JP5807359B2 - 芳香環を有するπ電子共役系化合物を含有する膜状体の製法、及び該π電子共役系化合物の製法 - Google Patents
芳香環を有するπ電子共役系化合物を含有する膜状体の製法、及び該π電子共役系化合物の製法 Download PDFInfo
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Description
しかし、これらの例のうちペンタセン前駆体からはテトラクロロベンゼン分子等が脱離するが、テトラクロロベンゼンは、沸点が高く反応系外に取り除くことが難しいことに加え、その毒性が懸念される。また、ポルフィリン、フタロシアニンについてはいずれも煩雑な合成を必要とするため適用範囲が狭く、より簡便に合成可能な置換基の開発が必要とされている。
しかし、この方法はスルホン酸エステルの極性が高いため非極性の有機溶媒への溶解性が十分ではなく、前駆体からの変換に要する温度も250℃〜300℃と比較的高いことが問題であった。
本発明者らは、前記課題に対して、脱離性基としてアシルオキシ基(具体的には、カルボン酸エステルを)構造を有するシクロヘキセン骨格をベースとしたπ電子共役系化合物前駆体(前駆体)とすれば、脱離後の構造が前述(オレフィン置換オリゴチオフェンやオレフィン置換[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン)のようなオレフィン基ではなく、ベンゼン環となるためにシスートランスの異性化が生じないという点で上記課題を解決できることを見出し、既に特許文献15の特願2009−209911号明細書において開示している。しかし、エネルギー付与によって前駆体から脱離性基が脱離する温度は典型的には150〜250℃程度であるため、一部のプラスティックなど耐熱性の低い基板を用いる際には依然として課題があった。
本発明は上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、より合成が簡便で有機溶媒に対する高い溶解性を有し、従来よりも低いエネルギー(以降、「外部刺激」と称することがある。)で脱離性基の脱離反応が可能な新規なπ電子共役化合物前駆体を用い、該前駆体に対して、熱などの外部刺激を加えることで、脱離成分を生成しつつ、化学的に不安定な末端オレフィン基を生成することなく、ベンゼン環を含むπ電子共役系化合物を得る製造方法の提供を目的とする。また、この技術を利用し、難溶性π電子共役系化合物の連続した薄膜の効率的な製造方法の提供、加えて該薄膜の有機電子デバイス(特に有機薄膜トランジスタ)への応用を目的とする。
[式(I)、(Ia)、(II)中、XおよびYは水素原子もしくは脱離性置換基を表し、該XおよびYのうち一方は脱離性置換基であり、他方は水素原子である。Q2乃至Q5はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子または、1価の有機基であり、Q1とQ6は水素原子、ハロゲン原子または、前記脱離性置換基以外の一価の有機基である。Q1乃至Q6は隣り合った基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。]
〔3〕前記塗工液の塗布が、インクジェット塗布、スピンコート法、溶液キャスト法、ディップコーティング法からなる群から選択される方法により行われることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の膜状体の製造方法。
〔4〕前記置換基Aが、(i)1つ以上の芳香族炭化水素環および芳香族ヘテロ環、若しくは2つ以上の前記環が縮環された化合物、及び、(ii)前記(i)の環同士が共有結合を介して連結された化合物、からなる群から少なくとも一つ以上選択されるπ電子共役系化合物であることを特徴とする〔1〕乃至〔3〕のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
〔5〕前記化合物A−(B)mより脱離する一般式(II)で示される脱離成分がハロゲン化水素または置換されていても良いカルボン酸または置換されていても良いアルコール、二酸化炭素のいずれかを含むことを特徴とする〔1〕乃至〔4〕のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
〔6〕前記化合物A−(B)mが溶媒可溶性であり、前記脱離性置換基の脱離により生成する前記化合物A−(C)mが溶媒不溶性であることを特徴とする〔1〕乃至〔5〕のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
〔7〕π電子共役系化合物前駆体A−(B)mより、下記一般式(II)で示される脱離性置換基を脱離させA−(C)mで示されるπ電子共役系化合物を生成することを特徴とするπ電子共役系化合物の製造方法。
[式(I)、(Ia)、(II)中、XおよびYは水素原子もしくは脱離性置換基を表し、該XおよびYのうち一方は脱離性置換基であり、他方は水素原子である。Q2乃至Q5はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子または、1価の有機基であり、Q1とQ6は水素原子、ハロゲン原子または、前記脱離性置換基以外の一価の有機基である。Q1乃至Q6は隣り合った基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。]
〔9〕前記置換基Aが、(i)1つ以上の芳香族炭化水素環および芳香族ヘテロ環、若しくは2つ以上の前記環が縮環された化合物、及び、(ii)前記(i)の環同士が共有結合を介して連結された化合物、からなる群から少なくとも一つ以上選択されるπ電子共役系化合物であることを特徴とする〔7〕又は〔8〕に記載のπ電子共役系化合物の製造方法。
〔10〕前記化合物A−(B)mが溶媒可溶性であり、前記脱離性置換基の脱離により生成する前記化合物A−(C)mが溶媒不溶性であることを特徴とする〔7〕乃至〔9〕のいずれかに記載のπ電子共役系化合物の製造方法。
〔11〕〔7〕乃至〔10〕のいずれかに記載の方法で製造されたものであることを特徴とする前記π電子共役化合物系化合物。
本発明の膜状体、並びにπ電子共役系化合物の製造方法においては、特定の溶媒可溶性置換基を有する「π電子共役系化合物前駆体」に対して、外部刺激を加え特定の置換基を脱離させることにより、目的とする膜状体、並びにπ電子共役系化合物を製造することが特徴である。前記「π電子共役系化合物前駆体」はA−(B)mで表される。
ここでAはπ電子共役系置換基であり、Bは上記一般式(I)で表される構造を少なくとも部分構造として有している溶媒可溶性置換基である。mは自然数である。ただし、Bは上記一般式(I)中、Q1乃至Q6の位置において、A上の任意の原子と共有結合を介して連結しているか、A上の任意の原子と縮環している。これに外部刺激を加えることにより、溶媒可溶性置換基Bは特定の脱離性置換基XおよびをX−Y(XとYが結合した分子)の形で脱離し、代わりに一部がベンゼン環に置き換わった一般式(Ia)で示される置換基Cへと変換されるとともに、π電子共役系化合物A−(C)mで表される化合物膜状体、並びに該化合物が得られる。
[式(I)、(Ia)、(II)中、XおよびYは水素原子もしくは脱離性置換基を表し、該XおよびYのうち一方は脱離性置換基であり、他方は水素原子である。Q2乃至Q5はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子または、1価の有機基であり、Q1とQ6は水素原子、ハロゲン原子または、前記脱離性置換基以外の一価の有機基である。Q1乃至Q6は隣り合った基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。]
上記、置換されていても良い炭素数1以上のエーテル基としては、炭素数1以上の置換されていても良い直鎖または環状の脂肪族アルコールおよび炭素数4以上の芳香族アルコール等、アルコール由来のエーテル基が挙げられる。また、前記エーテル中の酸素原子が硫黄原子に置き換わったチオエーテル基も含めることができる。具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ピバロイル基、ペントキシ基、ヘキシロキシ基、ラウリロキシ基、トリフルオロメトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基、ペンタフルオロプロポキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロヘキシロキシ基、トリメチルシリルオキシ基、トリエチルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジフェニルシリルオキシ基等が挙げられ、エーテル結合部位の酸素を硫黄に置き換えた対応するチオエーテル類も同様に含まれる。
上記、置換されていても良い炭素数1以上のアシルオキシ基としては、ホルミルオキシ基、炭素数2以上のハロゲン原子を含んでいてもよい直鎖または環状の脂肪族カルボン酸および炭酸ハーフエステル、炭素数4以上の芳香族カルボン酸等、カルボン酸および炭酸ハーフエステル由来のアシルオキシ基が挙げられる。また、前記カルボン酸の酸素原子が硫黄に置き換わったチオカルボン酸も含めることができる。具体的には、例えば、ホルミルオキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、ラウロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、トリフルオロアセチルオキシ、3,3,3−トリフルオロプロピオニルオキシ、ペンタフルオロプロピオニルオキシ、シクロプロパノイルオキシ、シクロブタノイルオキシ、シクロヘキサノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ基、ペンタフルオロベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
加えて、上記例示したアシルオキシ基のカルボニル基とアルキル基あるいはアリール基の間に酸素原子または硫黄原子を挿入した、炭酸ハーフエステル由来の炭酸エステルも挙げることができる。加えて、エーテル結合部位およびカルボニル部位の酸素の一つ以上を硫黄に置き換えた対応するアシルチオオキシ類、チオアシルオキシ類も同様に含まれる。
例えば、脱離性基として、置換または無置換の炭素数1以上のエーテル基およびアシルオキシ基に代えて炭素数1以上の置換されていてもよいスルホニルオキシ基、を導入することもできる。
尚、上記置換されていてもよいスルホニルオキシ基としては、炭素数1以上の直鎖または環状の脂肪族スルホン酸、炭素数4以上の芳香族スルホン酸等、スルホン酸由来のスルホニルオキシ基が挙げられる。具体的には、例えば、メチルスルホニルオキシ基、エチルスルホニルオキシ基、イソプロピルスルホニルオキシ基、ピバロイルスルホニルオキシ基、ペンタノイルスルホニルオキシ基、ヘキサノイルスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基、3,3,3−トリフルオロプロピオニルスルホニルオキシ基、フェニルスルホニルオキシ基、p−トルエンスルホニルオキシ基等が挙げられ、エーテル部位の酸素原子が硫黄原子に置き換わったスルホニルチオオキシ基も同様に含むことができる。
これらの例としては、アルキル基[好ましくは置換または無置換の炭素数1以上のアルキル基〔例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデカン基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、3,7−ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロオクチル基、トリフルオロドデシル基、トリフルオロオクタデシル基、2−シアノエチル基〕]、シクロアルキル基[好ましくは置換または無置換の炭素数3以上のアルキル基〔例えば、シクロペンチル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、ペンタフルオロシクロヘキシル基〕]が挙げられる。
以下に説明する他の一価の有機基においても、アルキル基は上記概念のアルキル基を示す。
特に好ましくは、水素原子[一般式(III)、(IV)でn=2の時は除く]、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルケニル基、置換または無置換のアルキニル基、置換または無置換のアルコキシル基、置換または無置換のチオアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のヘテロアリール基、シアノ基であり、より好ましくは水素原子[一般式(III)、(IV)でn=2の時は除く]、置換または無置換のアルキル基である。最も好ましくは、置換または無置換のアルキル基の時である。
前記アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール基、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、tertブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、トリフルオロメタノール、3,3,3−トリフルオロプロパノール、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基、ペンタフルオロプロパノール、シクロプロパノール、シクロブタノール、シクロヘキサノール、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール、tert−ブチルジメチルシリラノール、tert−ブチルジフェニルシラノール等が挙げられ、エーテル結合部位の酸素を硫黄に置き換えた対応するチオール類も同様に含まれる。
前記カルボン酸および炭酸ハーフエステルとしては、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、トリフルオロ酢酸、3,3,3−トリフルオロプロピオン酸、ペンタフルオロプロピオン酸、シクロプロパンカルボン酸、シクロブタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、安息香酸、p−メトキシ安息香酸、ペンタフルオロ安息香酸、メチルハイドロゲンカーボネート、エチルハイドロゲンカーボネート、イソプロピルハイドロゲンカーボネート、ヘキシルハイドロゲンカーボネートなどが挙げられる。これら炭酸ハーフエステルは通常不安定であるため、対応するアルコール(例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ヘキサノール)と二酸化炭素まで分解されることがある。)また、同様にエーテル結合部位の酸素を硫黄に置き換えた対応するチオカルボン酸、チオ炭酸ハーフエステル類も同様に含まれる。
