JP5874745B2 - 含フッ素芳香族化合物及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体材料に応用可能な、新規含フッ素芳香族化合物及びその製造方法に関する。
有機化合物を半導体材料とする有機半導体素子は、従来のシリコン等の無機半導体材料を用いた半導体素子と比べて、その加工性が容易であることから、低価格なデバイスの実現が期待されている。また、有機化合物の半導体材料は、構造的に柔軟であることから、プラスチック基板と組み合わせて用いることで、フレキシブルなディスプレイ等のデバイスを実現することが期待されている。
有機半導体の加工プロセスは、蒸着によるドライプロセスと、塗布やプリンタブル、インクジェットなど、有機溶媒を用いたウェットプロセスとが知られている。従来の有機半導体材料は有機溶媒に対して溶解性が低く、ウェットプロセスの適用が困難であったため、ドライプロセスが広く利用されてきた。一方、ウェットプロセスは、容易で安価であり、環境負荷が小さい製造プロセスとなる。
有機半導体材料にはキャリア移動度の向上が求められている。有機半導体材料のキャリア移動度の向上のための手段としては、未だ有効な手段は確立していないが、分子間相互作用を強くすることや、分子の配列を制御することが重要と考えられている。例えば、縮合多環系化合物であるアセン化合物は、平面構造により共役系が拡張され、πスタックによる強い分子間相互作用を持つとして、有機半導体材料としての利用が試みられている(非特許文献1)。
アセン化合物とは、ベンゼン環が直線状に縮合した骨格を有する化合物である。アセン化合物は、ポリアセチレン等と比べて理論的なバンドギャップは小さく、有機半導体材料として優れた機能が期待され、環の数が増加するほどその機能が期待できる。また、置換基によって導電性が変わる可能性を有する。
環基に置換基を持たないアセン化合物は、環の数が増加するに従って有機溶媒への溶解性は低下する。したがって、アセン化合物にウェットプロセスを適用することは困難である。またウェットプロセスを適用する場合には、溶媒や温度条件などの選択の幅が非常に狭い。
アセン骨格にアルキル基等の置換基を導入することで、有機溶媒への親和性を増加させたアセン化合物が提案されている(特許文献1)。しかし、置換基に含フッ素アルキル基を有する化合物については検討されていない。
特許文献2には、重金属を用いたカップリング反応によるパーフルオロアルキル基を有するアセン化合物の製造方法が開示されている。該アセン化合物としては、アントラセンの6位と13位にnC17−が置換したが化合物が開示されている。
日本国特開2007−13097号公報 国際公開第2011/022678号
D.J.Gundlach,S.F.Nelson,T.N.Jachson et al.,Appl.Phys.Lett.,(2002),80,2925.
しかしながら、特許文献2に記載の方法では、ハロ置換アセン化合物とパーフルオロアルキルアイオダイドの重金属存在下でのカップリング反応を適用しているため、合成が煩雑となり、重金属のコンタミネーションが問題となる。一般的に有機半導体材料は高純度であることが求められるため、超高純度化に多くの労力が必要である。
従来の技術では、高いキャリア移動度が望める有機半導体材料は主にドライプロセスで得られるものであり、かかる材料は溶媒への溶解性が低い。一方、溶媒への溶解性が高いウェットプロセスで得られる有機半導体材料はキャリア移動度が低い。また、従来の技術で得られるアセン化合物は、置換基を導入する際に重金属を用いるため、この重金属が残存することにより、有機半導体としてのキャリア移動度が低下することが懸念される。
そこで、本発明の課題は、ドライプロセス・ウェットプロセスのいずれにも適用可能であり、さらに、高キャリア移動度を有する有機半導体材料として有用な化合物を提供することである。
具体的には、低極性溶媒にも可溶であり、かつ、強い分子間相互作用による高キャリア移動度が望める化合物を提供することを第一の課題とする。また、キャリア移動度低下の一因である重金属のコンタミネーションが少ない化合物を提供することを第二の課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決し、目的を達成するために鋭意研鑽を積んだ結果、重金属のコンタミネーションが少なく、低極性溶媒にも比較的可溶な、特定構造の含フッ素芳香族化合物及びその製造方法を新たに見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下に関する。
<1>
下記式(1)で表される化合物を式R −Si(CH で表される化合物と反応させて下記式(1−1A)で表される化合物を得て、該式(1−1A)で表される化合物を脱保護処理して下記式(1−1B)で表される化合物を得て、該式(1−1B)で表される化合物を芳香族化する、下記式(2−1)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
Figure 0005874745

[上記式において、Rは炭素数が1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
〜Xはハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい
とnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数、m+nは2以上6以下の整数である。
及びLは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよい。
m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序は、ブロックでもランダムでもよい。]
<2>
前記式(1)で表わされる化合物と式R −Si(CH で表される化合物とを反応させる際に炭酸塩を加える、上記<1>に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
<3>
前記芳香族化の際にトリフェニルホスフィン/四臭化炭素を用いる、上記<1>又は<2>に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
<4>
前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物、下記式(4−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物、又は下記式(5−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物である、上記<1>〜<3>のいずれか一に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
Figure 0005874745
[上記式においてX〜X及びR は前記と同じ意味を示す。]
<5>
上記<1>〜<4>のいずれか一に記載の製造方法により下記式(2−1)で表わされる化合物を得た後、X 〜X の少なくとも一つがハロゲン原子である下記式(2−1)で表される化合物の該ハロゲン原子の少なくとも一つを、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基に置換する、下記式(2−2)で表される化合物の製造方法。
Figure 0005874745
[上記式において、R は炭素数が1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
〜X はハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
〜R は置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、R 〜R から選ばれる1以上の基は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基である。R 〜R は同一でも異なっていてもよい。
mとnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数、m+nは2以上6以下の整数である。
及びL は置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のL は、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のL は、同一でも異なっていてもよい。
m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序は、ブロックでもランダムでもよい。]
<6>
前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせ、
前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(4−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(4−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせ、または
前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(5−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(5−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせである、
上記<5>に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
Figure 0005874745

Figure 0005874745

[上記式においてX 〜X 、及びR 〜R は前記と同じ意味を示す。]
本発明の製造方法により得られる含フッ素芳香族化合物は、重金属含有量が少ないことから、電荷輸送材料としてキャリア移動度が高いことが期待され、簡便にしかも短時間かつ多量に有機半導体薄膜を製造できる。すなわち、本発明の含フッ素芳香族化合物は、高性能な有機TFT、有機EL素子等に適用される有機半導体材料として利用することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
なお、式(X)で表される化合物を「化合物(X)」とも称する。
<含フッ素芳香族化合物>
本発明の含フッ素芳香族化合物は、下記式(2−1)で表される化合物または式(2−2)で表される化合物から選ばれる。
Figure 0005874745
上記式において、Rは炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
〜Xはハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
〜Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、R〜Rから選ばれる1以上の基は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基である。R〜Rは同一でも異なっていてもよい。
mとnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数、m+nは2以上6以下の整数である。
及びLは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよい。
m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序は、ブロックでもランダムでもよい。
本発明にかかる含フッ素芳香族化合物は、直鎖状パーフルオロアルキル基Rを、化合物の短軸方向すなわち芳香族環の縮合方向と垂直の方向に有する。パーフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子の全てがフッ素原子に置換された基をいう。縮合多環系化合物は、縮合環の数が増えるにつれて、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用により、キャリア移動度の増加が見込まれる。その一方、強い分子間相互作用は有機溶媒への溶解性の低下も招く。
本発明の化合物は、このような直鎖状パーフルオロアルキル基Rを分子中に2n(nは1以上の整数)有することにより、有機溶媒への溶解性を飛躍的に高めた。また、同一のベンゼン環に結合するR同士はパラ位の関係にあり、このことは、含フッ素芳香族化合物を有機半導体材料として用いた場合に基板に対する配向性の向上と、薄膜の結晶性の観点から好ましい。さらにパーフルオロアルキル基は直鎖状であることで、フッ素原子の相互作用による分子間相互作用の向上の点で好ましい。
直鎖状パーフルオロアルキル基Rはの炭素数は1〜3である。すなわち、Rは−CF、−CFCF、及び−CFCFCFから選ばれる基である。
