JP5746760B2 - 蒸発性有機半導体材料および光電子構成部品におけるその使用 - Google Patents

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Description

本発明は、一般式IおよびIIならびにIIIaの有機半導体材料に関する。
有機太陽電池の研究および開発は特に最近10年の間に、著しく進んでいる。いわゆる小分子について今日までに報告されている最大効率は、5.7%である[Jiangeng Xue、Soichi Uchida、Barry P. RandおよびStephen R. Forrest、Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 5757(非特許文献1)]。小分子とは、本発明の意味では、質量範囲が100〜2000グラム/Molの間である非ポリマーの有機単分散分子と理解される。これを用いても今日まで、無機太陽電池に典型的な10〜20%の効率を達成することはできなかった。有機太陽電池は、無機太陽電池と同じ物理的限界を受けるが、対応する開発作業によっては少なくとも理論的には同様の効率が期待される。
有機太陽電池は、有機材料からなる一連の薄層(典型的にはそれぞれ厚さ1nm〜1μmである)からなり、これらは好ましくは、真空下で蒸着されるか、または溶液からスピンコーティングされる。電気的接触は、金属層、透明導電性電極(TCO)および/または透明導電性ポリマー(PEDOT−PSS、PANI)によって行うことができる。
太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。この意味において、「光活性」という概念は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することと理解される。無機太陽電池とは異なり、有機太陽電池では、光によって直接的に遊離の電荷キャリアが生じるのではなく、先ず励起子が、したがって電気的に中性な励起状態(束縛電子−正孔対)が生じる。第2のステップで初めて、これらの励起子が遊離の電荷キャリアに分離され、次いでその電荷キャリアが、電流に寄与する。
無機ベースの慣用の構成部品(ケイ素、ガリウムヒ素などの半導体)に対する有機べースのそのような構成部品の利点は、部分的に極めて高い光学的吸収係数(2×10cm−1まで)であり、このことによって、僅か数ナノメートルの厚さの効率的な吸収層を製造することが可能となり、その結果、僅かな材料消費およびエネルギー消費で非常に薄い太陽電池を製造する可能性が提供される。さらなる技術的態様は、低い経費であり、その際、使用される有機半導体材料は、より大量に製造する場合に非常に経費的に有利である;即ち、柔軟で大面積の部材をプラスチックフィルム上に製造することができ、ほぼ無制限に変化させることができ、かつ無制限に有機化学を利用することができる。
製造プロセスにおいて高温が必要とされないので、有機太陽電池を構成部品として、柔軟に、かつ大面積で、安価な基板、例えば金属フィルム、プラスチックフィルムまたはプラスチックファブリックの上に製造することが可能である。このことによって、従来の太陽電池には閉ざされたままだった新たな使用分野が開ける。有機化合物の種類数はほぼ無限であるので、材料を、そのそれぞれの課題に適合させることができる。
文献中で既に提案されている有機太陽電池の実現可能性の1つは、次の層構造を備えたpinダイオードにある[Martin Pfeiffer、「Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications」、PhD thesis TU−Dresden、1999(非特許文献2)]:
0. 担体、基板、
1. ベースコンタクト、ほぼ透明
2. p層(複数可)、
3. i層(複数可)
4. n層(複数可)、
5. トップコンタクト。
この場合、nまたはpは、熱平衡状態で遊離の電子または正孔密度を高めるnまたはpドーピングを意味する。この意味において、その種の層は第一に、輸送層と理解されるべきである。それに対してi層という名称は、ドーピングされていない層(真性層)を指している。1つまたは複数のi層(複数可)はこの層の場合、1種の材料か、2種の材料からなる混合物(いわゆる相互侵入ネットワーク)からなってよい。無機太陽電池とは異なり、吸収の後の有機半導体中の電荷キャリア対は、遊離の状態では存在しないが、これらは、相互引力のやや弱い減衰によって、準粒子、いわゆる励起子を形成する。励起子中に存在するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができるように、この励起子を遊離電荷キャリアに分離しなければならない。有機太陽電池中では、励起子を分離するために十分に高い電界を利用することができないので、励起子分離は光活性界面で実行される。光活性界面は、有機ドナー−アクセプター界面[C.W. Tang、Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 183(非特許文献3)]または無機半導体に対する界面[B. O’Regan、M. Graetzel、Nature 1991、353、737(非特許文献4)])]の形を取っていてよい。励起子は拡散によって、そのような活性な界面に達し、そこで、電子と正孔とに互いに分離される。このことは、p(n)層とi層との間で、または2つのi層の間であってよい。次いで、太陽電池に設けられた電界において、電子はn領域へと、かつ正孔はp領域へと輸送される。好適には輸送層は、広いバンドギャップ(ワイドギャップ)を有する透明か、または十分に透明な材料である。ワイドギャップ材料とはこの場合、その吸収最大が波長領域<450nm、好ましくは<400nmである材料を指す。
光によって常に初めは励起子が生じ、遊離の電荷キャリアはまだ生じないので、励起子が活性界面で低い再結合で拡散することが、有機太陽電池では重要な役割を果たす。したがって光電流に寄与するためには、良好な有機太陽電池では、励起子拡散距離は、光の典型的な侵入深さを上回らなければならず、そうなれば、上回った分の光を利用することができる。構造的に、かつ化学的純度に関して完璧な有機結晶または薄層であれば、この基準を十分に満たす。しかしながら、大面積の用途で単結晶有機材料を使用することは不可能であり、かつ十分な構造的完璧さを備えた多層の製造は今なお非常に困難である。
上記の太陽電池の改善における重要なファクターは、有機層のさらなる開発である。吸収層について、特に小分子の分野では、最近5年の間に知られるようになった新規な材料はほとんどない。
WO2006092134A1号(特許文献1)には、アクセプター−ドナー−アクセプター構造を持ち、その際、ドナーブロックが広範なπ系を有する化合物が開示されている。
独国特許第60205824T2号(特許文献2)には、さらなる芳香族と共にπ系を形成し、かつ両側のアルキル基で囲まれているチエノチオフェン誘導体および有機半導体におけるその使用が開示されている。
WO2009051390号(特許文献3)には、チオフェンをベースとするアクセプター−ドナー色素が、色素感受性太陽電池において使用するために開示されている。
WO002008145172A1号(特許文献4)には、太陽電池において使用するための新種のフタロシアニンが開示されている。
米国特許第7655809B2号(特許文献5)には、列になっている5つの縮合炭素環からなる化合物および有機半導体としてのその使用が開示されている。
WO2006111511A1号(特許文献6)およびWO2007116001A2号(特許文献7)は、光電池の活性層として使用するためのリレンテトラカルボン酸(Rylentetracarbonsaeure)誘導体を開示している。
それに対して、種々のポリマーが、有機光電池の活性層として使用するために公知であり、例えば、WO2008088595A2号(特許文献8)、欧州特許第2072557A1号(特許文献9)または米国特許出願公開第20070112171A1号(特許文献10)に開示されている。これらは一般に、非蒸発性であり、液体の形態で薄層へと加工される。
最近3年の間に種々のアプローチによって、有機太陽電池について通常は改善された効率が報告され得た。それにもかかわらず、今日達成されている効率は、市場で使用するためにはなお不十分である。
WO2006092134A1号 独国特許第60205824T2号 WO2009051390号 WO002008145172A1号 米国特許第7655809B2号 WO2006111511A1号 WO2007116001A2号 WO2008088595A2号 欧州特許第2072557A1号 米国特許出願公開第20070112171A1号
Jiangeng Xue、Soichi Uchida、Barry P. RandおよびStephen R. Forrest、Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 5757 Martin Pfeiffer、「Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications」、PhD thesis TU−Dresden、1999 C.W. Tang、Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 183 B. O’Regan、M. Graetzel、Nature 1991, 353, 737 Zottiら、Makromol. Chem. 1992、193、399 Rasmussenら、Org. Chem. 2001、66、9067 Barlowら、Chem. Eur. J. 2007、13、9637 Jacek Z. Brzezinski、John R. Reynolds、Synthesis 2002 (8) 1053〜1056 Hakan Usta、Gang Lu、Antonio Facchetti、Tobin J. Marks、J. Am. Chem. Soc. 2006 (128) 9034〜9035 Rasmussenら、Org. Lett. 2005、7、23、5253 McCulloughら、Adv. Funct. Mat.2009、19、3427 Gronowitz、Hoernfeldt、「Thiophenes」、Elsevier 2004 Organikum、Wiley−VCH Caiら、J. Phys. Chem. B 2006、110、14590 Pappenfusら、Org. Lett. 2008、10、8、1553 T.J. Dietsche, D.B. Gorman, J.A. Orvik, G.A. Roth, W.R. Shiang, Organic Process Research & Development 2000, 4, 4, 275−285. S. Shinamura, E. Miyazaki, K. Takimiya, J. Org. Chem. 2010, 75, 4, 1228−1234. J. Hou, M.−H. Park, S. Zhang, Y. Yao, L.−M. Chen, J.−H. Li, Y. Yang, Macromolecules 2008, 41, 16, 6012−6018. A.K. Mishra, S. Vaidyanathan, H. Noguchi, F. Doetz, S. Koehler, M. Kastler, PCT Int. Appl. (2009), 8 pp. WO 2010079064. P. Frere, J.−M. Raimundo, P. Blanchard, J. Delaunay, P. Richomme, J.−L. Sauvajol, J. Orduna, J. Garin, J. Roncali, J. Org. Chem. 2003, 68, 19, 7254−7265. C.Bodea、M.Raileanu、Ann.Chim.(Paris)、1960、631、194〜197 H.Oka、J.Mater.Chem.、2008、18、1927〜1934 H. Sirringhaus、R.H. Friend、C. Wangら、J.Mater.Chem.、1999、9、2095〜2101 E. L. Stangeland、T. Sammakia、J. Org. Chem.、2004、69、2381〜2385 Y. A. Getmanenko、P. Tongwa、T. V. Timofeeva、S. R. Marder、Org. Lett.、2010、12(9)、2136〜2139 C. Song、D. B. Walker、T. M. Swager、Macromolecules 2010、43、12、5233〜5237 L. I. Belen’kii、V. Z. Shirinyan、G. P. Gromova、A. V. Kolotaev、Y. A. Strelenko、S. N. Tandura、A. N. Shumskii、M. M. Krayushkin、Chem. Heterocycl. Comp. 2003、39、1570 J. G. Laquindanum、H. E. Katz、A. J. Lovinger、A. Dodabalapur、Adv. Mater. 1997、9、1、36〜39
