JP6188663B2 - 有機半導体材料 - Google Patents

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Description

本発明は、種々のデバイス(例えば、有機電子デバイス)に好適に使用可能な、有機半導体材料に関する。より詳しくは、液晶性を有する有機半導体材料に関する。
正孔や電子による電子的な電荷の輸送が可能な有機物質は有機半導体として用いることができ、複写機感光体や光センサ、有機EL素子、有機トランジスタ、有機太陽電池、有機メモリー素子などの有機電子素子の材料として用いることができる。
このような材料の利用形態は、アモルファス薄膜、あるいは、多結晶薄膜が一般的である。一方、近年、従来はイオン伝導性と考えられてきた液晶物質の液晶相において、アモルファス有機半導体をはるかに上回る高い移動度を示す電子性伝導が見出され、液晶相を有機半導体として使用可能であることが明らかにされた。
液晶物質は、自己組織的に配向した分子凝集相(液晶相)を形成する高移動度((10−4cm/Vs〜1cm/Vs)を示す新しいタイプの有機半導体として位置づけられる。また、液晶物質は、ドメイン界面やディスクリネーションなどの液晶に特有の配向欠陥は、電気的に活性な準位を形成しにくいという特徴を有するなど、従来のアモルファス有機半導体材料や結晶性有機半導体材料には見られない優れた特性を持つことが明らかにされている。実際、液晶相を有機半導体として、光センサー、電子写真感光体、有機EL素子、有機トランジスタ、有機太陽電池などの電子素子の試作が行われている。
液晶物質は、液晶相において、一般に、非液晶物質では困難な分子配向の制御が容易にできるという大きな特徴を有する。例えば、棒状液晶物質では、液晶セルなどのように、2つの基材の間に液晶物質を注入した場合、液晶相温度では、一般に、液晶分子は分子長軸を基材表面に対して寝た状態に容易に配向し、また、液晶物質を基材に塗布した場合は分子長軸を基材表面に対して立った状態に容易に配向する傾向を有する。これを利用すると、液晶相温度で配向している液晶の薄膜を温度を下げて結晶相に相転移させることによって、液晶相ばかりでなく、結晶相においても、分子配向を制御した薄膜(結晶薄膜)を容易に作製できる。これは、一般の非液晶性有機物では実現が困難である。
このような特徴を活かして、液晶物質の液晶薄膜(液晶相の状態の薄膜)を、結晶薄膜を形成する際の前躯体として利用することにより、結晶性や平坦性に優れた結晶薄膜の作製をできることが明らかにされている。
これによると、液晶相温度で液晶膜の形成を行い、それを結晶化温度に冷却すると、均一で表面の平坦性に優れる膜が得られると言うものである。このように、液晶物質は液晶薄膜のみならず結晶薄膜としても有機半導体材料として電子素子へ応用することが出来るというという点で、有機半導体として自由度の高い材料といえる(例えば、非特許文献1:Advanced Materials,電子版、25 FEB 2011,DOI:10.1002/adma.201004474)。
しかしながら、液晶物質を有機半導体として利用する場合には、高い電子移動度を示す液晶物質を得ることが必須である。この点、有機半導体として高い電子移動度を示す物質を得ようとしても、どのような物質を合成すれば良いかが問題となる。
従来より、これまで液晶物質としては種々の材料が合成されてはいるもの、その対象は光学的異方性を利用した表示素子のための表示材料に用いるためのネマティック液晶にほとんど限られていたため、液晶物質を有機半導体として利用する場合に好適な液晶物質の分子設計の指針、つまり、どのような考え方に基づいて液晶物質を合成すれば良いかは、これまで明らかにされていない。
したがって、従来においては、高い電子移動度を示す新規な液晶物質を合成しようとする場合、基本的に、芳香族環を含むコア構造と炭化水素鎖とを組み合わせて、目標とする化学構造を選び、合成して、その液晶相を調べるという、試行錯誤により行う以外に方法がなかった。また、高い移動度を示すという有機半導体としてふさわしい構造を設計するという点においても、これまで有用な指針が与えられておらず、材料の開発上、大きな問題があった。
Advanced Materials,電子版、25 FEB 2011,DOI:10.1002/adma.201004474
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、液晶性のみならず、高い電子移動度をも示す有機半導体材料を提供することにある。
本発明者は鋭意研究の結果、特定の電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBとを少なくとも有する材料が、上記の有機半導体材料として極めて好適であることを見出した。
本発明の有機半導体材料は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、芳香族縮環系の構造を有する電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBとを少なくとも有し、且つ、前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、側鎖としてユニットCを有する有機半導体材料であって;
該材料が、N相、SmA相およびSmC相以外の相を示すことを特徴とするものである。
本発明者の知見によれば、本発明の有機半導体材料が好適な特性を示す理由は、以下のように推定することができる。
一般的に、液晶物質には、高分子液晶と低分子液晶があるが、高分子液晶の場合は液晶相においては一般に粘性が高いため、イオン伝導は起きにくい傾向を有する。他方、低分子液晶の場合は、イオン化した不純物が存在する場合、ネマティック相(N相)やスメクチックA相(SmA相、以下同様に記載する)やSmC相などの液体性の強い低次の液晶相では、イオン伝導が誘起される傾向がある。ここで言う「イオン化した不純物」とは、イオン性の不純物が解離して生成したイオンや電荷のトラップとなりうる電気的に活性な不純物(つまり、HOMO準位、LUMO準位、あるいは、その両方の準位が、液晶物質のHOMO,LUMO準位の間に準位を持つ不純物)が、光イオン化や電荷の捕獲によって生成したイオン化したものをいう(例えば、M. Funahashi and J. Hanna, Impurity effect on charge carrier transport in smectic liquid crystals, Chem. Phys. Lett., 397,319−323(2004)、H. Ahn, A. Ohno, and J. Hanna, Detection of Trace Amount of Impurity in Smectic Liquid Crystals, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 44, No. 6A,2005,pp.3764-37687.を参照)。
このため、有機半導体として低分子液晶物質を液晶薄膜として利用する場合は前述の、分子配置の秩序性を持たないネマティック相、分子凝集層を形成するスメクチック液晶物質にあっては、分子層内に分子配置の秩序性を持たないSmA相やSmC相では流動性が高いため、イオン伝導が誘起されやすく、有機半導体として利用する際に大きな問題となる。これに対して、分子層内に分子配置の秩序性を持つ「N相、SmA相およびSmC相以外の液晶相」、すなわち、高次のスメクチック相(SmB,SmBcryst、SmI、SmF、SmE、SmJ、SmG、SmK、SmHなど)は、この点でイオン伝導を誘起しにくいという(有機半導体として用いる際に都合が良い)特性を有している。また、一般に、低次の液晶相に比べて、配向秩序が高いため高い移動度を示す。(H. Ahn, A. Ohno, and J. Hanna, “Impurity effects on charge carrier transport in various mesophases of smectic liquid crystal”, J. Appl. Phys., 102,093718(2007).を参照)。
また、これまでの種々の液晶物質の液晶相における電荷輸送特性の研究から、同一のコア構造を持つ液晶物質においては、スメクチック相内の分子配置の秩序性の高い高次の液晶相ほど、高い移動度を示すことが明らかにされており、イオン伝導の抑制のみならず、高い移動度を実現する観点からも、高次のスメクチック相を示す液晶物質が有機半導体として有用である。
一方、液晶物質を有機半導体として結晶薄膜の形態で利用する場合、結晶相の直上の温度領域において、液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)が出現する液晶物質では、その液晶相が出現する温度以上に素子が加熱された場合、流動性のために素子が熱により破壊されるという大きな問題点がある。これに対し、結晶相の直上の温度領域において、分子層内に分子配置の秩序性を有する高次のスメクチック相を発現する液晶物質では、液晶温度に素子が加熱された場合でも、流動性が低いため素子は破壊されにくいため、液晶物質の結晶薄膜を有機半導体として電子素子に応用する際にも、高次の液晶相を示す液晶物質が必要となる(ただし、この場合に限れば、液晶相でなくとも、準安定な結晶相を示す物質でも良い)。換言すれば、液晶物質が液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)以外の液晶相を示す液晶物質や準安定相を示す物質であれば、本発明において好適に使用可能である。
一般に、複数の液晶相や中間相を示す物質では、温度の低下に伴って液晶相の分子配向は秩序化するため、温度が高い領域において、液晶物質が液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)が現れ、最も配向秩序の高い高次の液晶相や準安定な結晶相は、結晶相温度に隣接した温度領域で発現することが良く知られている。液晶相薄膜を有機半導体材料として利用する場合、前述の液体性の強い低次の液晶相以外の相であれば、原理的に、有機半導体として利用可能であるので、結晶相に隣接した温度領域に出現する凝集相が液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)で無ければよいということになる。液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)に加えてそれ以外の高次の液晶相が出現する液晶物質では、低次の液晶相では液体性が強いため分子配向の制御が高次の液晶相に比べて容易であるので、低次の液晶相で分子を配向させておき、高次の液晶相へ転移させることにより、分子配向の揺らぎや配向欠陥の少ない液晶薄膜を得ることができるので、液晶薄膜や結晶薄膜の高品質化が期待できる。