例えば、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルケニル基、置換または無置換のアルキニル基、置換または無置換のアルコキシル基、置換または無置換のチオアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のヘテロアリール基、シアノ基が例示される。
脱離成分X−Yとしては、前記スルホニルオキシ基を構成する置換基の−O−結合または−S−結合部位を切断し末端に水素を置換した対応するスルホン酸およびチオスルホン酸が挙げられ、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、イソプロピルスルホン酸、ピバロイルスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ヘキサノイルスルホン酸、トルエンスルホン酸、フェニルスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、3,3,3−トリフルオロプロピオニルスルホン酸基などが挙げられ、エーテル結合部位の酸素を硫黄に置き換えた対応するチオスルホン酸類も同様に含まれる。
また、未だ定かではないが、R1、R2はカルボニル酸素の負の分極の度合いが大きくなるような電子吸引性の置換基(たとえばハロゲンを有するアルキル基や、シアノ基を有する基)であることが脱離反応の効率化という点好ましいと考えられる。
(i) 1つ以上の前記芳香族炭化水素環および芳香族ヘテロ環、または前記環同士が縮環された化合物、
(ii) (ii)、(i)の環同士が共有結合を介して連結された化合物、上記(i)および(ii)より形成される群から少なくとも一つ以上選択される組み合わせで選ばれるπ電子共役系化合物、
が好ましく、それらの芳香族炭化水素環または芳香族へテロ環がそれぞれ有するπ電子が、縮環及び共有結合を介した連結による相互作用によって縮環または連結環全体に非局在化した構造であることが好ましい。
ここでの共有結合とは、炭素−炭素単結合、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合、オキシエーテル結合、チオエーテル結合、アミド結合、エステル結合などが挙げられるが、好ましくは前記単結合、二重結合、三重結合のいずれかである。
また、あるπ電子共役系置換基Aに対して共有結合を介して結合または縮合している、溶解性置換基Bの数は、当然いずれも、A上の置換あるいは縮環可能な原子の数に依存する。例えば、無置換のベンゼン環においては、最大で6つの置換位置で共有結合を介して結合が可能であり、最大6箇所で縮環可能である。しかしながら、A自体の分子の大きさ、溶解性に応じた置換数、分子の対称性、合成の容易さを考慮すると、下限として1分子内に含まれる本発明の溶解性置換基は2以上がより好ましい。一方、置換数があまり大きいと、溶解性置換基同士が立体的に混み入りすぎて好ましくないため、上限としては、分子の対称性、合成の容易さ、溶解性に応じた十分な置換数を考慮すると4以下が好ましい。
本発明において、「溶媒可溶性」とは、溶媒に対して、溶剤を加熱還流した後に室温まで冷却した状態で0.05wt%以上の溶解度を有することをいう。好ましくは0.1wt%以上であり、より好ましくは0.5wt%であり、最も好ましくは1.0wt%以上である。
また、置換基AおよびBの組合せによっては、π電子共役系化合物A−(C)nの溶媒に対する溶解性が変わってくる。
ここで、「溶媒不溶化」とは、前記溶媒可溶性の状態よりも1桁以上溶解度を低下させることをいう。具体的には、溶媒に対して、溶剤を加熱還流した後に室温まで冷却した状態で、0.05wt%以上の溶解度(溶媒可溶性)から0.005wt%以下に溶解度を低下させることが好ましく、0.1wt%以上の溶解度(溶媒可溶性)から0.01wt%以下に溶解度を低下させることがより好ましく、0.5wt%以上の溶解度(溶媒可溶性)から0.05wt%未満に溶解度を低下させることが特に好ましい、さらに最も好ましくは1.0wt%以上の溶解度から0.1wt%未満に低下させることが好ましい。そして、「溶媒不溶性」とは、溶媒に対して、溶剤を加熱還流した後に室温まで冷却した状態で0.01wt%未満の溶解度を有することをいい、0.005wt%以下であることが好ましく、0.001wt%以下であることがより好ましい。
前記XおよびYの脱離反応による変換の前後、即ち、前記一般式(I)で表される部分構造を有するπ電子共役化合物前駆体から前記一般式(Ia)で表される化合物部分構造を有する化合物(「特定化合物」あるいは「有機半導体化合物」と呼称する。)への変換により、これら化合物の溶解性が大きく変化する。即ち、特定化合物上に続けて異なる膜を積層する場合に、積層膜形成に用いる溶液の溶媒に侵されにくくなるため、有機薄膜トランジスタ、有機EL、有機太陽電池などのような有機電子デバイスの製造工程において有用である。
本発明のπ電子共役化合物前駆体の保存安定性については、脱離性の溶解性置換基が変換処理を行うまでの間に、意図せず外れることがないという意味である。形態は、固体のままであっても、溶媒に溶かしてインクやウェス状、あるいは前記インクから製膜された膜状であってもよい。
保存安定性の程度を規定するときの指標としては、固体やインクを一定温度(一般には20度程度)で一定条件(湿度50%、遮光下)の基、一定期間(例えば1ヶ月)放置した後の状態を分析することで決めることができる。意図せず脱離変換されてしまった分子を定量すればよい。
脱離反応は、エネルギー付与によるものであるから、低温下(例えば0度〜−100℃)や遮光下、不活性雰囲気下に保存するすることでその保存安定を高めることが可能である。好ましくは、遮光下、−40℃において脱離基の意図しない脱離(例えばLC純度99.5%の前駆体から、保存後に0.5%以上の新たな不純物が検出されないこと)が起こらないことであるが、より好ましくは0−5℃で起こらないこと、もっとも好ましくは5−40℃において起こらないことである。
以下に、前記具体例に示したA−(B)mから製造されるA−(C)m(特定化合物と称する)の具体例を下記特定化合物1〜特定化合物29に示すが、本発明におけるπ電子共役系化合物はこれらに限定されるものではない。
本発明のπ電子共役系化合物を含む膜状体の製法における中核部分は、前記脱離反応による該π電子共役系化合物の製造であるともいえるので、前記脱離反応について詳細に説明する。
本発明の製造方法の場合、プラスチックス、金属、シリコンウエハ、ガラス等の基質(支持体)上に、例えば塗工により形成された前駆体含有膜中に含まれ前述のように本発明の前記一般式(I)で表される前駆体は、エネルギー付与により前記一般式(Ia)で表される化合物(特定化合物)と前記一般式(II)で表される化合物(脱離成分)に変換する。
前記脱離成分の沸点としては大気圧(1013hPa)において、500℃以下であることが好ましく、系外への除去の容易さと生成するπ共役化合物の分解・昇華温度を考えると、400℃以下であることがより好ましく、特に好ましくは300℃以下である。
上記一般式(VI)で表される化合物から脱離成分が脱離する機構について下記反応式(スキーム)により概略を示す。なお、下記反応機構において、本発明のシクロヘキサジエン環構造からの脱離成分の脱離機構は下記一般式(VI−a)から下記一般式(VII−a)への変換である。説明を補足するため、シクロヘキセン環[下記一般式(IX)]の場合の脱離機構も含めて示す。尚下記式中、R3は置換又は無置換のアルキル基を示す。
2つアシルオキシ基を有するシクロヘキセン構造を有する化合物[一般式(IX)]の場合、脱離反応は2段階で進行すると考えられ、先ず一つのカルボン酸が脱離して前記一般式(VI−a)で表されるシクロヘキサジエン環構造となる。
この時、一般式(IX)で表される2置換体からカルボン酸1分子を脱離させるために必要な活性化エネルギーは、一般式(VI−a)で表される1置換体から同1分子を脱離させるのに要するそれに比べて、十分に大きいため、反応は速やかに2段階進行し、一般式(VII−a)で表される構造まで変換される。つまり、上記反応式の場合には反応系内で一般式(VI−a)で表される1置換体を単離することはできない。
ここで、置換基(アシルオキシ基と水素等)の位置関係の違いによる、複数の立体立体異性体が存在する場合においても、反応の速度は違えど上記反応は進行する。
上記反応式から推察されるように、活性な1置換体を合成することができれば、前記一般式(VI)で表されるシクロヘキセン環に較べて脱離反応に要するエネルギーは少なくて済むことから有利である。即ち、本発明のシクロヘキサジエン環構造は、従来よりも低いエネルギー(外部刺激)で脱離性置換基の脱離反応が確実に行える。
通常、前記脱離反応には、官能基の構造にも依存するが、反応速度および反応率の観点から加熱が必要となることが多い。脱離反応を行なうための加熱の方法には、支持体上で加熱する方法、オーブン内で加熱する方法、マイクロ波の照射による方法、レーザーを用いて光を熱に変換して加熱する方法、光熱変換層を用いる等種々の方法を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
上記加熱の時間については、高温であるほど反応時間は短く、低温であるほど脱離反応に必要な時間は長くなる。また、π電子共役化合物前駆体の反応性、量にもよるが、通常0.5分〜120分、好ましくは1分〜60分、特に好ましくは1分〜30分である。
上記、酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、3,3,3−トリフルオロプロピオン酸、蟻酸、リン酸等、2−ブチルオクタン酸等を用いることができる。
光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩等のイオン性発生剤とイオン性光酸発生剤イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジスルホニルジアゾメタン、ニトロベンジルスルホネート等の非イオン性発生剤を用いることができる。
また、塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン類、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン等のアミジン類などを用いることができる。
また、光塩基発生剤としては、カルバマート類、アシルオキシム類、アンモニウム塩等を用いることができる。
中でも揮発性の酸または塩基の雰囲気中に行うのが、反応後の酸塩基の系外への除去の容易さを考えると好ましい。
また、エーテル基についても、アルコールに塩基を作用させ、続けてハロゲン化アルキル、ハロゲン化アルキルシラン等を作用させる(ウィリアムソンエーテル合成法)方法などで調整することができるが、これらに限定されるものではない。
前述のように本発明のπ電子共役化合物前駆体は、シクロヘキサジエン骨格と脱離性置換基を有していることが特徴である(この構造部位全体として溶解性置換基Bと定義される)。
このシクロヘキサジエン骨格と脱離性置換基からなる構造の所謂、溶解性置換基B部分が剛直ではなくまた立体的に嵩高いために結晶性が悪く、このような構造を有する分子は溶解性が良好であり、且つπ電子共役化合物前駆体を溶解した溶液を用いて塗布した際に、結晶性の低い、あるいは無定形の膜が得られやすい性質を有する。
シクロヘキサジエン骨格におけるエーテル基またはアシルオキシ基の形成方法としては、下記一般式(X)で表されるようなシクロヘキセン−1−オン骨格を有する化合物から誘導が可能である。一般式(X)で表される化合物は従来公知の方法で製造することができ、これを原料として用いることが可能であるが、本発明の脱離反応の形式から考えるとケトンの隣の2位にそれぞれ一つ以上の水素原子を有していることが好ましい。
還元反応に用いる溶媒は種々の有機溶媒を用いることができ、反応速度の観点から特にメタノールやエタノールなどのアルコール類が好適である。
反応温度は通常0℃近辺で行うが、反応性に応じて室温から溶媒の還流温度までを好適に用いることができる。
OH保護基としては、例えば、アセチル基、メチル基、トリメチルシリル基、ベンジル基などが挙げられる。
1等量のカルボン酸無水物(例えば、無水酢酸)と塩基存在で反応させることにより、カルボン酸エステルを形成する(XII−1)。塩基は、ピリジンやトリエチルアミンなどの3級アミンを好適に用いることができ、これらを過剰に加え溶媒として用いることもできる。
溶媒は、上記に加え、ジクロロメタンやテトラヒドロフランなど反応性の内多くの有機溶媒を用いることができる。
この工程において、反応条件によっては複数の立体異性体が生成する可能性がある。具体的には、シクロヘキセン環と結合したカルボン酸エステル基とブロモ基との立体配置により、ラセミ混合物と、メソ体が任意の割合で得られることがある。特に分離する必要は無いが、これらは再結晶あるいは光学活性な固定層を用いたクロマトグラフィー等で分離することができる。
溶媒は化合物を良く溶かし、自身が酸化を受けないものであれば特に制限されないが、一例としては、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ベンゼン、水などを用いることができる。特に好ましいのは、ジクロロメタン、クロロホルムおよび水である。
また、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のような酸化剤を用いる場合は、有機相に化合物を溶解させ、相間移動触媒を加えた二相系での反応を行うことが好ましい。前記相間移動触媒としては、いわゆる界面活性剤を用いることができるが、一例として、4級アンモニウム塩やスルホニウム塩などを主成分とする物が挙げられる。
反応温度は通常0℃近辺で行うが、反応性に応じて室温から溶媒の還流温度までを好適に用いることができる。
還元反応に用いる溶媒は種々の有機溶媒を用いることができるが、還元剤と反応しないことが求められ、特にエーテル系溶媒が好ましい。一例として、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジオキサンなどである。
反応温度は通常0℃近辺で行うが、反応性に応じて室温から溶媒の還流温度までを好適に用いることができる。
反応温度としては、室温から溶媒還流温度までを適用することが可能であるが、脱離反応などの副反応を防ぐためにも50℃以下が好ましく、最も好ましくは室温(25℃近傍)以下で行うことである。
なお、上記工程において、カルボン酸誘導体の代わりに、ハロゲン化アルキルあるいはハロゲン化アルキルシランあるいはスルホン酸誘導体を用いれば、公知の方法において容易にアルキルエーテル基、シリルエーテル基、スルホニルオキシ基を有する骨格が構築も達成できる。
ただし、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化シリルエーテルの場合は、トリエチルアミンやピリジンのような弱塩基ではなく、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウムなどの強塩基を用いたほうが良好な結果を与える。
下記に具体的な例を挙げてその詳細反応式(スキーム)を示す。
第一段階として、ヨウ素原子とグリニア試薬とのグリニア交換反応を行う。極低温でかつヨウ素の反応性が高いため、選択的にグリニア交換反応が起こりグリニア試薬が得られる。このグリニア試薬にジメチルホルムアミドやモルホリンなどのホルミル化剤を加えることでホルミル化を行う。