本発明の課題は、真空中で蒸発させることができ、かつ有機太陽電池中で光吸収剤として使用することができる材料を提供することである。本発明のさらなる課題は、従来技術で知られている欠点を克服する有機蒸発性半導体材料を含有する光電子構成部品を提供することにある。
本発明では、この課題を、一般式IIIaの化合物によって解決する:
[式中、Wはそれぞれ互いに独立に、C(CN)、CHCN、C(CN)COOR’から選択され、ここで、R’はそれぞれ、C1〜C10−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC2〜C8−ヘテロアリールから選択され、特に好ましくはC(CN)、CHCNから選択され、
およびRはそれぞれ互いに独立に、H、C1〜C30アルキル、C1〜C30ペルフルオロアルキル、C3〜C10アリール、C2〜C8−ヘテロアリール、CNから選択され、
基Dは
から選択され、
ここで、YはO、S、Se、P(R)、P(O)R、Si(RR’)、C(RR’)およびN(R)から選択され、かつ
は独立にNおよびC−Rから選択され、ここで、RおよびR’は互いに独立に、置換または非置換のC1〜C30−アルキル、C3〜C6−アリールまたはC3〜C8−ヘテロアリールから選択され、かつ
Xはそれぞれ互いに独立に、O、NR’、S、Seから選択され、ここで、R’はC1〜C30−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Yはそれぞれ互いに独立に、NまたはCR9から選択され、ここで、R9=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’3、NR’2であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Zはそれぞれ互いに独立に、NまたはCR10から選択され、ここで、R10=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’3、NR’2であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
基Eは、下式から選択され
ここで、VおよびWは互いに独立に、NおよびC−Rから選択され、ここで、R=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、置換または非置換のC3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリール、ハロゲン、OR’、SR’、SiR’、NR’であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、好ましくはVおよびWは互いに独立にNおよびC−Rから選択され、ここで、R=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、置換または非置換のC3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’、NR’であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
およびZはO、S、Se、P(R)、P(O)R、Si(RR’)、C(RR’)およびN(R)から選択され、ここで、RおよびR’はそれぞれ互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロアリール、アシル(COR’)、COOR’またはOR’から選択され、ここで、R’は、C1〜C30−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、好ましくは、YおよびZはO、S、Se、Si(RR’)、C(RR’)およびN(R)から選択され、ここで、RおよびR’はそれぞれ互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロアリール、アシル(COR’)、COOR’またはOR’から選択され、ここで、R’はC1〜C30−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、かつ
はO、S、Se、P(R)、P(O)RおよびSi(RR’)から選択され、RおよびR’はそれぞれ互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C20−アルキル、C3〜C6アリールまたはC3〜C8ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’3、NR’2から選択され、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C3〜C6−アリールまたはC3〜C8−ヘテロアリールから選択され、好ましくは、Xは、O、S、SeおよびSi(RR’)から選択され、かつRおよびR’はそれぞれ互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C20−アルキル、C3〜C6アリールまたはC3〜C8ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’3、NR’2から選択され、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C3〜C6−アリールまたはC3〜C8−ヘテロアリールから選択され、
R3、R4およびR5は互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C20−アルキル、C3〜C6アリールまたはC3〜C8ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’3、NR’2であってよく、ここで、R’はC1〜C10−アルキル、C3〜C6−アリールまたはC3〜C8−ヘテロアリールから選択され、
bdは互いに独立に、*−C=C−*または
を表し、
n、m、o、p、qおよびr、sおよびtは互いに独立に0または1であってよいが、ただし、少なくとも1つのパラメーターが1であることを条件とし、
基bd、EおよびDから構成されるドナーユニットが少なくとも10の共役電子を有し、
アスタリスク*で示されている結合は、化合物中のさらなる基への結合を意味している]。
好ましくは、本発明による化合物は、主鎖に関して対称であり、同じユニットDおよびEを有し、存在する場合には同じ二重結合または三重結合のbdを有し、その場合、主鎖の置換基は、異なってもよい。特に、本発明による化合物は、点対称または鏡面対称を主鎖について有する。その種の対称化合物は、光電子構成部品中の層において規則的に配向するので、これらの構成部品中の活性層として特に適している。
さらに好ましい実施形態では、化合物は、主鎖についてだけでなくて、主鎖の置換基、例えばアルキル基またはエーテル基についても対称である。
さらに好ましくは、基D、Eおよびbdから構成されるドナーユニットは少なくとも12の共役電子を有する。
本発明による化合物はオリゴマーであり、真空から良好に蒸発し得る。これらの化合物は、基D、Eおよびbdから構成される拡大された電子ドナーブロックの脇にある2つの電子アクセプターブロック
を有する。
本発明のさらなる実施形態では、化合物は、
から選択される基Dを有し、ここで、パラメーターはr=s=0である。
さらに、基E=
であってよく、ここで、Y=Sおよび基D=
であるので、下式の一般式を有する化合物が生じる:
上記の一般式のさらなる変形形態では、化合物は、パラメーターm、r、sおよびq=0を下式の一般式で有する:
さらに、oおよびp=0、かつtおよびn=1、かつW=C−Rであるこれらの化合物は、下式の一般式によって表され得る:
パラメーターt、m、oおよびs=0およびr=1である化合物は、下式の一般式によって示すことができる:
この一般式は、パラメーターpおよびq=0およびW=C−Rの選択によって、次の特殊な形態に変えることができる:
別法では、本発明による化合物は、基D=
およびE=
である。
m、r、sおよびq=0、かつtおよびnそれぞれ=1であるその種の化合物は、下式の一般式:
によって示すことができ、ここで、好ましくは、パラメーターoおよびp=0、かつW=C−Rを選択する。
さらなる化合物は、基D=
かつ
から選択されるEを有することができる。
これらの化合物は、パラメーターm、q、rおよびs=0、かつtおよびnそれぞれ=1を下式の一般式:
で有してよく、ここで、特にX=S、かつY=S、かつW=C−Rであってよい。
さらなる別の化合物は、パラメーターm、t、n、o、q、s=0およびr=1を有し、ここで、Eは、
から選択される。この化合物では追加的に、p=0であってよい。
好ましくは、電子アクセプター基は、モノ−、ジ−またはトリシアノビニレン基を有し、ここで、Wは、C(CN)、CHCNから選択され、かつR1およびR6は、HおよびCNから選択される。
本発明のさらなる実施形態の対象は、一般式IまたはIIの化合物である。
[式中、U、U1およびU2はそれぞれ互いに独立に、N−R7、SiR7R8、CR7R8から選択され、ここで、R7およびR8はそれぞれ互いに独立に、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロアリール、アシル(COR’)、COOR’またはOR’から選択され、ここで、R’はC1〜C30−アルキル、C3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
R2、R3、R4およびR5はそれぞれ互いに独立に、H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、置換または非置換のC3〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’、NR’から選択され、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Xはそれぞれ互いに独立に、O、NR’、S、Seから選択され、ここで、R’は、C1〜C30−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Yはそれぞれ互いに独立に、NまたはCR9から選択され、ここで、R9=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Zはそれぞれ互いに独立に、NまたはCR10から選択され、ここで、R10=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
R1およびR6はそれぞれ互いに独立に、H、C1〜C30アルキル、C1〜C30ペルフルオロアルキル、C3〜C10アリール、CNから選択され、
Wはそれぞれ互いに独立に、O、C(CN)、C(CN)COOR’から選択され、ここで、R’はC1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、かつ
nは、0または1である]。
本発明の一実施形態では、R9およびR10は、環、好ましくは5員の環または6員の環を形成している。
式Iの範囲において好ましい化合物は、
UがN−R7であり、ここで、R7が、1〜10個のC原子を有する直鎖もしくは分岐鎖で置換もしくは非置換のアルキルもしくはシクロアルキルまたは3〜10個の原子を有する置換もしくは非置換のアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
R1からR6が、Hであり、