におけるアルキル鎖が長いほど、有機溶媒への溶解性は高くなる。また、縮合環の数が増えるにつれて、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用により、キャリア移動度の増加が見込まれる。一般的に、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用は有機溶媒への溶解性の低下を招くが、本発明において、直鎖状パーフルオロアルキル基の炭素数とπ−πスタッキングによるアセン材料の有機溶媒への溶解性を調査した結果、炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基を導入すると、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用を損なうことなく、アセン材料の有機溶媒への溶解性が飛躍的に向上することが明らかとなった。
は特に炭素数1または2の直鎖状パーフルオロアルキル基、具体的にはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が好ましい。なお、化合物中における複数のRは同一の基である。
は、化合物中に2n(nは1以上の整数)存在する。nが1である場合のRについては、Rは、炭素数2〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基であるのが、本発明の効果が得られる点で好ましい。
mとnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。m+nは2以上6以下の整数であり、有機溶媒への溶解性とπ−πスタッキングによる強い分子間相互作用の両立を達成できる面で3以上6以下が好ましい。
m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序はブロックでもランダムでもよい。構造Aと構造Bは交互に結合していてもよい。
〜Xはハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
〜Xのうち少なくとも一つはハロゲン原子であることが好ましい。これにより、ハロゲン原子をさらにR〜Rで置換することで、含フッ素芳香族化合物に置換基をさらに導入することができる。この場合のR〜Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基である。ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が好ましく、反応性の観点から臭素原子及びヨウ素原子が特に好ましい。含フッ素芳香族化合物に置換基を導入する場合には、X〜Xは1つまたは2つがハロゲン原子であるのが好ましく、2つの場合には、XとXまたはXとXがハロゲン原子であるのが好ましい。
〜Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、R〜Rから選ばれる1以上の基は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基である。R〜Rは同一でも異なっていてもよい。
炭素数1〜12の1価炭化水素基、1価芳香族炭化水素基、及び1価複素芳香族基はそれぞれ置換基を有してもよい。すなわち該基中の炭素原子に結合した水素原子の1個以上は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基、フェニル基、および炭素数7〜12のアルコキシフェニル基から選ばれる基で置換されていてよい。
〜Rにおいて炭素数1〜12の1価炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数2〜12のアルキニル基、及び炭素数3〜12のシクロアルキル基が好ましい。
炭素数1〜12のアルキル基としては、直鎖構造または分岐構造の基が好ましく、例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。
炭素数2〜12のアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等が挙げられる。不飽和結合の位置は限定されず、1位が好ましい。
炭素数2〜12のアルキニル基としては、アセチル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等が挙げられる。不飽和結合の位置は限定されず、1位が好ましい。
炭素数3〜12のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
炭素数1〜12の1価炭化水素基が置換基を有する場合、置換基としては、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基、フェニル基、および炭素数7〜12のアルコキシフェニル基から選ばれる基が挙げられる。この場合、置換基を含めた基全体の炭素数を20以下にすることが有機溶媒への溶解性の観点から好ましい。
〜Rにおいて1価芳香族炭化水素基としては、1価の芳香族性を有する炭化水素基であり、フェニル基が好ましい。
芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、置換基としては、電子求引性または電子供与性置換基が好ましく、具体的には炭素数1〜12のアルコキシ基、および炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基から選ばれる基が挙げられる。1価芳香族炭化水素基がフェニル基の場合、置換基の数は1個が好ましく、フェニル基のパラ位に置換基が存在するのが好ましい。
〜Rにおいて1価複素芳香族基としてはチエニル基が好ましい。複素芳香族基が置換基を有する場合、置換基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、および炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基から選ばれる基が挙げられる。置換基の数は1個が好ましく、チエニル基の4または5位に置換基が存在するのが好ましい。
〜Rにおいてハロゲン原子としては臭素原子及びヨウ素原子が好ましい。R〜Rがハロゲン原子である場合には、R及びRの少なくとも一方がハロゲン原子であるのが好ましい。
本発明の含フッ素芳香族化合物は、アセン骨格に、電子求引性置換基である炭素数が1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rが導入された化合物であり、さらにR〜Rを導入することで、有機溶媒への溶解性を向上させうる。導入されたR〜Rは電子求引性または電子供与性基として作用するため、電子遷移エネルギーを制御できる。その結果、導電性を制御することが可能となり、有機半導体材料として好ましい。よって、R〜Rは、水素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基であるのが好ましい。さらに、R〜Rから選ばれる1個が、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基であり、残余のR〜Rが水素原子であるのが好ましい。
及びLは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよい。
及びLにおいて炭素数1〜12の1価炭化水素基としては直鎖構造または分岐構造の炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数3〜12のシクロアルキル基が好ましく、1価芳香族炭化水素基としてはフェニル基が好ましく、1価複素芳香族基としてはチエニル基が好ましく、ハロゲン原子としては臭素及びヨウ素が好ましい。
及びLが置換基を有する基である場合のこれらの基としては、電子求引性または電子供与性置換基を有するフェニル基が好ましく、具体的にはR〜Rにおいて例示した基が挙げられる。L及びLとしては水素原子が好ましい。
化合物(2−1)または化合物(2−2)においては、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用の観点から、m=2でありn=1である化合物、m=4でありn=1である化合物、またはm=3でありn=2である化合物が好ましい。
m=2でありn=1である化合物において、2つのRの結合位置は環が3つ縮合したアセン骨格の9位及び10位であり、L及びLは水素原子であることが好ましい。また、すなわち、下記化合物(3−1)または下記化合物(3−2)が好ましい。
Figure 0005874745
式(3−1)及び式(3−2)において、X〜X、R〜Rは前記と同じ意味を示す。好ましくは、X〜Xは臭素原子、ヨウ素原子、または水素原子であり、より好ましくは、少なくとも一つは臭素原子またはヨウ素原子である。R〜Rの1以上は、炭素数1〜12のアルキニル基、置換基を有する炭素数1〜12のアルキニル基、フェニル基、置換基を有するフェニル基、チエニル基、臭素原子、またはヨウ素原子であり、残余が水素原子であることが好ましい。より好ましくは、R〜RのうちR及びRの少なくとも一方が、炭素数1〜12のアルキニル基、置換基を有する炭素数1〜12のアルキニル基、フェニル基、置換基を有するフェニル基、チエニル基、臭素原子、またはヨウ素原子であり、残余が水素原子である場合である。
また、m=4でありn=1である化合物において、2つのRの結合位置は、環が5つ縮合したアセン骨格の6、13位であり、L及びLは水素原子であることが好ましい。すなわち、下記化合物(4−1)または化合物(4−2)が好ましい。
Figure 0005874745
さらに、m=3でありn=2である化合物において、4つのRの結合位置は環が5つ縮合したアセン骨格の5、7、12及び14位であり、L及びLは水素原子であることが好ましい。すなわち、下記化合物(5−1)または化合物(5−2)が好ましい。
Figure 0005874745
式(4−1)、式(4−2)、式(5−1)及び式(5−2)において、Rは、前記と同じ意味を示し、好ましい態様及びより好ましい態様も同様である。X〜Xは前記と同じ意味を示し、好ましい態様は式(3−1)と同様であり、より好ましくは、水素原子である。R〜Rは、前記と同じ意味を示し、好ましい態様及びより好ましい態様は、式(3−2)と同様である。
化合物(2−1)、化合物(2−2)としては、具体的には下記式で表される化合物群から選択される化合物であることが好ましい。
Figure 0005874745
<含フッ素芳香族化合物及びその中間体の製造方法>
次に、本発明の含フッ素芳香族化合物の製造ルートの概要は、以下に示すことができる。
Figure 0005874745
本発明の製造方法では、出発物質として上記キノン化合物(1)を用い、Rを導入する工程すなわちキノンのケト基をC−R基に変換する工程を必須とする。Rは炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
さらに、キノン化合物(1)のX〜Xの少なくとも一つがハロゲン原子の場合、ハロゲン原子であるX〜XをR〜Rで置換する反応を行ってもよい。これにより、所望の置換基を導入することができる。ハロゲン原子であるX〜Xは一部または全部が置換される。置換された場合のR〜Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基となり、残余のR〜Rは、もとのX〜Xに対応するハロゲン原子または水素原子である。
ハロゲン原子を置換する反応は、ケト基をC−R基に変換する前に行っても、すなわち化合物(1)から化合物(1)’を得てもよく、また変換後に行っても、すなわち化合物(1)から化合物(1−1A)を得た後に行ってもよい。
以下、本発明の製造方法について、ハロゲン原子の置換をR導入後に行う実施態様を例に説明する。
まず、キノンのケト基をC−R基に変換するために、化合物(1)をR−Si(CHで表される化合物と反応させ、中間体化合物(1−1A)を得る。続いて化合物(1−1A)を脱保護処理し、中間体化合物(1−1B)を得る。さらに化合物(1−1B)を芳香族化することにより、含フッ素芳香族化合物(2−1)を得ることができる。以上の工程によりケト基をC−R基に変換する。この反応によると、1回の反応で全てのケト基が同一のC−R基に変換される。
出発原料である化合物(1)には公知のキノン系化合物を用いることができ、下記化合物が好ましい。
Figure 0005874745
具体的には、化合物(1)としては、9,10−アントラキノン、2−ブロモ−9,10−アントラキノン、2−ヨード−9,10−アントラキノン、2,6−ジブロモ−9,10−アントラキノン、2,6−ジヨード−9,10−アントラキノン、6,13−ペンタセンキノン、5,7,12,14−テトラヒドロペンタセン−5,7,12,14−テトラオン、等が挙げられる。
化合物(1)に反応させるR−Si(CH(以下「−Si(CH」を「TMS」とも記載する。)で表される化合物は化合物(1)に対して2.0〜2.5モル/グラム等量が好ましい。さらに、炭酸塩を化合物(1)に対して0.3〜0.4モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、室温で6〜18時間反応させて化合物(1−1A)を得る。
炭酸塩としては、炭酸アルカリ塩などが挙げられ、中でも炭酸カリウムが特に好ましい。有機溶媒としてはアミド系溶媒などが挙げられ、中でもN,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
化合物(1−1A)のTMS基を脱保護してアルコール体(1−1B)に変換する反応方法としては限定されず、例えば、濃塩酸を用いた酸処理による脱保護反応が挙げられる。この場合、例えば化合物(1−1A)に対して、濃塩酸を1〜5モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、還流下3〜24時間反応させる方法が好ましい。