第二段階はホルミル基のオルトリチオ化である。同時に加えるアミンとリチウムとホルミル基が錯体を形成するため、他の官能基を損なうことなく選択的にオルト位(1,2−ジヒドロナフタレンの7位)がリチオ化される。これを同様にジメチルスルフィドを加えることで、SMe化される。
続けて、第三段階ではホルミル基同士のマクマリーカップリング反応を行う。亜鉛、四塩化チタンの存在下で反応を行う。これにより、ホルミル基同士がカップリングし、オレフィン構造が形成される。
最終段階では、ヨウ素による閉環反応を行う。ヨウ素が二重結合部位に付加し、続けて、SMe基と反応し、MeIの形で脱離することにより、チオフェン環が二つ形成され、目的の縮環化合物を得ることができる。
これらのうち、Suzukiカップリング反応またはStilleカップリング反応を用いる方法が、中間体の誘導体化が容易であるのと、反応性、収率の観点から特に好ましい。炭素−炭素二重結合の形成に置いては、上記に加えHeck反応による方法、Wittig反応なども好ましい。炭素−炭素三重結合の形成においては、上記に加え、Sonogashira反応が特に好ましい。
以下に、炭素−炭素結合をSuzukiカップリング反応およびStilleカップリング反応によって連結する例を以下に挙げる。
そして、上記混合物にさらにSuzukiカップリング反応の場合においてのみ塩基を追加し、パラジウム触媒の存在下で、反応させることにより製造される。
また、ボロン酸誘導体としては、ボロン酸のほか、熱的に安定で空気中で容易に扱えるビス(ピナコラト)ジボロンを用いハロゲン化誘導体から合成される、またはボロン酸をピナコール等のジオールで保護することによって合成されるボロン酸エステル誘導体を用いてもよい。
上記反応における反応時間は、用いる原料の反応性において適宜設定することができ、1〜72時間が好適であり、さらには、1〜24時間がより好ましい。
溶解性に優れた材料では、これら精製方法の制約が少なくなり、結果的にデバイス特性にも好影響を与える。
さらに前記の製膜方法により塗布した本発明のπ電子共役化合物前駆体A−(B)mの膜にエネルギーを付与する(外部刺激を加える)ことによって、前記一般式(I)で表される溶解性の脱離性置換基Bから前記一般式(II)で表される化合物(脱離成分)を脱離し、前記一般式(Ia)で表されるCへと変換することで、π電子共役化合物A−C(m)(応用として有機半導体材料等が挙げられる)からなる有機半導体膜を形成することが可能であることから、光電変換素子、薄膜トランジスタ素子、発光素子など種々の機能素子用材料として好適に用いることができる。
本発明のπ電子共役化合物前駆体から製造したπ電子共役化合物(ここでは有機半導体化合物)は、例えば、電子デバイスに用いることができる。電子デバイスの例を挙げると、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気、または化学物質等により制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場を発生させる装置などが挙げられる。また、例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子などが挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振等が挙げられる。
現在シリコン等の無機半導体で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、あるいはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。また、光により起電力を生じる太陽電池や、光電流を生じるフォトダイオード、フォトトランジスター等の光素子も挙げることができる。
図1の(A)〜(D)は、本発明に係わる有機薄膜トランジスタの構造例を示す概略図である。本発明に係わる有機薄膜トランジスタの有機半導体層(1)は、本発明のπ電子共役化合物前駆体にエネルギーを付与して変換された有機半導体化合物[A−C(m)]を含有する。本発明の有機薄膜トランジスタには、空間的に分離された第一の電極(ソース電極(2))、第二の電極(ドレイン電極(3))および図示しない支持体(基質)上に第三の電極(ゲート電極(4))が設けられており、ゲート電極(4)と有機半導体層(1)の間には絶縁膜(5)が設けられていてもよい。
有機薄膜トランジスタはゲート電極への電圧の印加により、ソース電極(2)とドレイン電極(3)の間の有機半導体層(1)内を流れる電流がコントロールされるが、スイッチング素子としては、ゲート電極4による電圧の印加状態により、ソース電極(2)とドレイン電極(3)との間に流れる電流量が大きく変調できることが重要である。これはトランジスタの駆動状態で大きな電流が流れ、非駆動状態では、電流が流れないことを意味する。
前述のように本発明のπ電子共役化合物前駆体を有機半導体前駆体として用い、例えば、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びキシレン等の溶剤に溶解して溶液(インク組成物)とし、該溶液を支持体上に塗布することによって有機半導体前駆体からなる薄膜を形成した後、この膜に対してエネルギーを印加し、有機半導体膜に変換することによっても形成することができる。
前記、インク組成物に用いられる溶媒は、次のように決めることができる。
例えばジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びキシレン等の溶剤に溶解して、支持体上に塗布することによって薄膜を形成することができる。すなわち、前駆体を含む塗工液のための溶媒は、目的に応じて適宜選択することができるが、除去が容易であることから、沸点が500℃以下であることが好ましい。しかし、揮発性が高ければ高いほど良いという訳ではない。沸点50℃以上のものが好ましい。まだ充分に確認した訳ではないが、伝導性には、前駆体が有する脱離性基の単なる離脱のみでなく、分子相互間の接触のための配置状態変化も重要なためかも知れない。つまり、塗工膜中に存在する前駆体は、それが有する脱離性基が除去されたのち、ランダム状態から、分子の向き又は位置の少なくとも部分的変化により分子同士の隣接化、接触や再配列、凝集、結晶化等が生じるための時間が必要なためかも知れない。
いずれにしても、溶媒としては具体的には、前駆体A−(B)mが有する例えば脱離性基としての極性のカルボエステル基やエーテル基に親和性のあるメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等のエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、フエノール、クレゾールのようなフエノール類、ジメチルホルムアミド(DMF)、ピリジン、ジメチルアミン、トリエチルアミン等の含窒素有機溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブのようなセロソルブ(登録商標)等の極性(水混和性)溶媒に加えて、本体構造部分と比較的親和性のあるトルエン、キシレン、ベンゼン等の炭化水素、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン等のハロゲン化炭化水素溶媒、酢酸メチル、酢酸エチルのようなエステル系溶媒、ニトロメタン、ニトロエタン等の含窒素有機溶媒等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
中でも、テトラヒドロフラン(THF)等の極性(水混和性)溶媒と、トルエン、キシレン、ベンゼン、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素、酢酸エチル等のエステル系溶媒のような非水混和性のものとの併用が特に好ましい。
また、塗工液には、さらに、本発明の目的達成を損なわない程度で、カルボエステル基分解促進のための揮発性又は自己分解性の酸、塩基材料を含んでしてもよい。また、トリクロロ酢酸(加熱によりクロロホルムと炭酸ガスに分解)、トリフロロ酢酸(揮発性)のような強酸性の溶媒は、弱いルイス酸であるカルボエステル基の追い出しに効果があるので好ましく用いられる。
これら薄膜の作製方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、ディスペンス法、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷、フレキソ印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法などのソフトリソグラフィーの手法等が挙げられ、更にはこれらの手法を複数組み合わせた方法を用いることができる。
そして、材料に応じて、適した上記製膜方法と、上記溶媒から適切な溶媒が選択される。
さらに、熱変換後の有機半導体材料自体は、真空蒸着法等による気相製膜が可能である。
乾燥速度については、過度に高い蒸気圧すなわち、沸点が比較的低い溶媒は、インクジェットのノズル周辺での急激な溶媒乾燥によって溶質が析出し、ノズルの目詰まりが生じるという問題が発生するため、工業的製造において不適切である。したがって、一般にインクジェット法に用いる溶媒としては高沸点のものがよいとされているが、本発明においては、少なくとも150℃以上の沸点を有する溶媒を含むことが望ましい。さらに望ましくは、少なくとも200℃以上の沸点を有する溶媒を含むことである。
また、インク溶媒に対する溶質の溶解度としては、本発明で用いられる有機半導体材料を少なくとも0.1重量%以上溶解させる溶媒であることが望ましい。さらに望ましくは0.5重量%以上溶解させる溶媒である。上記を満たす溶媒としては、例えば、クメン、シメン、メシチレン、2,4−トリメチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、アミルベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、テトラリン、1,5−ジメチルテトラリン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル等が挙げられる。
上記した前駆体薄膜より変換した有機半導体膜は、後処理により特性を改良することが可能である。例えば、加熱処理により、製膜中に生じた膜中のゆがみを緩和することができ、これが結晶性の向上に繋がり、特性の向上や安定化を図ることができる。また、有機溶媒(例えば、トルエン、クロロホルムなど)雰囲気中に置くことにより、加熱処理と同様に膜中のゆがみを緩和し、さらに結晶性を高めることも可能である。
さらに、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは膜中のキャリア密度の増加、あるいは減少の目的で利用することができる。
本発明の有機薄膜トランジスタに用いられるゲート電極、ソース電極、ゲート電極としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等、及びこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機及び有機半導体、例えば、シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等が挙げられる。
電極の形成方法としては、上記材料を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフィーやレーザーアブレーション等により形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
また、本発明の有機薄膜トランジスタは、必要に応じて各電極からの引出し電極を設けることができる。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて用いられる絶縁膜には、種々の絶縁膜材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコウム酸化チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等の無機系絶縁材料が挙げられる。
また、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、無置換またはハロゲン原子置換ポリパラキシリレン、ポリアクリロニトリル、シアノエチルプルラン等の高分子化合物を用いることができる。
さらに、上記絶縁材料を2種以上合わせて用いてもよい。特に材料は限定されないが、中でも誘電率が高く、導電率が低いものが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、絶縁膜および電極と有機半導体層の接着性を向上、ゲート電圧の低減、リーク電流低減等の目的で、これら層間に有機薄膜を設けてもよい。有機薄膜は有機半導体層に対し、化学的影響を与えなければ、特に限定されないが、例えば、有機分子膜や高分子薄膜が利用できる。
また、この有機薄膜をラビング等により、異方性処理を施していてもよい。
本発明の有機薄膜トランジスタは、大気中でも安定に駆動するものであるが、機械的破壊からの保護、水分やガスからの保護、またはデバイスの集積の都合により要する保護、等のため必要に応じて保護層を設けることもできる。
本発明のπ電子共役化合物前駆体および有機半導体は、光電変換素子、薄膜トランジスタ素子、発光素子など種々の有機電子デバイスを作製可能であるため有用である。
上述した本発明の有機薄膜トランジスタは、液晶、エレクトロルミネッセンス、エレクトロクロミック、電気泳動等の、従来公知の各種表示画像素子を駆動するための素子として好適に利用でき、これらの集積化により、いわゆる「電子ペーパー」と呼ばれるディスプレイを製造することが可能である。
また、ICタグ等のデバイスとして、本発明の有機薄膜トランジスタを集積化したICを利用することが可能である。
また、下記合成例および実施例における化合物の同定は、NMRスペクトル〔JNM−ECX(商品名)500MHz、日本電子製〕、質量分析〔GC−MS、GCMS−QP2010 Plus(商品名)、島津製作所製〕、精密質量分析〔LC−TofMS、Alliance−LCT Premier(商品名)、Waters社製〕、元素分析〔(CHN)(CHNレコーダーMT−2、柳本製作所製)、元素分析(硫黄)(イオンクロマトグラフィー;アニオン分析システム:DX320(商品名)、ダイオネクス製〕を用いて行った。
〔特定化合物中間体の合成1〕
〈化合物(2)の合成〉
下記反応式(スキーム)に従って化合物(2)を合成した。
500mLのビーカーに上記式1の化合物(20g、119.0mmol)と15%HCl(96mL)を入れ、氷冷却下5℃以下を維持しながら、亜硝酸ナトリウム水溶液(9.9g、143.0mmol+水42mL)を徐々に滴下した。滴下終了後、そのままの温度で30分間攪拌し、ヨウ化カリウム水溶液(23.7g、143.0mmol+水77mL)を一度に加え、氷浴を外し2.5時間攪拌し、その後60℃で窒素の発生が収まるまで0.5時間加熱した。室温まで冷却した後、反応溶液をジエチルエーテルで3回抽出した。有機層を5%チオ硫酸ナトリウム水溶液(100mL×3回)で洗浄し、さらに飽和食塩水(100mL×2回)で洗浄した。さらに、硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾液を濃縮することで赤色のオイルを得た。
これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=9/1)にて精製することにより、淡橙色の固体を得た。さらに、2−プロパノールより再結晶することにより、淡橙色の結晶として化合物(2)を得た(収量11.4g、収率35.2%)。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 2.13 (quint, 2H, J = 5.7 Hz), 2.64 (t, 2H, J = 6.3 Hz ), 2.92 (t, 2H, J =6.0 Hz), 7.66 (d, 1H, J = 8.0 Hz), , 7.67 (s, 1H),7.72 (d, 1H, J = 8.0 Hz)
融点:74.0−75.0℃
質量分析:GC−MS m/z = 272 (M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(2)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(3)を合成した。
以下に化合物(3)の分析結果を示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 1.71 (d, 1H, J =5.8 Hz), 1.84−2.02 (m, 4H) , 2.65−2.71 (m, 1H, ), 2.75−2.81 (m, 1H, ), 4.72 (d, 1H, J =4.6 Hz), 7.17 (d, 1H, J = 8.0 Hz), , 7.47 (s, 1H),7.52 (d,t 1H, J 1= 8.0 Hz, J 2= 1.2 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 274 (M+)
融点:82.0−84.0℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(3)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(4)を合成した。
反応溶液に水50mLを加えて、酢酸エチル(20mL)で5回抽出し、合わせた有機層を希塩酸(100ml)で3回、続けて飽和炭酸水素ナトリウム溶液(100ml)で2回洗浄し、最後に飽和食塩水(100ml)で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、褐色の液体として化合物(4)を得た(収量4.28g、収率100%)。これ以上精製することなく、このまま次の反応に用いた。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 1.76−1.83 (m, 1H, ), 1.89−2.10 (m, 1H), 2.07 (s, 3H) , 2.67−2.73 (m, 1H, ), 2.79−2.84 (m, 1H, ), 5.93 (t, 1H, J =5.2 Hz), 7.01 (d, 1H, J = 8.6 Hz), 7.49 (d, 1H, J = 2.3 Hz),7.52 (s , 1H)
質量分析:GC−MS m/z = 316 (M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(4)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(5)を合成した。
沈殿を濾過し、濾液を減圧下で濃縮することで、薄黄色の固体を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=8/2)にて精製することにより、淡赤色のオイルとして化合物(5)を得た(収量4.9g、収率92.0%)。化合物(5)はシス体とトランス体の10:7の混合物として得られた。
精密質量分析:LC−MS m/z = 393.907 (100.0%), 395.904(97.3%)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(5)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(6)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 1.70 (d, 1H, J =3.4 Hz), 2.58−2.61 (m, 2H), 4.76 (q , 1H, J =6.3 Hz), 6.04 (q, 1H, J =5.2 Hz), 6.47 (d, 1H, J =9.8 Hz), 7.13 (d, 1H, J =8.1 Hz), 7.47 (d, 1H, J =1.7 Hz), 7.57 (J1=8.1 Hz J2 =1.7 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 272 (M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(6)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(7−1)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 0.86 (t, 3H, J =7.2 Hz), 1.21−1.30 (m, 4H) , 1.54−1.60 (m, 2H), 2.23 (td, 2H, J1=7.5 Hz J 2= 2.3 Hz ), 2.58−2.62 (m, 2H), 5.95 (t, 1H, J =5.2 Hz), 6.03 (quint, 1H, J=4.6 Hz), 6.48 (d, 1H, J=9.8 Hz), 7.10 (d, 1H, J=8.0 Hz), 7.48 (d, 1H, J=1.7 Hz), 7.54 (dd, 1H, J1=8.0 Hz, J2=1.8 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 370(M+)、254 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(7−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(7−2)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 2.57−2.61 (m, 2H),3.38 (s, 3H), 5.90 (t, 1H, J =5.2 Hz), 6.03 (quint, 1H, J=4.6 Hz), 6.48 (d, 1H, J=9.8 Hz), 7.10 (d, 1H, J=8.0 Hz), 7.48 (d, 1H, J=1.7 Hz), 7.54 (dd, 1H, J=1.8 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 286(M+)、254 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(7−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(7−3)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 0.86 (t, 3H, J =7.2 Hz), 1.21−1.30 (m, 4H) , 1.60−1.65 (m, 2H), 2.58−2.62 (m, 2H), 4.15−4.17 (m, 2H),5.94 (t, 1H, J =5.2 Hz), 6.02 (quint, 1H, J=4.6 Hz), 6.50 (d, 1H, J=9.8 Hz), 7.08 (d, 1H, J=8.0 Hz), 7.47 (d, 1H, J=1.7 Hz), 7.53 (dd, 1H, J=1.8 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 386(M+)、254 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(7−3)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(7−4)を合成した。
反応溶液に水を加え、酢酸エチル(50mL)で3回抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、褐色の液体を得た。酢酸エチル/ヘキサン(95/5)に液体を溶解させ、厚さ3cmのシリカゲルパッドを通し、濾液を濃縮することで無色の油状固体として化合物(7−3)を得た(収量688mg、収率80.0%)。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 0.04 (s, 9H), 2.50−2.55 (m, 2H), 5.15 (t, 1H, J =5.2 Hz), 6.02 (quint, 1H, J=4.6 Hz), 6.53 (d, 1H, J=9.8 Hz), 7.07 (d, 1H, J=8.0 Hz), 7.44 (d, 1H, J=1.7 Hz), 7.54 (dd, 1H, J=1.8 Hz)
質量分析:GC−MS m/z =344(M+)、254 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(7−4)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(7−5)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ):0.74−0.83 (m, 6H), 1.10−1.32 (m, 12H) , 1.36−1.43 (m, 2H), 1.50−1.60(m, 2H), 2.27−2.32 (m, 1H), 2.58−2.62 (m, 2H), 5.95 (t, 1H, J =5.2 Hz), 6.03 (quint, 1H, J=4.6 Hz), 6.48 (d, 1H, J=9.8 Hz), 7.10 (d, 1H, J=8.0 Hz), 7.48 (d, 1H, J=1.8 Hz), 7.54 (dd, 1H, J1=8.0 Hz, J2=1.8 Hz)
質量分析:GC−MS m/z = 454(M+)、254 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(7−5)の構造と矛盾が無いことを確認した。
〔化合物中間体の合成2〕
〈化合物(8)の合成〉
下記反応式(スキーム)に従って化合物(8)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 0.38 (s, 18H), 7.23 (s, 2H)
質量分析:GC−MS m/z = 466(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(8)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(9)を合成した。
水(80mL)を加えて、クエンチし、酢酸エチルを加えて有機層を分離した。有機層を飽和フッ化カリウム水溶液、続けて飽和食塩水で洗浄し、さらに硫酸ナトリウムで乾燥を行ない、濾液を濃縮し、褐色の固体を得た。これをアセトニトリルから再結晶(繰り返し3回)することにより、薄黄色の結晶として化合物(9)を得た。(収量7.48g,72.5%)
1H NMR(500MHz,CDCl3,TMS,δ):0.44(s,18H),7.41(s,2H),8.27(s,2H)
質量分析:GC−MS m/z=518(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(9)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(10)を合成した。
(収量5.1g,94%)
精密質量分析:LC−TofMS m/z = 227.966 (実測値), 227.979 (計算値.)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物10の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(11)を合成した。
塩化アンモニウム水溶液(50mL)と水(100mL)を加えて、クエンチし、さらにトルエンを加えて有機層を分離した。水層をトルエンで二回抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄し、続けて硫酸ナトリウムで乾燥を行ない、濾液を濃縮し、黄色の固体を得た。これを最少量のトルエンに溶解させて、シリカゲルカラム(3cm)を通じ、濾液を濃縮し淡黄色の固体を得た。これをトルエン/アセトニトリルから再結晶することで、無色の結晶として化合物(11)を得た。(収量2.2g,70%)
精密質量分析:LC−TofMS m/z = 454.244 (実測値), 454.249 (計算値.)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(11)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(12)を合成した。
質量分析:GC−MS m/z = 458(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(12)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(13)を合成した。
FTIRで確認したところ、1750cm−1付近にカルボン酸のCO伸縮が見られた。
質量分析:GC−MS m/z = 446(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(13)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(14)を合成した。
室温に冷却後、飽和炭酸水素ナトリム水溶液(500ml)に反応溶液を加え攪拌し、さらに酢酸エチル(500ml)を加え一夜攪拌した。セライトろ過を行い不溶物をろ別し、得られた溶液を酢酸エチルで抽出した。有機層を水飽和食塩水で洗浄後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、酢酸エチルで再結晶を行ない、化合物(14)を得た。(収量7.0g、収率54%)
