JP6040939B2 - 縮合多環芳香族化合物の製造方法及び共役高分子 - Google Patents

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Description

本発明は、縮合多環芳香族化合物の製造方法及び共役高分子に関する。
有機ELや有機薄膜トランジスタ、有機発光センサーなどのデバイスの半導体材料として、π共役高分子が応用されており、中でも高分子有機太陽電池への応用が注目されている。特に有機太陽電池においては、ドナー性モノマーとアクセプター性モノマーの共重合体(以後、コポリマーということがある)を光電変換素子に用いた例が多く報告されている。
ドナー性モノマー骨格の例としては例えば、非特許文献1及び非特許文献2に記載のものが挙げられる。これらの文献には、ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールのような少なくとも3つの5員環が縮合した縮合多環構造を有するモノマーと、他のモノマーとをカップリング重合させて得られるコポリマーが開示されている。そして、このコポリマーを用いた有機太陽電池が5%を超える高い光電変換効率を示すことが報告されている。
J.Am.Chem.Soc.,2008,130,16144−16145. J.Am.Chem.Soc.,2011,133,4250−4253. Chem.Commun.,2010, 46, 6335−6337. Chem.Commun.,2004,1968−1969.
より性能の高いデバイスを開発するために、分子量の大きいポリマーを得ることが求められている。より大きい分子量を有するコポリマーを得るためには、より純度の高いモノマーを用いることが重要である。しかしながら、従来から用いられているGPC(ゲルろ過クロマトグラフィ)を用いた精製方法は、モノマーを工業的に大量生産するためには不向きであった。
本発明者らの検討によれば、比較的不安定なモノマーは、シリカゲルカラムを通す方法、シリカゲル/炭酸カリウムカラムを通す方法(非特許文献3)、シリカゲル/フッ化カリウムカラムを通す方法(非特許文献4)、などの一般的に用いられる精製条件において置換基の脱離を起こすことがあることが判明した。
本発明は、より分子量の大きいポリマーが得られるように、前駆体となるモノマーを、より簡便かつ穏和な方法で精製し、製造することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、ゼオライトを用いてモノマーを精製することにより、分子量のより大きいポリマーを与える材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下を要旨とする。
1.n個(但し、nが1以上4以下の整数)の活性基を有する縮合多環芳香族化合物の製造方法であって、該縮合多環芳香族化合物と溶媒を含む組成物とゼオライトとを接触させる工程を含むことを特徴とする、縮合多環芳香族化合物の製造方法。
2.前記縮合多環芳香族化合物が下記条件を満たす、前項1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
条件:n個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物(Ar(n))1.0gを含むヘキサン溶液5mlを、カラム(内径15mm、シリカゲル(球状、中性(pH 7.0±0.5)、粒径63〜210μm)20gと無水炭酸カリウム2gを含むヘキサン溶液50mL充填)にチャージし、ヘキサンを展開溶媒(流速50ml/min)として用い、室温にて3分間カラムを通り抜けた溶液中の、n個より少ない活性基を有する縮合多環芳香族化合物の合計の割合が、該カラムへのチャージ前の芳香族化合物(Ar(n))に対して5mol%以上である。
3.前記縮合多環芳香族化合物が下記式(I)で表される縮合多環芳香族化合物である、前項1又は2に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
Figure 0006040939
(式(I)中、環A及び環Bはそれぞれ独立して、5員環芳香族複素環を表し、環Cは置換基を有していてもよい任意の環を表す。X及びXはそれぞれ独立して、活性基を表す。R及びRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
4.前記式(I)で表される化合物が式(II)又は式(III)で表される縮合多環芳香族化合物である、前項3に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
Figure 0006040939
(式(II)、式(III)中、X、X、R、R及び環Cは式(I)中の定義通りである。X11及びX21はそれぞれ独立して、周期表第16族元素から選ばれる原子である。)
5.前記式(II)又は式(III)で表される化合物が式(IV)、式(V)、式(VI)又は式(VII)で表される縮合多環芳香族化合物である、前項4に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
Figure 0006040939
式(IV)、式(V)、式(VI)及び式(VI)中、X、X、R、及びRは式(I)中の定義通りである。
式(IV)において、ZはZ11(R)(R)、Z12(R)又はZ13を示す。Z11は周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。R及びRは、上式R及びRと同義である。Z12は周期表第15族元素から選ばれた原子を示し、Rは、R及びRと同義である。Z13は周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。
式(V)において、R及びRは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアリールオキシ基である。
式(VI)において、R〜R11はR及びRと同義であり、R12及びR13はR及びRと同義である。Z及びZはそれぞれ独立して、周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。
式(VII)において、R14及びR15はR及びRと同義である。Zは、周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。
6.XとXとのうちの少なくとも一方がスズ含有基である、前項3乃至5のいずれか1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
7.前記式(II)で表される縮合化合物が、下記式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に非求核性塩基を反応させた後に、求電子剤を反応させることにより、前記式(I)で表される縮合多環芳香族化合物を得る工程を含むことを特徴とする、前項3乃至6のいずれか1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
Figure 0006040939
(式(VIII)中、環A、環B、環C、R及びRは前記式(I)のものと同義である。)
8.前記非求核性塩基の共役酸のテトラヒドロフラン(THF)中におけるpKaが20以上40以下であることを特徴とする、前項7に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
9.前記非求核性塩基が金属アミドであることを特徴とする、前項7又は8に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
10.前記非求核性塩基を反応させた後に前記求電子剤を反応させる操作を、複数回繰り返すことを特徴とする、前項7乃至9のいずれか1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
11.前記組成物を、前記溶媒の沸点以下で、前記ゼオライトを含む層を通過させることによって接触させる、前項1乃至10のいずれか1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
12.前記ゼオライトが、8員環、10員環、又は12員環のゼオライトである、前項1乃至11のいずれか1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
13.前項1乃至12のいずれか1に記載の方法で製造した縮合多環芳香族化合物を原料とする共役高分子。
14.前項12に記載の方法で製造した共役高分子を含むことを特徴とする光電変換素子。
15.前項13に記載の方法で製造した光電変換素子を含むことを特徴とする太陽電池。
16.前項14に記載の方法で製造した太陽電池を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
より分子量の大きいポリマーが得られるように、前駆体となるモノマーを、より簡便かつ穏和な方法で精製することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の記載は、本発明の実施形態の代表例であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。
本発明の製造方法は、n個(但し、nが1以上4以下の整数)の活性基を有する縮合多環芳香族化合物(以下、本発明に係るモノマーと呼ぶことがある)と溶媒とを含む組成物を、ゼオライトと接触させる工程を含む。この工程により、例えば、n個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物と溶媒と不純物とを含んでいる組成物から、この不純物を除去してn個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物を得ることができる。
本発明の方法によれば、重合反応におけるモノマーとして使用可能な程度の純度を有するように、n個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物を精製することが可能となる。ここで、活性基とは、詳細は後述するが、カップリング反応等の重合反応で高分子を得る場合に、他のモノマーが有する基と反応する基のことを言う。
以下では、n個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物と溶媒とを含む組成物を本発明に係る組成物と呼ぶことがある。さらに、本発明に係る組成物をゼオライトと接触させる工程を本発明に係る精製工程と呼ぶことがある。
<ゼオライト>
以下で、本発明で用いられるゼオライト(以下、単にゼオライトと称する)について説明する。ゼオライトとしては、以下の国際ゼオライト学会の定義に従うものがより好適に用いられうる。すなわち、開かれた三次元ネットワークを形成する組成DE(n≒2)の化合物であって、Dが4本、Eが2本の結合をもち、骨格密度(1nm中のDの合計原子数)が20.5以下であることが好ましい。
ゼオライトとしては、例えば”Atlas of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites”に挙げられたものを用いることができる。より具体的な例としては、A型ゼオライト、フェリエライト、SZM−5、ZSM−11、モンデナイト、ベータゼオライト、X型ゼオライト、Y型ゼオライトなどが挙げられる。
ゼオライトの種類として、アルミノケイ酸塩、メタロケイ酸塩若しくはシリカライトなどのアルミノケイ酸塩系ゼオライト;又は、アルミノリン酸塩、ガロリン酸塩若しくはベリロリン酸塩などのリン酸塩系ゼオライトが好ましい。アルミノケイ酸塩はアルミニウムとケイ素とを含有し、ケイ素の比率が高くなると、水や無機塩より、有機分子を吸着するようになる。したがってアルミニウムとケイ素との比率は、除きたい不純物に応じて変化させればよい。
アルミニウムとケイ素とのモル比(ケイ素/アルミニウム)は、通常1以上である。アルミノケイ酸塩は、アルミニウムとケイ素とのモル比により、低シリカゼオライト(ケイ素/アルミニウム:1以上2以下)、中シリカゼオライト(ケイ素/アルミニウム:2より大きく5以下)、高シリカゼオライト(ケイ素/アルミニウム:5より大きい)に分類される。これらのゼオライトは、単独で用いても、混合して用いてもよい。
ゼオライトには、双極子、四重極子若しくはπ電子をもつ分子、又は分極性の強い分子が選択的に吸着される。また、ゼオライトのケイ素/アルミニウム比が高くなると、陽イオンに起因する吸着は少なくなり、水よりも有機分子を選択的に吸着し、疎水性を示すようになる。疎水性ゼオライトへの吸着は、物理吸着であり、結晶内細孔への充填によるものである。ケイ素/アルミニウム比が低いゼオライトとは逆に、疎水性ゼオライトへの吸着選択性は、パラフィン、芳香族化合物、水の順に高い。
ゆえに、低シリカゼオライトは水や無機塩を選択的に吸着する点で好ましく、中シリカゼオライトは水、無機塩、及び有機分子をバランスよく吸着する点で好ましく、高シリカゼオライトは有機分子を選択的に吸着する点で好ましい。2種類以上のゼオライトを任意の比率で混合して用いて、吸着能力を上げることも好ましい。
ゼオライトとして特に好ましくはテクトアルミノケイ酸塩である。テクトアルミノケイ酸塩は通常ケイ素原子及びアルミニウム原子を含む酸化物であって、一般的には式F2n・sHOで表される。ここで、Fはアルカリ金属又はアルカリ土類金属の陽イオンであって、Fは1つの陽イオンでも複数の陽イオンであってもよい。
アルカリ金属の例としてはナトリウム又はカリウムが挙げられる。また、アルカリ土類金属の例としてはカルシウム、バリウム、又はストロンチウムが挙げられる。mは任意の正の数であり、ケイ素とアルミニウムとの比に応じて決定されうる。Gはケイ素及びアルミニウムであり、通常はアルミニウム原子の数よりもケイ素原子の数の方が多い。Oは酸素を表す。nは任意の正の数である。HOは水であり、sは任意の0以上の数である。
本発明に係るゼオライトは、発明の効果を損なわない範囲で、他の元素を含んでいてもよい。本発明に係るゼオライトが含む、上記一般式F2n・sHOで表される成分の重量に対する、他の元素の重量は、50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましく、5%以下であることがよりさらに好ましく、2%以下であることが特に好ましい。
また、小細孔ゼオライト(8員環)、中細孔ゼオライト(10員環)、大型ゼオライト(12員環)、又は超大細孔ゼオライト(14員環以上)を用いることができ、細孔に吸着させる不純物に応じて選ぶことができる。なかでも、後述する好ましい細孔径を得る観点から、8員環、10員環、又は12員環のゼオライトがより好ましい。
ゼオライトが含有するアルカリ金属又はアルカリ土類金属の陽イオンとしてより好ましくは、カリウム、ナトリウム、セシウム又はカルシウムである。
本発明に係るゼオライトが有する平均細孔径は、通常2nm以下であり、好ましくは1nm以下、特に好ましくは0.5nm(5Å)以下である。一方で、通常は0.1nm(1Å)以上であり、好ましくは0.2nm(2Å)以上であり、さらに好ましくは0.3nm(3Å)以上である。平均細孔径がこの範囲にあることにより、モノマーが吸着されることを防ぎながら、不純物をより高い効率で除去しうる。平均細孔径は、ガス吸着法[JIS Z 8831−2(2010年)及びJIS Z 8831−3(2010年)]により測定することができる。
本発明に係るゼオライトが有する比表面積(BET)は、通常10m/g以上、好ましくは100m/g以上、より好ましくは200m/g以上である。一方で、通常は5000m/g以下、好ましくは2000m/g以下、より好ましくは1000m/g以下、さらに好ましくは800m/g以下である。比表面積がこの範囲にあることにより、モノマーが吸着されることを防ぎながら、不純物をより高い効率で除去しうる。比表面積は、ガス吸着法[JIS Z8831−2(2010年)及びJIS Z8831−3(2010年)]により測定することができる。
本発明に係るゼオライトの形状は、特に限定されない。本発明に係るゼオライトの形状の例としては、ブロック状、球状、粒状、ペレット状又は粉末状などが挙げられる。本発明に係る組成物と本発明に係るゼオライトとの接触を促進する観点から、本発明に係るゼオライトは粉末状であることがより好ましい。
本発明に係るゼオライトの平均粒子径は、通常1nm以上、好ましくは100nm以上、特に好ましくは10μm以上であり、一方、通常10mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは250μm以下、特に好ましくは100μm以下である。平均粒子径は、顕微鏡法[JIS Z8901(2006年)]に従って測定及び算出することができる。
本発明に係るゼオライトとしては、本発明に係る組成物からの除去を容易とするために、後述する溶媒に不溶のものを用いることが好ましい。
使用可能な市販のゼオライトとして、ゼオライトA−3、ゼオライトA−4、ゼオライトA−5、ゼオライトF−9、ゼオライトHS−320、ゼオライトHS−341、ゼオライトHS−500、ゼオライトHS−642、ゼオライトHS−690又はゼオライトHS−720などが挙げられる(例えば和光純薬製)。これらのゼオライトは通常粉末状、粒状、又はペレット状で販売されている。このようなゼオライトをそのまま用いてもよいし、乳鉢などですりつぶしてから用いてもよい。吸着効率を上げるためには、粉末状のゼオライトを用いることが好ましい。
ゼオライトとしてはモレキュラーシーブスを用いてもよく、例えば市販されているモレキュラーシーブス3A、モレキュラーシーブス4A、モレキュラーシーブス5A、又はモレキュラーシーブス13Xなどを用いることもできる。モレキュラーシーブスは通常粉末状、粒状、又はペレット状で販売されている。このようなモレキュラーシーブスをそのまま用いてもよいし、乳鉢などですりつぶしてから用いてもよい。吸着効率を上げるためには、粉末状のモレキュラーシーブスを用いることが好ましい。
ゼオライトは、通常(SiO4−単位及び(AlO5−単位を有する。4つの頂点に存在している酸素を隣接する4個の四面体と共有することにより、次々と三次元的に連結して結晶が形成される。この結晶が多孔体構造となり、低分子有機化合物、金属などの無機物、不溶性のごみ、濾過されなかったごみなどを吸着することができる。
通常2nm以下と細孔径の小さい多孔質物質であるゼオライトを用いる本発明によれば、本発明に係るモノマーの分解が抑えられうる。これは、細孔径が小さいことにより、本発明に係るモノマーが細孔内のより奥へと入り込むことが抑えられるために、細孔内でモノマーでの分解が抑制されるためと考えられる。多孔質物質の中でも比較的細孔径が小さいゼオライトは、本発明に好適であるものと考えられる。
<組成物>
次に、本発明に係るモノマーと溶媒とを含む組成物について説明する。この組成物は、本発明に係るモノマーを得るための反応後に得られた反応溶液でありうる。またこの組成物は、この反応溶液から抽出された粗生成物溶液であってもよい。さらにこの組成物は、この粗生成物溶液から溶媒を除去することによって得られた粗生成物を、溶媒に溶解させたものであってもよい。通常この組成物は、本発明に係るモノマーと溶媒との他に不純物を含む。