有機溶媒としては、水溶性有機溶媒が好ましく、エタノール、テトラヒドロフランが特に好ましい。
TMS基の脱保護は、テトラブチルアンモニウムフルオリドのようなフッ化物源を用いても実施できる。化合物(1−1A)に対して、テトラブチルアンモニウムフルオリドを1〜5モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、0℃で0.5〜5時間反応させる方法が好ましい。TMS基を脱保護するとアルコール体(1−1B)が得られる。
化合物(1−1B)の芳香族化も公知の方法を適用でき限定されないが、本発明においては、一般的な芳香族化反応に用いられる重金属(例として塩化スズ)を用いる方法は適用しないのが好ましい。芳香族化は、真空中220℃以上の熱処理による水酸基の脱離を経由した芳香族化が好ましい。また、例えば、トリフェニルホスフィン/四臭化炭素を用い、水酸基の脱離工程を経由した芳香族化反応が好ましい。具体的には有機溶媒中で、化合物(1−1B)に、四臭化炭素を化合物(1−1B)に対して3〜10モル/グラム等量加え、0℃で保持し、さらに、トリフェニルホスフィンを化合物(1−1B)に対して2〜10モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、還流下3〜24時間反応させる方法が挙げられる。
有機溶媒としては、塩素系溶媒が好ましく、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素が挙げられ、ジクロロメタンが特に好ましい。
上記反応により化合物(2−1)が生成する。
化合物(2−1)において、X〜Xの少なくとも一つがハロゲン原子である場合には、ハロゲン原子であるX〜XをR〜Rで置換することにより、化合物(2−1)に所望の置換基を導入して、化合物(2−2)を得ることができる。該方法はC−X結合からC−C結合を生成する反応が適用でき、鈴木カップリング反応や薗頭カップリング反応が挙げられる。
上記反応により含フッ素芳香族化合物(2−1)または含フッ素芳香族化合物(2−2)を得ることができる。
含フッ素芳香族化合物(2−2)を得る別の方法としては、ハロゲン原子を置換する工程を、ケト基をC−R基に変換する工程の前に行う方法がある。すなわち、化合物(1)におけるX〜Xの少なくとも一つがハロゲン原子の場合、ハロゲン原子であるX〜XをR〜Rのいずれかで置換し、化合物(1)’を得る。
続いて、キノンのケト基をC−R基に変換する反応を順次行う。すなわち、化合物(1)’をR−Si(CHで表される化合物と反応させ、中間体化合物(1−2A)を得る。続いて化合物(1−2A)を脱保護処理し、中間体化合物(1−2B)を得る。さらに化合物(1−2B)を芳香族化することにより、含フッ素芳香族化合物(2−2)を得ることができる。
ハロゲン原子の置換工程、及びケト基をC−R基に変換する工程の条件は、上記ハロゲン原子の置換をR導入後に行う実施態様と同様である。
本発明における含フッ素芳香族化合物の合成方法によれば、炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rの導入に際し、重金属を用いたカップリング反応を用いないため、合成された化合物中に含まれる重金属の割合を少なくできる。すなわち、本発明の方法により得られた含フッ素芳香族化合物においては、化合物中に含まれる重金属量を、25重量ppm以下、好ましくは、20重量ppm以下にできる。
<有機半導体材料>
本発明の有機半導体材料は、本発明の含フッ素芳香族化合物を含み、有機半導体として使用する材料をいう。本発明の有機半導体材料は、本発明の含フッ素芳香族化合物のみから成っていてもよく、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、他の有機半導体材料、種々のドーパントが挙げられる。ドーパントとしては、例えば、有機EL素子の発光層として用いる場合には、クマリン、キナクリドン、ルブレン、スチルベン系誘導体及び蛍光色素等を用いることができる。
本発明の含フッ素芳香族化合物は、融点が約300℃未満である。これは、炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rにおいて、その鎖長による熱的な運動が分子間の結晶性を弱めることに起因すると見られる。
また、炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rの存在によって、主骨格である芳香環の面と面が向かい合う分子配列(π−πスタッキング)での安定化がなされ、無置換のものよりも電荷移動度の発現に寄与するとみられる。
また、アントラセンの場合は9,10位、ペンタセンの場合は6,13位に位置する炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基は、この位置でのペンタセン同士の二量化を阻止する役割と、大気中の酸素や水分により、アントラセンキノンあるいはペンタセンキノンのようなキノン骨格となる劣化挙動を防ぐ2つの役割がある。さらに、ペンタセンが4,7,12,14位に炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基を有する場合も、これら置換基の立体反発により、6,13位でのキノン骨格由来の劣化を防ぐ。
また、炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基間の親和力により隣接分子が凝集し(フルオロフィリック効果)、より効率的な電荷移動に寄与する。したがって、本発明の含フッ素芳香族化合物を用いれば、高いキャリア移動度を保持した有機半導体薄膜、及びこれを利用したトランジスタ等の電子素子の作製が実現できる。
通常、置換基を有していないアントラセン、ペンタセンはp型半導体としてふるまうが、電子求引性置換基である炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rが導入された本発明の含フッ素芳香族化合物は、置換基によって導電性が変わる可能性を有している。よって、本発明の含フッ素芳香族化合物において、アセン骨格の一部における炭素数1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基Rは、電子遷移エネルギーが変化する結果、導電型を制御することが可能となり、有機半導体材料として好ましい。
<有機半導体薄膜>
本発明に係る有機半導体材料は、ドライプロセスまたはウェットプロセスを用い、通常の製造方法にしたがって、基板上に有機半導体に膜を形成できる。該膜としては、薄膜、厚膜、または結晶性を有する膜が挙げられる。
ドライプロセスで薄膜を形成する場合、真空蒸着法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、スパッタリング法、レーザー蒸着法、気相輸送成長法等の公知の方法を用いうる。
これらの薄膜等は、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機能素子の電荷輸送性部材として機能し、本半導体材料を用いて多様な電子デバイスを作製することが可能である。
ドライプロセスとして、真空蒸着法、MBE法、または気相輸送成長法を用いて薄膜を形成する場合には、有機半導体材料を加熱して昇華した蒸気を、高真空、真空、低真空、または常圧で基板表面に輸送する。薄膜の形成は、公知の方法や条件に従って実施でき、具体的には、基板温度は20〜200℃、薄膜成長速度は0.001〜1000nm/secが好ましい。該条件とすることで、結晶性があり、かつ、薄膜の表面平滑性がある膜を形成しうる。
基板温度は、低温であると薄膜がアモルファス状になりやすく、高温であると薄膜の表面平滑性が低下する傾向がある。また、薄膜成長速度が遅いと結晶性が低下しやすく、速すぎると薄膜の表面平滑性が低下する傾向がある。
ウェットプロセスで薄膜を形成する場合、含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料を有機溶媒に溶解して溶液化したものを、基板上に被覆することによって有機半導体薄膜を形成することができる。
本発明の含フッ素芳香族化合物は、従来の有機半導体材料に比して有機溶媒に対する溶解性が改善され、ウェットプロセスの適用ができる利点を有する化合物である。その理由は、含フッ素芳香族化合物中のパーフルオロアルキル基の存在により、本発明に係る有機半導体材料は親油性を示すことから、種々の有機溶媒に可溶となる。ウェットプロセスによる膜形成は、半導体結晶にダメージを与えることなく加工できる利点がある。
ウェットプロセスにおける製膜方法(基板を被覆する方法)としては、塗布、噴霧、及び接触等が挙げられる。具体的には、スピンコート法、キャスト法、ディップコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、ディスペンス法等の公知の方法が挙げられる。また、平板状結晶や厚膜状態の形態を取る場合には、キャスト法等が採用できる。製膜方法及び有機溶媒は、作製するデバイスに適した組み合わせを選択することが好ましい。
ウェットプロセスにおいては、含フッ素芳香族化合物の溶液と基板との界面に、温度勾配、電場、及び磁場から選ばれる少なくとも1つを印加して、結晶成長を制御することもできる。該方法を採用すれば、より高結晶性の有機半導体薄膜を製造でき、かつ、高結晶性の薄膜の性能に基づく優れた半導体特性を得ることができる。また、ウェットプロセス製膜時に、環境雰囲気を溶媒雰囲気にすることにより、溶媒乾燥における蒸気圧を制御して、高結晶性の有機半導体薄膜を製造することもできる。
ウェットプロセスにおいて、含フッ素芳香族化合物を溶解できる有機溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、クレゾール等の芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類;またはこれらの混合物等の、非ハロゲン系の溶媒の例が挙げられる。
含ハロゲン溶媒の例としては、塩素化炭化水素類、塩素化芳香族炭化水素類、フッ素化炭化水素類、塩素化フッ素化炭化水素類、含フッ素エーテル化合物が例示できる。具体的には、塩化メチレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、2,3,3−トリクロロヘプタフルオロブタン、1,1,1,3−テトラクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパン、1,1,1−トリクロロペンタフルオロプロパン、1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン、n−C13−C、n−COCH、n−COC等が挙げられる。
溶媒は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、非ハロゲン系溶媒と、含ハロゲン溶媒とを併用するのが好ましく、これらを任意の割合で混合した溶媒が好ましい。
本発明における含フッ素芳香族化合物を有機溶媒に溶解させて、ウェットプロセスを行う場合には、作業効率の観点等から、有機溶媒に溶解させる有機半導体材料の濃度は、有機溶媒中に0.01重量%以上が好ましく、0.01〜10重量%が特に好ましく、0.2〜10重量%がとりわけ好ましい。本発明の含フッ素芳香族化合物は有機溶媒に対する溶解性に優れるため、上記の製造方法で得た含フッ素芳香族化合物をカラムクロマトグラフィーや再結晶などの簡易な精製方法によって、高純度化したものを用いてもよい。
ウェットプロセスによる基板上の被覆は、大気下または不活性ガス雰囲気下で行うことができる。特に半導体材料の溶液が酸化しやすい場合には、不活性ガス雰囲気下にすることが好ましく、窒素やアルゴン等を用いることができる。
基板上を被覆した後、溶媒を揮発させることで有機半導体薄膜が形成される。当該薄膜中の溶媒残存量が多いと薄膜の安定性や半導体特性が低下するおそれがあるため、薄膜形成の後に、再度加熱処理や減圧処理を施し、残存している溶媒を除去することが好ましい。
ウェットプロセスに使用しうる基板の形状は特に限定されず、通常はシート状の基板や板状の基板が好ましい。基板に用いられる材料も特に限定されずセラミックス、金属基板、半導体、樹脂、紙、不織布等が挙げられる。
基板がセラミックス基板である場合の例としては、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化ケイ素、炭化ケイ素等の基板が挙げられる。金属基板としては金、銅、銀等の基板が挙げられる。半導体基板としては、シリコン(結晶性シリコン、アモルファスシリコン)、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガリウムリン、チッ化ガリウム等の基板が挙げられる。樹脂基板としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ノルボルネン等の基板が挙げられる。
含フッ素芳香族化合物を用いることにより、得られた有機半導体薄膜は、結晶性の薄膜とすることができる。結晶性の薄膜は高い結晶性によって高いキャリア移動度が望め、それによる優れた有機半導体デバイス特性を発現する点から好ましい。