Yが、C−R9であり、ここで、R9が、H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’から選択され、ここで、R’が、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Zが、C−R10であり、ここで、R10が、H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’から選択され、ここで、R’が、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Xが、Sであり、かつ
Wが、C(CN)である場合に存在する。
式IIの範囲で好ましい化合物は、
nが、0または1であり、
Uが、N−R7またはCR7R8であり、ここで、R7およびR8が互いに独立に、1〜10個のC原子を有する直鎖もしくは分岐鎖で置換もしくは非置換のアルキルもしくはシクロアルキルまたは3〜10個の原子を有する置換もしくは非置換のアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
Yが、C−R9であり、ここで、R9が、H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’から選択され、ここで、R’が、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Zが、C−R10であり、ここで、R10が、H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C1〜C30アルケニル、C1〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’、NR’から選択され、ここで、R’が、C1〜C10−アルキル、C1〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
Wが、C(CN)であり、かつ
R1からR6が、Hである場合に存在する。
個々には例えば、次の一般式Iaからkの化合物が挙げられる:
個々には例えば、次の一般式IIaからfの化合物が挙げられる:
本発明による化合物の製造は、当業者に知られている多様な反応ステップを介して実現することができる。U、U1またはU2=NRである中心ユニットは例えば、Zotti(Zottiら、Makromol. Chem. 1992、193、399(非特許文献5))に従って
またはRasmussen(Rasmussenら、Org. Chem. 2001、66、9067(非特許文献6))に従って
またはBarlow(Barlowら、Chem. Eur. J. 2007、13、9637(非特許文献7))に従って
製造することができる。
U、U1またはU2=CRである中心ユニットは例えば、Jacek Z. Brzezinski、John R. Reynolds、Synthesis 2002 (8) 1053〜1056(非特許文献8)に従って製造することができる:
U、U1またはU2=SiR2である中心ユニットは例えば、Hakan Usta、Gang Lu、Antonio Facchetti、Tobin J. Marks、J. Am. Chem. Soc. 2006 (128) 9034〜9035(非特許文献9)に従って製造することができる:
さらなるヘテロ環式5員環のカップリングを、2つの(複素)芳香族化合物を非対称カップリングするために慣用の方法の1つ(例えば根岸、スティル、鈴木、熊田など)を介して行うが、これは、当業者には知られている(Rasmussenら、Org. Lett. 2005、7、23、5253(非特許文献10)、McCulloughら、Adv. Funct. Mat.2009、19、3427(非特許文献11)、Gronowitz、Hoernfeldt、「Thiophenes」、Elsevier 2004(非特許文献12)):
ここで、AおよびBはそれぞれ、金属−またはハロゲン成分である。
2つの中心ユニットをカップリングさせて、n=0である一般式IIの化合物にすることは、上記の方法に従って非対称に行うことができ、ここで、A’=Bである:
さらに、A’=A=ハロゲンの場合には、例えばマグネシウムと、続いて、塩化銅と反応させるか、またはBuLiと、続いて塩化銅と反応させることによって、対称性等方性カップリングが可能である(Gronowitz、Hoernfeldt、「Thiophenes」、Elsevier 2004に一般的に記載されている)。
n=1である一般式IIの化合物の形成は例えば、既に挙げられているカップリング法に従って達成する:
AおよびBはそれぞれ、金属−またはハロゲン成分である。
末端に位置するアクセプター基の導入は例えば、当業者に知られている方法、例えば、ガッターマン、ガッターマン−コッホ、ホーウェン−ヘッシュ、フィルスマイヤー/フィルスマイヤー−ハック、フリーデル−クラフツ−アシル化(Organikum、Wiley−VCH(非特許文献13)に一般的に記載)によって、または酸誘導体もしくはカルボニル化試薬との反応によるリチオ化によって行うことができる。
さらなるアクセプター基は、前記のカルボニル官能基C(O)Rを、例えばクネーフェナーゲル縮合によって官能基交換(Umfunktionalisierung)することによって実現することができる(Organikum、Wiley−VCHに一般的に記載)。
R1=R6=CNおよびW=C(CN)の場合には、アクセプター末端基の導入を、例えばBuLiおよびテトラシアノエチレンを用いて行うことができる(Caiら、J. Phys. Chem. B 2006、110、14590(非特許文献14)):
別法では反応を、BuLiを用いなくても、DMF中で実施することができる(Pappenfusら、Org. Lett. 2008、10、8、1553(非特許文献15))
反応の順番を変えることができる。
さらに、課題は、光電子構成部品によって解決される。
本発明の一実施形態では、電極および対電極ならびに電極(2)と対電極との間に配置された少なくとも1つの有機感光性層を備えた光電子構成部品を提供し、その際、有機感光性層は請求項1および/または2に記載の少なくとも1種の化合物を有する。
本発明のさらなる実施形態では、光電子構成部品を、有機太陽電池として実施する。
本発明のさらなる実施形態では、構成部品を、有機pin型太陽電池または有機pinタンデム型太陽電池またはpin多層型太陽電池として実施する。その場合、タンデム型太陽電池とは、一列に接続された2つの太陽電池の垂直積層からなる太陽電池を指す。その場合、多層型太陽電池とは、連続して接続されている複数の太陽電池の垂直積層からなり、その際、最大10の太陽電池が1つの積層で接続されている太陽電池を指す。
本発明のさらなる実施形態では、構成部品中に、さらに1つまたは複数のドーピングされていないか、部分的にドーピングされているか、または完全にドーピングされている輸送層が存在する。好ましくは、これらの輸送層は、<450nm、特に好ましくは<400nmに吸収最大を有する。
本発明のさらなる実施形態では、構成部品の層系の層を、入射した光の光学経路を延長する光トラップとして形成する。
本発明のさらなる実施形態では、光活性混合層のうちの少なくとも1つは、アクセプターとして、フラーレンまたはフラーレン誘導体(C60、C70など)の群からなる材料を含有する。
本発明のさらなる実施形態では、接触は、金属、導電性酸化物、特にITO、ZnO:Alもしくは他のTCOまたは導電性ポリマー、特にPEDOT:PSSもしくはPANIからなる。
さらなる実施形態では、第1の電子伝導性層(n層)と基板の上に存在する電極との間に、もう1つのpドーピングされた層が存在し、その結果、pnipまたはpni構造であるようになっているが、その際に好ましくは、直接的なpn接触が障壁作用を有さず、好ましくはトンネルプロセスによって、損失の低い再結合が生じるように、ドーピングは高く選択されている。
上記の構造のさらなる実施形態では、これらを、有機タンデム型太陽電池または多層型太陽電池として実施する。例えば、構成部品は、nip、ni、ip、pnip、pni、pip、nipn、nin、ipn、pnipn、pninまたはpipn構造からなる組合せからなるタンデム型電池であってよく、その際、少なくとも1つのi層を含有する複数の独立する組合せを上下に積層する(交雑組合せ)。
上記の構造のさらなる実施形態では、これを、pnipnipnタンデム型電池として実施する。
本発明の一実施形態では、構成部品を、1つまたは複数の無機材料を包含する少なくとも1つの無機層と共に形成する。
本発明のさらなる実施形態では、構成部品を、平面か、曲面か、または柔軟な担体面上で使用する。好ましくは、これらの担体面は、プラスチックフィルムまたは金属フィルム(例えばアルミニウム、鋼)などである。
下記では、本発明を、いくつかの実施例およびそれに対応する図に基づき詳細に説明する。
化合物IcおよびIdを製造するための反応スキームを示す図である。 化合物Icの吸収スペクトルの概略図である。 化合物1cの混合層を備えたMip電池の電流電圧曲線の概略図である。 例示的な光活性構成部品の構造の概略図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。 さらなる本発明による化合物の吸収スペクトルおよびこれらの化合物を備えた対応するMip電池の電流電圧曲線を示す線図である。
挙げられている実施例では、例としていくつかの本発明による構成部品を示している。特性決定のために重要なパラメーターには、充填率、開路電圧および短絡電流が挙げられ、これらは、電流電圧特性から導かれる。実施例で、本発明を記載するが、本発明が実施例に限定されることはない。
実施例1:
第1の実施例では、図1に、化合物IcおよびIdの製造を図示する。
下記では、個々の製造ステップを示す:
化合物Bの製造:
オートクレーブ中に、(A)(4.125g、12.75mmol)、t−BuONa(2.95g、30.7mmol)、Pddba(293mg、0.32mmol)、2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル)(793mg、1.27mmol)を先に装入し、トルエン25mlを加え、反応混合物をアルゴンで換気する。フェニルアミン(752.5mg、12.725mmol)を加え、混合物を12時間加熱する(110℃)。冷却した後に、水40mlを加える。有機相を分離し、水性相をEtOで抽出する。合わせた有機相をNaSO上で乾燥させ、かつ濃縮する。残渣をクロマトグラフィーによって精製する(シリカゲル、PE CHCl 10−1)。収量:(B)2.59g(92%)。NMR 1H:(CDCl)7.16(d,2H)、7.03(d,2H)、4.04(t,2H)、1.93(m,2H)、0.97(t,3H)
化合物Cの製造
Arで換気された250ml三つ口丸底フラスコで、(B)(1g、4.5mmol)をTHF(無水)100mlに溶かし、−78℃に冷却する。nBuLi(ヘキサン中2.5M、4.5ml、11.3mmol)を滴加し、反応混合物を約1時間−78℃で維持し、次いで、徐々に1時間で室温まで加温し、次いで、再び−78℃に冷却する。Me3SnCl(ヘキサン中1.0M、11.3ml、11.3mmol)を加え、かつ約1時間後に、反応混合物を解凍する。2時間後に水(100ml)を加え、水性相をEt2O50mlで抽出する。合わせた有機相を乾燥させ、かつ濃縮する。収量(C)2.37g(96%)。NMR 1H:(CDCl3)6.97(s,2H)、4.12(m,2H)、1.89(m,2H)、0.93(m,3H)、0.36(s,9H)
化合物Dの製造
反応容器に、アルゴン下で(C)(2.37g、4.3mmol)、2−ブロモ−3−ブチル−チオフェン(2.3g、10.49mmol)およびPd[PPh3]4 250mgを先に装入し、トルエン30mlを加え、48時間還流加熱する。反応混合物をNH4Cl(飽和)および水で洗浄し、かつ濃縮する。残渣をクロマトグラフィーによって精製する(シリカゲル、PE CH2Cl2 10−1)。収量:(D)1.217g(57%)。NMR 1H:(CDCl3)7.21(d,2H)、7.04(s,2H)、6.97(d,2H)、4.20(t,2H)、2.85(t,4H)、1.96(m,2H)、1.67(m,4H)、1.44(m,4H)、0.98(m,6H)、0.88(3H)。
化合物Idの製造