溶媒としては、本発明に係るモノマーを溶解できるものであれば何でもよいが、通常は有機溶媒が用いられる。溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、若しくはシクロヘキサンなどの飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、若しくはキシレンなどの芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、若しくはフルオロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、若しくはt−ブチルアルコールなどのアルコール類;水;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、若しくはジオキサンなどのエーテル類;ブチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジエチルアミン、ピロリジン、ピペリジン、若しくはピリジンなどのアミン系溶媒;又は、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、若しくはN−メチルピロリドンなどの非プロトン性極性有機溶媒などが挙げられる。本発明に係るモノマー、又は本発明に係るモノマーを用いて得られるポリマーの溶解性を向上させるために、1種の溶媒を単独で用いてもよいし、2種以上の溶媒を混合して用いてもよい。不純物のゼオライトへの吸着効率をあげる観点から、溶媒としては非極性溶媒を用いることが好ましく、ハイドロカーボン系の溶媒を用いることがさらに好ましい。また、溶媒としては、ゼオライトの除去を容易とするため、本発明に係るゼオライトの溶解性が十分に低いものを選択することが好ましい。
<精製工程>
本発明に係る精製工程は、本発明に係る組成物をゼオライトと接触させる工程を含む。本発明に係る組成物をゼオライトと接触させる方法としては、以下のようなものが挙げられる。
(1)ゼオライトを含む層を用意し、本発明に係る組成物を通過させる。
この方法を用いることにより、本発明に係る組成物をゼオライトと接触させることと、該組成物からゼオライトを除去することとを同時に行うことができる。具体的な例としては、ゼオライトをカラムに詰め、本発明に係る組成物を通過させる方法が挙げられる。この場合、本発明に係る組成物をカラムにのせ、展開溶媒を流し、カラムを通り抜けた溶液を回収すればよい。展開溶媒としては、上述した組成物中の溶媒と同様のものを用いることができる。通常は展開溶媒としては組成物中の溶媒と同じものが用いられるが、展開溶媒として組成物中の溶媒とは異なる溶媒を用いてもよい。
カラムを通り抜けた溶液を分取し、本発明に係るモノマーが含まれている溶液から溶媒を除去することによって本発明に係るモノマーを得ることが好ましい。この場合、溶液に本発明に係るモノマーが含まれているか否かは、公知の方法によって確認することができる。一般的にはTLC(薄層クロマトグラフィー)が用いられるが、本発明に係るモノマーがシリカゲル又はアルミナなどによって分解することがあるため、分解しているか否かを逆相HPLC、プロトン若しくはカーボンNMRなどで確認することが好ましい。
この場合、カラムに詰められるゼオライトの重量は、本発明に係る組成物中のモノマーの重量に対して、10倍以上が好ましく、30倍以上がより好ましく、50倍以上がさらに好ましい。一方で1000倍以下が好ましく、500倍以下がより好ましくは、300倍以下がさらに好ましい。
また、カラムに詰められたゼオライトの長さは3cm以上が好ましい。ただし、長さが非現実的にならないためには、当該量のゼオライトをろ紙上に積層し、本発明に係る組成物中のモノマーの溶液を該ろ紙を用いて濾過することで、対応できる。このような量のゼオライトを用いることにより、処理にかかる時間を短くしながら、より多くの不純物を除去することができる。展開時間は短ければ短いほど好ましい。好ましくは1時間以内、より好ましくは30分以内、特に好ましくは15分以内である。なお、ゼオライトが詰まったカラム中には、本発明の効果が損なわれない限り、他の担体を含んでいてもよい。
(2)組成物中にゼオライトを投入し、その後ゼオライトを除去する。
この場合、組成物中にゼオライトを投入してから攪拌し、その後ゼオライトをろ過して除去すればよい。より多くの不純物を除去するために、攪拌時間としては、5分以上が好ましく、一方30分以下が好ましい。ろ過方法としては、通常のろ過の他、吸引ろ過を用いることもできる。さらに、漏斗上にゼオライトを敷いておいて、その上から、ゼオライトとモノマーの混合溶液を投入し、濾過することもできる。
本発明に係る組成物をゼオライトに接触させる工程において、本発明に係るモノマーがゼオライトに吸着せずに溶媒(特に、上述の非極性溶媒)とともに素通りしてもよく、本発明に係るモノマーがゼオライトに吸着した後に、酢酸エチル又はクロロホルム等の極性溶媒(脱離剤と呼ぶ場合もある)を用いて本発明に係るモノマーを溶出して回収してもよい。なかでも、前者の方が、操作が簡便である点で好ましい。また、後者の場合には、脱離剤で溶出させる際に、ゼオライトに吸着させた低分子不純物又は金属塩が本発明に係るモノマーとともに溶出する傾向があるが、前者には上記のような傾向が無い点で好ましい。
この場合、用いられるゼオライトの重量は、組成物中のモノマーの重量に対して、通常1倍以上であり、3倍以上が好ましく、5倍以上がより好ましく、10倍以上がさらに好ましく、30倍以上がことさらに好ましく、50倍以上が特に好ましい。
一方で1000倍以下が好ましく、500倍以下がより好ましくは、300倍以下がさらに好ましい。このような量のゼオライトを用いることにより、ろ過を容易としながら、より多くの不純物を除去することができる。なお、使用したゼオライトは周知技術によって再生し、繰り返し使用してもよい。
上記工程で得られた本発明に係るモノマーは、−20℃における保存安定性が良好である点で、好ましい。本発明に係る組成物に含まれる低分子化合物又は金属塩等の不純物が除去されているためと考えられる。ここで、−20℃における保存安定性が良好であるとは、具体的には、本発明に係るモノマーを−20℃にて静置保存した際に、通常1日以上、好ましくは4日以上、特に好ましくは30日以上、目視により不純物が検出されないことを示す。
(温度)
本発明に係る組成物とゼオライトとを接触させている間の温度は、該組成物中の溶媒(但し、例えばゼオライトカラムにおける展開溶媒が該組成物の溶媒と異なる場合は展開溶媒)の沸点以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以下であり、さらに好ましくは、30℃以下である。温度が低いほど本発明に係るモノマーの分解が抑えられうるが、温度が低すぎると空気中の水分を吸収してしまう可能性がある。本発明に係るモノマーがより不安定である場合には、水分を吸収しないようにした冷媒カラムを用いることも好ましい。
(光)
一連の操作を行うときには、通常の蛍光灯下で操作を行ってもよい。しかしながら、本発明に係るモノマーの分解を抑える観点からは、蛍光灯無灯下、イエローランプ下、又はレッドランプ下で操作を行うほうがより好ましい。
(雰囲気)
操作時の雰囲気は特に限定されず、空気中、又は窒素若しくはアルゴンなどの不活性ガス中で行ってもよい。
(圧力)
操作時の圧力は特に限定されず、常圧でも、加圧条件下でもよい。
本発明に係るモノマーが不純物を含んでいる場合、特に無機塩などのプロトンNMRやHPLCで検出できない不純物を含む場合、正確な秤量は困難である。例えば本発明に係るモノマーを他のモノマーと重合させてポリマーを合成する場合、モル比が所定値となるように秤量しないと、高分子量体のポリマーを得ることが難しくなる。また、本発明に係るモノマーを用いてポリマーを合成する場合、不純物が触媒サイクルによる重合反応を阻害することがありうる。特に遷移金属触媒のような触媒を用いてポリマーを合成する場合、低分子不純物、又は金属塩などは、触媒反応の触媒毒として働きうる。
このため、本発明に係るモノマーを用いてポリマーを合成する場合、本発明に係るモノマーを精製してから反応に用いることが好ましい。一方で、従来の方法で本発明に係るモノマーを精製することは困難である。シリカゲルカラムを用いて精製する場合、本発明に係るモノマーが分解することがある。特に、本発明に係るモノマー有する活性基が脱離することが多い。活性基が脱離して得られる化合物はポリマーの生成に寄与しない又はポリマーの伸長を阻害するため、このような化合物は高分子量のポリマーを得るための妨害となる。
また、GPC(ゲルろ過クロマトグラフィー)を用いる精製はかなりの時間を要するため、工業スケールでモノマーを精製するためには不向きである。さらに、GPCの展開溶媒として多く用いられるクロロホルムに含まれる微量の塩酸により、モノマーが分解することも考えられる。
一方で本発明に係る精製工程によれば、本発明に係る組成物をゼオライトに接触させ、溶媒とゼオライトとを取り除くという簡便な操作で、本発明に係るモノマーを精製することができる。本発明に係る精製工程は大量スケールの精製にも適用可能であり、低分子不純物、又は金属塩などを取り除くために、特に有用である。
<縮合多環芳香族化合物>
以下で、縮合多環芳香族化合物、特にn個(但し、nは1以上4以下の整数)の活性基を有する縮合多環芳香族化合物(本発明に係るモノマー)について説明する。
活性基とは、カップリング反応等の重合反応で高分子を得る場合に、他のモノマーが有する基と反応する基のことを言う。
活性基としては、具体的には、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、Li、Mg、Zn、B、周期表第14族元素から選ばれる原子を有する基が挙げられる。
なかでも、B又は周期表第14族元素から選ばれる原子を有する基が好ましく、第14族元素から選ばれる原子を有する基がより好ましく、ケイ素含有基又はスズ含有基がさらに好ましく、スズ含有基が特に好ましい。本明細書において、周期表とは、IUPAC2005年度推奨版(Recommendations of IUPAC 2005)のことを指す。
アルキルスルホニルオキシ基の中でもメチルスルホニルオキシ基が好ましく、アリールスルホニルオキシ基の中でもフェニルスルホニルオキシ基が好ましい。アルキルスルホニルオキシ基及びアリールスルホニルオキシ基は、フッ素原子等のハロゲン原子又はメチル基等のアルキル基等の置換基を有していてもよい。なかでも、カップリングの反応性が向上する点で、置換基を有するアルキルスルホニルオキシ基としては、メチルスルホニルオキシ基、トリフルオロメチルスルホニルオキシ基が好ましく、置換基を有するアリールスルホニルオキシ基としては、p−トルエンスルホニルオキシ基が好ましい。
Mgを有する基としては、ハロゲン化マグネシウム基が挙げられる。
Znを有する基としては、ハロゲン化亜鉛基が挙げられる。
Bを有する基としては、ホウ酸基、ホウ酸塩基又はホウ酸エステル基が挙げられる。
ホウ酸基としては、−B(OH)等が挙げられる。ホウ酸塩基としては−BFK等が挙げられる。ホウ酸塩基又はホウ酸エステル基の例としては、以下に表されるものが挙げられる。
Figure 0006040939
周期表第14族元素から選ばれる原子を有する基としては、ケイ素含有基、スズ含有基、ゲルマニウム含有基、又は鉛含有基などが挙げられる。この中でも反応性の点でケイ素含有基又はスズ含有基が好ましく、スズ含有基がより好ましい。このように、1種以上のモノマーのうち少なくとも1つがスズ含有基を有する芳香族化合物、特に縮合多環芳香族複素環化合物であることはより好ましい。スズ含有基の中でも、反応性の点でアルキルスタニル基又はアリールスタニル基がより好ましく、アルキルスタニル基が特に好ましい。アルキルスタニル基の例としては以下に表されるものが挙げられる。
Figure 0006040939
ケイ素含有基としては置換基を有していてもよいシリル基が挙げられ、例えば公知文献(Pharmaceutical Process Chemistry(2011),101−126、Accounts of Chemical Research(2008),41,1486−1499.)によって報告されているものを用いることができる。
具体的な例としては、−SiMeF、−SiEtF、−SiEtCl、−SiF、−SiMe(OEt)、−Si(OMe)、−SiMeOH、−SiMeOK、−SiMeONa、−SiMe、−SiMePh、−SiMe(allyl)、−SiMeBn、−Si(i−Pr)Bn、又は−SiCyなどが挙げられる(但し、Meはメチル基、Etはエチル基、Prはプロピル基、Phはフェニル基、allylはアリル基、Bnはベンジル基、Cyはシクロヘキシル基を表す)。また別の例として、以下に表されるものも挙げられる。
Figure 0006040939
縮合多環芳香族化合物としては、縮合多環芳香族炭化水素化合物又は縮合多環芳香族複素環化合物が挙げられる。なかでも、縮合多環芳香族複素環化合物が、カップリングの反応性が向上する点で好ましい。なお、縮合多環芳香族炭化水素化合物及び縮合多環芳香族複素環化合物は、ベンゼン又はチオフェン等の単環式芳香族化合物とシクロペンタジエン等の脂環式化合物が縮合した化合物も含むものとする。
縮合多環芳香族炭化水素化合物としては、環の員数が5以上7以下であり、かつ縮合環数が2以上6以下である縮合多環芳香族炭化水素化合物が好ましく、具体的には、ナフタレン、アントラセン若しくはフルオレン等が挙げられる。
縮合多環芳香族複素環化合物としては、環の員数が5以上7以下であり、かつ縮合環数が2以上6以下である縮合多環芳香族炭化水素化合物が好ましく、具体的には、ベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾピラゾール、ベンゾイソオキサゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾセレノフェン、ベンゾテルロフェン、ベンゾホスホール、アルシンドール、シラインデン、ベンゾゲルモール、ベンゾボロール、インダセノジチオフェン、チエノチオフェン、イミドチオフェン、キノキサリン、ジフラノフルオレン、ジフラノシロール、ジフラノゲルモール、ジフラノスタンノール、ジフラノプランボール、ジフラノピロール、ジフラノホスホール、ジフラノアルソール、ジフラノフラン、ジフラノチオフェン、ジフラノセレノール、ジフラノテルノール、ジフラノボロール、ジピロロフルオレン、ジピロロシロール、ジピロロゲルモール、ジピロロスタンノール、ジピロロプランボール、ジピロロピロール、ジピロロホスホール、ジピロロアルソール、ジピロロフラン、ジピロロチオフェン、ジピロロセレノール、ジピロロテルノール、ジピロロボロール、ジチエノフルオレン、ジチエノシロール、ジチエノゲルモール、ジチエノスタンノール、ジチエノプランボール、ジチエノピロール、ジチエノホスホール、ジチエノアルソール、ジチエノフラン、ジチエノチオフェン、ジチエノセレノール、ジチエノテルノール、ジチエノボロール、ジセレノシロール、ジセレノゲルモール、ジセレノスタンノール、ジセレノプランボール、ジセレノピロール、ジセレノホスホール、ジセレノアルソール、ジセレノフラン、ジセレノチオフェン、ジセレノセレノール、ジセレノテルノール、ジセレノボロール、ジテルロシロール、ジテルロゲルモール、ジテルロスタンノール、ジテルロプランボール、ジテルロピロール、ジテルロホスホール、ジテルロアルソール、ジテルロフラン、ジテルロチオフェン、ジテルロセレノール、ジテルロテルノール又はジテルロボロール等が挙げられる。
なかでも、16族元素から選ばれる原子を異項原子として有する縮合多環芳香族複素環化合物が好ましく、酸素原子又は硫黄原子を異項原子として有する縮合多環複素環化合物がより好ましく、硫黄原子を異項原子として有する縮合多環芳香族複素環化合物が特に好ましい。反応性の点で、酸素原子又は硫黄原子を異項原子として有する芳香族複素環は5員環であることがまた好ましい。
また、カップリング反応によって得られる共役高分子の半導体特性を向上させる点からは、縮合多環芳香族複素環化合物が周期表第14族元素から選ばれる原子、特に炭素原子、ケイ素原子又はゲルマニウム原子を有することが好ましい。ケイ素原子又はゲルマニウム原子を有する縮合多環芳香族複素環化合物であることは特に好ましい。
n個の活性基を有する縮合多環芳香族化合物の中でも、活性基が熱的及び/又は化学的に脱離しやすい場合において、本発明の製造方法によれば、活性基を脱離させることなく、低分子等の不純物を効率的に除去することができる。特に、熱的及び/又は化学的に不安定な活性基を有する縮合多環芳香族化合物の場合に、本発明の製造方法は効果的である。
熱的及び/又は化学的に不安定な活性基を有する縮合多環芳香族化合物とは、少なくともn個(nは1以上4以下の整数)の活性基を有する縮合多環芳香族化合物(以下、Ar(n)と記す場合がある)であって、下記条件を満たす芳香族化合物である。
条件:縮合多環芳香族化合物(Ar(n))1.0gを含むヘキサン溶液5mlを、カラム(内径15mm、長さ5cm、シリカゲル(球状、中性(pH 7.0±0.5)、粒径63〜210μm)20gと無水炭酸カリウム2gを含むヘキサン溶液50mL充填)にチャージし、ヘキサンを展開溶媒(流速50ml/min)として、室温にて3分間カラムを通り抜けた溶液中の、n個より少ない活性基を有する縮合多環芳香族化合物の合計の割合が、該カラムへのチャージ前の芳香族化合物(Ar(n))に対して5mol%以上である。なかでも、上記条件におけるカラムを通り抜けた溶液中のn個より少ない活性基を有する芳香族化合物の割合が、該カラムへのチャージ前の芳香族化合物(Ar(n))に対して、好ましくは20mol%以上、より好ましくは40mol%以上、さらに好ましくは60mol%以上、ことさらに好ましくは75mol%以上、特に好ましくは90mol%以上である場合に、本発明の製造方法を用いることで、より効果的に高分子量の共役高分子を製造することが可能である点で好ましい。
上記条件で使用するシリカゲルは、形状が球状、粒径63〜210μm、かつ中性(pH 7.0±0.5)である。具体的には、例えば製品名Silica gel 60N(Spherical neutral、カラムクロマトグラフィー用、関東化学社製)を用いることができる。
nとは縮合多環芳香族化合物が有する活性基の数であり、1以上の整数、好ましくは2以上の整数である。一方、4以下の整数であり、好ましくは3以下の整数である。
また、縮合多環芳香族化合物(Ar(n))が縮合多環芳香族複素環化合物であることが好ましく、なかでも、カップリング反応の反応性が向上する点で、活性基が芳香族複素環に結合している縮合多環芳香族複素環化合物であることがより好ましい。Li、Mg、B又は周期表第14族元素から選ばれる原子を有する基が、芳香族複素環に結合している縮合多環芳香族複素環化合物であることが特に好ましい。
以下に、本発明に係るモノマーの例について、更に詳しく説明する。
本発明に係るモノマーのうち、活性基を2つ有する化合物の好ましい例として、以下の式(I)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006040939
式(I)中、環A及び環Bはそれぞれ独立して、5員環芳香族複素環を表し、環Cは置換基を有していてもよい任意の環を表す。X及びXはそれぞれ独立して、活性基を表す。R及びRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。式(I)において、X及びXはそれぞれ独立して、活性基を表し、上述の縮合多環芳香族化合物の項で説明したものと同義である。
式(I)において、環A及び環Bはそれぞれ独立して、後述する環Cに縮合している5員環芳香族複素環を表す。5員環芳香族複素環の例としては、チオフェン環、フラン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環又はイソチアゾール環が挙げられる。なお、ピロール環、イミダゾール環又はピラゾール環等の窒素原子を含む5員環芳香族複素環である場合、窒素原子上にメチル基等のアルキル基を有していてもよい。環A及び環Bと、環Cとの結合様式に限定はない。