本発明は、例えば、以下の態様を含むことができる。
[1]芳香族縮環系の構造を有する電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBを少なくとも有し、且つ、前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、側鎖としてユニットCを有する有機半導体材料であって;
前記電荷輸送性分子ユニットAの縮環の数(NA)が3以上5以下であり、
前記環状構造ユニットBの環の数(NB)と、前記NAが下記の関係を満たし、
NA≧NB前記ユニットCが、炭素数2〜20の炭化水素、又は一般式(1)
(式中、Xは、S、O、NHを表し、mは0〜17の整数、nは2以上の整数である。)で表される基であり、
該材料が、SmB、SmBcryst、SmI、SmF、SmG、SmE、SmJ、SmK、およびSmHからなる群から選ばれる液晶相を示し、且つ
電子移動度、正孔移動度または電界効果トランジスタ特性から求めた移動度のいずれかの移動度が0.1cm/Vs以上であることを特徴とする有機半導体材料。
[2]前記ユニットAを構成する化合物の融点が、150℃以上である[1]に記載の有機半導体材料。
[3]前記電荷輸送性分子ユニットAのそれぞれの縮環を構成する個々の環員数が、5又は6である[1]又は[2]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[4]前記ユニットCとユニットAまたはユニットBとの単結合を軸として、ユニットAまたはユニットBを回転させた場合、ユニットCが結合している炭素原子と、ユニットAまたはユニットBを回転させた場合のユニットCに直接結合していないユニットAまたはユニットBのコア部の最も外側にある炭素もしくはヘテロ元素を結んだ直線と、前記軸とのなす角θが80度以下である[1]〜[3]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[5]前記有機半導体材料を結晶相から昇温させた際に、前記SmB、SmBcryst、SmI、SmF、SmG、SmE、SmJ、SmK、およびSmHからなる群から選ばれる液晶相が、結晶相に隣接して現れる[1]〜[4]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[6]前記有機半導体材料が、降温過程において、SmB、SmBcryst、SmI、SmF、SmG、SmE、SmJ、SmK、およびSmHからなる群から選ばれる液晶相の出現に先立って、N相、SmA相及びSmC相のいずれかの相が出現する[1]〜[5]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[7]前記ユニットAの繰り返し数が1または2である[1]〜[6]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[8]前記ユニットBの繰り返し数が1または2である[1]〜[7]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[9]前記ユニットCの繰り返し数が1または2である[1]〜[8]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[10]前記液晶相の出現温度領域が、降温過程と昇温過程で非対称となる[1]〜[9]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[11]前記有機半導体材料と電気的に接触して使用されるべき電極物質と、該有機半導体材料との仕事関数の差が1eV以下であり、且つ該電極物質が、銀、アルミニウム、金、カルシウム、クロム、銅、マグネシウム、モリブデン、白金、インジウムスズ酸化物、又は酸化亜鉛から選ばれるいずれかである[1]〜[10]のいずれか1項に記載の有機半導体材料。
[12][1]〜[11]のいずれか1項に記載の有機半導体材料を用いてなる有機半導体デバイス。
[13][1]〜[11]のいずれか1項に記載の有機半導体材料を有機半導体層として用いる有機トランジスタ。
本発明は、また、以下の態様をも含むことができる。
[A1] 芳香族縮環系の構造を有する電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBを少なくとも有し、且つ、前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、側鎖としてユニットCを有する有機半導体材料であって;
前記電荷輸送性分子ユニットAの縮環の数(NA)が3以上5以下であり、
前記環状構造ユニットBの環の数(NB)と、前記NAが下記の関係を満たし、
NA≧NB前記ユニットCが、炭素数2〜20の炭化水素、又は上記した一般式(1)(式中、Xは、S、O、NHを表し、mは0〜17の整数、nは2以上の整数である。)で表される基であることを特徴とする有機半導体材料。
[A2] 前記有機半導体材料の化学構造式が非対称である、[A1]に記載の有機半導体材料。
本発明によれば、液晶性のみならず、高い電子移動度をも示す有機半導体材料が提供される。
本発明に関する基本的な概念の一例を示すブロック図である。 結晶化に伴い現れる黒い線状の組織ないしは組織(すなわち、結晶に生じた亀裂や空隙)を示す偏光顕微鏡写真の一例である(スケールは、横辺が約1mm)。 ネマティック相における、典型的なシュリーレンテクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の一例である。 SmA、SmC相に見られる典型的なFan−likeテクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の一例である(スケールは、横辺が約250μm)。 化9の化合物に対するTOF波形の一例を示すグラフである。 化9の化合物に対するTOF波形の一例を示すグラフである。 化10の化合物に対するTOF波形の一例を示すグラフである。 化20の化合物に対するTOF波形の一例を示すグラフである。 化28の化合物に対するTOF波形の一例を示すグラフである。 本発明の実施例において形成したTFTデバイスの一例を示す模式断面図である。図中、(a)ソース電極、(b)ドレイン電極、(c)有機半導体層、(d)ゲート絶縁膜、(e)ゲート電極を示す。 化5の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化6の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化9の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化20の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化23の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化31の化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性の一例を示すグラフである。 化5の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化6の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化7の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化8の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化9の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化10の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化11の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化12の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化13の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化15の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化19の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化20の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化21の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化22の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化23の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化24の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化27の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化28の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化29の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化30の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化31の化合物に対する(a)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例で、および(b)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。
