トリエチルアミン:1.90g、脱水テトラヒドロフラン:100mlを入れ、氷冷下で攪拌した。続いて塩化アクリロイル:1.55gを滴下した。
その後、30分間室温で反応を行った。
反応終了後、反応液を氷水へ注ぎ込み、塩化メチレンで抽出した。
有機層を水洗した後、分離し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮した。
残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(溶媒:トルエン/c−Hex=1/1)で精製し、目的の生成物を得た(収量4.36g、黄色結晶、融点140.5〜141.5℃、赤外吸収スペクトルを図1に示す。)。
この合成された生成物の質量分析を行った結果、大気圧化学イオン化法によりイオン化してポジティブで求めた単位電荷あたりの質量は、m/z=610であり、分子量+1(プロトン付加)の値に一致した。
〔4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-ヒドロキシ-4’-エチニルベンゼン)-ベンゼンアミンの合成〕
攪拌装置、温度計、冷却管をつけた反応容器に、4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-メトキシ-4’-エチニルベンゼン)-ベンゼンアミン:3.64g、脱水塩化メチレン:50mlを入れ、氷冷下で撹拌した。
続いて、1Mの三臭化ホウ素の塩化メチレン溶液:7mlを滴下し、更に同温度で3時間反応を行った。
その後、反応液を氷水に注ぎ込み、塩化メチレンで抽出した。
有機層を水洗した後、分離し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮した。
残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(溶媒:トルエン)で精製し、目的の生成物を得た(収量3.84g、黄色アモルファス、赤外吸収スペクトルを図2に示す。)。
この合成された生成物の質量分析を行った結果、大気圧化学イオン化法によりイオン化してネガティブで求めた単位電荷あたりの質量は、m/z=556であり、分子量−1(プロトン脱離)の値に一致した。
〔例示化合物11(表2)の合成〕
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下漏斗をつけた反応容器に、4-(2,2-ジフェニルエチニル)-N-(4-メチルフェニル)-N-(4-ヒドロキシ-4’-エチニルベンゼン)-ベンゼンアミン:3.75g、トリエチルアミン:1.52g、脱水テトラヒドロフラン:100mlを入れ、氷冷下で攪拌した。
続いて、塩化アクリロイル:1.22gを滴下した。
その後、30分間室温で反応を行った。
反応終了後、反応液を氷水へ注ぎ込み、塩化メチレンで抽出した。
硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮後、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:トルエン)により精製し、目的物を得た(収量2.56g、黄色アモルファス、赤外吸収スペクトルを図3に示す。)。
この合成された生成物の質量分析を行った結果、大気圧化学イオン化法によりイオン化してポジティブで求めた単位電荷あたりの質量は、m/z=612であり、分子量−1(プロトン脱離)の値に一致した。
更に、上記反応により前出〔表1〕、〔表2〕に示した例示化合物1〜20も、同様に容易に製造されることが確かめられた。
なお、アクリル酸クロリドの代りにメタクリル酸クロリドを用いて反応させた場合にも同様に本発明のアクリル酸エステル化合物が容易に製造できた。
<硬化膜からの溶出量>
上記合成例2、4で生成した、表1中の例示化合物1、表2中の例示化合物11及び下記比較用の化合物(I)〜(VII)を用いて、以下の塗工液(A)〜塗工液(I)を調製した。
これらの塗工液:9種を、アルミ板上にブレード塗工して指触乾燥後、下記条件にて紫外線を照射し、それぞれ厚さ5μmの硬化膜を作製した。
作製された硬化膜をテトラヒドロフランに7日間浸漬し、硬化膜からの溶出量を測定した。
評価結果を下記表3に示す。
以下、「部」は全て「重量部」を示す。
例示化合物1: 10部
トリメチロールプロパントリアクリレート: 10部
重合開始剤(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン): 1部
テトラヒドロフラン: 84部
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、例示化合物11を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Bを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(I)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Cを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として、下記化合物(II)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Dを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(III)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Eを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(IV)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Fを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(V)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Gを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(VI)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Hを調製した。
塗工液Aにおいて用いた例示化合物1に代えて、比較化合物として下記化合物(VII)を使用する以外は全て塗工液Aと同様の組成で塗工液Iを調製した。
ランプ:メタルハライドランプ 160W/cm2
照射距離:120mm
照射強度:500mW/cm2
照射時間:60秒
このような高密度架橋構造により、各種有機半導体デバイス用の有機機能材料として適用する場合に要求される摩耗や傷等に対する機械的耐久性や耐熱性の向上に応えることができる。
<電荷輸送性評価>
アルミ板上に下記組成の下引き層用塗工液、電荷発生層用塗工液、電荷輸送層用塗工液を順次、塗布、乾燥することにより、0.3μmの下引き層、0.3μmの電荷発生層、20μmの電荷輸送層を形成して9種類の感光体(1)〜(9)を作製した。
なお、9種類の感光体における電荷輸送層用塗工液の組成分として、それぞれ前記合成例において合成した本発明の例示化合物1、11及び上記硬化性評価において用いた化合物(I)〜(VII)の各アクリル化合物を用いた。
ポリアミド樹脂(CM−8000:東レ社製): 2部
メタノール : 49部
ブタノール : 49部
下記構造式(VIII)のビスアゾ顔料 : 2.5部
ポリビニルブチラール(XYHL:UCC社製): 0.5部
シクロヘキサノン : 200部
メチルエチルケトン : 80部
ビスフェノールZポリカーボネート
(パンライトTS−2050、帝人化成社製):10部
電荷輸送性モノマー(表4に示すアクリル酸エステル化合物):10部
テトラヒドロフラン : 80部
1%シリコーンオイルのテトラヒドロフラン溶液
(KF−50−100CS、信越化学工業社製) :0.2部
すなわち、暗所で−6kVのコロナ放電により−800Vに帯電せしめた後、タングステンランプ光を感光体表面での照度が4.5luxになるように照射して、電位が1/2になるまでの時間(秒)を求め、半減露光量E1/2 (lux・sec)を算出した。
また、露光30秒後の残留電位(−V)を求めた。なお、半減露光量が小さいほど感度が良く、残留電位が小さいほど電荷のトラップが少ないことを表す。
評価結果を下記表4に示す。
上述した評価例1(硬化膜からの溶出量)及び評価例2(電荷輸送性評価)から、連鎖反応により機械的耐久性や耐熱性に対応できる高密度な架橋構造の形成と共に、良好な電荷輸送特性の発現を両立することができるのは本発明のアクリル酸エステル化合物であり、従来公知の電荷輸送性モノマーの場合にはいずれも両立を達成することができない。従って、本発明のアクリル酸エステル化合物は前記各種有機半導体デバイスを提供するための材料として極めて有効であることが確認された。
Claims (6)
- 請求項1に記載のアクリル酸エステル化合物の製造方法であって、
前記式(1’)で表わされるヒドロキシ化合物と、アクリル酸クロリド、あるいはメタクリル酸クロリドを反応させる工程により作製することを特徴とする、前記構造式(1)で表わされるアクリル酸エステル化合物の製造方法。 - 請求項2に記載のアクリル酸エステル化合物の製造方法であって、
前記式(2’)で表わされるヒロドキシ化合物と、アクリル酸クロリド、あるいはメタクリル酸クロリドを反応させる工程により作製することを特徴とする、前記式構造式(2)で表わされるアクリル酸エステル化合物の製造方法。
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