100ml1つ口丸底フラスコ中で、DMF(2.27ml、29.3mmol)およびPOCl3(2.46ml、26.4mmol)をCH2Cl2 30mlに溶かし、かつ2時間室温で撹拌する。その後、CH2Cl2 50ml中の(D)(1.217g、2.44mmol)を滴加し、48時間室温で撹拌する。NaHCO3(飽和)溶液50mlを反応混合物に加え、かつ2時間室温で撹拌する。有機相を分離し、水50mlで2回洗浄し、かつ乾燥させる。溶剤を留去し、残渣をクロマトグラフィーによって精製する(シリカゲル、CH2Cl2−MeOH 500−3)。収量:(Ib)827mg(62%)。NMR 1H:(CDCl3,)9.85(s,2H)、7.63(s,2H)、7.23(s,2H)、4.25(t,2H)、2.91(t,4H)、1.98(m,2H)、1.72(m,4H)、1.49(m,4H)、0.98(m,9H)
化合物Icの製造
250ml1つ口丸底フラスコ中で、(1d)(723mg、1.3mmol)およびマロン酸ジニトリル(862mg、13mmol)を1,2−DCE150mlに溶かし、ピペリジン(11mg、0.13mmol)を加える。48時間の還流加熱の後に、溶剤を除去し、かつ固体を2時間、還流下で水で温浸する。沈澱物を除去し、水で、次いでMeOHで複数回洗浄し、乾燥させる。残渣をクロマトグラフィーによって精製する(シリカゲル、CH2Cl2)。収量:(Ic)370mg(45%)。NMR 1H:(C2D2Cl4,373K)7.73(s,2H)、7.63(s,2H)、7.36(s,2H)、4.27(t,2H)、2.96(t,4H)、2.05(m,2H)、1.79(m,4H)、1.53(m,4H)、1.07(m,9H)
10−6〜10−8mbarでの真空昇華によって、30nm厚の層を製造し、振動結晶モニターで調べた。化合物Icは、良好な収量で真空中で昇華し得る。図2に示されているとおり、吸収最大は0.39の吸収で603nmにある。
さらなる実施例で、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60の層、化合物1cとC60との2:1混合層、pドーピングされた正孔輸送層、金層からなるMIP構成部品を製造する。図3は、化合物1cとC60との混合層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。
充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、良好な機能性有機太陽電池を示している。
次の化合物を今日までに、同様の方法で製造した:
実施例2:
スティルカップリングのための一般的な作業指示(AAV1)
ビススタンニル化合物および3当量のブロモ化合物を無水THFに溶かす。Pd(PPhを加え、反応混合物を還流温度に加熱する。室温に冷却した後に濾過し、かつ残渣をTHFおよびメタノールで洗浄する。粗製の生成物をクロマトグラフィーまたは再結晶化によって精製して、生成物を清浄に単離する。
クネーベナーゲル反応のための一般的な作業指示(AAV2)
アルデヒドおよびマロジニトリル(Malodinitril)をエタノールに溶かし、ピペリジンを加え、2時間還流加熱する。冷却の後に、沈澱物を濾別し、エタノールおよびヘキサンで洗浄する。粗製の生成物を再結晶化させて、生成物を清浄に単離する。
4−プロピル−2,6−ビストリメチルスタンニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(4)
4−プロピル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(32)1.1g(5.0mmol)の乾燥THF17ml中の溶液に、1.6Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液6.9ml(11.0mmol)を−78℃で加える。混合物を1時間−78℃で撹拌した後に、冷却浴を外し、さらに1時間室温で撹拌した。この時間の間に沈澱物が生じる。懸濁液を−78℃に冷却し、THF3ml中に溶かしたトリメチルスタンニルクロリド2.2g(11.0mmol)の溶液を加える。混合物を1時間−78℃で撹拌し、続いて冷却浴を外して、さらに3時間室温で撹拌する。n−ヘキサン50mlを加え、水で加水分解する。有機相を水50mlで3回洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣を真空乾燥させ、かつ粗製の生成物(2.26g、88%)をさらに精製することなく、次のステップで使用する。H−NMR(CDCl):7.01ppm(s,2H)、4.16(t,2H)、1.94(qa,2H)、0.98(t,3H)、0.40(s,18H)。
3−(5−ブロモ−2−チエニル)プロプ−2−エンニトリル(3a/b)
1.8MのLDA−THF溶液6.0ml(10.8mmol)のTHF10ml中の溶液に、アセトニトリル0.56ml(10.8mmol)を−78℃で滴加する。混合物を30分間撹拌する。5−ブロモチオフェン−2−カルボアルデヒド(1)1.91g(10.0mmol)を加え、1時間−78℃で撹拌する。反応混合物を−20℃に加温し、飽和NHCl溶液(2ml)を加える。相を分離し、水性相をエーテル(30ml)で抽出する。合わせた有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去し、茶色のオイルを得る。その茶色のオイルを無水酢酸5mlおよび濃燐酸0.1mlに溶かす。この反応混合物を2時間100℃に加熱する。水30mlを加え、水性相をエーテル50mlで抽出する。有機相を炭酸水素ナトリウム溶液を少量ずつ用いて中和するまで洗浄し、かつ硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣をクロマトグラフィーによって精製する(SiO、DCM:ヘキサン(1:1))。生成物0.78g(36%)をE/Z異性体として得る。H−NMR(CDCl)E−異性体:7.25ppm(d,1H)、7.11(d,1H)、7.08(d,1H)、5.26(d,1H)。Z−異性体:7.33(d,1H)、7.04(d,1H)、6.98(d,1H)、5.54(d,1H)。
3−(5−{6−[5−(2−シアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−4−プロピル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール−2−イル}−チオフェン−2−イル)プロプ−2−エンニトリル(5a/b/c)
AAV1に従って、3−(5−ブロモ−2−チエニル)プロプ−2−エンニトリル(3a/b)(578mg、2.70mmol)および4−プロピル−2,6−ビストリメチルスタンニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(4)(490mg、0.90mmol)をTHF5mlに溶かし、Pd(PPh(104mg、0.09mmol)を加え、かつ混合物を16時間70℃で加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロマトグラフィーによって精製する(SiO、DCM)。3種の生成物(Z,Z−異性体(60mg(14%)、E,E−異性体60mg(14%)およびE,Z−I異性体100mg(23%))を全体収率50%で得る。H−NMR(TCE−d2,375K)Z,Z−異性体:7.36ppm(d,2H)、7.18(s,2H)、7.14(d,2H)、7.11(d,2H)、5.16(d,2H)、4.12(dd,2H)、1.93(qa,2H)、0.98(t,3H)。UV(フィルム):500nm。E,E−異性体:7,35(d、2H)、7,11(s、2H)、7,10(d、4H)、5,54(d、2H)、4,11(dd、2H)、2,92(qa、2H)、0,97(t、3H)。UV(フィルム):521nm。E,Z−異性体:7,35(m、2H)、7,18(s、1H)、7,11(m、5H)、5,53(d、1H)、5,17(d、1H)、4,11(dd、2H)、1,92(qa、2H)、0,98(t、3H)。UV(フィルム):514nm。
実施例3:
2−[(4−ブロモフェニル)メチレン]プロパンジニトリル(7)
AAV2に従って、4−ブロモ−ベンズアルデヒド(6)(1.0g、5.40mmol)およびマロジニトリル(429mg、6.48mmol)をエタノール15mlに溶かし、ピペリジン(50μl、0.05mmol)を加え、かつ混合物を2時間加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をエタノールから再結晶化させて、生成物775mg(62%)を得る。H−NMR(CDCl):7.77ppm(d,2H)、7.72(s,1H)、7.69(d,2H)。
ジシアノビニル化合物8
AAV1に従って、2−[(4−ブロモフェニル)メチレン]プロパンジニトリル(7)(699mg、3.00mmol)および4−プロピル−2,6−ビストリメチルスタンニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(4)(547mg、1.00mmol)をTHF3.8mlに溶かし、Pd(PPh(59mg、0.05mmol)を加え、混合物を36時間70℃に加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物120mg(23%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):7.98ppm(d,4H)、7.85(d,4H)、7.76(s,2H)、7.49(s,2H)、4.29(dd,2H)、2.07(qa,2H)、1.11(t,3H)。UV(フィルム):526nm。
実施例4:
2−[(4−ブロモ−3−フルオロ−フェニル)メチレン]プロパンジニトリル(10)
AAV2に従って、4−ブロモ−3−フルオロベンズアルデヒド(9)(820mg、4.04mmol)およびマロジニトリル(320mg、4.85mmol)をエタノール15mlに溶かし、ピペリジン(40μl、0.04mmol)を加え、混合物を2時間加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をエタノールから再結晶化させて、生成物847mg(84%)を得る。H−NMR(CDCl):7.75ppm(dd,1H)、7.70(s,1H)、7.68(dd,1H)、7.56(dd,1H)。
ジシアノビニル化合物11
AAV1に従って、2−[(4−ブロモ−3−フルオロ−フェニル)メチレン]プロパンジニトリル(10)(840mg、3.35mmol)および4−プロピル−2,6−ビストリメチルスタンニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(4)(610mg、1.12mmol)をTHF4.5mlに溶かし、Pd(PPh(127mg、0.11mmol)を加え、かつ混合物を20時間70℃に加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物20mg(3%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):7.78ppm(dd,2H)、7.69(d,2H)、7.65(d,2H)、7.61(s,2H)、7.59(s,2H)、4.21(dd,2H)、1.96(qa,2H)、0.99(t,3H)。
実施例5:
2−[(6−ブロモ−3−ピリジル)メチレン]プロパンジニトリル(13)
AAV2に従って、6−ブロモピリジン−3−カルボアルデヒド(12)(1.0g、5.40mmol)およびマロジニトリル(429mg、6.48mmol)をエタノール15mlに溶かし、ピペリジン(50μl、0.05mmol)を加え、かつ混合物を2時間加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をエタノールから再結晶化させて、生成物690mg(55%)を得る。H−NMR(CDCl):8.63ppm(d,1H)、8.31(dd,1H)、7.76(s,1H)、7.71(d,1H)。
ジシアノビニル化合物14