1H NMR(500MHz,CDCl3,TMS,δ):7.15(t,2H,J=5.5Hz),7.34(t,2H,J=5.5Hz),7.40(s,2H,),7.60(dd,2H,J1=7.9Hz,J2=1.5Hz),7.73(dd,2H,J1=7.9Hz,J2=1.5Hz)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物14の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(15)を合成した。
1H−NMR(CDCl3,TMS)σ:7.53(dd,2H,J1=8.1Hz,J2=7.7Hz),7.94(d,2H,J=8.1Hz),8.31(s,2H,),8.67(d,2H,J=7.7Hz)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(15)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(16)を合成した。
1H−NMR(CDCl3,TMS)σ:5.52(dd,2H,J1=17.4Hz,J2=1.4Hz),5.81(dd,2H,J1=10.9Hz,J2=1.4Hz)、7.55(dd,2H,J1=17.4Hz,J2=10.9Hz),7.64(dd,2H,J1=8.0Hz,J2=7.2Hz),7.74(d,2H,J=7.2Hz),8.10(s,2H,),8.68(d,2H,J=8.0Hz)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(16)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(18)を合成した。
質量分析:GC−MS m/z = 554 (M+),428 (M+ −I)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(18)が主生成物であることを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(19)を合成した。
質量分析:GC−MS m/z =494.0(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(19)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(20)を合成した。
質量分析:GC−MSm/z=349.9(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(20)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(21)を合成した。原料の2,7−ジヨード−9,10−ジヒドロフェナンスレンは、Chem.Mater.,2008,20(20),pp6289−6291に記載の方法に従って、合成したものを用いた。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 7.63 (s, 2H), 7.91 (dd, 2H, J1=8.5 Hz, J2=1.7 Hz), 8.26 (d, 2H, J=1.7 Hz), 8.35 (d, 2H, J=8.5 Hz)
質量分析:GC−fMS m/z = 430(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(21)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(22)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ):4.50 (s, 2H), 7.45 (dd, 2H, J1=8.6 Hz, J2=2.3 Hz), 7.65 (d, 2H, J=2.3 Hz), 7.97 (d, 2H, J=8.6 Hz)
質量分析:GC−fMS m/z =446(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(22)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(23)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ):0.86 (t, 3H, J =7.2 Hz), 1.21−1.30 (m, 4H) , 1.54−1.60 (m, 2H), 2.20―2.23 (m, 2H), 3.05 (d, 2H), 6.05(t, 1H), 7.45−7.95 (m, 6H)
質量分析:GC−fMS m/z =546(M+)、430(熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(23)の構造と矛盾がないことを確認した。
〈化合物(比較1)の合成〉
下記反応式(スキーム)に従って化合物(比較1)を合成した。
中間体であるヨードテトラリン誘導体(7’)および化合物(比較1)は特願2010−004324号に記載の方法に従って合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ):0.87−0.89(m,12H),1.28−1.33(m,16H),1.61−1.69(m,8H),1.96−2.01(m,4H),2.28−2.36(m,12H),6.08(d,4H,J=12.1Hz),7.37(d,2H,J=8.6Hz),7.48(s,2H),7.57−7.59(m,4H)
元素分析(C50H64O8S2):C,69.92;H,7.67;O,14.85;S,7.44(実測値)、C,70.06;H,7.53;O,14.93;S,7.48(理論値)
融点:113.7−114.7℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(比較1)の構造と矛盾がないことを確認した。
〈化合物(実1)の合成〉
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実1)を合成した。
リサイクル分取HPLC(日本分析工業社製、LC−9104)にて分離精製することにより、黄色の結晶として化合物(実1)および化合物(実2)を得た[化合物(実1):収量85mg、化合物(実2):収量110mg]。
〔化合物(実1)〕;
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 0.86 (t, 6H, J = 6.9 Hz), 1.21−1.31 (m, 8H) , 1.57−1.63 (m, 4H), 2.27 (td, 2H, J1=7.6 Hz J 2= 1.7 Hz ), 2.60−2.70 (m, 4H), 5.95 (t, 1H, J = 5.2 Hz), 6.03−6.09 (m, 4H), 6.63 (d, 2H, J = 9.7 Hz), 7.40 (d, 4H, J = 8.1 Hz), 7.49 (s, 2H), 7.491 (dd, 2H, J1 = 7.7Hz, J 2 = 2.3 Hz)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):624.232 (実測値), 624.237(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実1)および化合物(実2)の構造と矛盾がないことを確認した。
上記反応式(スキーム)に従って、化合物(実1)の合成法により、化合物(実1)と共に化合物(実2)を合成し、上記のように、リサイクル分取HPLC(日本分析工業社製、LC−9104)にて分離精製することにより、黄色の結晶として化合物(実2)を得た化合物(実2):収量110mg]。
〔化合物(実2)〕;
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 0.86 (t, 3H, J =7.5 Hz), 1.22−1.32 (m, 4H) , 1.57−1.64 (m, 2H), 2.28 (td, 2H, J1=7.7 Hz J 2= 1.2 Hz ), 2.62−2.72 (m, 2H), 6.03−6.10 (m, 2H), 6.63 (d, 1H, J = 9.8 Hz), 7.40−7.42 (m, 2H,), 7.46−7.52 (m, 3H), 7.53 (s, 1H), 7.61 (s, 1H), 7.79 (dd, 2H, J1 = 8.6 Hz J 2= 1.7 Hz), 7.84 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 7.88 (d, 2H, J = 8.1 Hz), 8.07 (d, 1H, J = 8.1 Hz),
精密質量(LC−TofMS) (m/z):508.149(実測値), 508.153(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実2)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実3)を合成した。
〔化合物(実3)〕;
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 2.60−2.70 (m, 4H), 3.38 (s, 6H), 5.90 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 6.03−6.09 (m, 4H), 6.63 (d, 2H, J = 9.7 Hz), 7.40 (d, 4H, J = 8.1 Hz), 7.49 (s, 2H), 7.50 (dd, 2H, J1 = 7.7Hz, J 2 = 2.3 Hz)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):456.127 (実測値), 456.122 (計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実3)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実4)を合成した。
以下に化合物(実4)の分析結果を示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 0.86 (t, 6H, J = 6.9 Hz), 1.21−1.31 (m, 8H) , 1.57−1.63 (m, 4H), 2.60−2.70 (m, 4H), 4.15−4.17 (m, 2H), 5.95 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 6.03−6.09 (m, 4H), 6.63 (d, 2H, J = 9.7 Hz), 7.40 (d, 4H, J = 8.1 Hz), 7.49 (s, 2H), 7.491 (dd, 2H, J1 = 7.7Hz, J 2 = 2.3 Hz)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):656.232 (実測値) 656.227 (計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実4)の構造と矛盾がないこと確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実5)を合成した。
(ここで、上記式中においてTMS基はトリメチルシリル基の略称である。)
〔化合物(実5)〕;
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 0.04 (s, 18H), 2.60−2.70 (m, 4H), 5.15 (t, 2H, J =5.2 Hz), 6.00 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 6.03−6.09 (m, 4H), 6.63 (d, 2H, J = 9.7 Hz), 7.40 (d, 4H, J = 8.1 Hz), 7.48 (s, 2H), 7.50 (dd, 2H, J1 = 7.7Hz, J 2 = 2.3 Hz)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):572.175 (実測値), 572.170 (計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実5)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実6)を合成した。
200mLの3つ口フラスコに、化合物9(2.58g,5mmol)、化合物10(2.2eq,11mmol,2.52g)、トルエン(100mL)を取り、アルゴンガスで30分間バブリングを行った後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(229mg、0.25mmol)、トリ(オルトトリル)ホスフィン(304mg、1.0mmol)を加え、アルゴン雰囲気下8時間還流した。
反応溶液をシリカゲルパッド(厚さ3cm)で濾過し、濾液を濃縮し、褐色の固体を得た。これをトルエンから再結晶することで、淡黄色の結晶として化合物(実6−1)を得た。
(収量1.85g,収率76%)
質量分析:GC−MS m/z = 486(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実6−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
300mLの丸底フラスコに、化合物(実6−1)(1.8g,3.7mmol)、水(30mL)、メタノール(30mL)、THF(90mL)をいれ、アルゴンガスで置換した後、水酸化リチウム1水和物(3eq,11.1mmol,466mg)を加え、80℃で3時間攪拌した。室温まで冷却した後、濃塩酸を加えて系内を酸性にし、析出した沈殿をPTFEフィルターで濾取し、これを水、続けてヘキサンで洗浄し、減圧下で60℃で乾燥を行い淡黄色の固体として、化合物(実6−2)を得た。(収量1.6g,94%)
質量分析:GC−MS m/z = 458(M+)
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ) : 3.79 (s, 4H),7.39−7.44 (m, 6H), 7.47 (s, 2H), 7.53 (dd, 2H, J1= 6.9 Hz, J2= 1.7 Hz), 8.49 (s, 2H), 12.3−12.5 (br, 2H)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実6−2)の構造と矛盾がないことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実6−2)(2mmol,916mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、氷冷下トリフルオロメタンスルホン酸無水物無水物(10mL)、五酸化二リン(0.5g)を加え、そのままの温度で2時間攪拌した。内容物を氷水(200g)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、黄色の固体として、化合物(実6−3)を得た。これ以上精製することなく、次の反応に用いた。