化49の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化50の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化51の化合物に対する、等方相から(a)ゆっくり冷却した場合の偏光顕微鏡写真の例、および(b)早く急冷した場合の偏光顕微鏡写真の例である。 化52の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化53の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化54の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化55の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化56の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化57の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化58の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 (削除) 化59の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化60の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化61の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 (削除) 化62の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 化63の化合物に対する(a)室温における偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例、および(b)結晶相に隣接する高い温度領域の相の偏光顕微鏡テクスチャーを示す偏光顕微鏡写真の例である。 実施例で作製したFETを所定の温度(横軸に記載)で5分、熱ストレスを与えた後、室温まで戻し、FET特性を測定し、移動度(縦軸)を求めた結果をプロットしたグラフである。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準とする。
(有機半導体材料)
本発明の有機半導体材料は、芳香族縮環系の構造を有する電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBとを少なくとも有し、且つ、前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、脂肪族系の側鎖を有する有機半導体材料である。本発明の有機半導体材料は、N相、SmA相およびSmC相以外の液晶相を示すことが特徴である。
(所定の液晶相)
本発明において、上記の「N相、SmA相およびSmC相以外の液晶相」は、SmB,SmBcryst、SmI、SmF、SmE、SmJ、SmG、SmK、およびSmHからなる群から選ばれる液晶相であることが好ましい。この理由は、本発明に関わる液晶物質を液晶相で有機半導体して用いる場合、既に述べたように、これらの液晶相は流動性が小さいためイオン伝導を誘起しにくく、また、分子配向秩序が高いため液晶相において高い移動度が期待できるからである。また、本発明に関わる液晶物物質を結晶相で有機半導体として用いる場合には、これらの液晶相は、N相、SmA相およびSmC相に比べて流動性が小さいため、温度の上昇により液晶相に転移した場合にも素子の破壊が起こりにくいためである。液晶相の発現が降温過程においてのみみられる場合は、一旦結晶化すると、結晶温度領域が広がるため、結晶相で応用する場合に好都合である。本発明では、降温過程において、「N相、SmA相及びSmC相以外の相」が、SmBcryst、SmE、SmF、SmI、SmJ、SmG、SmK、又はSmHであることを特徴とする。
更に、この「SmA相およびSmC相以外の液晶相」のうち、より高次のSm相であるSmE、SmGが、前記有機半導体材料を結晶相から昇温させた際に、液晶相に隣接した温度領域で現れる液晶相として特に好ましい。また、液体性の強い低次の液晶相(N相、SmA相やSmC相)に加えてそれ以外の高次の液晶相が出現する液晶物質では、低次の液晶相では液体性が強いため、分子配向の制御が高次の液晶相に比べて容易であるので、低次の液晶相で分子をあらかじめ配向させておき、高次の液晶相へ転移させることにより、分子配向の揺らぎや配向欠陥の少ない液晶薄膜を得ることができるので、液晶薄膜や結晶薄膜の高品質化が実現できる。
液晶物質を有機半導体として用いる場合、それを用いたデバイスに求められる動作温度は通常-20℃〜80℃であるので、本願発明では、「N相、SmA相及びSmC相以外の相」が出現する温度領域が−20℃以上であることが求められる。また、本発明に関わる液晶物質を結晶相において有機半導体として用いる場合、液晶状態の薄膜(液晶薄膜)を結晶薄膜の作製の前駆体として利用することがその高品質化に有効である。このため、プロセスの簡便さや基材の選択の容易さを考慮すると、液晶物質の液晶相が出現する温度は200℃以下が望ましい。
(好適な電荷輸送性分子ユニットA)
有機半導体においては電荷輸送にあずかる分子部位は芳香環などからなる共役したπ電子系ユニットで、一般には共役したπ電子系のサイズが大きいほど電荷輸送には有利であるが、π電子系のサイズが大きくなると、有機溶媒に対する溶解度が低下し、また、高融点となるため、合成時、あるいは、有機半導体として利用する際のプロセスが難しくなるという問題がある。このため、電荷輸送性分子ユニットの縮環数は3以上5以下であることが好ましい。電荷輸送性分子ユニットAは、ヘテロ環を含んでもよい。該縮環を構成する個々の環の炭素数は、合成の利便性から5〜6個(すなわち、5員環〜6員環)であることが好ましい。
電荷輸送性分子ユニットAを構成するヘテロ環も、5員環〜6員環であることが好ましい。ヘテロ環の数は、特に制限されないが、以下のような数であることが好ましい。
<ユニットAの環数> <ヘテロ環の数>
3個 1個
4個 1〜2個
5個 1〜3個(特に1〜2個)
高次の液晶相の発現を目指す観点からユニットAを構成する化合物を選択する場合、その融点を目安とすることができる。融点はその化合物の凝集エネルギーの目安を与えるからである。融点が高い化合物は凝集時の分子間の相互作用が強いことを意味し、結晶化しやすいことにも対応し、高次の液晶相の発現を誘起するのに都合がよい。したがって、ユニットAを構成する化合物(ユニットB及びユニットCとの結合がないとした場合に構成される化合物)の融点は、120℃以上であることが好ましく、より好ましくは150℃以上であり、更に好ましくは180℃以上、特に、好ましくは200℃以上である。融点が、120℃以下であると、低次の液晶相の発現が起こりやすく、好ましくない。
上記ユニットAを構成する化合物について、以下に実例で具体的に説明する。
対象とする化合物が(化22)である場合、ここで問題とするユニットAを構成する化合物は、ユニットBとの単結合を排除し、当該単結合していた、以下のユニットAの位置に水素原子が置換された、下記の化合物となる。
(化22)
即ち、本例では、ユニットAを構成する化合物はベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンであり、該ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンの融点が、ユニットAを構成する化合物の融点となる。
本例の場合には、単結合がユニットAとユニットBとの間で存在していたが、ユニットCとの間で単結合が形成されている場合も同様にして、ユニットAを構成する化合物の融点を規定することが可能である。
また、ユニットAの繰り返し数は1であっても良いし、2であってもよい。
(好適な環状構造ユニットB)
本発明において、ユニットBは、フリップーフロップ運動の自由度を与えるための、「もう一つの構造」部である。ユニットBは、単結合で電荷輸送性ユニットAと連結された芳香族縮環、または、脂環式分子構造であることが好ましい。環数は1以上5以下(更には、3以下、特に1〜2)であることが好ましい。
ユニットBの環数は、特に制限されないが、ユニットAを構成する環の数を「NA」とし、ユニットBを構成する環の数を「NB」とした場合に、NA≧NBであることが好ましい。より具体的には、以下のような数であることが好ましい。
<ユニットAの環数> <ユニットBの環数>
3個 1〜3個、更には1〜2個(特に、1個)
4個 1〜4個、更には1〜3個(特に、1〜2個)
5個 1〜5個、更には1〜4個(特に、1〜3個)
ユニットBは、ヘテロ環を含んでもよい。該ヘテロ環は、5員環〜6員環であることが好ましい。
また、ユニットBは、下記に具体例を挙げるような芳香族化合物、芳香族縮環化合物、あるいは、シクロアルカン、シクロアルケン、ヘテロ原子を含む脂環式飽和化合物等が好ましい。シクロアルケンである場合には、シクロヘキセンより、平面性がより高いと考えられるシクロペンテンの方が好ましい。
(単結合)
本発明において、上記のユニットAとユニットBとは直接単結合で連結する必要がある。
(ユニットC)
ユニットCは、例えば、上記のユニットAおよび/又はユニットBに連結することができる。結晶薄膜として用いる場合の結晶温度領域を広げるという点からは、上記のユニットAまたはユニットBの「いずれか一方」に連結していることが好ましい。好ましいユニットCとしては、炭化水素、或いはヘテロ原子を有する飽和化合物等の直線状構造を有する化合物が好ましく、特に好ましくは、炭素数2〜20の炭化水素、又は一般式(1)
(式中、Xは、S、O、NHを表し、mは0〜17の整数、nは2以上の整数である。)
で表される基を挙げることができる。
前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、側鎖として存在するユニットCは、該ユニットが結合している環状構造Dにおいて、該環状構造Dが他の環状構造と連結ないし縮合している位置に対して棒状分子形状の有機半導体材料を与える位置にあることが好ましい。その結合位置の例は、後述する(表1〜表8および表15)に例示する構造に示す通りである。