AAV1に従って、2−[(6−ブロモ−3−ピリジル)メチレン]プロパンジニトリル(13)(690mg、2.95mmol)および4−プロピル−2,6−ビストリメチルスタンニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(4)(547mg、1.00mmol)をTHF4.0mlに溶かし、Pd(PPh(69mg、0.06mmol)を加え、かつ混合物を36時間70℃に加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物320mg(61%)を得る。MALDI(m/z):527.1。UV(フィルム):581nm。
実施例6:
3−ブチル−2−[2−[6−[2−(3−ブチル−2−チエニル)エチニル]−1,5−ジクロロ−2−ナフチル]エチニル]チオフェン(19)
[1,5−ジクロロ−6−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−2−ナフチル]トリフルオロメタンスルホネート(17)1.46g(2.96mmol)および3−ブチル−2−エチニル−チオフェン(18)1.46g(8.89mmol)を無水トリエチルアミン1.25mlおよび無水THF30mlに溶かす。反応混合物に、Pd(PPhCl208mg(0.30mmol)およびヨウ化銅(I)113mg(0.59mmol)を加える。混合物を20時間還流加熱する。水3mlおよび1NのHCl溶液3mlを加え、相を分離し、水性相をDCM25mlで3回抽出する。合わせた有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣をヘキサン/クロロホルムから再結晶化させて、生成物505mg(33%)を得る。H−NMR(CDCl):8.22ppm(d,2H)、7.68(d,2H)、7.27(d,2H)、6.94(d,2H)、2.88(dd,4H)、1.70(m,4H)、1.42(qa,4H)、0.96(t,6H)。
2,7−ビス(3−ブチル−2−チエニル)ベンゾチオフェノ[7,6−g]ベンゾチオフェン(20)
硫化ナトリウム九水和物932mg(3.88mmol)のNMP23ml中の懸濁液に、ナフチルエチン19 505mg(0.97mmol)を加える。反応混合物を16時間還流加熱する。室温に冷却した後に、塩化アンモニウム溶液76mlを加え、クロロホルム30mlで3回抽出する。有機相を合わせ、無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。合わせた有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣をクロマトグラフィー(SiO、n−ヘキサン)によって精製して、生成物300mg(60%)を得る。H−NMR(CDCl):8.01ppm(d,2H)、7.88(d,2H)、7.47(s,2H)、7.27(d,2H)、7.01(d,2H)、2.91(dd,4H)、1.71(m,4H)、1.45(qa,4H)、0.96(t,6H)。
4−ブチル−5−[2−(3−ブチル−5−ホルミル−2−チエニル)ベンゾチオフェノ[7,6−g]ベンゾチオフェン−7−イル]チオフェン−2−カルボアルデヒド(21)
ベンゾチオヘノ(benzthioheno)−ベンゾチオフェン20(300mg、0.58mmol)のジクロロメタン7ml中の溶液に、オキシ塩化リン1.1ml(11.4mmol)およびDMF0.94ml(12.2mmol)のDCM7ml中の溶液を加える。反応混合物を16時間還流させ、続いて飽和炭酸水素ナトリウム溶液(50ml)を加え、2時間室温で撹拌する。相分離の後に、有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去させた後に、残渣をトルエンから再結晶化させて、生成物172mg(52%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):9.83ppm(s,2H)、8.01(d,2H)、7.90(s,2H)、7.61(s,4H)、2.92(dd,4H)、1.72(m,4H)、1.44(qa,4H)、0.95(t,6H)。
2−[[4−ブチル−5−[7−[3−ブチル−5−(2,2−ジシアノビニル)−2−チエニル]ベンゾチオフェノ[7,6−g]ベンゾチオフェン−2−イル]−2−チエニル]メチレン]プロパンジニトリル(22)
ジアルデヒド21(167mg、0.29mmol)、マロジニトリル(214mg、3.24mmol)およびピペリジン(4mg、0.04mmol)の1,2−ジクロロエタン50ml中の溶液を48時間還流させる。溶剤を留去させた後に、残渣を水に懸濁させ、かつ2時間還流させる。粗製の生成物を濾過し、水およびメタノールで洗浄し、かつ真空乾燥させる。残渣をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物158mg(81%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):8.03ppm(d,2H)、7.92(d,2H)、7.69(s,2H)、7.68(s,2H)、7.61(s,2H)、2.94(dd,4H)、1.72(m,4H)、1.45(qa,4H)、0.96(t,6H)。
実施例7:
(4,8−ジエトキシ−2−トリメチルスタンニル−チエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン−6−イル)−トリメチル−スタンナン(27)
4,8−ジエトキシチエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン(26)556mg(2.0mmol)の乾燥THF8ml中の溶液に、2.5Mのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液1.6ml(4.1mmol)を−78℃で滴加する。混合物を1時間−78℃で撹拌した後に、冷却浴を外し、さらに1時間室温で撹拌する。−78℃に冷却し、かつ1.0Mのトリメチルスタンニルクロリドのn−ヘキサン中の溶液4.2ml(4.2mmol)を加える。反応混合物をさらに10分間、−78℃で撹拌し、かつ続いて、16時間室温で撹拌する。エーテル20mlおよび水20mlを加え、有機相を分離する。水性相をエーテル20mlで抽出し、有機相を合わせ、かつ硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣を真空乾燥させる。粗製の生成物(1.13g、94%)をさらに精製することなく、次のステップで使用する。H−NMR(CDCl):7.51ppm(s,2H)、4.38(qa,4H)、1.50(t,6H)、0.45(s,18H)。
ジシアノビニル化合物28
AAV1に従って、2−[(5−ブロモ−2−チエニル)メチレン]プロパンジニトリル(621mg、2.6mmol)および(4,8−ジエトキシ−2−トリメチルスタンニル−チエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン−6−イル)−トリメチル−スタンナン(27)(604mg、1.0mmol)をTHF4mlに溶かし、Pd(PPh(59mg、0.05mmol)を加え、かつ混合物を16時間70℃に加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物290mg(49%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):7.84ppm(s,2H)、7.83(s,2H)、7.78(d,2H)、7.53(d,2H)、4.53(qa,4H)、1.62(t,6H)。UV(フィルム):589nm(max)、466nm。
実施例8:
(4,8−ジプロピル−2−トリメチルスタンニル−チエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン−6−イル)−トリメチル−スタンナン(30)
4,8−ジプロピルチエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン(29)400mg(1.47mmol)のTHF6ml中の溶液に、2.5Mのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液1.2ml(3.02mmol)を−78℃で滴加する。混合物を1時間−78℃で撹拌した後に、冷却浴を外し、さらに1時間室温で撹拌した。−78℃に冷却し、かつ1.0Mのトリメチルスタンニルクロリドのn−ヘキサン中の溶液3.2ml(3.2mmol)を加える。反応混合物をさらに10分間−78℃で撹拌し、かつ引き続き16時間室温で撹拌する。エーテル20mlおよび水20mlを加え、有機相を分離する。水性相をエーテル20mlで抽出し、有機相を合わせ、かつ硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣を真空乾燥させる。粗製の生成物(890mg、100%)をさらに精製することなく、次のステップで使用する。H−NMR(CDCl):7.50ppm(s,2H)、3.21(dd,4H)、1.88(qa,4H)、1.07(t,6H)、0.45(s,18H)。
ジシアノビニル化合物31
AAV1に従って、2−[(5−ブロモ−2−チエニル)メチレン]プロパンジニトリル(538mg、2.25mmol)および(4,8−ジエトキシ−2−トリメチルスタンニル−チエノ[2,3−f]ベンゾチオフェン−6−イル)−トリメチル−スタンナン(30)(450mg、0.75mmol)をTHF5mlに溶かし、Pd(PPh(43mg、0.04mmol)を加え、かつ混合物を16時間70℃に加熱する。後処理の後に、粗製の生成物をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物301mg(68%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):7.73ppm(s,2H)、7.72(s,2H)、7.67(d,2H)、7.44(d,2H)、3.14(dd,4H)、1.89(qa,4H)、1.07(t,6H)。UV(フィルム):586nm(max)、545nm、481nm。
実施例9:
ジアクロレイン−ジチエノピロール34
4−プロピル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(32)490mg(2.22mmol)のTHF9ml中の溶液に、2.5Mのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液1.9ml(4.66mmol)を−78℃で滴加する。それを5分間−78℃で撹拌し、引き続き1時間−10℃で撹拌する。3−ジメチルアミノアクロレイン(33)770mg(7.77mmol)を混合物に加え、かつ−5℃で30分間撹拌する。冷却を外し、さらに4時間室温で撹拌する。飽和NHCl溶液20mlを加え、かつ反応混合物を1時間撹拌する。DCM100mlを加え、有機相を分離し、かつ硫酸ナトリウム上で乾燥さセル。溶剤を留去した後に、残渣をクロマトグラフィー(SiO、DCM:酢酸エチル(10:1))によって精製して、生成物152mg(21%)を得る。H−NMR(CDCl):9.64ppm(d,2H)、7.58(d,2H)、7.24(s,2H)、6.54(dd,2H)、5.14(dd,2H)、1.93(qa,2H)、0.97(t,3H)。
ジシアノビニル化合物35
ジアルデヒド34(150mg、0.46mmol)、マロジニトリル(241mg、3.65mmol)およびピペリジン(4mg、0.04mmol)の1,2−ジクロロエタン40ml中の溶液を5日間還流させる。溶剤を留去した後に、残渣を水に懸濁させ、かつ2時間還流させる。粗製の生成物を濾過し、水およびメタノールで洗浄し、真空乾燥させる。残渣をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物77mg(39%)を得る。H−NMR(TCE−d2,375K):7.42ppm(d,2H)、7.32(d,2H)、7.23(s,2H)、7.01(dd,2H)、4.11(dd,2H)、1.90(qa,2H)、0.96(t,3H)。UV(フィルム):611nm(max)、663nm。
文献
1. T.J. Dietsche, D.B. Gorman, J.A. Orvik, G.A. Roth, W.R. Shiang, Organic Process Research & Development 2000, 4, 4, 275−285.