本発明に係るモノマーを、後述するカップリング反応に使用する場合、該反応の反応性を向上させるためには、該モノマーが縮合多環芳香族複素環化合物であり、該化合物が有する芳香族複素環の炭素原子に活性基が結合していることがより好ましい。
及びRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子などが挙げられる。安定性の点からフッ素原子又は塩素原子が好ましく、特にフッ素原子が好ましい。
ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基の例としては、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよい複素環基、置換基を有するカルボニル基、又は置換基を有していてもよい、ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基若しくは複素環基が挙げられる。ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基とは、ヘテロ原子を介して基本骨格、例えば環A又は環Bに結合している炭化水素基又は複素環基を意味する。この炭化水素基又は複素環基とヘテロ原子とをまとめてヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基と呼ぶ。
ヘテロ原子としては特に制限されないが、例えば酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子などが挙げられる。
炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、アルキル基(シクロアルキル基を含む)などの飽和脂肪族炭化水素基;又は、アルケニル基(シクロアルケニル基を含む)若しくはアルキニル基などの不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。なかでも、アルキル基などの飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。
アルキル基の炭素原子数は、通常1以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、一方、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、さらに好ましくは10以下である。
このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基若しくはn−ラウリル基等の直鎖アルキル基;iso−プロピル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基等の分岐アルキル基;又はシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロラウリル基若しくはシクロデシル基等の環状アルキル基などが挙げられる。その中でも、直鎖アルキル基としては、n−プロピル基、n−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−デシル基又はn−ラウリル基が好ましく、分岐アルキル基としては、iso−プロピル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基が好ましく、環状アルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基又はシクロラウリル基が好ましい。n−ブチル基、iso−プロピル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、3−メチルブチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロオクチル基、n−ノニル基、3,7−ジメチルオクチル基、シクロノニル基、n−デシル基又はシクロデシル基がより好ましい。
アルケニル基の炭素原子数は、通常1以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、一方、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、さらに好ましくは10以下である。このようなアルケニル基としては例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基又はゲラニル基などが挙げられる。好ましくは、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基又はドデセニル基であり、より好ましくは、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基又はデセニル基である。アルケニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基などが挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基などが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基などが挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基又はペリレニル基が好ましい。
複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。脂肪族複素環基としては、炭素数2〜30のものが好ましく、例えば、ピロリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基、モルホリニル基又はチオモルホリニル基などが挙げられる。なかでも、ピロリジニル基、ピペリジニル基又はピペラジニル基が好ましい。芳香族複素環基は、炭素数2〜30のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、カルバゾリル基、フェニルカルバゾリル基、フェノキサチイニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基などが挙げられる。なかでも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、キサンテニル基又はフェノキサジニル基が好ましい。
また、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい環状アルキル構造、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環が好ましい。環状アルキル構造としては、例えば、シクロペンタン構造又はシクロヘキサン構造が挙げられる。芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環又はナフタレン環が挙げられる。芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ビラゾール環、又はイミダゾール環などが挙げられる。これらの中でも、ピリジン環又はチオフェン環が好ましい。
縮合多環芳香族基として具体的には、縮合多環芳香族炭化水素基又は縮合多環芳香族複素環基が好ましい。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基などが挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基としては、例えば、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、又はフェナントロリニル基などが挙げられる。
置換基を有するカルボニル基としては、例えば、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルカルバモイル基、アリールカルバモイル基、アルキルイミド基、又はアリールイミド基などが挙げられる。アリールとは芳香族基のことを指す。
カルボニル基が有する置換基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。アルキルカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルバモイル基又はアルキルイミド基が有するアルキル基は、特段の制限はないが、通常炭素数が1以上40以下である。アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アリールカルバモイル基又はアリールイミド基が有するアリール基は、特段の制限はないが、通常炭素数2以上40以下である。
アルキルカルボニル基としては、例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基又はドデシルカルボニル基などが挙げられる。なかでも、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基又はドデシルカルボニル基が好ましい。
アリールカルボニル基としては、例えば、ベンゾイル基、ナフチルカルボニル基又はピリジルカルボニル基などが挙げられる。なかでも、ベンゾイル基が好ましい。
アルキルオキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基又はn−ブトキシカルボニル基などが挙げられる。
アリールオキシカルボニル基としては、例えば、フェノキシカルボニル基又はナフトキシカルボニル基などが挙げられる。
アルキルカルバモイル基としては、炭素数3〜40のものが好ましく、例えば、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、メチルヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基などが挙げられる。なかでも、オクチルアミノカルボニル基又は2−エチルヘキシルアミノカルボニル基が好ましい。
アリールカルバモイル基としては、炭素数3〜40のものが好ましく、例えば、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基又は2−ピリジルアミノカルボニル基などが挙げられる。なかでも、フェニルアミノカルボニル基が好ましい。
アルキルイミド基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、メチルカルボニルアミノカルボニル基、エチルカルボニルアミノカルボニル基又はn−ブチルカルボニルアミノカルボニル基などが挙げられる。
アリールイミド基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、フェニルカルボニルアミノカルボニル基又はナフチルカルボニルアミノカルボニル基などが挙げられる。
ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基の有する炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基がアルキル基である場合、炭素数に特段の制限はないが、通常は1以上40以下である。また、ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基がアリール基である場合、炭素数に特段の制限はないが、通常は2以上40以下である。
ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基としては、具体的には、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、N−アリール−N−アルキルアミノ基、アルキルスルホニル基、又はアリールスルホニル基などが挙げられる。電子取り出し層の電子運搬特性を向上させる観点から、アルコキシ基又はアリールオキシ基であることが好ましい。
アルコキシ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基及びt−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基などの直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。
アリールオキシ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基、ピリジルオキシ基、チアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基又はイミダゾリルオキシ基などが挙げられる。なかでも、フェノキシ基又はピリジルオキシ基が好ましい。
アルキルチオ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基、シクロペンチルチオ基又はシクロヘキシルチオ基などが挙げられる。なかでも、メチルチオ基又はオクチルチオ基が好ましい。
アリールチオ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基、ピリジルチオ基、チアゾリルチオ基、オキサゾリルチオ基、イミダゾリルチオ基、フリルチオ基又はピロリルチオ基などが挙げられる。なかでも、フェニルチオ基又はピリジルチオ基が好ましい。
アルキルアミノ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ブチルアミノ基、オクチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基又はドデシルアミノ基などが挙げられる。なかでも、ジメチルアミノ基、オクチルアミノ基又は2−エチルヘキシルアミノ基が好ましい。
アリールアミノ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、アニリノ基、ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基又は2−ピリジルアミノ基、ナフチルフェニルアミノ基などが挙げられる。なかでも、ジフェニルアミノ基が好ましい。
N−アリール−N−アルキルアミノ基としては、炭素数3〜40のものが好ましく、例えば、N−フェニル−N−メチルアミノ基、N−ナフチル−N−メチルアミノ基などが挙げられる。
アルキルスルホニル基としては、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、オクチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基又はドデシルスルホニル基などが挙げられる。なかでも、オクチルスルホニル基又は2−エチルヘキシルスルホニル基が好ましい。
アリールスルホニル基としては、例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基又は2−ピリジルスルホニル基などが挙げられる。なかでも、フェニルスルホニル基が好ましい。
以上例示したヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基は、さらに置換基を有していてもよい。さらに有していてもよい置換基の例としては、特に限定はないが、好ましくはハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基である。これらは、隣接する置換基同士で連結して環を形成していてもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられ、この中ではフッ素原子が好ましい。また、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基がアリール基である場合、さらに有していてもよい置換基の好ましい例としては、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数1〜12のアルキル基が挙げられる。
及びRとしてより好ましくは、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基である。水素原子であることは、本発明に係るモノマーを用いる重合反応を促進しうる点で好ましい。アルキル基であることは、本発明に係るモノマーを用いて得られるポリマーの溶解性を向上させうる点で好ましい。反応性の観点から、この場合のアルキル基の炭素数は12以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましい。
環A及び環Bとして、好ましくは下記式(1a)及び式(1b)で表される環である。
Figure 0006040939
式(Ia)及び式(Ib)において、X及びXは式(I)について説明したものと同様である。式(Ia)においてX11とX12のうち一方は周期表第16族元素から選ばれる原子であり、他方は炭素原子である。式(Ib)においてX21とX22のうち一方は周期表第16族元素から選ばれる原子であり、他方は炭素原子である。
式(Ia)においてX11とX12のうち一方は周期表第16族元素から選ばれる原子であり、他方は炭素原子である。周期表第16族元素から選ばれる原子とCとの間の結合は単結合であり、炭素原子とCとの間の結合は二重結合である。X11とX12のうち他方である炭素原子は、式(I)について説明したRと結合している。
同様に、式(Ib)においてX21とX22のうち一方は周期表第16族元素から選ばれる原子であり、他方は炭素原子である。周期表第16族元素から選ばれる原子とCとの間の結合は単結合であり、炭素原子とCとの間の結合は二重結合である。X21とX22のうち他方である炭素原子は、式(I)について説明したRと結合している。
11とX12のうち一方は、周期表第16族元素から選ばれる原子の中でも、酸素原子又は硫黄原子であることがより好ましく、硫黄原子であることが特に好ましい。X11とX12のうち一方が酸素原子又は硫黄原子であること、特に硫黄原子であることにより、隣接する炭素原子Cから水素原子を引き抜くことが容易となりうる。
同様に、X21とX22のうち一方は、周期表第16族元素から選ばれる原子の中でも、酸素原子又は硫黄原子であることがより好ましく、硫黄原子であることが特に好ましい。X21とX22のうち一方が酸素原子又は硫黄原子であること、特に硫黄原子であることにより、隣接する炭素原子Cから水素原子を引き抜くことが容易となりうる。
式(I)において、環Cは置換基を有していてもよい任意の環を表す。なかでも、5員環又は6員環の単環であるか、或いはこれらの環が2以上6以下縮合してなる環であることが好ましい。
5員環単環としては、5員環芳香族環又は5員環脂肪族環が挙げられる。
5員環芳香族環としては、チオフェン環、フラン環、ピロール環、チアゾール環、オキサゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、セレノール環又はテルロール環等の5員環芳香族複素環が挙げられる。
なかでも、5員環芳香族複素環が好ましく、より好ましくは、チオフェン環、チアゾール環、イソチアゾール環又はチアジアゾール環等の硫黄原子を含む5員環芳香族複素環であり、特に好ましくはチオフェン環である。