質量分析:GC−MS m/z = 422(M+)
IR:1720 (C=O, ketone)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実6−3)の構造と矛盾が無いことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実6−3)(2mmol,844mg)を取り、メタノール(20mL)、THF(40mL)を加え、氷冷下、水素化ホウ素ナトリウム(5eq,10mmol,378mg)を加えて、そのままの温度で2時間攪拌した。内容物を氷水(200g)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、淡黄色の固体を得た。これ以上精製することなく、減圧乾燥後、次の反応に用いた。
別の100mLの丸底フラスコに上記固体、DMAP(0.1mmol,12.2mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、THF(20mL)、ピリジン(2mL)を加え、氷冷下カプロン酸クロライド(4eq,8mmol,1.07g)を5分間かけて滴下し、そのままの温度で原料が消失するまで4時間攪拌した。反応溶液に水(100mL)と酢酸エチル(100mL)を加え、有機層を分離した。水層を酢酸エチル(30mL)で二回抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色の固体として化合物(実6)の粗生成物を得た。これをカラムクロマトグラフィー(固定相:シリカゲル、移動相:トルエン)で生成し、淡黄色の固体を得た。さらに、トルエン/エタノールから再結晶し、淡黄色の結晶として化合物(実6)を得た。(収量149mg,収率12%)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):622.228 (実測値), 622.221 (計算値.)
質量分析:GC−MS m/z = 622(M+), 390 (熱分解物)
分解温度:200度以下
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実6)の構造と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実7)を合成した。
200mLの3つ口フラスコに、化合物10(2.0g,8.7mmol)、化合物11(3.92mmol,1.78g)、リン酸カリウム水和物(13g)、DMF/トルエン(1/1,100mL)を取り、アルゴンガスで30分間バブリングを行った後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(383mg、0.42mmol)、トリ(オルトトリル)ホスフィン(510mg、1.67mmol)を加え、アルゴン雰囲気下85℃で7時間攪拌した。反応溶液に飽和塩化アンモニウム溶液、水、トルエンを加えて、有機層を分離し、水層をトルエンで2回抽出した。合わせた有機層を水、続けて飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥を行った。濾液を濃縮し、黄色の固体を得た。
これをカラム精製(固定相:シリカゲル、移動相:トルエン→トルエン/酢酸エチル=9/1)し、黄色の固体として化合物(実7−1)を得た。
(収量1.09g,収率56%)
質量分析:GC−MS m/z = 498 (M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実7−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
300mLの丸底フラスコに、化合物(実7−1)(498mg,1mmol)、水(5mL)、メタノール(5mL)、THF(15mL)をいれ、アルゴンガスで置換した後、水酸化リチウム1水和物(3eq,140mg)を加え、80℃で2時間攪拌した。室温まで冷却した後、1N塩酸を加えて系内を酸性にし、酢酸エチルを加えて、有機層を分離した。水層を繰り返し2回酢酸エチルで抽出し、合わせた有機層を水、続けて飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色の固体として、化合物実7−2を得た。(収量447mg,収率95%)
質量分析:GC−MS m/z = 470(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実7−2)の構造と矛盾が無いことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実7−2)(0.8mmol,376mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、氷冷下トリフルオロメタンスルホン酸無水物(10mL)、五酸化二リン(0.5g)を加え、そのままの温度で2時間攪拌した。内容物を氷水(200g)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、黄色の固体として、化合物(実7−3)を得た。これ以上精製することなく、次の反応に用いた。
質量分析:GC−MS m/z = 434(M+)
IR:1724 (C=O, ketone)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実7−3)の構造と矛盾が無いことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実7−3)(0.8mmol,376mg)を取り、メタノール(20mL)、THF(40mL)を加え、氷冷下、水素化ホウ素ナトリウム(5eq,4.0mmol,151mg)を加えて、そのままの温度で2時間攪拌した。
内容物を氷水(200g)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、淡黄色の固体を得た。これ以上精製することなく、減圧乾燥後、次の反応に用いた。
別の100mLの丸底フラスコに上記固体、DMAP(0.1mmol,12.2mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、THF(20mL)、ピリジン(2mL)を加え、氷冷下2−エチルヘキサノイルクロライド(4eq,3.2mmol,517mg)を5分間かけて滴下し、そのままの温度で原料が消失するまで6時間攪拌した。反応溶液に水(100mL)と酢酸エチル(100mL)を加え、有機層を分離した。水層を酢酸エチル(30mL)で二回抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色の固体として化合物(実7)の粗生成物を得た。これをカラムクロマトグラフィー(固定相:シリカゲル、移動相:トルエン→トルエン/酢酸エチル=95/5)で精製し、淡黄色の固体を得た。さらに、トルエン/エタノールから再結晶し、淡黄色の固体として化合物(実7)を得た。(収量57.5mg,収率10%)
精密質量(LC−TofMS)(m/z):718.408 (実測値), 718.402 (計算値.)
質量分析:GC−MS m/z = 718(M+), 402 (熱分解物)
分解温度:200度以下
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実7)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実8)を合成した。
200mLの三口フラスコに、化合物13(1.6g,3.6mmol)、炭酸カリウム飽和水溶液20mL、THF40mLを加え、アルゴンバブリングを30分行った。その後、2−ナフタレンボロン酸(1.55g、9.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)208mg、0.36mM)を加え、75度で8時間加熱攪拌した。TLCで反応が終了していることを確認し、室温まで冷却し、析出した目的物をろ別した。トルエンで再結晶することで実8−1の目的物を得た。収量800mg、収率50%
質量分析:GC−MS m/z = 446(M+)
以上の分析結果およびTLCのRf値から、合成したものが、化合物(実8−1)の構造と矛盾がないことを確認した。
質量分析:GC−MS m/z = 410(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実8−2)の構造と矛盾がないことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実8−2)(1mmol,410mg)を取り、エタノール(20mL)、THF(40mL)を加え、氷冷下、水素化ホウ素ナトリウム(5eq,5mmol,189mg)を加えて、そのままの温度で2時間攪拌した。内容物を氷水(200g)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、淡黄色の固体を得た。これ以上精製することなく、減圧乾燥後、次の反応に用いた。
別の100mLの丸底フラスコに上記固体およびDMAP(0.1mmol,12.2mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、THF(50mL)、ピリジン(2mL)を加え、氷冷下ピバロイルクロライド(4eq,8mmol,1.07g)を5分間かけて滴下し、そのままの温度で原料が消失するまで4時間攪拌した。反応溶液に水(100mL)と酢酸エチル(100mL)を加え、有機層を分離した。水層を酢酸エチル(30mL)で二回抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色の固体として化合物(実8)の粗生成物を得た。これをカラムクロマトグラフィー(固定相:シリカゲル、移動相:トルエン)で精製し、淡黄色の固体を得た。さらに、トルエン/エタノールから再結晶し、淡黄色の結晶として化合物(実8)を得た。(収量87mg,収率15%)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):582.273 (実測値), 582.277 (計算値.)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実8)と矛盾がないことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実9)を合成した。
200mLの三口フラスコに、化合物13(1.6g,1.0mmol)、リン酸カリウム0.5g、DMF30mLを加え、アルゴンバブリングを30分行った。その後、1−ピレニルボロン酸(0.62g、2.5mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(104mg、0.18mM)を加え、70度で8時間加熱攪拌した。室温まで冷却し、析出した目的物をろ別した。ヘキサンで洗浄し、トルエンで再結晶することで実9−1の目的物を得た。収量500mg、収率84.1%。
以下に化合物(実8−1)の分析結果を示す。
質量分析:GC−MS m/z = 594(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実9−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
100mLの丸底フラスコに、化合物(実9−1)(1.49g、2.5mmol)を取り、アルゴンガスで置換した後、氷冷下トリフルオロメタンスルホン酸無水物無水物(50mL)、五酸化二リン(1g)を加え、そのままの温度で8時間攪拌した。内容物を氷水(計1kg)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、黄色の固体として、化合物(実9−2)を得た。化合物(実9−2)以外に互変異性体であるエノール体も見られたが、これ以上精製することなく、次の反応に用いた。
質量分析:GC−MS m/z = 558(M+)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実9−2)の構造と矛盾が無いことを確認した。
300mLの丸底フラスコに、化合物(実9−2)(1.3mmol,726mg)を取り、エタノール(50mL)、THF(200mL)を加え、氷冷下、水素化ホウ素ナトリウム(7.8mmol,295mg)を加えて、そのままの温度で2.5時間攪拌した。
内容物を氷水(1Kg)に注ぎ込み、析出した沈殿を濾取し、水、続けてヘキサンで洗浄し、淡黄色の固体を得た。これ以上精製することなく、減圧乾燥後、次の反応に用いた。
別の300mLの丸底フラスコに上記固体およびDMAP(0.13mmol,15.9mg)を取り、アルゴンガスで置換した後、THF(200mL)、ピリジン(10mL)を加え、氷冷下2−ブチルオクタノイルクロライド(1.13g、5.2mmol)をそのまま滴下し、0度で原料が消失するまで4時間攪拌した。室温に戻した後、反応溶液に水(100mL)と酢酸エチル(100mL)を加え、有機層を分離した。水層を酢酸エチル(30mL)で二回抽出し、合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色の固体として化合物(実9)の粗生成物を得た。これをカラムクロマトグラフィー(固定相:シリカゲル、移動相:トルエン)で精製し、淡黄色固体を得た。(収量84mg,収率7%)
精密質量(LC−TofMS)(m/z):926.533 実測値), 926.527 (計算値.)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実9)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実10)を合成した。
100mlの4つ口フラスコにDMF(30ml)、化合物(17)(0.20g、0.89mmol)、化合物(7−1)(2.2eq,g、1.96mmol,726mg)、トリフェニルホスフィン(9.1mg、0.034mol)、トリエチルアミン(0.34mL、2.4mmol)を入れた。アルゴンガスをバブリングしながら45分攪拌した。酢酸パラジウム(3.9mg、0.017mmol)を加え、50度で24時間攪拌した。
室温まで冷却し、セライトろ過を行い、得られた溶液をクロロホルムで抽出した。有機層を水飽和食塩水で洗浄後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮して得られた固体を最少量のトルエンに溶解させて、シリカゲルパッド(厚さ2cm)を通じて、再度濃縮した固体をリサイクルGPC(日本分析工業社製)により副生成物との分離、精製を行い、黄色の固体として、化合物(実9−1)を得た。(収量444mg,収率70%)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):714.378 (実測値), 714.372 (計算値.)