2. S. Shinamura, E. Miyazaki, K. Takimiya, J. Org. Chem. 2010, 75, 4, 1228−1234.
3. J. Hou, M.−H. Park, S. Zhang, Y. Yao, L.−M. Chen, J.−H. Li, Y. Yang, Macromolecules 2008, 41, 16, 6012−6018.
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5. P. Frere, J.−M. Raimundo, P. Blanchard, J. Delaunay, P. Richomme, J.−L. Sauvajol, J. Orduna, J. Garin, J. Roncali, J. Org. Chem. 2003, 68, 19, 7254−7265.
実施例10:
4−ヘキシル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール−2,6−ジカルボアルデヒド(37):
4−ヘキシル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(36)(1.100g、4.18mmol)の無水THF126ml中の溶液に−78℃、アルゴン下で20分にわたってn−BuLi(ヘキサン中1.6M;5.5ml、8.79mmol)を加えた。添加の後に、混合物を90分間−78℃でさらに撹拌し、その後、室温に加温する。1時間室温でさらに撹拌した後に再び−78℃に冷却し、かつN−ホルミルピペリジン(1.045g、9.24mmol)を、シリンジを介して迅速に加えた。混合物を30分間−78℃でさらに撹拌し、次いで、4時間以内に室温にした。それを一晩アルゴン下で撹拌した。飽和NHCl溶液(47ml)を加えることによって、反応を中断した。15分間室温で撹拌を続けた後に、分液漏斗に移し、ジクロロメタン(3×80ml)で抽出した。合わせた有機相を水(2×30ml)で洗浄し、NaSO上で乾燥させた。濾過し、溶剤を除去した後に、粗製の生成物をフラッシュクロマトグラフィー(Silicagel、溶離剤としてDCM、R=0.25)によって精製した。生成物フラクションを合わせ、溶剤を除去した後に、黄色の固体を単離した(533mg、1.67mmol;40%)。H−NMR(CDCl;δ=9.88(s,2H,CHO)、7.63(s,2H,Th−H)、4.21(t,2H,CH)、1.85(m,2H,CH)、1.12(m,6H,3xCH)、0.80(t,3H,CH)。
4−ヘキシル−2,6−ビス(E)−2−チオフェン−2−イル−ビニル)−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(39):
ジアルデヒド(37)(0.320g、1.00mmol)およびジエチル(2−チエニルメチル)ホスホネート(38)(1.000g、4.27mmol)(metina(スウェーデン)から購入)を水不含の脱ガストルエン100mlに溶かした。混合物を110℃に加温した後に、t−BuOK(0.900g、8.00mmol)を4つのポーション(それぞれ0.250g)で15分かけて、撹拌およびアルゴンを継続しながら加えた。混合物をさらに10時間撹拌下で還流させた。室温に冷却した後に、0.2MのHCl50ml(10mmol)を加え、撹拌を15分間続けることによって、反応をクエンチした。混合物を1lビーカーに移し、飽和NaHCO溶液を加えることによって中和した。続いて、分液漏斗に移し、生成物をトルエン(3×80ml)で抽出した。合わせた有機相を水(2×20ml)で洗浄し、かつNaSO上で乾燥させた。溶剤を除去し、乾燥させた後に、赤色の固体(0.480mg、1.00mmol;100%)を得た。H−NMR(CCl,100℃;δ=7.14〜6.87(m,12H,Th−H&ビニル−H)、4.14〜4.04(m,2H,CH)、1.87〜1.81(m,2H,CH)、1.30〜1.20(m,6H,3xCH)、0.84(m,3H,CH);MALDI−MS(m/z):479.2(M)。粗製の生成物をさらに精製することなく、次のステップで使用した。
ジアルデヒド(40):
オキシ塩化リン(1.1ml、12.2mmol)を、ジメチルホルムアミド(1.04ml、13.4mmol)のジクロロメタン(DCM、13.8ml)中の溶液に加え、混合物を2時間アルゴン下で撹拌した。39(479.8mg、1.00mmol)のDCM(18.3ml)中の溶液に、上記のフィルスマイヤー試薬の一部(11.6ml、10.0mmol)を滴加した。混合物を48時間アルゴン下で還流させた。室温に冷却した後に、溶液に飽和NaHCO溶液(61ml)を加え、かつ2時間撹拌した。分液漏斗に移し、DCM(80ml)を加えた後に、有機相を分離し、水性相をDCM(30ml)で3回抽出した。合わせた有機相を水(2×20ml)で洗浄し、NaSO上で乾燥させた。溶剤を回転蒸発によって除去し、乾燥させた後に、生成物をシスおよびトランス異性体の混合物として赤色の固体として得た(528mg、0.987mmol;99%)。H−NMR(CCl,100℃;δ=9.93〜9.58(m,2H,CHO)、7.80〜7.60(m,4H,Th−H)、7.40〜7.05(m,6H,Th−H&ビニル−H)、4.30〜4.10(m,2H,CH−N)、2.05〜1.90(m,2H,CH)、1.50〜1.30(m,6H,3xCH)、0.84(m,3H,CH);MALDI−MS(m/z):535.1(M);UV−Vis(DCM):518nm。
2−シアノ−3−{5−[(E)−2−(6−{(E)−2−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−ビニル}−4−ヘキシル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール−2−イル)−ビニル]−チオフェン−2−イル}−アクリルニトリル(41):
ジアルデヒド40(0.520g、0.97mmol)、マロジニトリル(0.513mg、7.76mmol)およびピペリジン(0.083mg、0.1ml、0.97mmol)の1,2−ジクロロエタン(95ml)中の混合物を46時間、アルゴン下で還流させた。反応の進行をUV−Vis分光法(DCM、□max=577nm、□でのショルダー=545nm)によって追跡した。マロノニトリル(0.133g、2.00mmol)およびピペリジン(0.01ml、0.01mmol)を新たに添加した後にクネーフェナーゲル反応をさらに24時間続けると、UV−Vis−スペクトルの変化はもはや生じなかった。そのため、反応を中断し、かつ溶剤を回転蒸発器によって除去した。残渣に水(50ml)を加え、かつ2時間還流させた。吸引漏斗での温濾過の後に、フィルター残渣を乾燥させ、その後、メタノールを用いてソックスレー抽出に掛けた。乾燥させた後に、トルエンおよびクロロベンゼンで交互に抽出した。両方の抽出から生じた固体(トルエン:0.170g、光沢のあるブロンズ色の固体;クロロベンゼン:0.400g、光沢のある濃いブロンズ色の固体)は、DCMで記録して同じUV−Visスペクトルをもたらした。全ての有機溶剤への劣悪な溶解性によって、H−NMRの正確な帰属は不可能であった。MALDI−MS(m/z):631.2(M);UV−Vis(DCM):577 nm、545nm(sh)。
実施例11:
3,7−ジブロモ−10H−フェノチアジン(43):10H−フェノチアジン(42)から収率40%で、文献の指示(C.Bodea、M.Raileanu、Ann.Chim.(Paris)、1960、631、194〜197(非特許文献21))に従って製造。
NMR H(アセトン−d6):8.22(br.s,1H)、7.24(d,2H)、7.22(s,2H)、6.76(d,2H)。
3,7−ジブロモ−10−プロピル−10H−フェノチアジン(44):収率83%で3,7−ジブロモ−10H−フェノチアジン(43)から、改変された文献のプロトコル(H.Oka、J.Mater.Chem.、2008、18、1927〜1934(非特許文献22))に従って合成。
NMR H(CDCl):7.26(d,2H)、7.25(s,2H)、6.69(d,2H)、3.75(t,2H)、1.80(m,2H)、1.00(t,3H)。
10−プロピル−3,7−ビス−トリメチルスタンニル−10H−フェノチアジン(45):(44)から、ビストリメチルスタンニル化合物を製造するための上記の一般的な指示に従って製造。
NMR H(CDCl):7.60(m,4H)、7.20(d,2H)、4.15(m,2H)、2.19(m,2H)、1.35(t,3H)、0.60(s,18H)。
2−シアノ−3−(5−{7−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−10−プロピル−10H−フェノチアジン−3−イル}−チオフェン−2−イル)−アクリロニトリル(46):収率40%で、スティルカップリングを介して(45)から、上記の一般的な指示によって製造
融点:290℃
NMR H(TCE−d2 375℃で):7.79(s,2H)、7.77(d,2H)、7.54(d,2H)、7.47(s,2H)、7.40(d,2H)、6.96(d,2H)、3.94(t,2H)、1.93(m,2H)、1.13(t,3H)。
UV−VIS:574nm(フィルム30.0nm、Amax0.28);495nm(THF、Amax0.61).