上記のユニットCの結合位置について、本発明の有機半導体材料に用いられる具体的な化合物で説明すると、例えば、下記構造式の場合には、ユニットAがベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン、ユニットBがフェニル基、ユニットCがC1021であるが、ユニットCが結合している環状化合物Dがベンゼンであり、ベンゼンのパラ位で、ユニットA;ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンと、ユニットC;C1021が結合している関係にあることを示す。
他のユニットを有する本発明の化合物についても同様に結合位置を示すことができる。
二つの環状化合物を単結合で連結した場合、二つの化合物の軸周りの回転運動は、近くに置換基や立体的に大きな構造があるとその相互作用のために阻害され、分子の凝集時のコンフォメーションに揺らぎを与え、また、分子間の電荷移動速度に影響を与える再構築エネルギーを大きくする結果となる。このため、このような分子構造をもつ液晶物質は高次の液晶相が発現したとしても、電荷輸送特性が低下する場合が多い。
前記で、ユニットAの繰り返し数は1であっても良いし、2であってもよいことを述べたが、化58のように化合物の全体構造を繰り返したものであってもよく、その場合の繰り返し数は1であっても良いし、2であってもよい。
(分子設計の要点)
本発明においては、高い移動度を持つ液晶物質を実現するためには、次の点を考慮して分子設計を行うことが好ましい。
(1)本発明においては、分子配向した液晶相や結晶相において、電荷の移動速度を支配する因子として、コア部と呼ばれる電荷の輸送関わるπ−電子系分子ユニットのTransfer積分の値が大きいことが重要となる。この値を実際に量子化学的手法により計算するためには、目的とする分子凝集状態における隣接する分子間の具体的な分子配置決定し、計算を行うことが必要となるが、相対的に言えば、互いの相対的な分子位置に対する揺らぎに対して、冗長性のある拡張されたπ−電子系を有する分子構造が有利となる。
つまり、スメクチック液晶物質の場合、電荷輸送のサイトとなるπ−電子共役系からなる電荷輸送性分子ユニットには棒状でかつある程度大きなサイズのπ−電子共役系を選ぶ。この場合、液晶分子の構造としてしばしば採用される小さな芳香環、例えば、ベンゼンやチオフェンなどを複数、単結合で連結し、大きなπ−電子共役系を構成した分子ユニットを用いるのではなく、縮環構造による大きなπ−電子共役系を持つ分子ユニットを用いる。縮環の環数は3以上が好ましいが、環数が大きすぎると溶媒に対する溶解度が低下するため5以下が現実的である。
すなわち、本発明においては、benzene、pyridine、pyrimidine、thiopehene、thiazole、imidazole、furaneを芳香環構造として、これらが縮環して棒状の3環構造、4環構造、5環構造をとったものが、芳香族π−電子共役系縮環構造として好ましい。
(2)本発明においては、高い移動度を実現するためには、高次の液晶相を発現させることが必要となる。一般に、スメクチック液晶相では、分子層内の分子配置に秩序性を持たないSmA相やSmC相から、高次の液晶相になるに従い、液晶分子の分子運動は逐次、凍結されて行き、最も秩序性の高いSmE相やSmG相などでは、最終的に、分子のフリップーフロップ運動(フラッピング運動と表現されることもある)が残ると考えられる。
この点を考慮し、液晶分子を構成する主たるコア構造に、前述の芳香族π−電子共役系縮環構造に単結合を介して、少なくとももう一つの剛直な構造を連結させた構造を用いることが好ましい。この場合、連結するもう一つの剛直な構造ユニットは、前述の芳香族π−電子共役系縮環構造と同数以下の環数を持つ構造が選ばれ、1または2でも良い。また、その構造には、必ずしも、ヘテロ環を含む広い意味での芳香環ばかりでなく、cyclohexaneやcyclopentane、あるいは、二重結合を含むcyclohexeneやcyclopentene、などの脂環式の環状構造であっても良い。
(3)本発明においては、スメクチック液晶性を発現させるためには、前述のようにコア部と呼ばれる剛直な分子ユニットに棒状の分子形状の異方性と液体性を与えるためのフレキシブルな炭化水素ユニットを連結し、基本的に、直線状に配置した構造を持たせることが、棒状液晶物質の基本デザインである。
本発明ではコア部とは、前述の芳香族π−電子共役系縮環構造に単結合を介して、少なくとももう一つの剛直な構造を連結させた構造がそれにあたる。コア部におけるユニットCの連結位置は、分子全体として棒状の異方性を与えることが重要となる。その場合、コア部に連結するユニットCの位置は、ユニットAとユニットBを連結した単結合から見て、それぞれのユニットの遠い位置であればユニットAあるいは、ユニットBのいずれか、あるいは、その両方に連結しても良い。ユニットCを連結した際の分子形状に関して、分子全体の構造が大きな折れ曲がりを持つ場合は、一般に、スメクチック相が誘起されにくくなることに注意が必要である。
この目安として、本分子設計においては、ユニットCとコア部の単結合を軸として、コア部の分子を回転させた場合のぶれ幅で与えることができる。より詳しくは、ユニットCが結合している炭素原子と、分子を回転させた場合のユニットCに直接結合していないユニットAまたはユニットBのコア部の最も外側にある炭素もしくはヘテロ元素を結んだ直線と、軸とのなす角をθとし、ぶれ幅を記述すると、このぶれ幅θは、液晶相の発現と、移動度を高くすることが可能なことから、90度以下、より好ましくは60度以下、さらに好ましくは30度以下となるような構造が好ましい。
さらにまた、別の目安として、ユニットAとユニットBを連結する単結合と、ユニットCとユニットA、もしくは、ユニットCとユニットBを連結する単結合が一直線上に並ぶ、あるいは、平行であるか、あるいは、二つの単結合のなす角が、90°以上であること、より好ましくは120°以上であることが好ましい。
(スキーム1)「a」には、θが30°以下で、二つの単結合一直線上に並ぶ例を、(スキーム1)「b」には、θが30°以下で、二つの単結合が平行である例を、(スキーム2)「a」には、θが30°以上、60°以下で、二つの単結合のなす角が120°である例を、(スキーム2)「b」には、θが30°以上60°以下で、二つの単結合のなす角が120°以上である例を、(スキーム3)「a」には、θが30°以下で、二つの単結合が平行である例を、(スキーム3)「b」には、θが30°以下で、二つの単結合が一直線上に並ぶ例を、それぞれ記す。
(スキーム1)
(スキーム2)
(スキーム3)
液晶相を発現させる場合、また、ユニットCの構造にニ重結合や三重結合、あるいは、酸素、硫黄、窒素などのヘテロ元素を含んだものを用いることも出来る。しかし、移動度という観点では、コア部に、酸素、硫黄、窒素などを介することなく直接、ユニットCを連結させたものの方が好都合である。
(スクリーニング法)
本発明において、上記の分子設計を満足する化合物中から、高次のスメクチック液晶相を発現し、有機半導体として有用な物質を、必要に応じてスクリーニングすることができる。このスクリーニングにおいて、基本的には、液晶相で有機半導体として用いる場合は高次のスメクチック相を発現すること、結晶相で有機半導体として用いる場合は、結晶相温度より高い温度から冷却したときに、結晶相に隣接して低次の液晶相を発現しないものを選ぶことが好ましい。この選択の方法は、後述する「スクリーニング法」にしたがって判定することにより、有機半導体材料として有用な物質を選択することが出来る。
図1は、本発明に関する基本的な概念を示したものである。図1に示した構造は、液晶分子においてはコア部と呼ばれるもので、このコア部の片側、あるいは、両側に、ユニットC(好ましくは、炭素数3以上のユニット)を、コア部の分子長軸方向に連結させたものが本発明における分子の基本デザインとなる。下記(スキームA)に、上記図1の概念の、より詳細な概念を示す。
(スキームA)
(電荷輸送性分子ユニット)
液晶分子におけるコア部に対応する電荷輸送性分子ユニットとして、環数3以上の芳香族π−電子縮環系の分子ユニットを用いることにより、分子位置の揺らぎに対するtransfer積分の冗長性を確保でき、同様に、ベンゼンやチオフェンなどを複数、単結合で連結したπ−電子共役系の分子ユニットではなく、縮環構造を持つ分子ユニットを採用することにより、分子配座が固定されるため、transfer積分の増大が期待でき、移動度の向上に役立つ。
一方、大きな縮環構造を電荷輸送性分子ユニットをコア部として採用しても、dialkylpentaceneやdialkylbenzothienobenzothiopheneなどの例のように、コア部に直接、炭化水素鎖を連結させた物質では、液晶相の安定化がはかれず、一般に、液晶相を発現しないか、液晶相を発現したとしてもSmA相などの低次の液晶相しか発現しない(文献 Liquid Crystal.Vol.34.No.9(2007)1001−1007.Liquid Crystal.Vol.30.No.5(2003)603−610)。このため、単に電荷輸送性分子ユニットに大きな縮環構造を用いても、液晶相で高い移動度を実現することはできない。図に示したように、電荷輸送性分子ユニットに分子のフリップーフロップ運動の自由度を与えるためのもう一つの構造ユニットを連結した分子構造をコア部に採用することにより、初めて、高次の液晶相の発現と液晶相における高い移動度の実現が期待される。
このような電荷輸送性分子ユニットにもう一つの剛直な構造ユニットを連結した構造(コア部)に炭化水素鎖を連結し、分子に、棒状の分子形状の異方性と液体性を付与することによって、高い確率で液晶相の発現を誘起することが出来る。炭化水素鎖を連結する場合、2本の炭化水素鎖を連結することが一般であるが、炭化水素鎖が1本の場合でも、液晶相はしばしば発現させることができる。この場合、液晶相の出現温度領域は、一般に、降温過程と昇温過程で非対称となることが多い。これは降温過程では、一般に液晶相温度領域が低温まで広がり、逆に、昇温過程では結晶相を高温領域まで広げることに役立つ。この特性は液晶物質の多結晶薄膜を有機半導体として利用する際に、液晶薄膜(液晶相状態の薄膜)をその前駆体として多結晶薄膜を作製する際により低い温度で液晶薄膜を作製できることを意味し、プロセスがより容易になるというメリットがある。また、昇温過程における結晶相温度が高領域まで広がることは、作製された多結晶膜の熱的安定性が向上することを意味し、材料として都合が良い。一方、炭化水素鎖を2本付与すると、一般に、発現した液晶相を安定化されるため、液晶相を用いたデバイス等への応用には都合が良い。