薄膜の結晶状態は、薄膜の斜入射X線回折測定、透過型電子線回折、薄膜のエッジ部にX線を入射させ回折を測定する方法により知ることができる。特に薄膜分野の結晶解析手法である斜入射X線回折によるのが好ましい。
X線回折法としては、測定する格子面の方向によって、Out−of−planeXRD法とIn−planeXRD法がある。Out−of−planeXRD法は基板に対して平行な格子面を観察する手法である。In−planeXRD法は基板に対して垂直な格子面を観察する手法である。
薄膜が結晶性であるとは、薄膜を形成する有機半導体材料に由来する回折ピークが観察されることを意味する。具体的には有機半導体材料の結晶格子に基づく回折、分子長さ由来の回折、あるいは分子が基板に対して平行、あるいは垂直に並ぶ配向性を有する際に現れる特徴的な回折ピークが観察されることを意味する。非結晶状態の膜の場合はこの回折は観察されず、回折ピークが現れた薄膜は結晶性の薄膜であることを意味する。
有機半導体素子に使用する有機半導体薄膜層の厚さは、通常10〜1,000nmが好ましい。
<有機半導体素子、有機半導体トランジスタ>
本発明における含フッ素芳香族化合物は高いキャリア移動度を有する。よって、これを含む有機半導体材料は含フッ素芳香族化合物の高いキャリア移動度を損なうことなく、有機半導体薄膜を形成することができる。
有機半導体薄膜の層を積層することにより形成した半導体層を含む有機半導体素子は、様々な半導体デバイスに非常に有用である。
半導体デバイスの例としては、有機半導体トランジスタ、有機半導体レーザー、有機光電変換デバイス、有機分子メモリ等が挙げられる。このうち半導体デバイスとしては有機半導体トランジスタが好ましく、さらに電界効果トランジスタ(FET)がより好ましい。
有機半導体トランジスタは、通常、基板、ゲート電極、絶縁体層(誘電体層)、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層で構成される。その他にバックゲートやバルクなどが含まれていてもよい。
有機半導体トランジスタ中の構成要素が配置される順序等については、特に限定されない。また、上記構成要素のうち、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層は複数層設けてもよい。複数層の半導体層が存在する場合には、同一平面内に設けても、積層して設けてもよい。
このように、本発明の含フッ素芳香族化合物は、高いキャリア移動度を有し、半導体材料として優れた性質を有する。前記のとおり、本発明の含フッ素芳香族化合物は有機溶媒に対する高い溶解性を有するため、キャスト法または印刷法等の簡便な製膜工程を利用することができるので、含フッ素芳香族化合物の高いキャリア移動度を損なうことなく、有機半導体薄膜または有機半導体素子を製造することができる。
また、本発明の化合物(1−2A)あるいは化合物(1−2B)は塗布型有機半導体材料の変換型前駆体材料として利用できる。具体的には、本発明の含フッ素芳香族化合物(2−2)の前駆体として有機溶媒に溶解した溶液を基板に塗布した後、真空中220℃以上の熱処理を行うと、本発明の含フッ素芳香族化合物(2−2)に変換することができる。この手法により、含フッ素芳香族化合物の有機半導体薄膜または有機半導体素子を製造することができる。
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
また、本実施例においては、化合物の構造決定を以下に示す分析方法により行った。
核磁気共鳴分析は、日本電子社製フーリエ変換高分解能核磁気共鳴装置(NMR)、JNM−AL400を使用した。
H NMR(300MHz)溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)またはアセトン−d(Acetone−d),内部標準:テトラメチルシラン(TMS).
13C NMR(75MHz)溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)またはアセトン−d(Acetone−d),内部標準:クロロホルム−d(CDCl).
19F NMR(283MHz)溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)またはアセトン−d(Acetone−d),内部標準:ヘキサフルオロベンゼン(C)を−163ppmとした(CFClを0ppmとする)
赤外吸収分光は、日本分光社製フーリエ変換赤外分光高度計(FT−IR)、FT/IR−4100を使用した。
元素分析は、パーキンエルマー社製全自動元素分析装置2400シリーズIIを使用した。
融点測定は、ヤマト科学社製融点測定器MP−21を使用した。
HRMSは日本電子社製JMS−700を用い、正電荷モードで測定した。
蛍光スペクトルは、日本分光社製分光蛍光高度計(FP−6500)を使用した。
<実施例1−a:化合物(a)の合成>
9,10−アントラキノン(東京化成社製、2.082g,10mmol)及び炭酸カリウム(関東化学社製、0.553g,4.0mmol)のN,N−ジメチルホルムアミド(和光純薬社製、20mL)溶液に0℃でCFTMS(東ソー・エフテック社製、3.30mL,22mmol)を加え、室温で15時間撹拌した。その後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(15mL)と1N HCl(5.0mL)の混合物に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、ロータリーエバポレータを用いて有機溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(関東化学社製、シリカゲル60(球状、63−210μm)、展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。目的の化合物(a)(4.039g、82%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 118−120℃
H NMR δ −0.10(s,18H),7.48−7.55(m,4H),7.93−7.99(m,4H).
13C NMR δ 1.7,75.9(q,J=27.9Hz),125.7(q,J=289.0Hz),130.0,130.7(q,J=3.1Hz),134.1.
19F NMR δ −79.29(s).
IR(KBr) ν 3073,2968,1487,1447,1441,1237,1175,1075,944,930,876,846cm−1
Anal.Calcd for:C,53.64;H,5.32.Found:C,53.54;H,5.38.
Figure 0005874745
<実施例1−b:化合物(b)の合成>
化合物(a)(3.541g,7.2mmol)をエタノール(15mL)に溶解し、濃塩酸(和光純薬社製、2.0mL,24mmol)を加え、還流した。3時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物を酢酸エチルで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2:1)にて精製した。目的の化合物(b)(2.198g、88%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
m.p.197−199℃
H NMR(Acetone−d) δ 6.52−6.54(m,2H),7.55−7.63(m,4H),8.02−8.16(m,4H).
13C NMR(Acetone−d) δ 73.7(q,J=27.3Hz),125.7(q,J=287.8Hz),129.4(q,J=3.1Hz),129.7,135.0.
19F NMR(Acetone−d) δ −76.98(s).
IR(KBr) ν 3534,3078,1658,1488,1450,1333,1212,1176,1042,912cm−1
Anal.Calcd for:C,53.64;H,5.32.Found:C,53.54;H,5.38.
Figure 0005874745
<実施例1−c:化合物(c)の合成(参考例)>
化合物(b)(0.104g,0.3mmol)と四臭化炭素(東京化成社製、0.298g,0.9mmol)のジクロロメタン(関東化学社製、2.0mL)溶液に、0℃でトリフェニルホスフィン(関東化学社製、0.367g,1.4mmol)を加え、室温で15時間撹拌した。15時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物をジクロロメタンで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。目的の化合物(c)(0.062g,66%収率)を黄色の固体として得た。
(分析結果)
m.p.152−154℃
H NMR δ 7.56−7.64(m,4H),8.45−8.56(m,4H).
19F NMR δ −49.81(s).
IR(KBr) ν 3153,3097,3047,1535,1450,1379,1289,1210,1184,1126,1105,956,765,675cm−1
HRMS(APCI)found:m/z 314.0504.Calcd for C16(M):314.0530.
Figure 0005874745
<実施例2−a:化合物(d)の合成>
実施例1−aのアントラキノンを2−ブロモアントラキノン(1.57g、4.68mmol)に変え、室温で12時間撹拌した以外は同様の操作を行った。12時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液と1N HClに注ぎ、粗生成物をジエチルエーテルで抽出し、有機層を硫酸ナトリウム上で乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。濃縮によって得られた粗生成物にエタノール(10mL)と濃塩酸(1mL)を加え、3時間還流した。飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて酢酸エチルで抽出、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濃縮した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2:1)にて精製した。目的の化合物(d)(2.018g、91%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.19(1H,t,J=2.1Hz),8.04−8.01(2H,m),7.91(1H,dq,J=8.7,2.3Hz),7.71(1H,dd,J=2.1Hz),7.60(2H,dd,J=3.3,6.0Hz).
13C NMR δ 135.2,133.0,132.8,132.7,132.2,131.5(q,J=3.1Hz),130.2(q,J=2.9Hz),129.9,129.8,128.3(q,J=2.9Hz),124.3,123.8(q,J=285.7Hz),123.7(q,J=285.7Hz),73.0(q,J=28.0Hz),72.9(q,J=28.0Hz).
19F NMR δ −79.34(s,3F),−79.40(s,3F).
IR(KBr) ν 3678,3516,3302,3175,2926,2851,2668,2859,1754,1622,1591,1481,1448,1397,1335,1284,1185,940,753,637cm−1
Figure 0005874745
<実施例2−b:化合物(e)の合成>
実施例1−cの化合物(b)を化合物(d)(2.015g、4.73mmol)に変え、室温で1晩撹拌した以外は同様の操作を行った。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。目的の化合物e(1.742g、94%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 79−80°C.
H NMR δ 8.69(1H,t,J=1.7Hz),8.49(2H,m),8.38(1H,dd,J=2.0,9.8Hz),7.69(1H,d,J=1.8Hz),7.64(2H,dd,J=3.3,6.9Hz).
19F NMR δ −49.82(s,3F),−49.98(s,3F).
IR (KBr) ν 3168,3088,3044,2923,2852,2237,1921,1741,1607,1280,1115,957,813,702cm−1
Anal.Calcd for C2412:C,48.88;H,1.79.Found:C,48.48;H,1.80.
Figure 0005874745
<実施例3−a:化合物(f)の合成>
実施例2−aの2−ブロモアントラキノンを2−ヨードアントラキノン(1.57g、4.68mmol)に変えた以外は同様の操作を行った。目的の化合物(f)(2.018g、91%収率)を淡黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.39(1H,t,J=2.1Hz),8.04−8.00(2H,m),7.91(1H,dd,J=1.8,8.4Hz),7.75(1H,dq,J=2.2,8.5Hz),7.56(2H,dd,J=1.8,6.0Hz).