質量分析:GC−MS m/z =714(M+), 483 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実10−1)の構造と矛盾が無いことを確認した。
500mlの4つ口フラスコにシクロヘキサン(300ml)、化合物(実10−1)(130mg、0.182mmol)及びヨウ素(30mg、0.117mmol)を入れた。低圧水銀ランプ(ウシオ社製)を5時間照射した。シクロヘキサンを減圧留去したのち、残渣に水、クロロホルムを加えて、有機層を分離し、水層をクロロホルムで2回抽出した。合わせた有機層を、チオ硫酸ナトリウム水溶液、水および飽和食塩水で洗浄したのち、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、黄色油状固体を得た。これをリサイクルGPC(日本分析工業社製)により副生成物との分離、精製を行い、淡黄色の固体として、化合物(実10)を得た。(収量28.6mg,収率22%)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):714.336 (実測値), 714.340 (計算値.)
質量分析:GC−MS m/z =714(M+), 479 (熱分解物)
分解温度:200℃以下
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実10)の構造と矛盾が無いことを確認した。
下記反応式(スキーム)に従って化合物(実11)を合成した。
ジクロロメタン(100mL)、水(100mL)を加えて有機層を分離し、水層をジクロロメタンで2回抽出した。合わせた有機層を水、次に飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾液を濃縮し、最小量のジクロロメタンに溶解させ、溶液をアルミナパッド(活性度II(水分含有量3%))に通じ、再度濃縮し、黄色のオイルを得た。これをリサイクルGPC(日本分析工業社製)により精製を行い、黄色の固体として、化合物(実11)を得た。(収量273mg,収率34.7%)
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ): 0.74−0.83 (m, 12H), 1.10−1.32 (m, 24H) , 1.36−1.43 (m, 4H), 1.50−1.60(m, 4H), 2.2−2.32 (m, 2H), 2.56−2.62 (m, 2H), 2.65−2.71 (m, 2H), 6.03−6.08 (m, 4H), 6.56 (d, 2H, J=9.0 Hz), 7.33 (s, 2H), 7.36−7.41 (m, 4H), 7.48 (s, 2H), 8.28 (s, 2H)
精密質量(LC−TofMS) (m/z):714.336 (実測値), 714.340 (計算値.)
質量分析:GC−MS m/z =1003(M+), 603 (熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実11)の構造と矛盾が無いことを確認した。
12下記反応式(スキーム)に従って化合物(実12)を合成した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3, TMS, δ):0.86 (t, 3H, J =7.2 Hz), 1.21−1.30 (m, 4H) , 1.54−1.60 (m, 2H), 2.20―2.23 (m, 2H), 3.05 (d, 2H), 6.05(t, 1H), 7.2−7.95 (m, 16H)
質量分析:GC−MS m/z =495 (M+), 378(熱分解物)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(実12)の構造と矛盾がないことを確認した。
次に、上記実施例で合成したπ電子共役系化合物前駆体の置換基脱離によるπ電子共役系化合物(特定化合物)への変換例を示す。
下記反応式(スキーム)に従って2−ヨードナフタレンを合成した。
1H NMR (400 MHz, CDCl3, TMS, δ) :7.46−7.52(m,2H),7.55−7.58(m,1H),7.68−7.74(m,2H),7.76−7.82(m,1H),8.22−8.26(m,1H)
元素分析値(C10H7I):C,47.11;H,2.94(実測値)、C,47.27;H,2.78(理論値)
質量分析:GC−MS m/z=254(M+)
融点:50.5−52.0℃
以上の結果から、上記反応で得られた無色の結晶が2−ヨードナフタレンであることが確認された。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(7’)を用いた場合の2−ヨードナフタレンへの変換の試み〕
実施例13で用いた化合物(7−1)を、合成例3で用いた化合物(7’)に変えた以外は実施例13と同様にして、置換基脱離による2−ヨードナフタレンへの変換を試みた。
フラスコ内に残った薄黄色の液体を分析したところ、置換基脱離による2−ヨードナフタレンへの変換は行われず、化合物(7’)のままであることが確認された。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実1)の置換基脱離による化合物(24)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(24)を合成した。
元素分析値(C26H16S2):C, 79.54; H, 4.00; S, 16.20 (実測値) C, 79.55; H, 4.11; S, 16.34 (理論値)
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 392.068 (実測値), 392.069(計算値)
融点:357.7℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(24)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実2)の置換基脱離による化合物(24)への変換〕
実施例14において、化合物(実1)に換えて、化合物(実2)を用いて加熱温度を140℃から130℃に変更した以外は同様に反応を行い、目的物を得た。(収率97.0%)
得られた黄色の結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 392.066 (実測値), 392.069(計算値)
融点:357.9℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(24)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実3)の置換基脱離による化合物(24)への変換〕
実施例14において、化合物(実1)に換えて、化合物(実3)を用いて加熱温度を140℃から180℃に変更し、加熱時間を1時間から4時間に変更した以外は同様に反応を行い、目的物を得た。(収率95.5%)
得られた黄色の結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 392.072 (実測値), 392.069(計算値)
融点:358.3℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(24)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実4)の置換基脱離による化合物(24)への変換〕
実施例14において、化合物(実1)に換えて、化合物(実4)を用いて同様に反応を行い、目的物を得た。(収率97.3%)
得られた黄色の結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 392.075 (実測値), 392.069(計算値)
融点:358.0℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(24)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実5)の置換基脱離による化合物(24)への変換〕
実施例14において、化合物(実1)に換えて、化合物(実5)を用いて加熱温度を140℃から180℃に変更し、加熱時間を1時間から4時間に変更以外は同様に反応を行い、目的物を得た。(収率95.0%)
得られた黄色の結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 392.073 (実測値), 392.069(計算値)
融点:357.9℃
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(24)の構造と矛盾がないことを確認した。
<置換基脱離による変換例>
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(比較1)の置換基脱離による化合物(24)への変換の試み〕
実施例14において、化合物(実1)に換えて、化合物(比較1)を用いて同様に反応を行ったところ、黄色の結晶ではなく薄黄色の固体が得られた。得られた固体をトルエン、続けてメタノールで洗浄したところ、固体は全て溶解してしまい、目的とする結晶は得られなかった。この溶液を濃縮し、得られた固体の分析を行ったところ、その値から未変換の化合物(比較1)であることが確認された。
本発明のπ電子共役系化合物前駆体によれば、従来π電子共役系化合物前駆体よりも低い温度(同一骨格での比較で)での加熱(エネルギー付与:外部刺激)で概ね95%以上の高収率で難溶性の有機半導体化合物を高収率、高純度で得ることが可能であることが示された。この結果、ナフタレンの様な低分子だけでなく、本来であれば難溶性であるπ共役系化合物(特に有機半導体化合物)の製造においても有効な方法であることが示唆された。これは、有機半導体以外にも有機顔料、その他多くの分子においても適用が可能である。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実6)の置換基脱離による化合物(25)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(25)を合成した。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 390.060 (実測値), 390.054(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(25)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実7)の置換基脱離による化合物(26)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(26)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 402.149 (実測値), 402.141(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(26)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実8)の置換基脱離による化合物(27)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(27)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 378.136 (実測値), 378.141(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(27)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実9)の置換基脱離による化合物(28)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(28)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 526.167 (実測値), 526.172(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(28)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実10)の置換基脱離による化合物(29)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(29)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 478.165 (実測値), 478.172(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(29)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実11)の置換基脱離による化合物(30)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(30)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 602.023 (実測値), 602.029(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(30)の構造と矛盾がないことを確認した。
〔π電子共役系化合物前駆体化合物(実12)の置換基脱離による化合物(31)への変換〕