以上述べた基本的な分子設計に基づいて物質を合成した場合、その物質の本発明に関わる有用性は、基本的には、液晶相で有機半導体として用いる場合は高次のスメクチック相を発現すること、結晶相で有機半導体として用いる場合は、結晶相温度より高い温度から冷却したときに結晶薄膜に亀裂や空隙を形成しにくく、かつ、結晶相に隣接して、低次の液晶相を発現しないものを選ぶことにより、生かされる。言い換えれば、液晶相で有機半導体として用いる場合は、結晶相に隣接する温度領域において、ネマティック相やSmA相やSmC相以外の液晶相を発現すること、また、結晶相で有機半導体として用いる場合には、結晶相より高い温度領域から冷却して結晶相へ転移させたとき、亀裂や空隙が形成されにくいことが判定基準となる。
(スクリーニング法)
これは、以下に述べるスクリーニング法(判定法)によって、容易に判定することが出来る。このスクリーニング法に用いる各測定法の詳細に関しては、必要に応じて、下記の文献を参照することができる。
文献A:偏光顕微鏡の使い方:実験化学講第4版1巻、丸善、P429〜435
文献B:液晶材料の評価:実験化学講座第5版27巻P295〜300、丸善
:液晶科学実験入門日本液晶学会編、シグマ出版
(S1)単離した被検物質をカラムクロマトグラフィーと再結晶により精製した後、シリカゲルの薄層クロマトグラフィーにより、該被検物質が単一スポットを示す(すなわち、混合物でない)ことを確認する。
(S2)等方相に加熱したサンプルを毛細管現象を利用して、スライドガラスをスペーサーを介して張り合わせた15μm厚のセルに注入する。一旦、セルを等方相温度まで加熱し、偏光顕微鏡でそのテクスチャーを観察し、等方相より低い温度領域で暗視野とならないことを確認する。これは、分子長軸が基板に対して水平配向していることを示すもので、以後のテクスチャー観察に必要な要件となる。
(S3)適当な降温速度、例えば、5℃/分程度の速度でセルを冷却しながら、顕微鏡によるテクスチャーを観察する。その際、冷却速度が速すぎると、形成される組織が小さくなり、詳細な観察が難しくなるので、再度、等方相まで温度を上げて、冷却速度を調整して、組織が容易に観察しやすい、組織のサイズが50μm以上となる条件を設定する。
(S4)上記(S3)項で設定した条件で、等方相から室温(20℃)まで冷却しながらテクスチャーを観察する。この間にセル中で試料が結晶化すると、格子の収縮に伴い、亀裂や空隙が生じ、観察されるテクスチャーに黒い線、または、ある大きさを有する領域が現れる。サンプルを注入する際に空気がはいると同様の黒い領域(一般には丸い)が局所的に生じるが、結晶化によって生じた黒い線や領域は組織内や境界に分布して現われるので容易に区別できる。これらは、偏光子、及び、検光子を回転させても、消失や色の変化が見られないことから、テクスチャーに見られるこれ以外の組織とは容易に識別できる。(図2参照)このテクスチャーが現れる温度を結晶化温度として、その温度より高い温度領域で現れるテクスチャーがネマティック相、SmA相、SmC相でないことを確認する。サンプルがネマチック相を示す場合は、糸巻き状と表現される特徴的なシュリーレンテクスチャー(図3参照:典型的なシュリーレンテクスチャー)が観察され、SmA相やSmC相を示す場合は、fan−likeテクスチャーと呼ばれる扇型でその領域内は均一組織を有する特徴的なテクスチャー(図4参照:典型的なFan−likeテクスチャー)が観察されるので、その特徴的なテクスチャーから容易に判定することができる。
特殊なケースとして、SmA相からSmB相、SmC相からSmF、SmI相に転移する物質では、相転移温度で一瞬に、視野の変化が見られるが、相転移したテクスチャーにはほとんど変化が見られない場合があり、形成されたSmB相やSmF相、SmI相のテクスチャーをSmA相、SmC相と誤認する場合があるので注意が必要である。その場合は、相転移温度で見られる一瞬の視野の変化に気をつけることが重要である。この確認が必要な場合は、DSCにより、中間相の数を確認した後、それぞれの温度領域でX線回折を測定し、各相に特有の高角度領域(θ−2θの判定において15〜30度)においてピークの有無を確認すれば、SmA相、SmC相(いずれもピークなし)とSmB相、SmF相、SmI相(いずれもピーク有り)を容易に判定することができる。
(S5)室温(20℃)で、偏光顕微鏡によるテクスチャー観察によって、黒い組織が見られないものは、有機半導体材料として利用可能であるので、この物質が室温で高次の液晶相、あるいは、結晶相(準安定な結晶相を含む)の如何に関わらず、本発明の範疇として取り扱うものとする。
本発明に関わる有機半導体材料をデバイスに応用する観点からみると、コア部のHOMO、LUMOのエネルギー準位も重要となる。一般に、有機半導体のHOMOレベルは、脱水されたジクロロメタンなどの有機溶媒に被検物質を、例えば、1mmol/Lから10mmol/Lの濃度となるように溶解し、テトラブチルアンモニウム塩などの支持電解質を0.2mol/L程度加え、この溶液にPtなどの作用電極とPtなどの対向電極、およびAg/AgClなど参照電極を挿入後、ポテンショスタットにて50mV/sec程度の速度で掃引し、CV曲線を書かせ、ピークの電位および基準となる、例えばフェロセンなどの既知物質との電位の差より、HOMOレベル、LUMOレベルを見積ることができる。HOMOレベル、LUMOレベルが用いた有機溶媒の電位窓よりも外れている場合、紫外可視吸収スペクトラムの吸収端より、HOMO−LUMOレベルを計算し、測定できたレベルから差し引くことでHOMOレベルやLUMOレベルを見積ることができる。この方法は、J. Pommerehne, H. Vestweber, W. Guss, R. F. Mahrt, H. Bassler, M. Porsch, and J. Daub, Adv. Mater.,7,551(1995)を参照にすることができる。
一般に、有機半導体材料のHOMO,LUMOレベルは、それぞれ陽極、陰極と電気的な接触の目安を与え、電極材料の仕事関数との差によって決まるエネルギー障壁の大きさによって電荷注入が制限されることになるので、注意が必要である。金属の仕事関数は、しばしば、電極として用いられる物質の例をあげると、銀(Ag)4.0eV、アルミニウム(Al)4.28eV、金(Au)5.1eV、カルシウム(Ca)2.87eV、クロム(Cr)4.5eV、銅(Cu)4.65eV、マグネシウム(Mg)3.66eV、モリブデン(Mo)4.6eV、白金(Pt)5.65eV、インジウムスズ酸化物(ITO)4.35〜4.75eV、酸化亜鉛(ZnO)4.68eVであるが、前述の観点から、有機半導体材料と電極物質との仕事関数の差は1eV以下が好ましく、より、好ましくは0.8eV以下、さらに好ましくは、0.6eV以下である。金属の仕事関数は、必要に応じて、下記の文献を参照することができる。
文献D:化学便覧 基礎編 改訂第5版II−608−610 14.1 b仕事関数(丸善出版株式会社)(2004)
コア部の共役したπ−電子系の大きさによりHOMO,LUMOエネルギー準位は影響を受けるため、共役系の大きさは材料を選択する際に参考となる。また、HOMO、LUMOエネルギー準位を変化させる方法として、コア部にヘテロ元素を導入することは有効である。
(好適な電荷輸送性分子ユニットAの例示)
本発明において好適に使用可能な「電荷輸送性分子ユニットA」を例示すれば、以下の通りである。Xは、S、O、NHを表す。
(好適な環状構造ユニットBの例示)
本発明において好適に使用可能な「環状構造ユニットB」を例示すれば、以下の通りである。ユニットBはユニットAと同一でも良い。
(好適な単結合の例示)
本発明において好適に使用可能な、上記のユニットAおよびBを連結するための「単結合」は、ユニットAとユニットBの環状構造を構成する炭素のうち分子長軸方向にある炭素どうしを分子全体が棒状となる様に選ぶ。すなわち、本発明においては、ユニットAを構成する炭素と、ユニットBを構成する炭素とが、直接に「単結合」(single bond)で連結されている。
(好適なユニットAおよびユニットBの組合せの例示)
本発明において好適に使用可能な「ユニットAおよびユニットBの組合せ」(前記に従って連絡したもの)を例示すれば、以下の通りである。
(好適なユニットC)
ユニットCは、直鎖状でも、分枝状でも使用可能であるが、直鎖状である方が、より好ましい。該ユニットCの炭素数は、2個以上であることが好ましい。この炭素数は、更には3〜20個であることが好ましい。炭素数の増加は一般に液晶相温度を低下させることになるため、特に、液晶相で有機半導体として用いる場合は都合が良い。しかし、一方で、炭素数が長すぎると有機溶媒に対する溶解度を低下させることになるため、プロセス適性を損なう場合がある。炭素数を用いる場合、ユニットC中に酸素、硫黄、窒素を含む構造の用いると、溶解度の改善には有効である。その際、直接、酸素、硫黄、窒素原子がユニットA、または、ユニットBを連結されない構造が移動度の点からは好ましく、化学的安定性の点からは、ユニットA,または、ユニットBとの連結は2以上の炭素を介した後、酸素、硫黄、窒素が連結する構造が好ましい。上記例示の中で、本発明の課題を解決するのに特に好適なユニットA、ユニットB、ユニットCの具体例として、以下を挙げることができる。
<ユニットA>
上記で挙げたユニットAの化合物には、ユニットAに置換が可能な公知慣用の置換基を有していてもよい。このような置換基は、本発明の課題を解決するのに支障がなければ、限定がないが、好ましい置換基としては、下記を挙げることができる。
アルキル基、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有する脂肪族化合物、アルケニル基、アルキニル基、置換基としてのチオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フルオレン、ピリジン、イミダゾール、ベンゾチアゾール、フラン等の芳香族化合物
<ユニットB>
チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フルオレン、ピリジン、イミダゾール、ベンゾチアゾール、フラン、シクロペンテン、シクロヘキセン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオフェン、ピロリジン、ピペリジン
上記で挙げたユニットBの化合物には、公知慣用の置換基を有していてもよい。
このような置換基は、本発明の課題を解決するのに支障がなければ、限定がないが、好ましい置換基としては、下記を挙げることができる。