5員環脂肪族環は、シクロペンタン環若しくはシクロペンタジエン環等の5員環脂肪族炭化水素環;、又はテトラヒドロフラン環、ピロリジン環、ボロール環、シロール環、ゲルモール環、スタンノール環、プランボール環、ホスホール環若しくはアルソール環等の5員環脂肪族複素環が挙げられる。
6員環単環としては、6員環芳香族環又は6員環脂肪族環が挙げられる。
6員環芳香族環としては、ベンゼン環等の6員環芳香族炭化水素環;、又はピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環若しくはピリダジン環等の6員環芳香族複素環が挙げられる。
6員環脂肪族環は、シクロヘキサン環等の6員環脂肪族炭化水素環;、又はオキサン環、ジオキサン環、ピペリジン環若しくはピペラジン環等の6員環脂肪族複素環が挙げられる。
これらの環が2以上6以下縮合してなる環は、多環縮合芳香族炭化水素環又は多環縮合芳香族複素環が挙げられる。
多環縮合芳香族炭化水素環は、2以上6以下縮合してなる環を有し、具体的には、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環又はインダセン環等が挙げられる。
多環縮合芳香族複素環は、2以上6以下縮合してなる環を有し、具体的には、キノリル基、アクリジニル基、インドリル基、イソキノリル基、キノキサリニル基又はカルバゾリル基等が挙げられる。
環Cが有していてもよい置換基とは、特段の制限はないが、具体的な例としては、ハロゲン原子、炭化水素基、芳香族複素環基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、又はアリールアミノカルボニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基等が挙げられる。炭化水素基、芳香族複素環基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、又はアリールアミノカルボニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基は、さらなる置換基を有していてもよい。
式(I)で表される化合物の中でも、式(II)又は式(III)で表される縮合多環芳香族化合物が好ましい。
Figure 0006040939
式(II)、式(III)中、X、X、R、R及び環Cは式(I)中の定義通りである。X11及びX21はそれぞれ独立して、周期表第16族元素から選ばれる原子である。
式(II)及び式(III)中、X11とX21は、それぞれ式(Ia)及び式(Ib)のそれと同義である。X及びXはそれぞれ独立して、それぞれ式(I)のそれと同義であり、活性基を表す。R及びRは、式(I)のそれと同義であり、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。
式(II)又は式(III)で表される縮合多環芳香族化合物の中でも、式(IV)、式(V)、式(VI)又は式(VII)で表される化合物が好ましい。
Figure 0006040939
式(IV)〜(VII)で表される化合物について、以下に説明する。
式(IV)において、X及びXは式(II)について説明したものと同様である。上式(IV)において、R及びRは式(II)について説明したものと同様である。
式(IV)において、ZはZ11(R)(R)、Z12(R)又はZ13を示す。なかでも、半導体特性が向上する点で、Z11(R)(R)又はZ13が好ましく、Z11(R)(R)が特に好ましい。
11は周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。Z11は炭素原子、ケイ素原子又はゲルマニウム原子であることが好ましく、式(IV)で表される化合物を用いて得られる共役高分子の半導体特性が向上しうる点で、Z11はケイ素原子又はゲルマニウム原子であることがより好ましい。
及びRとしては、R及びRとして前述した置換基と同様の基が挙げられる。R及びRは、互いに結合して環を形成していてもよいし、R又はRと結合して環を形成していてもよい。
好ましい置換基としては、R及びRの少なくとも1つが置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることが好ましく、RとRとの双方が置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることがさらに好ましい。
及びRの少なくとも1つが置換基を有していてもよいアルキル基であることは、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子がより長波長の光を吸収しうるという観点から好ましい。
及びRの少なくとも1つが置換基を有していてもよい直鎖アルキル基であることは、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子の結晶性が向上することにより移動度が大きくなりうる点で好ましい。
また、R及びRの少なくとも1つが置換基を有していてもよい分岐アルキル基であることは、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子の溶解性が向上することにより塗布プロセスによる成膜が容易となる点で好ましい。これらの観点からは、RとRとの少なくとも1つが炭素数1〜20のアルキル基であることが好ましく、炭素数6〜20のアルキル基であることが特に好ましい。
また、R及びRの少なくとも1つが置換基を有していてもよい芳香族基であることは、π電子間の相互作用により分子間の相互作用が向上するために、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子を含む材料の移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、また原子Z11を含む環状骨格の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。
が置換基を有していてもよい分岐アルキル基であり、Rが置換基を有していてもよい直鎖アルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基であることは、原子Z11近傍の立体障害が抑えられ、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子の分子間相互作用が適度に向上しうる。このことは、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子の光吸収波長が長波長化しうる点、式(IV)で表される化合物をモノマーとして製造される共役高分子を含む材料の移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、また原子Z11を含む環状骨格の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。
分岐アルキル基(R)による溶解性の向上効果と、直鎖アルキル基又は芳香族基(R)による共役高分子の結晶性向上効果又は共役高分子の分子間相互作用の向上効果との双方を、それぞれの効果を損なうことなく得ることができる点で好ましい。
原子Z11周辺の立体障害を大きくすることにより共役高分子の耐久性を向上させるという観点からは、R及びRが、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基であることが好ましい。
12は周期表第15族元素から選ばれた原子を示す。Z12は窒素原子、リン原子又はヒ素原子であることが好ましく、式(IV)で表される化合物を用いて得られる共役高分子の半導体特性が向上しうる点で、Zは窒素原子又はリン原子であることがより好ましく、特に好ましくは、窒素原子である。
は、R及びRとして前述した置換基と同様の基が挙げられる。好ましくは、置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。Rは、R又はRと結合して環を形成していてもよい。
13は周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。Z13は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であることが好ましく、式(IV)で表される化合物を用いて得られる共役高分子の半導体特性が向上しうる点で、Z13は酸素原子又は硫黄原子であることがより好ましく、硫黄原子がより好ましい。
式(V)において、X及びXは式(II)について説明したものと同様である。R及びRは式(II)について説明したものと同様である。
式(V)において、R及びRは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアリールオキシ基である。なかでも、好ましくは溶解性向上の点で、置換基を有していてもよいアルキル基であり、置換基を導入しやすい点で置換基を有していてもよいアルコキシ基である。
ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又は芳香族基は、R及びRで説明したものと同様である。
アルコキシ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基及びt−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基等の直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。
アリールオキシ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基、ピリジルオキシ基、チアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基又はイミダゾリルオキシ基等が挙げられる。なかでも、フェノキシ基又は、ピリジルオキシ基が好ましい。
アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、アルコキシ基及びアリールオキシ基が置換していてもよい置換基は、R及びRでアルキル基、アルケニル基、アルキニル基及び芳香族基が置換していてもよい置換基と同様である。式(VI)において、X及びXは式(II)について説明したものと同様である。
式(VI)において、R及びRは式(II)について説明したものと同様であり、R〜R11はR及びRとして前述した基と同様の基が挙げられる。なかでも、R及びRの少なくとも1つは置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることが好ましい。なお、RとR、RとR11、RとR及びR10とR11は互いに結合して環を形成していてもよい。
式(VI)において、R12及びR13はR及びRとして前述した基と同様の基が挙げられる。なかでも、合成容易性の点で水素原子が好ましい。なお、RとR13及びR10とR12は互いに結合して環を形成していてもよい。
式(VI)において、Z及びZはそれぞれ独立して、周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。Z及びZは同一でも、異なっていてもよいが、化合物安定性の点で同一のほうが好ましい。
及びZは炭素原子、ケイ素原子又はゲルマニウム原子であることが好ましく、式(VI)で表される化合物を用いて得られる共役高分子の半導体特性が向上しうる点で、ケイ素原子又はゲルマニウム原子であることがより好ましい。
式(VII)において、X及びXは式(II)について説明したものと同様、R及びRは式(II)について説明したものと同様である。上式(VII)において、R14及びR15は式(IV)におけるR及びRとして前述した基と同様の基が挙げられる。なかでも、置換基を有していてもよいアルキル基が好ましい。
式(VII)において、Zは、周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。Zは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であることが好ましく、式(VII)で表される化合物を用いて得られる共役高分子の半導体特性が向上しうる点で、Zは酸素原子又は硫黄原子であることがより好ましく、酸素原子であることが特に好ましい。
本発明に使用するモノマーとして、前記式(IV)〜(VII)で表される化合物の中では、後述するポリマーを光電変換素子に用いた際に変換効率が向上しやすい点から、式(IV)又は式(V)で表される化合物が好ましく、式(IV)で表される化合物がより好ましい。
本発明に係るモノマーとしては、限定するわけではないが、具体的には以下の構造を有する化合物が挙げられる。これらの化合物はさらに置換基を有していてもよい。下式において、Meはメチル基(−CH)を、Etはエチル基(−C)を、i−Prはi−プロピル基(−CH(CH)を、n−Buはn−ブチル基(−CHCHCHCH)を、tBuはt−ブチル基(−C(CH)を、それぞれ表す。
Figure 0006040939
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<本発明に係るモノマーの製造方法>
本発明に係るモノマーは、特段の制限はないが、例えば公知文献(Journal of the American Chemical Society(2009),131(22),7792−7799.,Chemical Communications(Cambridge,United Kingdom)(2010),46(35),6503−6505、国際公開第2011/052709号)の記載を参考に合成することができる。
なかでも、式(I)で表される化合物については、有機金属試薬などの塩基を用いて式(I)で表される化合物に対応するアニオン種を発生させ、式(I)におけるX又はXに対応する求電子剤と反応させることによって製造することが、式(I)で表される化合物を特段の精製工程を経ることなく、純度高く製造できる点で、好ましい。
(塩基)
塩基としては、化合物を分解させることなくアニオン種を発生させるものであれば何でもよいが、例えば、金属水素化物、嵩高い置換基を有する金属アルコキシド、アミン類、ホスファゼン塩基、嵩高い置換基を有する金属マグネシウム試薬(Grignard試薬)、又は金属アミドなどを用いることができる。原子Q又は反応生成物の置換基Z〜Zへの求核攻撃を抑制し、副生物の生成を抑える観点から、非求核性の塩基を用いることが好ましい。
金属水素化物としては、水素化リチウム、水素化ナトリウム、又は水素化カリウムなどが挙げられる。
嵩高い置換基を有する金属アルコキシドとしては、リチウムt−ブトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、又はカリウムt−ブトキシドなどが挙げられる。
アミン類としては、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)、又は1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンなどの3級アミンが挙げられる。
ホスファゼン塩基としては、2−t−ブチルイミノ−2−ジエチルアミノ−1,3−ジメチルペルヒドロ−1,3,2−ジアザホスホリン、t−ブチルイミノ−トリス(ジメチルアミノ)ホスホラン、1−t(ジメチルアミノ)−2λ,4λ−カテナジ(ホスファゼン)、又は1−t−ブチル−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス−[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]−2λ,4λ−カテナジ(ホスファゼン)などが挙げられる。
嵩高い置換基を有する金属マグネシウム試薬(Grignard試薬)としては、塩化1,1−ジメチルプロピルマグネシウム、塩化sec−ブチルマグネシウム、塩化t−ブチルマグネシウム、塩化イソプロピルマグネシウム、又は臭化イソプロピルマグネシウムなどが挙げられる。
金属アミドとしては、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)、リチウムジシクロヘキシルアミド、マグネシウムビス(ジイソプロピル)アミド、リチウム2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル(LiTMP)、塩化2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルマグネシウム、若しくは臭化2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルマグネシウムマグネシウムなどのジアルキルアミド類;又は、リチウムビス(トリメチルシリル)アミド(別名:リチウムヘキサメチルジシラジド)、ナトリウムビス(トリメチルシリル)アミド(別名:ナトリウムヘキサメチルジシラジド)、カリウムビス(トリメチルシリル)アミド(別名:カリウムヘキサメチルジシラジド)、若しくはマグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)などのシラジド類;などの嵩高い置換基を有する金属アミドが挙げられる。塩基の求核性をより下げるためには嵩高い置換基を有する金属アミドを用いることが好ましいが、金属アミドは通常求核性が低いため、ナトリウムアミドなどの嵩高くない金属アミドを用いることもできる。
嵩高い置換基を有する金属アルコキシド、嵩高い置換基を有する金属マグネシウム試薬、及び嵩高い置換基を有する金属アミドとしては、例えば、酸素原子が結合している炭素原子が二級又は三級炭素である金属アルコキシド、マグネシウムが結合している炭素原子が二級又は三級炭素である金属マグネシウム試薬、及び二級アミンから得られる金属アミドがそれぞれ挙げられる。
また、塩基の共役酸のテトラヒドロフラン(THF)中におけるpKaの値は、20以上40以下であることが好ましい。20以上であることにより、環A、環B上の水素原子を迅速に脱プロトン化できる。40以下であることにより、環A、環B上の水素原子を位置選択的に脱プロトン化できる。
塩基性及び求核性の低さの点から、塩基として好ましくは金属アミドであり、特に好ましくは嵩高い置換基を有する金属アミドである。例えば金属アミドの1つであるリチウムジイソプロピルアミド(LDA)のpKaは、THF中で、35.7(J,Am.Chem.Soc.1983,105,7790−7791参照)である。
(求電子剤)
一般式(I)のX及びXが、置換基を有していてもよいスタニル基である場合には、求電子剤としては、特段の限定は無いが、例えばハロゲン化トリアルキルスズ化合物が挙げられる。ハロゲン化トリアルキルスズ化合物としては、塩化トリメチルスズ、臭化トリメチルスズ、ヨウ化トリメチルスズ、塩化トリエチルスズ、臭化トリエチルスズ、ヨウ化トリエチルスズ、塩化トリブチルスズ、臭化トリブチルスズ、ヨウ化トリブチルスズ、又は塩化トリシクロヘキシルスズなどが挙げられる。
反応性の観点から、X及びXがトリメチルスタニル基又はトリブチルスタニル基であることが好ましい。トリメチルスタニル基を導入するためには、求電子剤として、例えば塩化トリメチルスズ、臭化トリメチルスズ又はヨウ化トリメチルスズを用いることは好ましい。トリブチルスタニル基を導入するためには、求電子剤として、例えば塩化トリブチルスズ、臭化トリブチルスズ、又はヨウ化トリブチルスズを用いることが好ましい。求電子剤として特に好ましくは、塩化トリメチルスズである。