下記反応式(スキーム)に従って化合物(31)を合成した。
得られた結晶の分析結果を以下に示す。
精密質量分析:LC−MS (m/z) = 378.148 (実測値), 378.141(計算値)
以上の分析結果から、合成したものが、化合物(31)の構造と矛盾がないことを確認した。
実施例1、3、5、6、7、8、9、10、11、12で得られた化合物およびそれに対応する特定化合物(24)乃至化合物(33)をそれぞれトルエン、THF、アニソール、クロロホルム(各2.0mg)に溶け残りが出るまで添加し、溶媒還流下で10分間攪拌し、室温まで冷却し、さらに1時間攪拌し、16時間静置した後、上澄みを0.2μmのPTFEフィルターで濾過して飽和溶液を得た。これを減圧下乾燥させることにより、各溶媒に対する該化合物の溶解度を算出した。結果を下記表1に示す。
表1における評価基準は以下のとおりである。
◎:溶解度が0.5wt%以上、
○:0.1wt%以上0.5wt%未満、
△:0.005wt%以上0.1wt%未満、
×:0.005wt%未満
一方変換後の材料である化合物(24)乃至化合物(31)はこれら全ての溶媒に0.005wt%以下の溶解性であり、π電子共役系化合物前駆体を構成する溶解性基の寄与が大きいことが分かる。即ち、脱離反応により変換された化合物が不溶化することを示している。また、化合物(33)のように、それほど分子サイズが大きくない場合は、置換基脱離を行った後も溶解性を示すことが分かる。
実施例1で合成した化合物(実1)の熱分解挙動を、TG−DTA[リファレンスAl2O3、窒素気流下(200mL/min)、EXSTAR6000(商品名)、Seiko Instruments Inc.製]を用いて25℃から500℃の範囲を5℃/minのレートで昇温し、観察した。
また、相変化挙動をDSC[リファレンスAl2O3、窒素気流下(200mL/min)、EXSTAR6000(商品名)、Seiko Instruments Inc.製]を用いて25℃から500℃の範囲を5℃/minのレートで昇温し、観察した。
上記の結果を図4に示す。なお、図4において横軸は温度[℃]、縦軸左は重量変化[mg]、縦軸右は熱流[mW]である。
TG−DTAにおいて120℃から225℃にかけて、36.4%の重量減少が見られた。これはカプロン酸2分子(理論値37.1%)とほぼ一致する。また、357.4℃に融点の存在が認められた。これは化合物(24)の値と一致する。
以上の結果から、化合物(実1)が加熱によって化合物(24)へと変換されることが示された。
化合物(実1)を化合物(実2)に換えた以外は実施例27と同様にして、熱分解挙動および相変化挙動の観察を行った。結果を図5に示す。なお、図5において、横軸は温度[℃]、縦軸左は重量変化[mg]、縦軸右は熱流[mW]である。
TG−DTAにおいて115℃から200℃にかけて、21.9%の重量減少が見られた。これはカプロン酸1分子(理論値22.7%)とほぼ一致する。また、357.9℃に融点の存在が認められた。これは化合物(24)の値と一致する。
以上の結果から、化合物(実2)が加熱により化合物(24)へと変換されることが示された。
実施例1で合成した化合物(実1)、及び、化合物(実2)をそれぞれ(各5mg)THFに0.1wt%の濃度になるように溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して溶液を調製した。濃硫酸に24時間付けおき洗浄した膜厚300nmの熱酸化膜を有するN型のシリコン基板上に、調製した溶液をピペットを用いて100μL滴下またはインクジェット装置(リコープリンティングシステム製)を用いて5pLの液滴を50回塗出し、シャーレを被せてそのまま溶媒が乾燥するまで静置し、各薄膜を作製した。各薄膜を偏光顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡[コンタクトモード、Nanopics(商品名)、Seiko Instruments Inc.製]によって行ったところ、薄膜の形成方法に拠らずいずれも平滑な連続したアモルファス膜が得られていることが分かった。次に前記2つの薄膜を、アルゴン雰囲気下、150℃で30分間アニール処理した後に、前記と同様にして膜の観察を行った。アニール処理後は、偏光顕微鏡で色のついたドメインが複数観測され、平滑な結晶質の膜が得られていることが分かった。これらの膜の偏光顕微鏡写真を図6に示す。これは、前駆体である化合物(実1)および化合物(実2)が溶解性基であるエステル基を脱離することにより、膜中でより分子間相互作用の強い化合物(24)へと変換され、結晶質になったためである。それぞれの薄膜は、25℃のクロロホルム、THF、トルエン等に不溶であった。
化合物(実1)、化合物(実2)を、化合物(実1)、化合物(実2)から変換された前記化合物(24)に変え、THFの代わりに150℃に加熱したオルトジクロロベンゼンを用いた以外は実施例28と同様にして溶液の調整、薄膜の作製を行った。いずれの膜においても、目視で分かるほどに結晶が析出しており、不連続な膜になっているのが確認された。偏光顕微鏡においても、不連続で色のついたドメインが複数観測された。走査型プローブ顕微鏡で確認したところ100μm以上の表面荒さが認められた。
実施例28と同様にして、化合物(実1)を含む薄膜を作製した。前記薄膜をアルゴン雰囲気下、150℃で60分間アニール処理をすることで、有機半導体である前記化合物(24)からなる薄膜(膜厚50nm)に変換を行った。
この薄膜上部にシャドウマスクを用いて金を真空蒸着(背圧〜10−4Pa、蒸着レート:1〜2Å/s、膜厚:50nm)することによりソース、ドレイン電極(チャネル長50μm、チャネル幅2mm)を形成し、図1(D)の構造の電界効果型トランジスタ(FET)素子を作製した。金電極とは異なる部位の有機半導体層およびシリコン酸化膜を削り取り、その部分に導電性ペースト(導電性ペースト、藤倉化成製)を付け溶媒を乾燥させた。この部分を用いて、ゲート電極としてのシリコン基板に電圧を印加した。
こうして得られたFET素子の電気特性をAgilent社製 半導体パラメーターアナライザーB1500Aを用いて(測定条件:ソースドレイン電圧を−100V固定、ゲート電圧−20Vから+100Vまで掃引)評価した結果、p型のトランジスタ素子としての特性を示した。このFET素子のI−V特性図を図7に示す。
図7において白丸は縦軸左(ドレイン電流の絶対値)に対応し、黒丸は縦軸右(ドレイン電流の絶対値の平方根)に対応する。横軸は印加したゲート電圧である。
この有機薄膜トランジスタの電流−電圧(I−V)特性における飽和領域から、電界効果移動度を求めた。
尚、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度の算出には、下記数式(1)を用いた。
また、ゲート電圧40Vにおけるオン電流と同0Vにおけるオフ電流の比をオンオフ比として算出した。その結果を下記表2に示す。
比較例3に記載のオルトジクロロベンゼン溶液を用いて、実施例29と同様の基板上に有機半導体である化合物(24)からなる薄膜を形成し、FET素子を作製して特性評価を行った。その結果を下記表2に示す。
実施例29において化合物(実1)を化合物(実比較)に換えた以外は、実施例29と同様にしてアニール処理[有機半導体である化合物(24)からなる薄膜への変換を目的とするための処理]を施して薄膜を形成し、FET素子を作製して特性評価を行った。その結果を下記表2に示す。
一方、本発明のπ電子共役系化合物前駆体を有機半導体前駆体として用い、有機半導体化合物を含む膜に変換することで、溶液プロセスを用い、且つ150℃程度の比較的低温の処理によって良好なFET特性が得られることが明らかとなった(実施例29乃至実施例38)。
また、難溶性であるために従来製膜が困難な有機半導体化合物であっても、本発明の置換基脱離化合物を前記有機半導体化合物の前駆体として用い、一旦製膜した後に熱などを加えて目的とする前記有機半導体化合物へと変換させる製造方法も適用することで、容易に連続した有機半導体膜を得ることができる。このように形成された有機半導体膜は、有機電子デバイスへの応用が可能であり、特に半導体などの電子デバイス、EL発光素子などの光学−電子デバイス、電子ペーパー、各種センサー、RFIDs(radio frequency identification)などの分野に応用できると期待される。
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁膜
Claims (10)
- π電子共役系化合物前駆体A−(B)mを含む溶媒の塗工液を基材に塗布して形成された塗工膜より、下記一般式(II)で示される脱離性置換基を脱離させA−(C)mで示されるπ電子共役系化合物を含有する膜状体を生成することを特徴とする膜状体の製造方法。
(ここでAはπ電子共役系置換基であり、Bは上記一般式(I)で表される構造を少なくとも部分構造として有している溶媒可溶性置換基である。mは自然数である。ただし、Bは上記一般式(I)中、Q1乃至Q6上の任意の原子と、A上の任意の原子とで共有結合を介して連結しているか、A上の任意の原子と縮環している。Cは上記一般式(Ia)で表される構造を少なくとも部分構造として有している。
[式(I)、(Ia)、(II)中、XおよびYは水素原子もしくは脱離性置換基を表し、該XおよびYのうち一方は脱離性置換基であり、他方は水素原子である。Q2乃至Q5はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子または、1価の有機基であり、Q1とQ6は水素原子、ハロゲン原子または、前記脱離性置換基以外の一価の有機基である。Q1乃至Q6は隣り合った基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。] - 前記脱離性置換基XまたはYが、置換されていてもよい炭素数1以上の、[エーテル基またはアシルオキシ基]であり、該XおよびYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上の、[エーテル基またはアシルオキシ基]であり、他方は水素原子であることを特徴とする請求項1に記載の膜状体の製造方法。
- 前記塗工液の塗布が、インクジェット塗布、スピンコート法、溶液キャスト法、ディップコーティング法からなる群から選択される方法により行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の膜状体の製造方法。
- 前記置換基Aが、(i)1つ以上の芳香族炭化水素環および芳香族ヘテロ環、若しくは2つ以上の前記環が縮環された化合物、及び、(ii)前記(i)の環同士が共有結合を介して連結された化合物、からなる群から少なくとも一つ以上選択されるπ電子共役系化合物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
- 前記化合物A−(B)mより脱離する一般式(II)で示される脱離成分がハロゲン化水素または置換されていても良いカルボン酸または置換されていても良いアルコール、二酸化炭素のいずれかを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
- 前記化合物A−(B)mが溶媒可溶性であり、前記脱離性置換基の脱離により生成する前記化合物A−(C)mが溶媒不溶性であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の膜状体の製造方法。
- π電子共役系化合物前駆体A−(B)mより、下記一般式(II)で示される脱離性置換基を脱離させA−(C)mで示されるπ電子共役系化合物を生成することを特徴とするπ電子共役系化合物の製造方法。
(ここでAはπ電子共役系置換基であり、Bは上記一般式(I)で表される構造を少なくとも部分構造として有している溶媒可溶性置換基である。mは自然数である。ただし、Bは上記一般式(I)中、Q1乃至Q6上の任意の原子と、A上の任意の原子とで共有結合を介して連結しているか、A上の任意の原子と縮環している。Cは上記一般式(Ia)で表される構造を少なくとも部分構造として有している
[式(I)、(Ia)、(II)中、XおよびYは水素原子もしくは脱離性置換基を表し、該XおよびYのうち一方は脱離性置換基であり、他方は水素原子である。Q2乃至Q5はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子または、1価の有機基であり、Q1とQ6は水素原子、ハロゲン原子または、前記脱離性置換基以外の一価の有機基である。Q1乃至Q6は隣り合った基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。] - 前記脱離性置換基XまたはYが、置換されていてもよい炭素数1以上の、[エーテル基またはアシルオキシ基]であり、該XおよびYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上の、[エーテル基またはアシルオキシ基]であり、他方は水素原子であることを特徴とする請求項7に記載のπ電子共役系化合物の製造方法。
- 前記置換基Aが、(i)1つ以上の芳香族炭化水素環および芳香族ヘテロ環、若しくは2つ以上の前記環が縮環された化合物、及び、(ii)前記(i)の環同士が共有結合を介して連結された化合物、からなる群から少なくとも一つ以上選択されるπ電子共役系化合物であることを特徴とする請求項7又は8に記載のπ電子共役系化合物の製造方法。
- 前記化合物A−(B)mが溶媒可溶性であり、前記脱離性置換基の脱離により生成する前記化合物A−(C)mが溶媒不溶性であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載のπ電子共役系化合物の製造方法。
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