13C NMR δ 138.4,138.3,137.4(q,J=3.1Hz),135.4,133.2,133.0,131,5(q,J=290.0Hz),130.1(q,J=2.9Hz),129.4,129.4,129.3,129.3(q,J=2.3Hz,2C),123.9(q,J=279.5Hz),73.6(q,J=34.0Hz),73.5(q,J=27.8Hz).
19F NMR δ −79.34(s,3F),−79.42(s,3F).
IR(KBr) ν 3677,3514,3317,3193,3083,2821,2366,2359,2352,2112,1956,1932,1709,1621,1585,1478,1219,934,714,633cm−1
Figure 0005874745
<実施例3−b:化合物(g)の合成>
実施例1−cの化合物(b)を化合物(f)(2.018g、4.26mmol)に変え、室温で1晩撹拌した以外は同様の操作を行った。目的の化合物(g)(1.114g、59%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.90(1H,s),8.49(2H,dd,J=2.1,5.4Hz),8.21(1H,dd,J=1.8,9.6Hz),7.81(1H,dd,J=1.4,9.8Hz),7.63(2H,dd,J=3.3,6.9Hz).
13C NMR δ 135.5,133.3(q,J=6.4Hz),133.3(q,J=6.2Hz),130.0,129.6,129.3,129.1(q,J=233.7Hz),129.1(q,J=234.9Hz),127.7,127.5,127.1,126.2(q,J=28.7Hz),124.6(q,J=5.8Hz),124.6(q,J=6.0Hz),123.4,119.7.
19F NMR δ −49.83(s,3F),−49.84(s,3F).
IR (KBr) ν 3164,3158,3146,3139,3117,3087,3064,3050,3033,2369,2352,1925,1600,1523,1492,1461,1434,1378,1342,1281,1120,1051,955,764,685,625cm−1
Figure 0005874745
<実施例4:化合物(h)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、化合物(g)(0.318g、0.866mmol)、トリエチルアミン(和光純薬社製、15.4mL)、ピペリジン(和光純薬社製、3.1mL)、フェニルアセチレン(東京化成社製、0.11mL、1.0mmol)、ビストリフェニルホスフィンパラジウム(II)ジクロリド(0.009g、1.5mol%)、ヨウ化銅(I)(0.002g、1.5mol%)を加え、80℃で2時間加熱した後、室温で一晩撹拌した。1N塩酸でクエンチし、ヘキサンにて抽出、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、得られた固体をヘキサン溶媒で再結晶した。目的の化合物(h)(0.1157g、32%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 110−112°C.
H NMR δ 8.69(1H,t,J=2.1Hz),8.52−8.45(3H,m),7.69−7.61(5H,m),7.42−7.38(3H,m).
13C NMR δ 132.5,131.4,130.9,130.9,129.7,129.7,129.1,128.8,128.5(q,J=41.9Hz),128.5(q,J=41.3Hz),128.4,128.4,127.7(q,J=5.7Hz),127.4,127.4,125.4(q,J=275.4Hz),125.4(q,J=275.6Hz),124.7(q,J=5.8Hz),124.7(q,J=5.7Hz),122.6,122.4,122.3,92.4,89.1.
19F NMR δ −49.77(s,3F),−49.88(s,3F).
IR(KBr) ν 3432,3142,3129,3087,3065,3053,3042,2930,2925,2364,2347,2335,2218,1960,1615,1495,1434,1364,1288,1027,921,852,713,644cm−1
Anal. Calcd for C2412:C,69.57;H,2.92.Found:C,69.48;H,2.57.
UV:207,222,280,395nm(λmax=222nm).
蛍光(222nmにおける吸収波長):304,330,446,462,664nm(λmax=446nm).
Figure 0005874745
<実施例5:化合物(i)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、化合物(g)(0.868g、1.97mmol)、1,2−ジメトキシエタン(東京化成社製、10mL)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)(和光純薬社製、0.161g、1mol%)を加え、20分撹拌した。炭酸水素ナトリウム水溶液6mL,フェニルボロン酸(東京化成社製、0.268g、2.2mmol)を加え、14時間還流した。水でクエンチし、ジクロロメタンにて抽出、1N水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、得られた固体をヘキサン溶媒で再結晶した。目的の化合物(i)(0.5683g、74%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 105−106°C.
H NMR δ 8.69(1H,t,J=2.0Hz),8.60(1H,dd,J=2.1,9.6Hz),8.51(2H,m),7.90(1H,dd,J=1.7,9.5Hz),7.78(2H,dd,J=1.2,8.4Hz),7.62(2H,dd,J=3.6,6.6Hz),7.55(2H,dt,J=1.7,6.6Hz),7.46−7.43(1H,m).
13C NMR δ 139.8,139.8,139.2,139.2,129.6(q,J=1.6Hz),129.1,128.4128.4,128.3,127.4,127.2(q,J=1.2Hz),127.0,127.0,125.7(q,J=275.4Hz),125.7(q,J=276.0Hz),125.6(q,J=28.0Hz),125.6(q,J=28.8Hz),125.5(q,J=29.0Hz),125.2(q,J=5.6Hz),124.6(q,J=5.8Hz),124.5(q,J=6.0Hz),121.9(q,J=5.6Hz).
19F NMR δ −49.70(s,3F),−49.83(s,3F).
IR (KBr) ν 3447,3065,3037,2957,2923,2852,2361,2352,1920,1631,1581,1525,1493,1466,1492,1381,1290,1186,1110,961,884,782,731,673,638cm−1
Anal.Calcd for C2212:C,67.70;H,3.10.Found:C,67.83;H,2.80.
UV:413,388,282,207nm(λmax=207nm).
Figure 0005874745
<実施例6−a:化合物(j)の合成>
実施例1−aのアントラキノンを2,6−ジブロモアントラキノン(0.744g、2.04mmol)に変え、室温で12時間撹拌した以外は同様の操作を行った。目的の化合物(j)(0.875g、85%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR(CDCD) δ 8.36(2H,dq,J=2.1,2.1Hz),7.93(2H,dd,J=1.8,8.7Hz),7.73(2H,dq,J=8.4,2.2Hz).
13C NMR(CDCD) δ 137.6,133.4,133.3,132.5(q,J=2.9Hz),131.6(q,J=2.7Hz),125.6(q,J=285.7Hz)73.7(q,J=27.5Hz).
19F NMR(CDCD) δ −77.55(s).
Figure 0005874745
<実施例6−b:化合物(k)の合成>
実施例1−cの化合物(b)を化合物(j)(2.14g、4.24mmol)に変え、室温で1晩撹拌した以外は同様の操作を行った。目的の化合物(k)(1.52g、76%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.66(2H,s),8.36(2H,d,J=9.6Hz),7.69(2H,dd,J=1.7,9.8Hz).
19F NMR δ −50.00(s).
Figure 0005874745
<実施例6−c:化合物(l)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、化合物k(0.047g、0.1mmol)、トルエン(和光純薬社製、1.25mL)、水(0.625mL)、エタノール(0.31mL)、炭酸カリウム(関東化学社製、0.163g、1.2mmol)、フェニルボロン酸(東京化成社製、0.026g、0.22mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)(和光純薬社製、0.012g、10mol%)を加え、12時間還流した。水でクエンチし、酢酸エチルにて抽出、1N水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、目的の化合物(l)(0.0291g、62%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 211−213°C.
H NMR δ 8.70(2H,s),8.61(2H,d,J=9.6Hz),7.93(2H,dt,J=2.0,9.7Hz),7.79(4H,dd,J=1.8,7.2Hz),7.56(4H,dt,J=2.3,7.4Hz),7.48(2H,dd,J=2.3,7.4Hz).
19F NMR δ −49.75(s).
IR (KBr) ν 3426,3080,3068,3045,3032,2361,1632,1520,1468,1411,1371,1321,1279,1210,1141,1112,962,880,821,765cm−1
Anal. Calcd for C2816:C,72.10;H,3.46.Found:C,72.25;H,3.18.
UV:207,221,300,406,429nm(λmax=300nm).
蛍光(300nmにおける吸収波長):300,460,600nm(λmax=460nm)
Figure 0005874745
<実施例7−a:化合物(m)の合成>
6,13−ペンタキノン(0.585g,1.9mmol)及び炭酸カリウム(関東化学社製、0.240g,1.7mmol)のN,N−ジメチルホルムアミド(和光純薬社製、5mL)溶液に0℃でCFTMS(東ソー・エフテック社製、0.85mL,5.7mmol)を加え、室温で15時間撹拌した。その後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(15mL)と1N HCl(5.0mL)の混合物に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、ロータリーエバポレータを用いて有機溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(関東化学社製、シリカゲル60(球状、63−210μm)、展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタン=5:1)にて精製した。目的の化合物(m)(0.498g、42%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 261−263°C.
H NMR δ −0.00(s,18H),7.58−7.65(m,4H),7.96−8.04(m,4H),8.52(d,J=2.1Hz,4H).
13C NMR δ 1.9,75.9(q,J=27.9Hz),120.9(q,J=287.2Hz),126.7,128.2,130.1(q,J=2.5Hz),130.3,132.7.
19F NMR δ −80.27(s).
IR (KBr) ν 3055,2983,2961,2896,1597,1405,1254,1234,1176,1163,1122,1048,992,907,843cm−1
Figure 0005874745
<実施例7−b:化合物(n)の合成>
化合物(m)(0.593g,1.0mmol)をテトラヒドロフラン(4.0mL)に溶解し、濃塩酸(0.3mL,3.6mmol)を加え、還流した。3時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物を酢酸エチルで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2:1)にて精製した。目的の化合物(n)(0.400g、89%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
m.p. >300°C.
H NMR(CDOD) δ 4.88(brs,2H),7.57−7.62(m,4H),7.94−8.06(m,4H),8.60(d,J=1.8Hz,4H).