実施例12:
DCV−T−PhTPh−T(51):
3,7−ジブロモ−ジベンゾチオフェン5,5−ジオキシド(48):ジベンゾチオフェンジオキシド(47)から収率63%で、文献の指示(H. Sirringhaus、R.H. Friend、C. Wangら、J.Mater.Chem.、1999、9、2095〜2101(非特許文献23)を参照されたい)に従って製造。
NMR H(DMSO−d6):8.71(s,2H)、8.50(d,2H)、8.38(d,2H)。
3,7−ジブロモ−ジベンゾチオフェン(49):3,7−ジブロモジベンゾチオフェンジオキシド(48)から収率59%で、文献のプロトコル(H. Sirringhaus、R.H. Friend、C. Wangら、J.Mater.Chem.、1999、9、2095〜2101(非特許文献23)を参照されたい)に従って製造。
NMR H(CDCl):7.97(d,2H)、7.96(d,2H)、7.56(dd,2H)。
3,7−ビス−トリメチルスタンニル−ジベンゾチオフェン(50):49から収率90%で、ビストリメチルスタンニル化合物を合成するための上記の一般的なプロトコルに従って製造。
NMR H(CDCl):8.12(d,2H)、7.98(s,2H)、7.56(d,2H)、0.35(s,18H)。
2−シアノ−3−(5−{7−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−ジベンゾチオフェン−3−イル}−チオフェン−2−イル)−アクリロニトリル(51):収率70%で、クネーフェナーゲル縮合のための上記の一般的なプロトコルに従って合成。
融点:353℃。
NMR H(DMSO−d6 375Kで): 8.57(d,4H)、8.48(d,2H)、8.02(s,2H)、7.94(m,4H)
UV−VIS:476nm(フィルム30.0nm、Amax0.55)
実施例13:
7,7−ジメチル−7H−3,4−ジチア−7−スタンナ−シクロペンタ[a]ペンタレン(52):
ジブロモビチオフェン2.0g(6.17mmol)を無水のジエチルエーテル120mlに溶かし、かつアルゴン下で−78℃に冷却した。N−ブチルリチウム(8ml、12.34mmol、ヘキサン中1.6モル)をゆっくりと加えた。反応混合物を2時間−78℃で撹拌し、その後、室温に加温した。ジメチルスタンニルジクロリド(1.42g、6.46mmol)の無水ジエチルエーテル30ml中の溶液を加え、かつ混合物を8時間アルゴン下で撹拌した。全ての溶剤を回転蒸発によって除去し、かつ残渣をヘキサンに入れた。そうして得られた懸濁液をセライトで濾過し、かつ溶剤を除去して、化合物1を1.27g(66%収量)得た。GC−MS m/z 314(11.09分)。
4−ブチリデン−4H−シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン(53):
52 500mg(1.6mmol)およびジブロモペンテン364mg(1.6mmol)を、新たに蒸留されたTHF32mlに溶かし、かつビス(トリ−tert−ブチルホスフィン)パラジウム(0)42mg(80μmol)を加えた。反応混合物を8時間、撹拌しながら還流させた。THFを回転蒸発によって除去し、かつ残渣をn−ヘキサンに入れた。粗製の生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して(溶離剤としてn−ヘキサン(Rf=0.4)、目的化合物53を115mg(収率37%)得た。GC−MS m/z 232(18.10分)。
4−ブチリデン−2,6−ビス−トリメチルスタンニル−4H−シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン(54):
化合物54を上記の一般的な指示に従って収率69%で合成した。
3−(5−{4−ブチリデン−6−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−4H−シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン−2−イル}−チオフェン−2−イル)−2−シアノ−アクリロニトリル(55):
化合物55を、スティルカップリングのための上記の一般的なプロトコルに従って製造した。UV/Vis:λmax(ジクロロメタン)525nm。
実施例14:
2−トリイソプロピルシラニルチアゾール(56):
化合物56を、文献の指示(E. L. Stangeland、T. Sammakia、J. Org. Chem.、2004、69、2381〜2385(非特許文献24))に従って製造した。
5−ブロモ−2−トリイソプロピルシラニルチアゾール(57):
化合物57を、文献の指示(E. L. Stangeland、T. Sammakia、J. Org. Chem.、2004、69、2381〜2385)に従って製造した。
4,4’−ジブロモ−2,2’−ビス−トリイソプロピルシラニル−[5,5’]ビチアゾリル(58)、7−プロピル−2,5−ビス−トリイソプロピル−シラニル−7H−3,4−ジチア−1,6,7−トリアザ−シクロペンタ[a]ペンタレン(59)および7−プロピル−7H−3,4−ジチア−1,6,7−トリアザ−シクロペンタ[a]ペンタレン(60):化合物58、59および60を同様に、文献のプロトコル(Y. A. Getmanenko、P. Tongwa、T. V. Timofeeva、S. R. Marder、Org. Lett.、2010、12(9)、2136〜2139(非特許文献25))に従って合成した。
7−プロピル−2,5−ビス−トリメチルスタンニル−7H−3,4−ジチア−1,6,7−トリアザ−シクロペンタ[a]ペンタレン(61)および2−シアノ−3−(5−{5−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イル]−7−プロピル−7H−3,4−ジチア−1,6,7−トリアザ−シクロペンタ[a]ペンタレン−2−イル}−チオフェン−2−イル)−アクリロニトリル(62):化合物61(収率87%)および62(20.0mg;収率8%)を、スティルカップリングのための我々の上記の一般的な指示に従って製造した。化合物62:MALDI(m/z):539.1;UV(フィルム、30nm):601nm、Amax=0.49。
実施例15:
8−プロピル−8H−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−f]アゼピン(68)
化合物65、66、67,および68を文献のプロトコル(C. Song、D. B. Walker、T. M. Swager、Macromolecules 2010、43、12、5233〜5237(非特許文献26))に従って合成する。
ジシアノビニル化合物(70)
化合物69および70をスティルカップリングのためのAAV1に従って製造する。
実施例16:
1−ヘキシル−2,5−ビス(チエノ[3,2−b]チオフェン−5−イル)ピロール(74)
化合物73および74を文献のプロトコル(L. I. Belen’kii、V. Z. Shirinyan、G. P. Gromova、A. V. Kolotaev、Y. A. Strelenko、S. N. Tandura、A. N. Shumskii、M. M. Krayushkin、Chem. Heterocycl. Comp. 2003、39、1570(非特許文献27))に従って合成する。
5−[5−(5−ホルミルチエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−1−ヘキシル−ピロール−2−イル]チエノ[3,2−b]チオフェン−2−カルボアルデヒド(75)
1−ヘキシル−2,5−ビス(チエノ[3,2−b]チオフェン−5−イル)ピロール(74)のジクロロメタン中の溶液に、オキシ塩化リンおよびDMFのDCM中の溶液を加える。反応混合物を16時間還流させ、続いて、飽和炭酸水素ナトリウム溶液を加え、2時間室温で撹拌する。相分離の後に、有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣をトルエンから再結晶化させて、生成物を得る。
2−[[2−[5−[5−(2,2−ジシアノビニル)チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル]−1−ヘキシル−ピロール−2−イル]チエノ[3,2−b]チオフェン−5−イル]メチレン]プロパンジニトリル(76)
ジアルデヒド75、マロジニトリルおよびピペリジンの1,2−ジクロロエタン中の溶液を48時間還流させる。溶剤を留去した後に、残渣を水に懸濁させ、かつ2時間還流させる。粗製の生成物を濾過し、水およびメタノールで洗浄し、かつ真空乾燥させる。残渣をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物を得る。
実施例17:
4−ヘキシル−2,6−ジヨード−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(77):
4−ヘキシル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(36)(0.500g、1.90mmol)の、クロロホルム(12ml)および氷酢酸(12ml)からなる混合物中の溶液に撹拌、光遮断およびアルゴン下、0℃(氷冷)で、N−ヨードスクシンイミド(1.068g、4.75mmol)を5つのポーションでそれぞれ214mgで添加した。添加の間の期間はそれぞれ7分であった。それを一晩、0〜4℃、アルゴンおよび光遮断下でさらに撹拌し、次いで、室温に加温する。撹拌を2時間続けた後に、分液漏斗に移し、さらなる水(50ml)およびクロロホルム(100ml)を加えた。振盪の後に、分離し、かつ水性相をさらに3回、それぞれクロロホルム50mlで抽出した。合わせた有機相をNaHCOおよびNaの飽和水溶液(それぞれ30ml)ならびに水(2×30ml)で連続して洗浄した。NaSO上で乾燥させた後に濾別し、かつ溶剤を回転蒸発によって除去した。残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製した(シリカゲル、溶離剤としてn−ヘキサン(R=0.37)。溶剤を回転蒸発によって除去した後に、2の黄色の血漿0.718g(74%収量)を得た。H−NMR(CDCl−CDCl):δ=7.21(s,2H,Th−H)、4.07(t,2H,CH−N)、1.80(t,2H,CH)、1.29(m,6H,3×CH)、0.88(t,3H,CH)。
4−ヘキシル−2,6−ビス−チオフェン−2−イルエチニル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール(78):化合物を、改変された手順で、薗頭−萩原カップリングのための上記の一般的な指示に従って合成した。