一般式(I)のX及びXが、置換基を有していてもよいボリル基である場合には、求電子剤としては、特段の限定は無いが、ホウ酸トリエステルが好ましく用いられる。ホウ酸トリエステルとしては、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリス(ヘキサフルオロイソプロピル)、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)、2−メトキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン、2−エトキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン、2−イソプロポキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン、2−メトキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランなどが挙げられる。また、B−クロロカテコールボラン又はB−ブロモカテコールボランのような、B−ハロゲン化ホウ酸エステルを用いることもできる。
求電子剤として好ましくは、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリイソプロピル、2−イソプロポキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン、2−メトキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン、又は2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランが用いられ、より好ましくは、2−イソプロポキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン、2−メトキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランが用いられる。
ホウ酸トリエステルとの反応によって得られたホウ酸エステル残基を有する化合物をそのまま単離することもできるし、ホウ酸エステル残基を加水分解してボロン酸残基に導いた後に化合物を単離してもよい。ホウ酸エステル残基をボロン酸残基に導いた場合、ボロン酸残基を有する化合物を単離しようとしても、得られる物質はボロン酸残基を有する化合物とボロキシン誘導体との混合物になりやすい。このような混合物を用いる場合、重合反応において当量比を制御することが困難になるため、ホウ酸エステル残基を有する化合物を単離することがより好ましい。
一般式(I)のX及びXが、置換基を有していてもよいシリル基である場合には、求電子剤としては、特段の制限は無いが、1−クロロ−1−メチルシラシクロブタン、1−ブロモ−1−メチルシラシクロブタン、1,3−ジヒドロ−1,1−ジメチル−2,1−ベンゾオキサシロール、1,3−ジヒドロ−1,1,3,3−テトラメチル−2,1−ベンゾオキサシロールなどが好ましく用いられる。
このような方法で式(I)で表される縮合多環芳香族化合物を合成する場合、精製操作を行わない限り、反応粗生成物中には塩基、求電子剤、又はこれらから生成する金属塩若しくは低分子化合物などの不純物が含まれているものと考えられる。本発明に係る精製方法は、これらの不純物を取り除くために好適であることから、上述した式(I)で表される縮合多環芳香族化合物の製造方法と組み合わせて好適に用いられうる。
より好ましくは、式(I)で表される縮合多環芳香族化合物は、下式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物を用いて製造することができる。
Figure 0006040939
式(VIII)中、環A、環B、環C、R及びRは前記式(I)のものと同義である。
具体的には、式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に上記の塩基を反応させて脱プロトン化させ、生じたアニオン種と上記の求電子剤とを反応させることにより、式(I)で表される縮合多環芳香族化合物を得ることができる。
式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に塩基を反応させる反応、及びさらに求電子剤を反応させる反応は、通常有機溶媒中で行われる。有機溶媒は、式(II)で表される縮合多環芳香族化合物の一部又は全てを溶解し、塩基及び求電子剤と反応しない溶媒であれば特段の制限は無いが、テトラヒドロフラン(THF)、1,4−ジオキサン、又はジエチルエ−テルなどのエ−テル溶媒;ヘキサン又はヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒;トルエン又はキシレンなどの芳香族炭化水素溶媒;などが好ましい。2種類以上の溶媒を混合して用いることもできる。
反応温度に特段の制限はないが、通常−100℃以上、好ましくは−80℃以上であり、一方、通常80℃以下、好ましくは20℃以下である。
反応時の圧力に特段の制限はないが、通常は大気圧下で行われる。
塩基、塩基によって一般式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物を脱プロトン化して発生したアニオン、及び求電子試薬は、水分に不安定であることが多いため、反応は窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
塩基と求電子剤とを系中に入れる順番は、塩基と求電子剤とが反応しない限りどちらが先でもよい。副生物が生成する要因をできるだけ避けるという観点から、塩基を先に入れることが好ましい。
塩基及び求電子剤は、反応液中に一括して加えてもよいし、数回に分けて加えてもよい。特に、塩基及び求電子剤を逐次添加する方法が、ジ活性基置換体を効率良く得られる点で好ましい。逐次添加とは、塩基の一部を加えた後に求電子剤の一部を加える一連の操作を、複数回繰り返すことを指す。このように逐次添加を行うことは、不安定なジアニオン種を発生させずにジ官能基化を行うことが可能となり、副生物が生成する機会を減らすことができるために好ましい。さらに、モノ活性基置換体が副生した場合でも、さらに塩基による脱プロトン化と続く求電子剤との反応を行うことにより、モノ活性基置換体をジ活性基置換体へと変換することができる。
別の方法として、求電子剤を一括して加えた後に、塩基を逐次添加する方法も考えられる。また、ワークアップ操作を行うことなく塩基及び求電子剤を続けて添加してもよいし、一旦ワークアップ操作を行って得られた粗生成物に対してさらに塩基及び求電子剤を添加してもよい。ワークアップ操作を行った後にさらに塩基及び求電子剤を添加する方法の利点として、モノ活性基置換体が副生したことにワークアップ操作後に気付いた場合でも、副生したモノ活性基置換体をジ活性基置換体へと変換することができることが挙げられる。
式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に対して加える合計の塩基の量に特段の制限はなく、通常は式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に対して2当量以上の塩基が用いられる。本明細書においてa当量とは、100×a mol %のことを指す。一方で、使用する試薬の量を減らすために、塩基の量は通常20当量以下、好ましくは10当量以下、さらに好ましくは5当量以下である。
式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に対して加える合計の求電子試薬の量に特段の制限はなく、通常は式(II)で表される縮合多環芳香族化合物に対して2当量以上の求電子試薬が用いられる。一方で、使用する試薬の量を減らすために、求電子試薬の量は通常20当量以下、好ましくは10当量以下、さらに好ましくは5当量以下である。
<本発明に係る精製方法により得られたモノマーを用いる重合反応>
本発明に係るモノマーは、ポリマー、特に共役高分子の原料として有用である。例えば、式(I)で表される縮合多環芳香族化合物と、ジハロゲン化された共役化合物とをカップリングさせることにより、共役高分子(本発明に係る共役高分子と呼ぶ場合がある)を製造することができる。ジハロゲン化された共役化合物としては、例えばジハロゲン化された芳香族化合物、特にジハロゲン化された芳香族複素環化合物が、得られる共役高分子の半導体特性を向上させる観点から、好ましく用いられうる。ジハロゲン化された共役化合物が有するハロゲン基としては、反応性を向上させる観点からブロモ基が好ましく用いられうる。ジハロゲン化された共役化合物としては、公知文献(Weinheim,Germany)(2008),20(13),2556−2560.Macromolecules (Washington,DC,United States)(2009),42(17),6564−6571.、J.Am.Chem.Soc.,132,7595−7597(2010)、Advanced Materials(Weinheim,Germany)(2003),15(12),988−991 Macromolecules(2005),38(2),244−253.、Macromolecules(Washington,DC,United States)(2008),41(16),6012−6018.Advanced Functional Materials(2007),17(18),3836−3842.、Chemistry of Materials(2004),16(19),3667−3676.Macromolecules(Washington,DC,United States)(2008),41(18),6664−6671.、Chemistry−−A European Journal(2010),16(6),1911−1928,国際公開第2009/115413号、国際公開第2010/136401号、Journal of the American Chemical Society(2008),130(30),9679−9694.Journal of the American Chemical Society(2011),133(5),1405−1418.)に記載されているものが挙げられる。
カップリング反応は公知の方法に従って行うことができる。例えば、Z及びZが置換基を有していてもよいスタニル基である場合には公知のStilleカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。また、Z及びZが置換基を有していてもよいボリル基である場合には公知の鈴木−宮浦カップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。さらに、X及びXが置換基を有していてもよいシリル基である場合には公知の檜山カップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。カップリング反応の触媒としては例えば、パラジウムなどの遷移金属と、配位子(例えばトリフェニルホスフィンなどのホスフィン配位子)との組み合わせを用いることができる。
本発明に係る共役高分子の製造方法は、1種以上のモノマーをカップリング反応により重合させる工程を含む共役高分子の製造方法であって、1種以上の均一系遷移金属錯体触媒と、1種以上の不均一系遷移金属錯体触媒を併用し、モノマーのカップリング反応を行うことが好ましい。
均一系遷移金属錯体触媒及び不均一系遷移金属錯体触媒を併用する場合、それぞれの遷移金属触媒活性種を遷移金属塩と配位子とを反応させることによって形成させてから、それぞれをカップリング反応の系中に投入してもよく、反応系中で遷移金属触媒活性種を遷移金属塩と配位子とを反応させて形成してもよい。
均一系及び不均一系遷移金属触媒の併用によるモノマーのカップリング反応を用いることにより、より分子量の大きい共役高分子を得ることができる。また、より分子量の大きい共役高分子を用いることにより、光電変換効率に優れた光電変換素子を得ることができるため、太陽電池及びそのモジュール用途に好適である。
上述のように、特に遷移金属触媒のような触媒を用いてポリマーを合成する場合、低分子不純物、金属塩などは、触媒反応の触媒毒として働きうる。また、本発明に係る精製方法によれば、本発明に係るモノマー中に含まれる不純物の量を減らすことができる。したがって、本発明に係る精製方法に従って本発明に係るモノマーを精製することにより、上記の重合反応の速度を向上させ、より高分子量のポリマーを得ることができるものと考えられる。このように本発明に係る精製方法は、上記の重合反応と組み合わせて特に好適に用いられうる。
<用途>
本発明に係る共役高分子は、有機電子デバイスに使用することができる。本発明に係る共役高分子を適用可能なものであれば、有機電子デバイスの種類に特に制限はない。例としては、発光素子、スイッチング素子、光電変換素子、光電導性を利用した光センサーなどが挙げられる。
上記有機電子デバイスの構成及びその製造方法については、周知技術を用いることができ、具体的にはSolar Energy Materials&Solar Cells 96(2012)155−159、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを採用することができる。
以下に、実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。なお、本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。
[重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(PDI)測定]
コポリマーの重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(PDI)は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により求めた。具体的には、カラムとして、Shim−pac GPC−803、GPC−804(島津製作所製,内径8.0mm,長さ30cm)をそれぞれ1本ずつ直列に繋げて用い、ポンプとしてLC−10AT、オーブンとしてCTO−10A、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)、及びUV−vis検出器(島津製作所製:SPD−10A)を用いた。測定のために、測定対象の共役高分子をクロロホルムに溶解させ、得られた溶液5μLをカラムに注入した。移動相としてクロロホルムを用い、1.0mL/minの流速で測定を行った。解析にはLC−Solution(島津製作所)を用いた。
[プロトンNMR測定]
プロトンNMRは、NMR測定装置(装置名:Bruker社,400MHz)により測定した。具体的には、重溶媒として重クロロホルムを、内部標準としてテトラメチルシランを用い、ケミカルシフトを決めた。また、活性基(トリメチルスタニル基)のモノ置換体、ジ置換体、又は無置換体の芳香族部分のケミカルシフトをプロトンNMRにより同定し、ピークの積分値により上記化合物の比を同定した。
<合成例1>
Figure 0006040939
化合物E2は、公知文献(Journal of the American Chemical Society 130巻,16144−16145ページ(2008年))に記載の方法を参考に合成した。具体的には以下の通りに合成を行った。
Figure 0006040939
100mLの2口ナスフラスコ中、窒素雰囲気下、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(1g,2.39mmol)を入れ、テトラヒドロフラン(THF,25mL)に溶解させ、−78℃に冷却した。さらにリチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.11M,2.6mL,1.2eq)を滴下し、40分攪拌した。
さらに塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,2.9mL,1.2eq)を滴下後、40分撹拌した。さらにリチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.11M,2.6mL,1.2eq)を滴下し、40分攪拌した。さらに塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,2.9mL,1.2eq)を滴下後、40分撹拌した。
さらにリチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.11M、2.6mL,1.2eq)を滴下し、40分攪拌した。さらに塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,3.1mL,1.3eq)を滴下後、ゆっくり室温に昇温した。
反応液に水を加え、ヘキサンで生成物を抽出後、有機層を水洗した。有機層を硫酸ナトリウム上で乾燥し、ろ過して減圧濃縮後、真空下で乾燥することにより、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスタニル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E2)を黄緑色油状物として得た。化合物E2からトリメチルスタニル基が1つ脱離したモノ置換体(化合物S1:Ar(1))及び化合物E2からトリメチルスタニル基が2つ脱離した無置換体(化合物S2:Ar(0))は存在を確認できなかった。
化合物E2:H−NMR(400MHz,溶媒:重クロロホルム):δ7.07(s,2H),1.45−1.37(m,2H),1.32−1.08(m,16H),0.99−0.80(m,10H),0.77(t,6H,J=7.3Hz),0.36(s,18H).
<合成例2>
Figure 0006040939
化合物E3は、公知文献(Macromolecules 44巻,7188−7193ページ(2011年))に記載の方法を参考に合成した。具体的には以下の通りに合成を行った。
Figure 0006040939
出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ゲルモールを用いたこと以外は、合成例1と同様に操作を行い、化合物E3を得た。化合物E3からトリメチルスタニル基が1つ脱離したモノ置換体(Ar(1))及び化合物E3からトリメチルスタニル基が2つ脱離した無置換体(Ar(0))は存在を確認できなかった。
<合成例3>
Figure 0006040939
化合物E4は、公知文献(Journal of Materials Chemistry 21巻,3895−3902ページ、(2011年))に記載の方法を参考に合成した。具体的には以下の通りに合成を行った。
Figure 0006040939
出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェンを用いたこと以外は、合成例1と同様の操作を行い、化合物E4を得た。
化合物E4からトリメチルスタニル基が1つ脱離したモノ置換体(Ar(1))及び化合物E4からトリメチルスタニル基が2つ脱離した無置換体(Ar(0))は存在を確認できなかった。
<合成例4>
Figure 0006040939
1,1’−(4,8−ビス((2−エチルヘキシル)オキシ)ベンゾ(1,2−b:4,5−b’)ジチオフェン−2,6−ジイル)ビス(1,1,1−トリメチルスタニル)(化合物E5)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、公知文献(Macromolecules 45巻,3732−3739ページ(2012年))に記載の方法を参考に合成した4,8−ビス((2−エチルヘキシル)オキシ)ベンゾ(1,2−b:4,5−b’)ジチオフェンを用いたこと以外は、合成例2と同様に操作を行い、化合物E5を得た。