13C NMR(Acetone−d) δ 74.5(q,J=27.2Hz),125.8(q,J=286.5Hz),128.3,129.1,129.7(q,J=2.5Hz),132.2,134.0.
19F NMR(CDOD) δ −77.96(s).
IR (KBr) ν 3455,3071,1971,1815,1710,1600,1496,1307,1218,1173,1121,1005,869,751cm−1
Figure 0005874745
<実施例7−c:化合物(o)の合成>
化合物(n)(0.134g,0.3mmol)と四臭化炭素(東京化成社製、0.298g,0.9mmol)のジクロロメタン(関東化学社製、2.0mL)溶液に、0℃でトリフェニルホスフィン(関東化学社製、0.367g,1.4mmol)を加え、2時間還流した。2時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物をジクロロメタンで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/トルエン=20:1)にて精製した。熱メタノール/クロロホルム=10:1で再結晶し、目的の化合物(o)(0.025g,20%収率)を暗青色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 209°C(分解).
H NMR δ 7.38−7.48(m,4H),7.91−7.97(m,4H),9.10(d,J=1.2Hz,4H).
19F NMR δ −49.59(s).IR (KBr) ν 3057,2925,2855,1359,1219,1179,1161,1108,869,738cm−1
HRMS(FAB)found:m/z 414.0835.Calcd for C2412(M):414.0843.
Figure 0005874745
<実施例8−a:化合物(p)の合成>
実施例7−aの6,13−ペンタキノンを5,7,12,14−テトラヒドロペンタセン−5,7,12,14−テトラオン(0.0788g,0.23mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(p)(0.0328g、16%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 0.09(18H,s),7.26−7.56(2H,m),7.98−8.01(2H,m),8.62(1H,s).13C NMR δ 75.8(q,J=28.2Hz),125.7(q,J=288.1Hz),130.8,131.3(q,J=3.3Hz),131.6(sept,J=3.3Hz),133.3,136.5.
19F NMR δ −78.11(s).
IR (KBr) ν 2969,1487,1450,1410,1255,1121,987,960,910,761,728,685,657,630cm−1
Anal.Calcd for C384612Si:C,50.32;H,5.11.Found:C,50.16;H,5.57.
Figure 0005874745
<実施例8−b:化合物(q)の合成>
実施例7−bの化合物(n)を化合物(p)(0.075g,0.083mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(q)(0.045g、89%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 2.82(4H,s),7.62−7.67(2H,m),8.12(2H,s),8.83(1H,s).
13C NMR δ 73.9(q,J=27.6Hz),126.0(q,J=287.8Hz),129.7,129.9,130.83(sept,J=3.1Hz),135.5,136.6.
19F NMR δ −76.68(s).
IR (KBr) ν 3629,3420,3137,2956,1491,1416,1354,1229,1176,1120,1052,985,920,897,776,744,689,646,629cm−1
Figure 0005874745
<実施例8−c:化合物(r)の合成>
実施例7−cの化合物(n)を化合物(q)(0.040g,0.064mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(r)(0.051g、14%収率)を青紫色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 7.52−7.56(4H,m),8.44(4H,s),9.96(2H,s).
19F NMR δ −50.27(s).
HRMS(FAB)found:m/z 550.0546,Calcd for C261012(M):550.0591.
Figure 0005874745
<実施例9:化合物(s)の合成>
実施例5のフェニルボロン酸を4−メトキシフェニルボロン酸(0.082g,0.60mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(s)(0.167g、80%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 7.61(2H,m),7.727(1H,q,J=5.0Hz),7.728(1H,d,J=8.7Hz),7.89(1H,dd,J=2.1,9.6Hz),8.50(2H,dquint,J=7.6,2.5Hz),8.57(1H,ddq,J=0.6,9.6,2.3Hz),8.62(1H,quint,J=2.0Hz).
13C NMR δ 55.3,114.5,120.7(q,J=5.6Hz),124.5(q,J=5.6Hz),124.6(q,J=5.6Hz),125.1(q,J=5.6Hz),125.2(q,J=26.3Hz),125.5(q,J=26.7Hz),125.6(q,J=275.8Hz),126.9,125.7(q,J=125.7Hz),127.07,127.10,128.20,128.22,128.8,128.9,129.6,128.7,132.1,138.7,159.9.
19F NMR δ −49.88(s),−49.82(s).
IR (KBr) ν 3434,3132,3046,3005,2964,2936,2898,2837,2784,2550,2360,2058,1609,1578,1522,1496,1467,1252,1187,1115,959,812,718,643cm−1
Anal.Calcd for C2314O:C,65.72;H,3.36.Found:C,65.46;H,3.10.
Figure 0005874745
<実施例10:化合物(t)の合成>
実施例5のフェニルボロン酸を4−トリフルオロメチルフェニルボロン酸(0.021g,0.11mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(t)(0.041g、90%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 114.5−116.0°C.
H NMR δ 7.65(2H,dd,J=3.3,7.2Hz),7.80(2H,d,J=7.8Hz),7.89(3H,m),8.53(2H,m),8.64(1H,ddq,J=0.4,9.4,2.0Hz),8.70(1H,quint,J=2.1Hz).
13C NMR δ 124.1(q,J=270.0Hz),124.6(q,J=5.9Hz),124.7(q,J=5.9Hz),125.5(q,J=275.8Hz),125.6(q,J=275.8Hz),125.6(q,J=5.6Hz),126.0(q,J=4.4Hz),126.6,127.4,127.5,127.7,124.8,128.5,129.2,129.3,123.36,129.39,129.68,129.71,139.3(q,J=32.3Hz),137.7,143.3.
19F NMR δ −63.85(s,3F),−49.89(s,3F),−49.68(s,3F).
IR (KBr) ν 3416,3139,3056,2930,2823,2851,2646,2360,1970,1924,1799,1726,1677,1630,1617,1580,1557,1529,1496,1440,1383,1174,1135,1074,1053,961,817,728,678,624 cm−1
Anal.Calcd for C2311:C,60.27;H,2.42.Found:C,60.10;H,2.36.
Figure 0005874745
<実施例11:化合物(u)の合成>
実施例5のフェニルボロン酸をチオフェン−2−ボロン酸(0.077g,0.60mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(u)(0.200g、99%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 137−138°C.
H NMR δ 7.18(1H,dd,J=3.6,5.1Hz),7.43(1H,dd,J=0.9,5.1Hz),7.61(1H,dd,J=2.9,4.1Hz),7.61(1H,dd,J=0.8,10.4Hz),7.89(1H,dd,J=2.1,9.6Hz),8.52(3H,m),8.69(1H,quint,J=2.1Hz).
13C NMR δ 119.7(q,J=5.8Hz),124.5(q,J=5.6Hz),124.7(q,J=5.6Hz),125.3(q,J=5.8Hz),125.5(q,J=276.2Hz),125.6(q,J=276.1Hz),125.7(q,J=27.7Hz),126.0,126.6,127.0,127.3,127.4,128.5,128.97,128.99,129.46,129.48,129.8,132.6,143.1.
19F NMR δ −49.87(s,3F),−49.92(s,3F).
IR (KBr) ν 3154,3155,3080,3048,2924,2849,1968,1920,1836,1800,1772,1742,1720,1631,1616,1559,1532,1517,1501,1474,1438,1350,1285,1192,1169,952,763,687,633 cm−1
Anal.Calcd for C2010S:C,60.61;H,2.52.Found:C,60.22;H,2.27.
Figure 0005874745
<実施例12−a:化合物(v)の合成>
実施例1−aのアントラキノンを2,6−ジヨードアントラキノン(0.8578g、1.867mmol)に変え、室温で12時間撹拌した以外は同様の操作を行った。目的の化合物(v)(0.2825g、25%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR(CDOD) δ 8.31(2H,dq,J=2.1,2.1Hz),7.91(1H,dd,J=2.1,8.7Hz),7.72(2H,dq,J=8.4,2.2Hz).
13C NMR(CDOD) δ 139.2,138.7(q,J=2.8Hz),137.3,134.9,131.4(q,J=2.5Hz),125.2(q,J=286.1Hz),95.9,73.6(q,J=27.3Hz).
19F NMR(CDOD) δ −79.56(s,3F).
Figure 0005874745
<実施例12−b:化合物(w)の合成>
実施例1−cの化合物(b)を化合物(v)(0.2825g、0.471mmol)に変え、室温で1晩撹拌した以外は同様の操作を行った。目的の化合物w(0.2100g、79%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.66(2H,s),8.36(2H,d,J=9.6Hz),7.69(2H,dd,J=1.7,9.8Hz).
19F NMR δ −50.00(s).
Anal.Calcd for C16:C,33.35;H,1.07.Found:C,33.91;H,1.00.
Figure 0005874745
<実施例13−a:化合物(x)の合成>
実施例6−cの化合物(k)を化合物(w)(0.045g,0.08mmol)に、フェニルボロン酸を4−メトキシフェニルボロン酸(0.022g,0.18mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(x)(0.030g、85%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 8.62(2H,s),8.57(2H,d,J=9.3Hz),7.89(2H,d,J=9.6Hz),7.73(4H,d,J=8.7Hz),7.08(4H,d,J=8.7Hz),3.90(6H,s).
19F NMR δ −49.86(s).
HRMS(FAB)found:m/z 526.1336,Calcd for C3020(M):526.1367.
Figure 0005874745
<実施例13−b:化合物(y)の合成>
実施例6−cの化合物(k)を化合物(w)(0.082g,0.6mmol)に、フェニルボロン酸を4−トリフルオロメチルフェニルボロン酸(0.021g,0.11mmol)に変えた以外は同様の操作を行い、目的の化合物(y)(0.025g、90%収率)を黄色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 216.8−218.0℃
H NMR δ 8.72(2H,s),8.68(2H,d,J=8.4Hz),7.92(2H,dd,J=1.5,9.1Hz),7.89(4H,d,J=8.1Hz),7.81(4H,d,J=8.1Hz).