アルキル基、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有する脂肪族化合物、アルケニル基、アルキニル基、置換基としてのチオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フルオレン、ピリジン、イミダゾール、ベンゾチアゾール、フラン等の芳香族化合物
中でも、シクロペンテン、シクロヘキセン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオフェン、ピロリジン、ピペリジン等においては、化合物の結晶構造への平面性付与による移動度の向上が見込まれ、特に好ましい。
<ユニットC>
炭素数2〜20の直鎖アルキル基、
(半導体としての移動度の確認)
後述する実施例41における実験(Time−of−flight法による過渡光電流の測定)により、本発明の有機半導体材料が、半導体としての動作に好適な移動度を有していることが確認可能である。このような方法による移動度の確認の詳細に関しては、例えば文献Appl.Phys.Lett.,71 No.5 602−604(1997)を参照することができる。
有機半導体をデバイスに応用する際の有用性はその物質の示す移動度が一つの目安となる。これは、移動度によってデバイスの特性が制限されるからである。従来、アモルファス有機半導体においては移動度は高いものでも10−2cm/Vs程度であり、一般には10−5〜10−3cm/Vsの値である。したがって、液晶相が示す10−2cm/Vsを超える高い移動度、
特に、高次のスメクチック相が示す0.1cm/Vsを超える移動度はアモルファス有機半導体材料では実現が難しく、液晶材料の優位性が明白である。
液晶性物質は、非液晶物質と同様、結晶相を示すことから、液晶物質を有機半導体として用いる際、液晶相ばかりでなく、結晶相において有機半導体として用いることができることは言うまでもない。一般に、結晶相における移動度は液晶相における移動度に比較して、約半桁から1桁程度高い場合が多く、特に、高移動度を必要とするトランジスタ応用や電荷やエキシトンの大きな拡散長が要請される太陽電池等への応用には結晶相の利用が有効である。
(半導体デバイス動作の確認)
後述する実施例41における実験(Time−of−flight法による過渡光電流の測定)は、光照射による光電荷の発生と電荷輸送を観測することを意味しており、この測定系は、有機半導体材料を用いた光センサを実現していることに対応する。したがって、この測定により、本発明の有機半導体材料が、半導体デバイス動作に使用可能なことが確認可能である。このような方法による半導体デバイス動作確認の詳細に関しては、例えば文献Appl.Phys.Lett.,74 No.18 2584−2586(1999)を参照することができる。
また、実施例45に示すように、FETを作製し、その特性を評価することにより本発明の有機半導体材料が、有機トランジスタとして使用可能であることを確認可能である。このような方法による半導体デバイス動作確認の詳細に関しては、例えば文献 S. F. Nelsona, Y.-Y. Lin, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson、Temperature-independent transport in high-mobility pentacene transistors, Appl. Phys.Lett.,72,No.15 1854−1856(1998)を参照することができる。
(好適な構造)
本発明による分子設計に従い、本発明においては、基本的に、3環以上の5環以内の芳香環が棒状(すなわち、概ね直線状)に連結した縮環系に、単結合を介して、少なくとももう一つの環状構造を縮環系の分子長軸方向に連結させた構造のいずれか一方に、炭素数3以上の炭化水素鎖ユニットを分子長軸方向に連結させた構造であることが好ましい。
上述したように、本発明による分子設計の基本は、3環以上の5環以内の芳香環の棒状に連結した縮環系に単結合を介して、少なくとももう一つの環状構造を縮環系の分子長軸方向に連結させた構造のいずれか一方に、炭素数3以上の炭化水素鎖ユニットを分子長軸方向に連結させた構造である。これを下記の物質(図参照)を例として、実施例によって例示する。
さらに、本発明で用いられる化合物群は、上記のユニットA〜Cを適宜組み合わせて分子設計を行うことが可能であり、具体的化合物としては下記を挙げることができるが、もとより本発明で対象とする化合物群はこれらに限定されるものではない。
これらの化合物群は、以下に挙げる参考文献、及び下記実施例に記載した合成例を参照して合成することができる。
例えば、化32を合成するには、実施例20におけるドデカン酸クロライドの替わりに、2−ブロモ酢酸とデカノールの反応生成物を塩化チオニルで処理して得られる化合物を用いて、実施例20と同様にして調整することが可能である。
化33を合成するには、まずユニットAとなるベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェンを臭素化、B(OH)化後、2−ブロモ−7−ヘキシルフルオレンとカップリング反応を行うことにより調整することが可能である。
化34を合成するには、まずユニットAとなるペンタチエノアセンをJornal of American Chem.Soc.,127,13281−13286,2005に記載の方法で合成した後に、ユニットAをモノ臭素化後、実施例24に記載のユニットB及びCに相当する基と反応を行うことにより調整することが可能である。
化35を合成するには、実施例20におけるドデカン酸クロライドの替わりに、3−ブロモプロピオン酸とドデカノールの反応生成物を塩化チオニルで処理して得られる化合物を用い、更にフェニルボロン酸の替わりに、ブロモピリジンとビスピナコレートジボランの反応生成物を用いて、実施例20と同様にしてカップリング反応を行うことにより調整することが可能である。
化36を合成するには、まずユニットAとなるベンゾ[b]チエノ[2,3−d]チオフェンをモノ臭素化後、実施例24に記載のユニットB及びCに相当する基と反応を行うことにより調整することが可能である。
化37を合成するには、まずユニットAとなるジベンゾ[d,d’]チエノ[3,2−b:4,5−b]ジチオフェンをAdvanced Mater.,19,3008−3011,2007に記載の方法で合成した後に、ユニットAを臭素化後、実施例20におけるドデカン酸クロライドの替わりに、ナノデカン酸を塩化チオニルで処理して得られる化合物を用い、更にフェニルボロン酸の替わりに、ブロモピリジンとビスピナコレートジボランの反応生成物を用いて、実施例20と同様にしてカップリング反応を行うことにより調整することが可能である。
化38を合成するには、実施例20におけるドデカン酸クロライドの替わりに、エイコサン酸を塩化チオニルで処理して得られる化合物を用い、更にフェニルボロン酸の替わりに、ブロモベンゾチアゾールとビスピナコレートジボランの反応生成物を用いて、実施例20と同様にしてカップリング反応を行うことにより調整することが可能である。
化39を合成するには、まずユニットAとなるカルバゾールをTetrahedron,67,8248−8254,2011に記載の方法で合成した後に、ユニットAをモノ臭素化後、実施例24に記載のユニットB及びCに相当する基と反応を行うことにより調整することが可能である。
化40を合成するには、まずユニットAとなるジベンゾ[d,d’]ベンゾ[1,2−b:4,5−b]ジチオフェンをOrg.Lett.,9,4499−4502,2007に記載の方法で合成した後に、ユニットAを臭素化後、実施例20におけるドデカン酸クロライドの替わりに、6−ブロモヘキサン酸とヘキサノールの反応生成物を塩化チオニルで処理して得られる化合物を用い、更にフェニルボロン酸の替わりに、3−ブロモフランとビスピナコレートジボランの反応生成物を用いて、実施例20と同様にしてカップリング反応を行うことにより調整することが可能である。
化41を合成するには、まずユニットAとなるテトラセンをモノ臭素化後、実施例24に記載のユニットB及びCに相当する基と反応を行うことにより調整することが可能である。
同様の手法を用いて、化42〜化48についても合成することができる。
また、上記化32〜化48の化合物においても前記スクリーニング法で示した文献記載の方法により、本発明の課題を解決する化合物群であることを確認することができる。
以下の実施例で用いた材料を以下の表に纏める。表中、各記号の意味は、以下の通りである。
(a)化学構造式
(b)相転移挙動(冷却過程)
*I:等方相、
N:ネマチック相、
SmA:スメクチックA相、
SmC:スメクチックC相、
SmE:スメクチックE相、
SmG:スメクチックG相、
SmX:高次のスメクチック相もしくは準安定な結晶、
K:結晶相
(実施例1)
原料の[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン−2−アミンはB.Kosata,V.Kozmik and J.Svoboda,Collect.Czech.Chem.Commun.Vol.67,645(2002).に記載の方法で合成した。
[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン−2−アミン(3.76g,0.014mol)を塩酸(110ml)、水(220ml)の溶液に加えた。この溶液を5℃に冷却した後、亜硝酸ナトリウム(1.1g,0.016mol)を水(66ml)に溶かした溶液を滴下した。この反応液を5℃で3.5時間撹拌した後、ヨウ化カリウム(2.65g,0.016mol)を水(66ml)に溶かした溶液を滴下した。滴下後、反応温度を室温に戻し、16時間撹拌した。反応液中の析出物をろ過した後、水洗した後、ジクロロメタンで抽出した。溶媒を濃縮後に得られた残留物はカラムクロマトグラフィーで精製し、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン3.38g(収率:66%)を得た。
NMR(300 MHz,in CDCl): 8.26(d,J=1.2Hz,1H),7.92(dd,J=0.9Hz,J=5.7Hz,1H),
7.88(dd,J=1.2Hz,J=6.3Hz,1H),7.74(dd,J=1.2Hz,J=6.3Hz,1H),7.62(d,J=6.0Hz,1H),
7.51−7.41(m,2H).