入念に乾燥させたスクリューキャップ圧力容器に、連続して無水トルエン(25ml)および無水トリエチルアミン(3.359g、4.6ml、33.2mmol)を先に装入した。30分間、アルゴンを気泡導入した(脱ガス)。弱いアルゴン向流で、連続して2−エチニルチオペン(1.000g、9.25mmol)、化合物77(0.4764g、0.92mmol)、Pd(PPhCl(0.0324g、0.046mmol)、CuI(0.0176g、0.09mmol)およびPPh(0.0242g、0.09mmol)を加えた。3回の温浸(脱ガスおよびアルゴン通気)および10分間のアルゴンのさらなる気泡導入の後に、スクリューキャップを閉め、かつ48時間50℃で撹拌する。冷却した後に、分液漏斗に移し、かつさらにトルエン20mlを加えた後に、連続して水(15ml)、それぞれ30mlの飽和NHCl水溶液、飽和NaHCO水溶液、飽和NaCl水溶液および水で洗浄した。NaSO上で乾燥させた後に、溶剤を回転蒸発によって除去して、赤色の固体1.5743gを単離した。MALDI−MS(m/z):475.3(M)。目的生成物は、粗製の生成物中に約30%で存在した。
フィルスマイヤー反応を介してのビスアルデヒド79の合成およびクネーフェナーゲル−縮合を介しての2−シアノ−3−(5−{6−[5−(2,2−ジシアノ−ビニル)−チオフェン−2−イルエチニル]−4−ヘキシル−4H−ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]ピロール−2−イルエチニル}−チオフェン−2−イル)−アクリロニトリル80へのさらなる合成を、上記プロトコルに従って現在行っている。
実施例18:
ビス−ベンゾジチオフェン81
化合物81を、文献のプロトコル(J. G. Laquindanum、H. E. Katz、A. J. Lovinger、A. Dodabalapur、Adv. Mater. 1997、9、1、36〜39(非特許文献28))に従って合成する。
Dialdehyd化合物82
ビス−ベンゾジチオフェン81のジクロロメタン中の溶液に、オキシ塩化リンおよびDMFのDCM中の溶液を加える。反応混合物16を還流させ、続いて、飽和炭酸水素ナトリウム溶液を加え、かつ2時間室温で撹拌する。相分離の後に、有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を留去した後に、残渣をトルエンから再結晶化させて、生成物を得る。
ジシアノビニル化合物83
ジアルデヒド82、マロジニトリルおよびピペリジンの1,2−ジクロロエタン中の溶液を48時間還流させる。溶剤を留去した後に、残渣を水に懸濁させ、かつ2時間還流させる。粗製の生成物を濾過し、水およびメタノールで洗浄し、かつ真空乾燥させる。残渣をクロロベンゼンから再結晶化させて、生成物を得る。
実施例19:
ジシアノビニル化合物85
化合物85をスティルカップリングのためのAAV1に従って製造する。
上記の合成方法は、さらなる本発明による化合物を合成するためにも使用することができる。例えば、スティルカップリングおよびクネーフェナーゲル反応を、他のユニットDまたはEを用いて使用して、さらなる本発明によるオリゴマーを合成することができる。例えば、さらなるオルガノスズ化合物R−SnR’3および有機ハロゲン化物R”−X(X=ハロゲニド)を次の一般式によって:
R−SnR’3+R”−X R−R”+X−SnR’3
[式中、RおよびR”は、基D、Eおよびbdをカップリングさせるための有機基である]、スティルカップリングを介して相互にカップリングさせることができる。既に上記したとおり、アクセプター基は、ガッターマン、ガッターマン−コッホ、ホーウェン−ヘッシュ、フィルスマイヤー/フィルスマイヤー−ハックまたはフリーデル−クラフツ−アシル化などの当業者に知られている反応を介して導入することができる。
さらなる実施例では、一般式IIIaの化合物を、本発明による光電子構成部品中の有機感光性層系の成分として得る。図4は、そのような本発明による構成部品を図示している。これは、次の層配列を有する:
1.)ガラス基板1、
2.)ITOベースコンタクト2、
3.)電子輸送層(ETL)3、
4.)有機感光性層系(10〜200nm)4、
5.)正孔輸送層(HTL)5、
6.)トップコンタクト(例えば金)6。
実施例20(本発明による化合物DCV−Fu−TPyT−Fu−Pr(3)を備えた構成部品):
さらなる実施例では、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60層、下式の化合物DCV−Fu−TPyT−Fu−Pr(3)と:
60との2:1混合層、pドーピングされた正孔輸送層および金層からなるMIP構成部品を製造する。
図5Aおよび5Bは、化合物の吸収スペクトルの線図および化合物DCV−Fu−TPyT−Fu−Pr(3)とC60との混合層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、良好な機能性有機太陽電池を示している。
実施例21(本発明による化合物DCV−Ph−TPyT−Ph−Pr(3)を備えた構成部品):
さらなる実施例では、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60層、下式の化合物DCV−Ph−TPyT−Ph−Pr(3)と:
60との1:1混合層、pドーピングされた正孔輸送層および金層からなるMIP構成部品を製造する。
図6Aおよび6Bは、化合物の吸収スペクトルの線図および化合物DCV−Ph−TPyT−Ph−Pr(3)とC60との混合層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、機能性有機太陽電池を示している。
実施例22(本発明による化合物DCV−Pyr−TPyT−Pyr−Pr(3)を備えた構成部品):
さらなる実施例では、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60層、下式の化合物DCV−Pyr−TPyT−Pyr−Pr(3)と:
60との2:1混合層、pドーピングされた正孔輸送層および金層からなるMIP構成部品を製造する。
図7Aおよび7Bは、化合物の吸収スペクトルの線図および化合物DCV−Pyr−TPyT−Pyr−Pr(3)とC60との混合層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、良好な機能性有機太陽電池を示している。
実施例23(本発明による化合物DCV−T−PhTaPh−T−Pr(3)を備えた構成部品):
さらなる実施例では、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60層、DCV−T−PhTaPh−T−Pr(3)層:
pドーピングされた正孔輸送層および金層からなるMIP構成部品を製造する。
図8Aおよび8Bは、化合物の吸収スペクトルの線図およびDCV−T−PhTaPh−T−Pr(3)層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、良好な機能性有機太陽電池を示している。
実施例24(本発明による化合物DCV−TzPyTz−Pr2(3,3)を備えた構成部品):
さらなる実施例では、透明トップコンタクトITOを有するガラス上のプローブ、バックミンスターフラーレンC60層、下式の化合物DCV−TzPyTz−Pr2(3,3)と:
60との1:1混合層、pドーピングされた正孔輸送層および金層からなるMIP構成部品を製造する。
図9Aおよび9Bは、化合物の吸収スペクトルの線図およびDCV−TzPyTz−Pr2(3,3)層とC60との混合層を備えたこのMip電池の電流電圧曲線を示している。充填率FF、開路電圧Uocおよび短絡電流jscなどの最も重要なパラメーターは、機能性有機太陽電池を示している。
1 基板
2 電極
3 輸送層系(ETLまたはHTL)
4 有機感光性層系
5 輸送層系(ETLまたはHTL)
6 対電極

Claims (6)

  1. 以下の一般式の化合物:
    [式中、Wはそれぞれ互いに独立に、C(CN)、CHCN、C(CN)COOR’から選択され、ここで、R’はそれぞれ、C1〜C10−アルキル、C6〜C10−アリールまたはC2〜C8−ヘテロアリールから選択され、
    およびRはそれぞれ互いに独立に、H、C1〜C30アルキル、C1〜C30ペルフルオロアルキル、C6〜C10アリール、C2〜C8−ヘテロアリール、CNから選択され、
    Xはそれぞれ互いに独立に、O及びSから選択され、
    YはそれぞれCR9であり、ここで、R9=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C2〜C30アルケニル、C2〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’3、NR’2であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C6〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
    ZはそれぞれCR10であり、ここで、R10=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C2〜C30アルケニル、C2〜C30アルキニル、OR’、SR’、SiR’3、NR’2であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C6〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、またはR9とR10は環を形成してもよく、
    は、NおよびC−Rから選択され、ここで、R=H、ハロゲン、それぞれ直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、C2〜C30アルケニル、C2〜C30アルキニル、置換または非置換のC6〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリール、OR’、SR’、SiR’、NR’であり、ここで、R’は、C1〜C10−アルキル、C6〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、
    はO、S、およびN(R)から選択され、ここで、Rは、H、直鎖または分岐鎖である置換または非置換のC1〜C30アルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロアリール、COR’、COOR’またはOR’から選択され、ここで、R’は、C1〜C30−アルキル、C6〜C10−アリールまたはC1〜C8−ヘテロアリールから選択され、そして
    bdは互いに独立に、*−C=C−*または
    を表し、
    oおよびpは互いに独立に0または1であってよく、かつtおよびnは1であり、
    アスタリスク*で示されている結合は、化合物中のさらなる基への結合を意味している。]
  2. 上記一般式の化合物が、少なくとも主鎖に関して、点対称または鏡面対称を有することを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  3. oおよびp=0、かつW=C−Rで、一般式:
    を有する、請求項1または2に記載の化合物。
  4. WがC(CN)、CHCNから選択され、かつR1およびR6がHおよびCNから選択される、請求項1〜3のいずれか一つに記載の化合物。
  5. Wが、独立して、C(CN)およびCHCNから選択される、請求項1〜3のいずれか一つに記載の化合物。
  6. 光電子構成部品における、請求項1〜5のいずれか一つに記載の化合物の使用。
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