<合成例5>
Figure 0006040939
4,4−ジ−n−オクチル−2,6−ビス(トリメチルスタニル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E6)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、4,4−ビス(n−オクチル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールを用いた以外は、合成例2と同様に操作し、化合物E6を定量的に得た。
<合成例6>
Figure 0006040939
1,1’−[4,4,9,9−テトラキス (4−ヘキシルフェニル)−4,9−ジヒドロ−s−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェン−2,7−ジイル]ビス[1,1,1−トリメチルスタニル](化合物E7)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、公知文献(Chemistry of Materials (2011) 2289−2291)に記載の方法を参考に合成した4,4,9,9−テトラキス(4−ヘキシルフェニル)−4,9−ジヒドロ−s−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェンを用いたこと以外は、合成例2と同様に操作を行い、化合物E7を得た。
<合成例7>
Figure 0006040939
1,1’−[5,5−ビス (3,7−ジメチルオクチル)−5H−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ピラン−2,7−ジイル]ビス[1,1,1−トリメチルスタニル](化合物E8)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、公知文献(国際公開第2012/050070号)に記載の方法を参考に合成した5,5−ビス(3,7−ジメチルオクチル)−5H−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ピランを用いたこと以外は、合成例2と同様に操作を行い、化合物E8を得た。
<合成例8>
Figure 0006040939
4−(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス (トリメチルスタニル)−4H−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ピロール(化合物E12)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、公知文献(Journal of Polymer Science,Part A:Polymer Chemistry (2011), 49, 1453−1461)に記載の方法を参考に合成した4−(2−エチルヘキシル)−4H−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ピロールを用いたこと以外は、合成例2と同様に操作を行い、化合物E12を得た。
<合成例9>
Figure 0006040939
東京化成品1,1’−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェンを用い、合成例1のスズ化をおこない、1,1’−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン−2,6−ジイル]ビス[1,1,1−トリメチルスタニル](化合物E13)は、合成例2において、出発原料として、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、1,1’−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン(東京化成社製)を用いたこと以外は、合成例2と同様に操作を行い、化合物E13を得た。
<合成例10>
Figure 0006040939
4,4−n−オクチル−2エチルヘキシル−2,6−ビス(トリメチルスタニル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E15)は、合成例2において、出発原料として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールの代わりに、4,4−n−オクチル−2エチルヘキシル−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロールを用いた以外は、合成例2と同様に操作し、化合物E15を定量的に得た。
<比較例A1>
シリカゲル(関東化学製,製品名Silica gel 60N, Spherical neutral、カラムクロマトグラフィー用(粒径63〜210μm、pH 7.0±0.5)、20g)と無水炭酸カリウム(Aldrich社製(Catlog No.347825),粉末,2.0g)とをヘキサン(50mL)中で懸濁させ、カラム(内径15mm、カラム長 5cm)につめた(以下、このカラム材料をシリカゲル/炭酸カリウムと呼ぶ)。合成例1で得られた化合物E2(1.0g)をヘキサン(5.0mL)に溶かし、カラムにチャージした。ヘキサンを展開溶媒として用い、カラムを通り抜けた溶液を回収した。この溶液から溶媒を減圧留去することにより、オイル状の化合物(0.96g、収率96%)が得られた。
得られた化合物を上述のプロトンNMRで確認したところ、ジ置換体(化合物E2:Ar(2))及び化合物E2からトリメチルスタニル基が1つ脱離したモノ置換体(化合物S1:Ar(1))の存在は確認できず、化合物E2からトリメチルスタニル基が2つ脱離した無置換体(化合物S2:Ar(0))のみであった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。ジ置換体の回収効率(%)とは、カラムチャージ後の化合物中のジ置換体(g)/カラムチャージ前のジ置換体(g)×100を示す。
Figure 0006040939
<比較例A2>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにシリカゲル(関東化学製,製品名Silica gel 60N, Spherical neutral、カラムクロマトグラフィー用(粒径63〜210μm、pH 7.0±0.5)、20g)を用い、展開溶媒として10重量%のトリエチルアミンを含むヘキサンを用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.94g、収率94%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2(ジ置換体(Ar(2)))と、化合物E2からトリメチルスタニル基が1つ脱離した化合物S1(モノ置換体(Ar(1)))との混合物であった。化合物E2と化合物S1の比はケミカルシフトの積分比で1:3だった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、75%であり、ジ置換体の回収効率は24%であった。
Figure 0006040939
<比較例A3>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりに、アミンシリカゲル(関東化学製,製品名シリカゲル60(球状)NH 40−50μm,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.95g、収率95%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2(ジ置換体(Ar(2)))、化合物S1(モノ置換体(Ar(1)))、及び化合物S2(無置換体(Ar(0)))の混合物であった。E2、化合物S1及び化合物S2の比はケミカルシフトの積分比で1:3:7だった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、90%であり、ジ置換体の回収効率は9%であった。
<比較例A4>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりに中性アルミナ(メルク社製,製品名Aluminium oxide, Neutral, Activity I,1078−3,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.97g、収率97%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、全て、脱スタニル化により得られる化合物S2であった。化合物E2(ジ置換体(Ar(2)))及び化合物S1(モノ置換体(Ar(1)))の存在は確認できなかった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<比較例A5>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりに塩基性アルミナ(メルク社製,製品名Aluminium oxide,Basic,Activity I,1077−2,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.64g、収率64%)が得られた。回収収率から、化合物E2(ジ置換体(Ar(2)))が塩基性アルミナに吸着されることが判った。また、得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、全て、脱スタニル化により得られる化合物S2であった。化合物E2(ジ置換体(Ar(2)))及び化合物S1(モノ置換体(Ar(1)))の存在は確認できなかった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<比較例A6>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりに活性炭(酸性)(和光純薬製,製品名Charcoal, Activated, Powder, Acid Washed,031−18083, 30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.94g、収率94%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物S1(モノ置換体(Ar(1)))と化合物E2 (ジ置換体(Ar(2)))の1:4の混合物であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、20%であり、ジ置換体の回収効率は75%であった。
<比較例A7>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりに活性炭(塩基性)(和光純薬製,製品名Charcoal, Activated, Powder, Basic,031−18093,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。
処理の結果、オイル状の化合物(0.94g、収率94%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物S1と化合物E2(ジ置換体(Ar(2))が1:5の混合物であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、17%であり、ジ置換体の回収効率は78%であった。
<比較例A8>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにセライト(和光純薬製,製品名No.545,20g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(2.9g、収率99%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、モノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))は検出されず、化合物E2(ジ置換体)であった。得られた上記化合物を−20℃にて保存すると、4日後には、目視にて沈殿物が生じることが判った。このことは、本発明の組成物をセライトと接触させたとしても、本発明の組成物に含まれる不純物が除去されないことが判る。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は98%であった。
<比較例A9>
比較例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E2を、合成例4で得られた化合物E5に代えた以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(収率98%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、ジ置換体(Ar(2)は存在せず、モノ置換体モノ置換体(Ar(1))及び無置換体(Ar(0))の混合物(2:3)であった。
カラムへのチャージ前の化合物E5(トリメチルスタニル基のジ置換体(Ar(2))に対して、トリメチルスタニル基のモノ置換体及び無置換体の比(モル換算)は、98%であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<比較例A10>
比較例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E2を、合成例6で得られた化合物E7に代えた以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(収率98%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、ジ置換体(Ar(2))は存在せず、モノ置換体(Ar(1))及び無置換体(Ar(0))の混合物(1:4)であった。カラムへのチャージ前の化合物E7(トリメチルスタニル基のジ置換体)に対して、トリメチルスタニル基のモノ置換体及び無置換体の比(モル換算)は、98%であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<比較例A11>
比較例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E2を、合成例7で得られた化合物E8に代えた以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(収率98%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、ジ置換体(Ar(2))は存在せず、モノ置換体(Ar(1))及び無置換体(Ar(0))の混合物(2:1)であった。カラムへのチャージ前の化合物E8(トリメチルスタニル基のジ置換体)に対して、トリメチルスタニル基のモノ置換体及び無置換体の比(モル換算)は、98%であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<比較例A12>
比較例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E2を、合成例8で得られた化合物E12に代えた以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(収率98%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、ジ置換体(Ar(2)は存在せず、モノ置換体(Ar(1))及び無置換体(Ar(0))の混合物(1:5)であった。
カラムへのチャージ前の化合物E12(トリメチルスタニル基のジ置換体)に対して、トリメチルスタニル基のモノ置換体及び無置換体の比(モル換算)は、98%であった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、100%であり、ジ置換体の回収効率は0%であった。
<実施例A1>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトA−3(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, A−3, Powder, through 75μm,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.97g、収率97%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。また、得られた上記化合物を−20℃にて保存を4日した後にも目視にて沈殿物が生じないことが判った。このことからも、本発明の組成物をセライトと接触させた場合には、本発明の組成物に含まれる不純物がゼオライトにより除去されたことが判る。
なお、ゼオライトA−3は合成ゼオライトであって、化学組成は(0.4K+0.6Na)O・Al・2SiOであり、平均細孔径は3Åである(Wako Analytical circle No.22,p.14(2001.9).)。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は97%であった。
<実施例A2>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトA−4(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, A−4, Powder, through 75μm,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.96g、収率96%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトA−4は合成ゼオライトであって、化学組成はNaO・Al・2SiOであり、平均細孔径は4Åである(Wako Analytical circle No.22,p.14(2001.9).)。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は96%であった。
<実施例A3>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトA−5(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, A−5, Beads, 2.36−4.75mm,30g)を乳鉢ですりつぶし粉末化して用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.95g、収率95%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は95%であった。