19F NMR δ −63.86(s,6F),−49.70(s,6F).
IR (KBr) ν 3428,3127,3047,2934,2850,2643,1928,1803,1781,1630,1399,1209,1073,847,768,698,605 cm−1
Anal.Calcd for C301412:C,58.81;H,2.34.Found:C,59.51;H,2.14.
Figure 0005874745
<実施例14:化合物(a1)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、そこに実施例3−bで合成した化合物(g)(0.132g,0.3mmol)、DMF(3mL)、Pd(PPhCl(0.010g,0.015mmol,5mol%)、CuI(0.003g,0.015mmol,5mol%)、EtN(0.17mL,1.2mmol)、4−(methoxyphenyl)acetylene(0.042g,0.32mmol)、を順に入れ、室温で4時間攪拌した。飽和塩化アンモニウム水溶液を用いてクエンチし、ジエチルエーテル15mLで3回抽出、MgSOで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン:ジクロロメタン=4:1の溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、得られた固体をヘキサン溶媒で再結晶して、目的の化合物(a1)(2−[(4−methoxyphenyl)ethynyl]−9,10−bis(trifluoromethyl)anthracene)を黄色固体として単離した(0.106g,0.239mmol,収率80%)。
(分析結果)
H NMR (300 MHz, CDCl) δ 8.65(1H,t,J=1.8Hz),8.48(3H,m),7.61(5H,m),6.93(2H,m),3.86(3H,s).
19F NMR(283MHz,CDCl) δ −49.87(s,3F),−49.93(s,3F).
13C NMR(75MHz,CDCl) δ 160.0,133.4,129.63,129.61,129.4,129.31,129.29,128.82,128.80,128.11,128.09,127.42(q,J=278.1Hz),127.37,127.2(q,J=5.6Hz),125.7(q,J=28.6Hz),125.4(q,J=275.8Hz),125.0(q,J=28.4Hz),124.64(q,J=5.2Hz),124.57(q,J=5.4Hz),122.7,114.6,114.1,92.6,88.1,55.2.
Rf=0.29(Hexane:CHCl=4:1)
IR(KBr) ν 3172,3124,3096,3050,3018,2974,2950,2938,2911,2896,2840,2812,2549,2217,2042,1968,1921,1899,1838,1770,1722,1569,1556,1435,1320,955,914,784,647cm−1
mp 123.5−124.1℃
Anal.Calcd for C2514O:C,67.57;H,3.18.Found: C,67.50;H,3.35.
Figure 0005874745
<実施例15:化合物(b1)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、そこに実施例12−bで得た化合物(w)(0.028g,0.05mmol)、Pd(PPhCl(0.002g,0.0025mmol,5mol%)、CuI(0.001g,0.005mmol,10mol%)、PPh(0.001g,0.005mmol,10mol%),EtN(0.25mL,1.79mmol)、CHPh(0.3mL)、phenylacetylene(0.122g,0.12mmol)を順に入れ、室温で6.5時間攪拌した。飽和塩化アンモニウム水溶液を用いてクエンチし、酢酸エチル15mLで3回抽出、MgSOで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、得られた固体をヘキサン溶媒で再結晶させて、目的の化合物(b1)(2,6−bis(phenylethynyl)−9,10−bis(trifluoromethyl)anthracene)を黄色固体として単離した(0.022g,0.432mmol,収率86%)。
(分析結果)
H NMR(300MHz,CDCl) δ 8.67(2H,s),8.48(2H,d,J=8.7Hz),7.67(6H,m),7.41(6H,quint,J=3.2Hz).
19F NMR(283MHz,CDCl) δ −46.20(s).
13C NMR(75MHz,CDCl) δ 131.9,129.7,129.0,128.9,128.7,128.5,127.7(q,J=6.0Hz),125.3(q,J=29.0Hz),125.2(q,J=304.6Hz),124.8(q,J=5.8Hz),122.7,122.5,92.7,89.1.
Rf=0.57(Hexane:CHCl=4:1)
IR(KBr) ν 3437,3148,3100,3082,3054,3032,3019,2995,2210,1625,1496,1442,1413,1365,1326,1285,1172,994,923,881,811,720,687,659,580,542,526,480,422cm−1
Anal.Calcd for C3216:C,74.71;H,3.13.Found: C,74.67;H,2.96.
mp 215.0−215.5℃
Figure 0005874745
<実施例16:化合物(c1)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、そこに実施例12−bで得た化合物(w)(0.028g,0.05mmol)、Pd(PPhCl(0.002g,0.0025mmol,5mol%)、CuI(0.001g,0.005mmol,10mol%)、PPh(0.001g,0.005mmol,10mol%),EtN(1mL,7.17mmol)CHPh(0.3mL)、4−methoxyphenylacetylene(0.016g,0.12mmol)を順に入れ、室温で2時間攪拌した。飽和塩化アンモニウム水溶液を用いてクエンチし、酢酸エチル15mLで3回抽出、MgSOで乾燥させ、濃縮した。
ヘキサン:ジクロロメタン=1:1溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、得られた固体をヘキサン溶媒で再結晶させて、目的の化合物(c1)(2,6−bis(4−methoxyphenylethynyl)−9,10−bis(trifluoromethyl)anthracene)を黄色固体として単離した(0.0165g,0.0287mmol,収率57%)。
(分析結果)
H NMR(300MHz,CDCl) δ 8.63(2H,m),8.45(2H,m),7.67(2H,m),7.57(4H,d,J=11.4Hz),6.93(4H,d,J=8.7Hz),3.86(6H,s).
19F NMR(283MHz,CDCl) δ −49.00(s).
IR(KBr) ν 3807,3122,3076,3043,3028,3006,2962,2946,2849,2545,2207,1626,1604,1568,1514,1465,1444,1367,1325,1285,1252,1171,1030,1010,925,840,796,729,648,574,546,485,413cm−1
mp 215.0−216.2
Figure 0005874745
<実施例17:化合物(d1)の合成>
50mL二口フラスコをアルゴン置換し、そこに実施例12−bで得た化合物(w)(0.100g,0.177mmol)、THF(2mL)、トルエン(2mL)、2−thienylboronic acid(0.067g,0.531mmol)、NaCOaq(0.4mL,2M)、Pd(PPh(0.020g,0.0177mmol,10mol%)を順に加え、7時間還流させた。飽和塩化アンモニウム水溶液を用いてクエンチし、酢酸エチル15mLで3回抽出、MgSOで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン:ジクロロメタン=4:1溶媒でカラムクロマトグラフィーを行い、目的の化合物(d1)(2,6−dithienyl−9,10−bis(trifluoromethyl)anthracene)を単離した(0.069g,0.144mmol,収率82%)。
(分析結果)
H NMR(300MHz,CDCl) δ 8.68(2H,s),8.52(2H,dd,J=1.2,9.6Hz),7.90(2H,dd,J=1.8,9.3Hz),7.57(2H,dd,J=0.9,3.6Hz),7.43(2H,dd,J=0.9,8.1Hz),7.19(2H,dd,J=3.6,5.1Hz).
19F NMR(283MHz,CDCl) δ −49.93(s).
13C NMR(75MHz,CDCl) δ 143.2,132.6,129.2(q,J=20.3Hz),128.5,126.6,126.3,125.6(q,J=280.5Hz),125.3(q,J=3.3Hz),124.9,119.9(q,J=5.8Hz).
IR(KBr) ν 3141,3109,3094,3085,2359,2329,1921,1810,1735,1632,1530,1481,1431,1356,1317,1281,1248,1213,1168,1109,1038,948,909.867,850,831,809,777,748,703,673,648,619,598,544,490.
mp 241.8−242.3°C
Figure 0005874745
<実施例18−a:化合物(e1)の合成>
6,13−ペンタキノン(0.308g,1.0mmol)及び炭酸カリウム(関東化学社製、0.055g,0.4mmol)のN,N−ジメチルホルムアミド(和光純薬社製、10mL)溶液に0℃でCTMS(アルファ・エイサー社製、0.423g,2.2mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。その後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(15mL)と1N HCl(5.0mL)の混合物に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、ロータリーエバポレータを用いて有機溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(関東化学社製、シリカゲル60(球状、63−210μm)、展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。目的の化合物(e1)(0.215g、31%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
H NMR δ 0.17(s,18H),7.60−7.64(m,4H),7.97−8.01(m,4H),8.49(s,4H).
13C NMR δ 2.1,77.9(t,J=21.6Hz),113.8(tq,J=268.0, 32.9Hz),119.2(qt,J=289.0, 37.3Hz),127.5,128.2,129.7,130.2,132.5.
19F NMR δ −77.30(s,6F),−119.19(s,4F).
Figure 0005874745
<実施例18−b:化合物(f1)の合成>
化合物(e1)(0.215g,0.31mmol)をエタノール(4.0mL)に溶解し、濃塩酸(0.4mL,4.8mmol)を加え、還流した。3時間後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物を酢酸エチルで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2:1)にて精製した。目的の化合物(f1)(0.168g、99%収率)を白色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 272−274°C.
H NMR δ 3.30(brs,2H),7.60−7.66(m,4H),7.97−8.04(m,4H),8.61(s,4H).
19F NMR δ −79.55(s,6F),−124.09(s,4F).
IR (KBr) ν 3585,3060,1497,1340,1217,1143,990,848,750cm−1
Figure 0005874745
<実施例18−c:化合物(g1)の合成>
化合物(f1)(0.180g,0.32mmol)と四臭化炭素(東京化成社製、0.298g,0.9mmol)のジクロロメタン(関東化学社製、5.0mL)溶液に、0℃でトリフェニルホスフィン(関東化学社製、0.354g,1.35mmol)を加え、室温で1時間撹拌した。1時間後、再び四臭化炭素(東京化成社製、0.298g,0.9mmol)およびトリフェニルホスフィン(関東化学社製、0.354g,1.35mmol)を加え、さらに1時間撹拌した。その後、反応混合物を飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)に注ぎ、粗生成物をジクロロメタンで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)にて精製した。熱メタノール/クロロホルム=10:1で再結晶し、目的の化合物(g1)(0.078g,47%収率)を暗青色固体として得た。
(分析結果)
m.p. 212°C(分解).