このようにして合成した、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンを原料として、対応するホウ素化合物を用いて、鈴木カップリング反応により、目的とする化合物を合成した。一般的な方法を、化9を例に用いて説明する。
アルゴン雰囲気下、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(120mg,0.32mmol)、2−(5−オクチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(130mg,0.39mol)、炭酸セシウム(130g,0.40mmol)を1,2−ジメトキシエンタン/水(10m/1ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(23mg,0.02mmol)を加え、95℃で19時間加熱撹拌した。反応液を濃縮後、クロロホルムにて抽出した。有機層は水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて濃縮した後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化9で示される化合物を70mg(収率:50%)得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.08(d,J=1.2Hz,1H),7.95(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.88(m,1H),7.84(d,J=8.1Hz,1H),7.67(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.46(ddd,J=1.2Hz,
J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.40(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.22(d,J=3.6Hz,1H),
6.79(d,J=3.6Hz,1H),2.84(t,J=7.5Hz,2H),1.75−1.70(m,2H),1.41−1.29(m,10H),
0.89(t,J=6.6Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図21に示す。
(実施例2)
実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(150mg,0.41mmol)と2−(5−ブチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(120mg,0.45mol)から化5の化合物60mg(収率:39%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.07(d,J=1.2Hz,1H),7.93(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.88(m,1H),7.85(d,J=8.1Hz,1H),7.67(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),
7.46(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.40(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),
7.22(d,J=3.6Hz,1H),6.78(d,J=3.6Hz,1H),2.86(t,J=7.5Hz,2H),1.77−1.67(m,2H),
1.50−1.41(m,2H),0.99(t,J=7.1Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図17に示す。
(実施例3)
実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(130mg,0.35mmol)と2−(5−ペンチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(110mg,0.39mol)から化6の化合物90mg(収率:65%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.08(d,J=1.2Hz,1H),7.93(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.89(m,1H),7.85(d,J=8.1Hz,1H),7.67(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),
7.46(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.40(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),
7.22(d,J=3.6Hz,1H),6.78(d,J=3.6Hz,1H),2.85(t,J=7.5Hz,2H),1.76−1.71(m,2H),
1.42−1.37(m,4H),0.91(t,J=7.0Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図18に示す。
(実施例4)
実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(80mg,0.22mmol)と2−(5−ヘキシルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(71mg,0.24mol)から化7の化合物45mg(収率:51%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.08(d,J=1.2Hz,1H),7.92(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.88(d,J=8.1Hz,1H),7.84(d,J=8.1Hz,1H),7.66(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),
7.46(ddd,J=1.2Hz,J=7.8Hz,J=8.4Hz,1H),7.41(ddd,J=1.2Hz,J=7.8Hz,J=8.4Hz,1H),
7.24(d,J=3.6Hz,1H),6.79(d,J=3.6Hz,1H),2.84(t,J=7.5Hz,2H),1.75−1.70(m,2H),
1.44−1.30(m,6H),0.91(t,J=6.0Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図19に示す。
(実施例5)
実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(130mg,0.35mmol)と2−(5−ヘプチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(120mg,0.39mol)から化8の化合物56mg(収率:38%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.08(d,J=1.2Hz,1H),7.93(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.89(m,1H),7.85(d,J=8.1Hz,1H),7.65(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.46(ddd,J=1.2Hz,
J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.41(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.22(d,J=3.6Hz,1H),
6.78(d,J=3.6Hz,1H),2.85(t,J=7.5Hz,2H),1.75−1.68(m,2H),1.46−1.31(m,8H),
0.89(t,J=7.0Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図20に示す。
(実施例6)
化10は以下の方法によって合成した。
原料の2−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェンはB.Kosata,V.Kozmik and J.Svoboda,Collect.Czech.Chem.Commun.Vol.67,645(2002).に記載の方法で合成した。
2−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン(550mg,2.0mmol)をジクロロメタン(40ml)に溶かし−45℃に冷却した後、発煙硝酸(250mg,4.0mmol)のジクロロメタン(5ml)溶液を滴下した。反応液は−45℃〜−30℃で40分攪拌後、室温に戻した。ジクロロメタンで抽出後、水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し黄色固体物質(630mg)を得た。
この黄色固体物質(630mg)をトルエン(60ml)に懸濁し、次いで鉄粉(1.94g,34.8mmol)を
加え、125℃で加熱し攪拌した。この反応液に塩化アンモニウム(100mg,1.8mmol)を水(1.6ml)に溶かした溶液を滴下した。滴下後、1時間加熱攪拌した。トルエン層を分液し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、2−アミノ−7−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン470mg(収率:84%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 7.70(d,J=0.6Hz.1H),7.69(d,J=0.6Hz.1H),7.63(d,J=8.4Hz.1H),7.27(m,1H),7.17(d,J=2.0Hz,1H),6.82(dd,J=2.0Hz,J=8.4Hz,1H),3.85(bs,2H),
2.79(q,J=7.5Hz,2H),1.32(t,J=7.5Hz,3H).
2−アミノ−7−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン(470mg,1.67mmol)に濃塩酸(11ml)、水(22ml)を加え5℃に冷却した。この溶液に亜硝酸ナトリウム(130mg,0.19mmol)を水(7ml)に溶かした溶液を滴下した。この溶液を5℃で1時間攪拌した後、ヨウ化カリウム(300mg,1.83mmol)の水(7ml)の溶液を滴下した。反応液は室温に戻し、4時間攪拌した。反応混合物をクロロホルムで抽出し、水洗後、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下、溶媒を留去し、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、2−アイオド−7−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン400mg(収率:61%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDClδ): 8.23(d,J=1.4Hz,1H),7.78(d,J=8.2Hz,1H),
7.72(dd,J=1.4,J=8.2Hz,1H),7.73(d,J=1.4Hz,1H),7.62(d,J=8.2Hz,1H),
7.26(dd,J=1.8Hz,J=8.2Hz,1H),2.82(q,J=7.0Hz,2H),0.93(t,J=7.0Hz,3H)
アルゴン雰囲気下、2−アイオド−7−エチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン(200mg,0.50mmol)、2−(5−オクチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(160mg,0.51mol)、炭酸セシウム(170mg,0.51mmol)を1,2−ジメトキシエンタン/水(20m/2ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(29mg,0.025mmol)を加え、95℃で20時間加熱撹拌した。反応液を濃縮後、クロロホルムにて抽出した。有機層は水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて溶媒を留去した後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化10で示される化合物70mg(収率:30%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ):8.05(d,J=1.2Hz,1H,),7.79(d,J=8.1Hz,1H),
7.76(d,J=8.1Hz,1H),7.72(d,J=0.6Hz,1H),7.63(dd,J=1.8Hz,J=8.1Hz,1H),7.23(dd,J=1.8Hz,J=8.1Hz,1H),7.20(d,J=3.6Hz,1H),6.77(d,J=3.6HZ,1H),2.85(q,J=4.8Hz,2H),2.79(q,J=7.5Hz,2H),1.77−1.66(m,2H),1.50−1.20(m,10H),0.91(t,J=4.8Hz,3H),0.89(t,J=7.5Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図22に示す。
(実施例7)
2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(1.69g,4.6mmol)のピリジン溶液に臭化銅(5.74g,40mmol)を加え、21時間加熱還流した。反応液に水(250ml)を加え、次いで20%硫酸を加えてpH7.0に調整後、ジクロロメタンで抽出した。水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて濃縮後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、2−ブロモ[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェンを1.45g(収率:98%)で得た。
NMR(300MHz,inCDCl):8.03(d,J=1.5Hz,1H),7.937.85(m,2H),7.20(d,J=8.4Hz,1H),
7.54(dd,J=1.8Hz,J=8.4Hz,1H),7.49−7.38(m,2H).