<実施例A4>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトF−9(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, F−9, Powder,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.93g、収率93%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトF−9は合成ゼオライトであって、化学組成はNaO・Al・2.5SiOであり、平均細孔径は9Åである(Wako Analytical circle No.22,p.14(2001.9).)。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は93%であった。
<実施例A5>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−720(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−720, powder, potassium ferrierite,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.95g、収率95%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトHS−720はcation type(カチオンタイプ):K、SiO/Al(mol/mol):17.7、Surface area(BET,m/g):170、mean particle size(平均粒子径,μm):20〜30である。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は95%であった。
<実施例A6>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−320(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−320, powder, Hydrogen Y,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.96g、収率96%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトHS−320はcation type(カチオンタイプ):H、SiO/Al(mol/mol):5.5、Surface area(BET,m/g):550、Mean particle size(平均粒子径,μm):6〜10である。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は96%であった。
<実施例A7>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−341(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−341, Powder, Ammonium Y,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.95g、収率95%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトHS−341はcation type(カチオンタイプ):NH、SiO/Al(mol/mol):7、Surface area(BET,m/g):700、Mean particle size(平均粒子径,μm):2〜4である。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は95%であった。
<実施例A8>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−500(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−500, Powder, Potassium L,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.94g、収率94%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着したことがわかる。
なお、ゼオライトHS−500はcation type(カチオンタイプ):K、SiO/Al(mol/mol):6、surface area(BET,m/g):280、Mean particle size(平均粒子径,μm):2〜4である。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は94%であった。
<実施例A9>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−642(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−642, Powder, Sodium Mordenite,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.94g、収率94%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトHS−642はcation type(カチオンタイプ):Na[AlSi4096]・24HOである。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は94%であった。
<実施例A10>
比較例A1に記載の方法において、カラム材料として、シリカゲル/炭酸カリウムの代わりにゼオライトHS−690(和光純薬製,製品名Zeolite, Synthetic, HS−690, Powder, Hydrogen Mordenite,30g)を用いたこと以外は、比較例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.95、収率95%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E2であった。化合物S1及びS2の存在は確認できなかった。合成例1で得られた化合物E2と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
なお、ゼオライトHS−690はcation type(カチオンタイプ):H、SiO/Al(mol/mol):200、Surface area(BET,m/g):420、Mean particle size(平均粒子径,μm):5−7である。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は95%であった。
<実施例A11>
実施例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例2で得られた化合物E3(0.5g)を用いたこと以外は、実施例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.48g、収率96%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E3であった。脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例2で得られた化合物E3と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は96%であった。
<実施例A12>
実施例A1に記載の方法において、合成例1で得られた化合物E1の代わりに、合成例3で得られた化合物E4(0.5g)を用いたこと以外は、実施例1と同様に処理を行った。処理の結果、オイル状の化合物(0.49g、収率98%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E4であった。脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例3で得られた化合物E4と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は98%であった。
<実施例A13>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例4で得られた化合物E5(5.7g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(5.6g、収率98%)が得られた。
得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E5であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例4で得られた化合物E5と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は98%であった。
<実施例A14>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例5で得られた化合物E6(3.1g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(2.9g、収率94%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E6であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例5で得られた化合物E6と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は94%であった。
<実施例A15>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例6で得られた化合物E7(6.0g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(5.9g、収率98%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E7であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例6で得られた化合物E7と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は98%であった。
<実施例A16>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例7で得られた化合物E8(3.2g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(3.1g、収率97%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E7であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例7で得られた化合物E8と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は97%であった。
<実施例A17>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例8で得られた化合物E12(3.5g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(3.3g、収率94%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E12であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例8で得られた化合物E12と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は94%であった。
<実施例A18>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例9で得られた化合物E13(2.7g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(2.5g、収率93%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E13であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。合成例9で得られた化合物E13と接触させた後のゼオライトは、無色から薄い黄色になり、不純物が吸着されたことがわかり、回収率からも不純物がゼオライトに吸着されたことがわかる。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は93%であった。
<実施例A19>
合成例1で得られた化合物E2の代わりに、合成例10で得られた化合物E15(3.0g)を用いた以外は同様にして処理を行い、オイル状の化合物(2.94g、収率98%)が得られた。得られた化合物をプロトンNMRで確認したところ、化合物E15であり、脱スズ化された化合物の存在は確認できなかった。
カラムチャージ後の化合物中におけるモノ置換体(Ar(1))と無置換体(Ar(0))の割合(モル比率)は、0%であり、ジ置換体の回収効率は98%であった。
上記結果を表1〜表2に示す。
Figure 0006040939
Figure 0006040939
<実施例B1>
Figure 0006040939
窒素雰囲気下50mLナスフラスコに、実施例A1で得られた化合物E2(138mg)、公知文献(Organic Letters 6巻,3381−3384ページ,2004年)を参考にして得られた化合物M2(1,3−ジブロモ−5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン,255mg)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(12mg,化合物E2に対して3mol%)、不均一系錯体触媒Pd−EnCat(登録商標)TPP30(Aldrich社製,25mg,化合物E2に対して3mol%)、トルエン(5.3mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(1.3mL)を入れ、90℃で1時間、続いて100℃で10時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈してさらに0.5時間加熱撹拌した後、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.043mL)を加えて6時間加熱撹拌し、さらにブロモベンゼン(2.0mL)を加えて11時間加熱攪拌して、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿をろ取した。
得られた固体をクロロホルムに溶解させ、ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて1時間室温で攪拌し、酸性シリカゲルを充填したショートカラムを通した。溶液を濃縮し、クロロホルム/酢酸エチルを溶媒として再沈殿を行い、析出した沈殿を濾別することにより、共役高分子P1を得た。得られた共役高分子P1の重量平均分子量Mwは1.5×10であり、PDIは3.2であった。共役高分子P1の収率は78%であった。
<実施例B2>
Figure 0006040939
実施例B1において、実施例A1で得られた化合物E2の代わりに、実施例A11で得られた化合物E3(300mg)を用いたこと以外は、実施例B1と同様にして共役高分子P11を得た。得られた共役高分子P11の重量平均分子量Mwは1.9×10であり、PDIは5.7であった。共役高分子P11の収率は82%であった。
<実施例B3>
Figure 0006040939
実施例B1において、実施例A1で得られた化合物E2の代わりに、実施例A12で得られた化合物E4(250mg)を用いたこと以外は、実施例B1と同様にして共役高分子P111を得た。得られた共役高分子P111の重量平均分子量Mwは1.3×10であり、PDIは3.4であった。共役高分子P111の収率は73%であった。
<比較例B1>
実施例B1において、モノマーとして、実施例A1で得られた化合物E2の代わりに、合成例1で得られた化合物E2を、触媒として、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を化合物E2に対して3mol%及び不均一系錯体触媒Pd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対して3mol%を用いる代わりに、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を化合物E2に対して3mol%のみを用いたこと以外は、実施例B1と同様にして共役高分子P1を得た。得られた共役高分子P1の重量平均分子量Mwは2.1×10であり、PDIは3.1であった。共役高分子P1の収率は51%であった。
<比較例B2>
比較例B1において、合成例A1で得られた化合物E2の代わりに、比較例A8で得られた化合物E2を用いたこと以外は、比較例B1と同様にして共役高分子P1を得た。得られた共役高分子P1の重量平均分子量Mwは3.2×10であり、PDIは2.8であった。共役高分子P1の収率は41%であった。
<実施例B4>
実施例B1において、触媒として、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を化合物E2に対して3mol%、不均一系錯体触媒Pd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対して3mol%を用いる代わりに、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を化合物E2に対して3mol%のみを用いた以外は、実施例B1と同様に共役高分子P1を得た。得られた共役高分子P1の重量平均分子量Mwは4.3×10であり、PDIは2.4であった。共役高分子P1の収率は38%であった。
<実施例B5>
[共役高分子D、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、実施例A1で得られた化合物E2の代わりに、化合物M2(0.861mol)、化合物E2(0.453mol)及び合成例4で得られた化合物E5(0.453mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Dを得た。得られた共役高分子Dの重量平均分子量Mwは1.6×10であり、PDIは4.1であった。共役高分子Dの収率は71%であった。
<実施例B6>
[共役高分子E、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.861mol)、化合物E5(0.298mol)及び合成例5で得られた化合物E6(0.298mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E1に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子E得た。得られた共役高分子Eの重量平均分子量Mwは1.0×10であり、PDIは2.7であった。共役高分子Eの収率は69%であった。
<実施例B7>