H NMR δ 7.43−7.48(m,4H),7.91−7.98(m,4H),9.06(brs,4H).
19F NMR δ −81.50(s,6F),−95.99(s,4F).
IR (KBr) ν 3066,1311,1220,1172,1041,1013,885,737cm−1
Figure 0005874745
<化合物中の重金属含有量の定量試験1>
実施例7−cで得られた化合物(o)の昇華精製後の各種重金属元素のコンタミネーション分析試験を行った。
白金坩堝に試料5mgをはかりとり、ガスバーナーで灰化した。硫酸0.2mLを入れて、ホットプレート上で蒸発乾固後、温度を上げて白煙処理した。残渣を塩酸溶液で溶解し、ICP−MS法にて各種元素(Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、P)を定量した。装置は四重極型ICP−MS(パーキンエルマー社製ELAN−DRCII)を用いた。P定量は二重極型ICP−MS(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製ELEMENT2)を用いた。
結果を表1に示す。
Figure 0005874745
<化合物中のハロゲン含有量の定量試験2>
上記で得られた化合物(o)の昇華精製後のBr、Cl元素のコンタミネーション分析試験を行った。
試料約5mgを酸素燃焼フラスコ法による前処理で溶液化し、イオンクロマトグラフ法にてCl、Brを定量した。
該試料中のBr、Cl元素の含有量を表2に示す。
Figure 0005874745
表1及び表2より、本発明の製造方法により合成した含フッ素芳香族化合物は、金属不純物の含有量が非常に少ないことが分かる。市販の有機半導体の重金属含有量(25重量ppm程度)と比べると、重金属の含有量が格段に低いことが分かる。
<化合物の溶解性試験>
実施例7−cで得られた化合物(o)のウェットプロセスへの適用性を検討するために、化合物の各種溶媒への溶解性試験を行った。また、比較としてペンタセンの溶解性試験も行った。
具体的には試料20mgを量りとり、室温で溶媒10gに溶解するかどうか(0.2重量%)、目視により判断した。
結果を、表3に示す。
Figure 0005874745
表3において、○は溶解、×は不溶を表す。
溶解性試験の結果、本発明において合成された化合物は、ペンタセンと比較して有機溶媒への高い溶解性を有することが明らかになった。特にヘキサンやシクロヘキサンのような低極性溶媒にも溶解することが分かった。
<蒸着型有機半導体材料特性評価>
(1)化合物(o)
洗浄済みのシリコン基板をn−オクチルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬し、シリコン酸化膜表面を処理した。上記基板に対して、実施例7−cで得られた化合物(o)を真空蒸着(背圧〜10−4Pa、蒸着レート0.1Å/s、基板温度25℃、膜厚:70nm)することにより、有機半導体層を形成した。
この有機半導体層上部にシャドウマスクを用いて金を真空蒸着し(背圧〜10−4Pa、蒸着レート1〜2Å/s、膜厚:50nm)、ソース、ドレイン電極を形成した(チャネル長50μm、チャネル幅1mm)。電極とは異なる部位の有機半導体層及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(藤倉化成社製、ドータイトD−550)を付け溶媒を乾燥させた。このようにして、トップコンタクト・ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ(FET)素子を作成した。
この部分をゲート電極として用い、シリコン基板に電圧を印加した。得られたFET(電界効果型トランジスタ)素子の電気特性はAgilent社製半導体デバイスアナライザーB1500Aを用いて真空中(<5×10−3Pa)で評価した。その結果、n型トランジスタ素子としての特性を示した。この有機薄膜トランジスタの電流―電圧特性における飽和領域から、電界効果移動度を求めた。キャリア移動度は2.1×10−3cm/V・sであった。
(2)化合物(r)
上記と同様の手法により、実施例8−cで得られた化合物(r)のトップコンタクト・ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ(FET)素子を作成した。電気特性を評価した結果、n型トランジスタ素子としての特性を示した。この有機薄膜トランジスタの電流―電圧特性における飽和領域から、電界効果移動度を求めた。キャリア移動度は4.5×10−6cm/V・sであった。
<薄膜X線回折>
上記特性評価で作成した、実施例7−cの化合物(o)の蒸着薄膜のOut−of−planeX線回折パターン測定(基板表面に平行な格子面による回折)を行った。Out−of−planeX線回折測定はRigaku社製のTTR−IIIを用いて、斜入射測定によって評価し、(110)、(200)面に相当する回折線が観測された。
また、同じ蒸着薄膜のIn−planeX線回折パターン測定(基板表面に垂直な格子面による回折)を行った。In−planeX線回折測定はRigaku社製のATX−Gを用いて評価し、d=4.5Åに相当する回折線が観測され、化合物は薄膜内において、結晶性を有していることが分かった。
<塗布型有機半導体材料特性評価>
化合物の塗布型有機半導体材料としての特性評価のためスピンコート法を用いて電界効果型トランジスタ(塗布FET)素子を作製し、電界効果移動度(キャリア移動度)を求めた。以下に塗布FET素子の作製方法と半導体特性の評価手法を以下に示す。
洗浄済みのシリコン酸化膜付きシリコン基板をn−オクチルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬させ、シリコン酸化膜表面を処理した。上記基板に対して、実施例7−cで得た化合物(o)のキシレン溶液(濃度:0.4重量%)をスピンコートすることにより、有機半導体層を形成した。
この有機半導体層上部にシャドウマスクを用いて金を真空蒸着し(背圧〜10−4Pa、蒸着レート1〜2Å/s、膜厚:50nm)、ソース、ドレイン電極を形成した(チャネル長50μm、チャネル幅1mm)。電極とは異なる部位の有機半導体層及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(藤倉化成社製、ドータイトD−550)を付け溶媒を乾燥させた。このようにして、トップコンタクト・ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ(FET)素子を作製した。
作製した塗布FET素子をゲート電極として用い、シリコン基板に電圧を印加した。得られた蒸着FET素子の電気特性はAgilent社製の半導体デバイスアナライザーB1500Aを用いて真空中(<5×10−3Pa)で評価した。
その結果、化合物を用いて形成した有機半導体素子は、pn型トランジスタ素子としての特性を示した。この有機薄膜トランジスタの電流−電圧特性における飽和領域から、キャリア移動度を求めたところ、真空中で5.5×10−6cm/V・sを示した。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は2012年2月17日出願の日本特許出願(特願2012−033157)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、ドライプロセス・ウェットプロセスのいずれにも使用可能で、高移動度が期待される含フッ素芳香族化合物を提供するものである。
縮合芳香環化合物であるアセンをコアの骨格に用いて、金属カップリング反応を用いずに含フッ素アルキル基を導入することで、有機溶媒への可溶化と重金属のコンタミネーションの低減を図り、高いキャリア移動度を有する含フッ素芳香族化合物を得ることができる。
置換基導入による有機溶媒への溶解性の向上と、含フッ素アルキル基導入による高キャリア移動度の向上に伴い、該化合物を含む有機半導体材料を、次世代フラットパネルディスプレイ用の有機EL素子、軽量かつフレキシブル電源としての有機薄膜太陽電池、有機薄膜トランジスタ等へ利用される可能性は非常に高い。

Claims (6)

  1. 下記式(1)で表される化合物を式R−Si(CHで表される化合物と反応させて下記式(1−1A)で表される化合物を得て、該式(1−1A)で表される化合物を脱保護処理して下記式(1−1B)で表される化合物を得て、該式(1−1B)で表される化合物を芳香族化する、下記式(2−1)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0005874745

    [上記式において、Rは炭素数が1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
    〜Xはハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい
    とnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数、m+nは2以上6以下の整数である。
    及びLは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよい。
    m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序は、ブロックでもランダムでもよい。]
  2. 前記式(1)で表わされる化合物と式R−Si(CHで表される化合物とを反応させる際に炭酸塩を加える、請求項1に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
  3. 前記芳香族化の際にトリフェニルホスフィン/四臭化炭素を用いる、請求項1又は2に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
  4. 前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物、下記式(4−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物、又は下記式(5−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0005874745

    [上記式においてX〜X、及びRは前記と同じ意味を示す。]
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法により下記式(2−1)で表わされる化合物を得た後、X〜Xの少なくとも一つがハロゲン原子である下記式(2−1)で表される化合物の該ハロゲン原子の少なくとも一つを、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基に置換する、下記式(2−2)で表される化合物の製造方法。
    Figure 0005874745

    [上記式において、Rは炭素数が1〜3の直鎖状パーフルオロアルキル基である。
    〜Xはハロゲン原子または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
    〜Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、R〜Rから選ばれる1以上の基は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、または置換基を有してもよい1価複素芳香族基である。R〜Rは同一でも異なっていてもよい。
    mとnは各々カッコ内に示す繰り返し単位構造A及びBの繰り返し数であり、mは0以上の整数、nは1以上の整数、m+nは2以上6以下の整数である。
    及びLは置換基を有してもよい炭素数1〜12の1価炭化水素基、置換基を有してもよい1価芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい1価複素芳香族基、ハロゲン原子、または水素原子であり、これらは同一でも異なっていてもよい。mが2以上の場合、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよく、また、構造A中に存在する複数のLは、同一でも異なっていてもよい。
    m及びnの少なくとも一方が2以上である場合、構造Aと構造Bが結合する順序は、ブロックでもランダムでもよい。]
  6. 前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(3−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせ、
    前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(4−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(4−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせ、または
    前記式(2−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(5−1)で表わされる含フッ素芳香族化合物であり、かつ、前記式(2−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物が、下記式(5−2)で表わされる含フッ素芳香族化合物である組み合わせである、
    請求項に記載の含フッ素芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0005874745

    Figure 0005874745


    [上記式においてX〜X、及びR〜Rは前記と同じ意味を示す。]
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