[共役高分子F、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.810mol)、合成例5で得られた化合物E6(0.682mol)及び合成例6で得られた化合物E7(0.171mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子F得た。得られた共役高分子Fの重量平均分子量Mwは4.4×10であり、PDIは5.6であった。共役高分子Fの収率は79%であった。
<実施例B8>
[共役高分子G、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.851mol)、化合物E2(0.448mol)及び合成例7で得られた化合物E8(0.448mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子G得た。得られた共役高分子Gの重量平均分子量Mwは5.1×10であり、PDIは2.1であった。共役高分子Gの収率は68%であった。
<実施例B9>
[共役高分子H、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.396mol)、化合物E2(0.834mol)及び4,7−ジブロモベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(化合物E9(0.396mol、東京化成社製))を用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Hを得た。得られた共役高分子Hの重量平均分子量Mwは1.0×10であり、PDIは3.6であった。共役高分子Hの収率は73%であった。
Figure 0006040939
<実施例B10>
[共役高分子I、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物E2(0.341mol)、合成例5で得られた化合物E6(0.341mol)及び3,6−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,5−ビス(2−デシルテトラデシル)−2,5−ジヒドロ−ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4−ジオン(化合物E10(0.648mol)、Lumtec社製)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E10に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Iを得た。得られた共役高分子Iの重量平均分子量Mwは2.6×10であり、PDIは3.9であった。共役高分子Iの収率は71%であった。
Figure 0006040939
<実施例B11>
[共役高分子J、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.338mol)、化合物E2(0.712mol)及び3,6−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,5−ビス(2−デシルテトラデシル)−2,5−ジヒドロ−ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4−ジオン(化合物E11(0.338mol、Lumtec社製))を用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Jを得た。得られた共役高分子Jの重量平均分子量Mwは1.0×10であり、PDIは2.8であった。共役高分子Jの収率は79%であった。
Figure 0006040939
<実施例B12>
[共役高分子K、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.801mol)、化合物E2(0.801mol)及び合成例8で得られた化合物E12(0.0422mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例1と同様にして共役高分子Kを得た。得られた共役高分子Kの重量平均分子量Mwは1.8×10であり、PDIは3.6であった。共役高分子Kの収率は77%であった。
<実施例B13>
[共役高分子L、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(0.794mol)、化合物E2(0.794mol)及び合成例9で得られた化合物E13(0.042mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Lを得た。得られた共役高分子Lの重量平均分子量Mwは2.6×10であり、PDIは5.2であった。共役高分子Lの収率は75%であった。
<実施例B14>
[共役高分子M、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、合成例6で得られた化合物E7(0.642mol)及び5,8−ジブロモ−2,3−ジデシル−キノキサリン(化合物E14(0.616mol、Lumtec社製))を触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E7に対してそれぞれ3mol%用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Mを得た。
得られた共役高分子Mの重量平均分子量Mwは1.5×10であり、PDIは1.9であった。共役高分子Mの収率は70%であった。
<実施例B15>
[共役高分子N、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物M2(98.9mol)、化合物E2(47.0mol)及び合成例5で得られた化合物E6(47.0mol)を用い、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物M2に対してそれぞれ3mol%を用い、反応時間を、90℃で1時間、続いて100℃で10時間とする代わりに、90℃で1時間、続いて100℃で2時間とした以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Nを得た。得られた共役高分子Nの重量平均分子量Mwは3.2×10であり、PDIは5.2であった。共役高分子Nの収率は83%であった。
<実施例B16>
[共役高分子O、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCatT(登録商標)PP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物E2の代わりに、合成例10で得られた化合物E15(0.986mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E15に対してそれぞれ3mol%を用いた以外は、実施例1と同様にして共役高分子Oを得た。得られた共役高分子Oの重量平均分子量Mwは2.1×10であり、PDIは4.6であった。共役高分子Oの収率は81%であった。
<実施例B17>
[共役高分子P、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物E2の代わりに、合成例4で得られた化合物E5(0.612mol)を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E5に対してそれぞれ3mol%を用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Pを得た。得られた共役高分子Pの重量平均分子量Mwは3.6×10であり、PDIは5.7であった。共役高分子Pの収率は80%であった。
<実施例B18>
[共役高分子Q、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、化合物E2(0.312mol)、合成例5で得られた化合物E6(0.312mol)、5,8−ジブロモ−2,3−ジデシル−キノキサリン(化合物E14(0.657mol、Lumtec社製))を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E14に対してそれぞれ3mol%を用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Qを得た。得られた共役高分子Qの重量平均分子量Mwは3.2×10であり、PDIは5.2であった。共役高分子Qの収率は67%であった。
<実施例B19>
[共役高分子R、Pd(PPh 3mol%+Pd−EnCat(登録商標)TPP30 3mol%]
Figure 0006040939
実施例B1において、モノマーとして、化合物M2及び化合物E2の代わりに、合成例7で得られた化合物E8(0.853mol)、3,6−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,5−ビス(2−デシルテトラデシル)−2,5−ジヒドロ−ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4−ジオン(化合物E10(0.810mol、Lumtec社製))を、触媒として、Pd(PPh及びPd−EnCat(登録商標)TPP30を化合物E2に対してそれぞれ3mol%用いる代わりに、化合物E8に対してそれぞれ3mol%を用いた以外は、実施例B1と同様にして共役高分子Rを得た。得られた共役高分子Rの重量平均分子量Mwは4.1×10であり、PDIは1.9であった。共役高分子Rの収率は74%であった。
Figure 0006040939
以上の結果から、化合物E2について、比較例A1〜A9と実施例A1〜A10とを比較すると、ゼオライトと化合物E2とを接触させることにより、活性基であるトリメチルスタニル基が脱離すること無く、ポリマー化を阻害する不純物を除去できることがわかる。また、この効果については、化合物E3〜E8、E12、E13、E15についても同様であることがわかる。
一方、カラム材料としてシリカゲル又はアルミナを用いた場合(比較例A1〜A5)には、ジ置換体から活性基が少なくとも1つ脱離したモノ置換体又は無置換体が生じることがわかる。カラム材料を塩基性のものにしても、大幅な改善は見られなかったことがわかる。75%〜100%共役高分子の反応に寄与しない化合物(無置換体)又は反応を阻害する化合物(モノ置換体)が含まれる比較例A1〜A5で得られた化合物は、共役高分子用のモノマーとしては、適していないことがわかる。この傾向は、他の化合物(化合物E3〜E8、E12、E13)についても同様であることがわかる。
カラム材料として活性炭を用いた場合(比較例A6、A7)には、ジ置換体を75%程度回収できるものの、活性基が少なくとも1つ脱離したモノ置換体又は無置換体が生じることがわかる。20%以上共役高分子の反応に寄与しない化合物(無置換体)又は反応を阻害する化合物(モノ置換体)が含まれる比較例A6,A7で得られた化合物も、共役高分子用のモノマーとしては、適していないことがわかる。
カラム材料としてセライトを用いた場合(比較例A8)には、共役高分子の反応に寄与しない化合物(無置換体)又は反応を阻害する化合物(モノ置換体)は生じず、ジ置換体を高効率(99%程度)で回収できるものの、得られた化合物を−20℃で4日間保存すると、沈殿物が目視で確認できた。一方、実施例A1で得られた化合物を−20℃で4日間保存しても沈殿物が目視では確認できなかった。このことから、比較例A8で得られた化合物の−20℃における保存安定性が実施例A1で得られた化合物よりも悪いこと、及び比較例A8で得られた化合物は、本発明に係る組成物の不純物を除去できていないことがわかる。
このことは、共役高分子のカップリング反応において、実施例B1と比較例B1、比較例B2を比較した際に、共役高分子の重量平均分子量の値に多大な影響を与えていることからすると、比較例A8で得られた化合物は、共役高分子用のモノマーとしては、適していないことがわかる。
比較例B1と実施例B1と比較すると、ゼオライトとの接触処理前の化合物E2を用いたStille反応により得られた共役高分子P1は、重量平均分子量(Mw)2.1×10と、比較的小さいものであった。また、セライトと接触した化合物E2を用いたStille反応によるポリマー化(比較例B2)も、同様に重量平均分子量(Mw)3.2×10と、比較的小さいものであった。一方、ゼオライトとの接触処理をした化合物E2を用いたStille反応により得られた共役高分子P1は、重量分子量(Mw)が大きな高分子量体(Mw:1.5×10)として得られた。
このことから、ゼオライトとの接触処理をすることで、合成例1で得られた化合物E2から無機塩や有機物等の触媒毒として働く不純物が除去されたこと、Stille反応におけるモノマー(E2及びM2)の当量比を適切に制御できること、及び活性基が脱落して得られる化合物S1や化合物S2のような阻害物質を除去できることにより、高分子量体の共役高分子を得られることがわかる。また、この効果は、化合物E3〜E8、E12、E13、E15についても同様であることがわかる。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、2011年11月2日付で出願された日本特許出願(特願2011−241498)および2011年11月29日付で出願された日本特許出願(特願2011−260973)に基づいており、その全体が引用により援用される。
縮合多環芳香族化合物と溶媒を含む組成物とゼオライトとを接触させる工程を採用することにより不純物が除去されて、純粋な二官能性縮合多環芳香族化合物が得られることにより、そのモノマーのカップリング反応を用いて、より分子量の大きい共役高分子を得ることができる。
その結果、それを用いて光電変換効率に優れた光電変換素子を得ることができるため、太陽電池及びそのモジュール用途に好適であり、環境負荷の低いエネルギー源として利用できる。

Claims (11)

  1. n個(但し、nが1以上4以下の整数)のアルキルスタニル基を有する縮合多環芳香族化合物の製造方法であって、該縮合多環芳香族化合物と溶媒を含む組成物とゼオライトとを接触させる工程を含むことを特徴とする、縮合多環芳香族化合物の製造方法。
  2. 前記縮合多環芳香族化合物が下記条件を満たす、請求項1に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
    条件:n個のアルキルスタニル基を有する縮合多環芳香族化合物(Ar(n))1.0gを含むヘキサン溶液5mlを、カラム(内径15mm、シリカゲル(球状、中性(pH 7.0±0.5)、粒径63〜210μm)20gと無水炭酸カリウム2gを含むヘキサン溶液50mL充填)にチャージし、ヘキサンを展開溶媒(流速50ml/min)として用い、室温にて3分間カラムを通り抜けた溶液中の、n個より少ないアルキルスタニル基を有する縮合多環芳香族化合物の合計の割合が、該カラムへのチャージ前の芳香族化合物(Ar(n))に対して5mol%以上である。
  3. 前記縮合多環芳香族化合物が下記式(I)で表される縮合多環芳香族化合物である、請求項1又は2に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0006040939
    (式(I)中、環A及び環Bはそれぞれ独立して、5員環芳香族複素環を表し、環Cは置換基を有していてもよい任意の環を表す。X及びXはそれぞれ独立して、アルキルスタニル基を表す。R及びRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
  4. 前記式(I)で表される化合物が式(II)又は式(III)で表される縮合多環芳香族化合物である、請求項3に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0006040939
    (式(II)、式(III)中、X、X、R、R及び環Cは式(I)中の定義通りである。X11及びX21はそれぞれ独立して、周期表第16族元素から選ばれる原子である。)
  5. 前記式(II)又は式(III)で表される化合物が式(IV)、式(V)、式(VI)又は式(VII)で表される縮合多環芳香族化合物である、請求項4に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0006040939
    式(IV)、式(V)、式(VI)及び式(VI)中、X、X、R、及びRは式(I)中の定義通りである。
    式(IV)において、ZはZ11(R)(R)、Z12(R)又はZ13を示す。Z11は周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。R及びRは、上式R及びRと同義である。Z12は周期表第15族元素から選ばれた原子を示し、Rは、R及びRと同義である。Z13は周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。
    式(V)において、R及びRは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよい芳香族基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアリールオキシ基である。
    式(VI)において、R〜R11はR及びRと同義であり、R12及びR13はR及びRと同義である。Z及びZはそれぞれ独立して、周期表第14族元素から選ばれた原子を示す。
    式(VII)において、R14及びR15はR及びRと同義である。Zは、周期表第16族元素から選ばれた原子を示す。
  6. 前記式()で表される縮合化合物が、下記式(VIII)で表される縮合多環芳香族化合物に非求核性塩基を反応させた後に、求電子剤を反応させることにより、前記式(I)で表される縮合多環芳香族化合物を得る工程を含むことを特徴とする、請求項3乃至の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
    Figure 0006040939
    (式(VIII)中、環A、環B、環C、R及びRは前記式(I)のものと同義である。)
  7. 前記非求核性塩基の共役酸のテトラヒドロフラン(THF)中におけるpKaが20以上40以下であることを特徴とする、請求項に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
  8. 前記非求核性塩基が金属アミドであることを特徴とする、請求項又はに記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
  9. 前記非求核性塩基を反応させた後に前記求電子剤を反応させる操作を、複数回繰り返すことを特徴とする、請求項乃至の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
  10. 前記組成物を、前記溶媒の沸点以下で、前記ゼオライトを含む層を通過させることによって接触させる、請求項1乃至の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
  11. 前記ゼオライトが、8員環、10員環、又は12員環のゼオライトである、請求項1乃至10の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物の製造方法。
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