アルゴン雰囲気下、2−ブロモ[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(200mg,0.62mmol)、2−(4−オクチルチエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(260mg,0.82mol)、炭酸セシウム(300mg,0.92mmol)をジメチルホルムアミド(1ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(26mg,0.02mmol)を加え、95℃で19時間加熱撹拌した。反応液は濃縮後、クロロホルムにて抽出した。有機層は水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて濃縮した後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化11の化合物を185mg(収率:69%)で得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ):8.12(d,J=1.5Hz,1H),7.92(d,J=7.5Hz,1H),
7.90(d,J=7.5Hz,1H),7.85(d,J=8.4Hz,1H),7.70(dd,J=1.5Hz,J=8.1Hz,1H),7.46(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.39(ddd,J=1.2Hz,J=7.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.22(s,1H),6.92(s,1H),2.64(t,J=7.5Hz,2H),1.75−1.62(m,2H),1.42−1.20(m,10H),0.89(t,J=6.6Hz,3H).、
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図23に示す。
(実施例8)
化12は化24の合成スキームに基づいて、下記(実施例20)に記載の化24−5とチエニルスタナンのカップリング反応により、下記により合成した。
化24−5(113mg,0.223mmol)、トリブチル‐2‐チエニルスタナン(tributyl−2−thienylstannane,東京化成工業、103mg、0.27mmol)のトルエン溶液(2.5mL)に10分間アルゴンガスをバブリングした後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(13mg,0.011mmol)を加え、95℃で18時間反応した。さらにトリブチル‐2‐チエニルスタナン(42 mg)とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(8 mg)を加え、8時間反応した後、クロロホルムで希釈し、水、飽和フッ化カリウム水溶液、水で順次洗い、下層を無水硫酸ナトリウム層で濾過し濃縮乾固した。この固体をクロロホルム−石油ベンジンから結晶化し、化12の化合物を60mg(収率、58%)を得た。
H−nmr(500MHz,CDCl3): δ 8.12(d,1H,J>1Hz,H−6),7.84(d,1H,J 8.3Hz,H−9),7.78(d,1H,J 8.3Hz,H−4),7.72(br.s,1H,H−1),7.70(dd,1H,J 1.8,8.3Hz,H−8),7.40(dd,1H,J 〜1,3.7Hz,H−5’(‘ denote thiophene)),7.32(dd,1H,J 〜1,5Hz,H−3’),7.29(dd,1H,J 〜1,〜8Hz,H−3),7.12(dd,1H,J 3.7,5Hz,H−4’),2.76(t,2H,J 〜7Hz,ArCH2),1.70(quint.2H,J 〜7Hz,ArCH2CH2)
〜1.2 〜1.4(m,14H,CH2 x7),0.88(t,3H,J 〜7Hz,CH3)
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図24に示す。
(実施例9)
化13は以下の方法により合成した。
アルゴン雰囲気下、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(190mg,0.52mmol)、ビス(ピナコレート)ジボラン(150mg,0.59mmol)、酢酸カリウム(76mg,0.77mmol)、[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウムジクロライド・ジクロロメタン付加体(PdCl(dppf),7mg(0.008mmol)をジメチルスルホキシド(3ml)の溶液とし、90℃にて19時間加熱攪拌した。反応液に水を加え、不溶物を濾過した後、濾液をクロロホルムで抽出した。水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧にて濃縮後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、2−([1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボランを140mg(収率:74%)で得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.40(s,1H),7.93−7.88(m,4H),
7.44(ddd,J=0.9Hz,J=5.4Hz,J=8.0Hz,1H),7.40(ddd,J=0.9Hz,J=5.4Hz,J=8.0Hz,1H),
1.39(s,12H).
アルゴン雰囲気下、2−([1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(150mg,0.59mmol)、2−ブロモ−5’−オクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(130mg,0.39mol)、炭酸セシウム(130g,0.40mmol)を1,2−ジメトキシエンタン/水(10m/1ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(23mg,0.02mmol)を加え、95℃で19時間加熱撹拌した。反応液を濃縮後、クロロホルムにて抽出した。有機層は水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて濃縮した後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化13で示される化合物を70mg(収率:50%)で得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ):8.13(d,J=1.5Hz,1H),7.93(dd,J=1.5Hz,J=7.5Hz,1H),
7.89(m,2H),7.87(d,J=7.5Hz,1H),7.71(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.52(s,1H),7.47(ddd,J=1.5Hz,J=7.5Hz,J=.6Hz,1H),7.41(ddd,J=1.5Hz,J=7.5Hz,J=.6Hz,1H),6.97(s,1H),2.90(t,J=7.5Hz,2H),1.72−1.67(m,2H),1.42−1.20(m,10H),0.93(t,J=6.0Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図25に示す。
(実施例10)
化14は以下の方法によって合成した。
アルゴン雰囲気下、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(160mg,0.44mmol)、5−オクチルベンゾチオフェン110mg,0.44mol]、炭酸セシウム(140mg,0.44mmol)、トリフェニルホスフィン(12mg,0.04mmol)、ヨウ化銅(84mg,044mmol)、酢酸パラジウム(5mg,0.02mmol)をジメチルホルムアミド(5ml)に溶かし、150℃で48時間加熱撹拌した。反応液中の不溶物を濾過後、濾液に水を加えクロロホルムで抽出し、水洗後、硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧にて濃縮後、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化14の化合物を15mg(収率:7%)で得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=1.5Hz,1H),7.96(d,J=8.1Hz,1H),
7.95−7.89(m,2H),7.72−7.69(m,1H),7.69(s,1H),7.48(d,J=6.0Hz,1H),7.51−7.39(m,4H)
,2.73(t,J=7.8Hz,2H),1.77−1.60(m,2H),1.42−1.20(m,10H),0.88(t,J=6.6Hz,3H).
(実施例11)
化15は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−プロピルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(88mg,0.36mol)から化15の化合物45mg(収率:42%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=0.9 Hz,1H),7.94(dd,J=0.9 Hz,J=6.3Hz,2H),
7.89(d,J=5.7Hz,1H),7.69(dd,J=0.9Hz,J=6.3Hz,1H),7.61(d,J=6.0Hz,2H),
7.49−7.39(m,2H),7.30(d,J=6.0Hz,2H),2.66(t,J=5.4Hz,2H),1.75−1.66(m,2H),
0.99(t,J=5.4Hz,3H).
本明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図26に示す。
(実施例12)
化16は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−ブチルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(64mg,0.36mol)から化16の化合物40mg(収率:36%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ):8.11(d,J=0.9 Hz,1H),7.94(dd,J=0.9 Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=0.9Hz,J=6.3Hz,1H),7.60(d,J=6.3Hz,2H),
7.48−7.38(m,2H),7.30(d,J=6.3Hz,2H),2.68(t,J=6.0Hz,2H),1.68−1.64(m,2H),
1.44−1.38(m,2H),0.96(t,J=5.4Hz,3H).
(実施例13)
化17は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−ペンチルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(100mg,0.36mol)から化17の化合物90mg(収率:78%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=0.9 Hz,1H),7.93(dd,J=0.9 Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=0.9Hz,J=6.3Hz,1H),7.60(d,J=6.3Hz,2H),
7.47−7.41(m,2H),7.30(d,J=6.3Hz,2H),2.67(t,J=6.0Hz,2H),1.70−1.60(m,2H),
1.37−1.32(m,4H),0.92(t,J=5.0Hz,3H).
(実施例14)
化18は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−ヘキシルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(100mg,0.36mol)から化18の化合物50mg(収率:42%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=1.2 Hz,1H),7.93(dd,J=1.2Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=1.2 Hz,J=6.3Hz,1H),7.61(d,J=6.3Hz,2H),
7.49−7.39(m,2H),7.30(d,J=6.3Hz,2H),2.67(t,J=6.0Hz,2H),1.69−1.60(m,2H),
1.35−1.29(m,6H),0.90(t,J=5.0Hz,3H).
(実施例15)
化19は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−ヘプチルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(110mg,0.36mol)から化19の化合物40mg(収率:32%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=0.9 Hz,1H),7.92(dd,J=0.9Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=5.4Hz,1H),7.69(dd,J=0.9Hz,J=6.0Hz,1H),7.60(d,J=6.3Hz,2H),
7.49−7.39(m,2H),7.30(d,J=6.3Hz,2H),2.67(t,J=5.7Hz,2H),1.70−1.68(m,2H),
1.35−1.25(m,8H),0.89(t,J=5.0Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図27に示す。
(実施例16)
化20は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(110mg,0.30mmol)と2−(4−オクチルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(84mg,0.36mol)から化20の化合物100mg(収率:78%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=1.2Hz,1H),7.93(dd,J=1.2Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=1.2Hz,J=6.3Hz,1H),7.60(d,J=6.3Hz,2H),
7.47−7.39(m,2H),7.30(d,J=6.3Hz,2H),2.67(t,J=6.3Hz,2H),1.69−1.65(m,2H),
1.35−1.29(m,10H),0.90(t,J=5.1Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図28に示す。
(実施例17)
化21は、実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(160mg,0.43mmol)と2−(4−ノニルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(170mg,0.52mol)から化21の化合物120mg(収率:66%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ):8.11(d,J=0.6Hz,1H),7.92(dd,J=0.6Hz,J=6.3Hz,2H),
7.90(d,J=5.4Hz,1H),7.69(dd,J=0.9Hz,J=6.0Hz,1H),7.60(d,J=6.0Hz,2H),
7.49−7.39(m,2H),7.29(d,J=6.0Hz,2H),2.67(t,J=6.0Hz,2H),1.71−1.63(m,2H),
1.35−1.28(m,12H),0.87(t,J=5.4 Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図29に示す。
(実施例18)
化22は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(160mg,0.43mmol)と2−(4−デカニルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(180mg,0.52mol)から化22の化合物130mg(収率:66%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=0.9Hz,1H),7.92(d,J=6.3Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=1.2Hz,J=6.3Hz,1H),7.61(d,J=6.0Hz,2H),
7.47−7.41(m,2H),7.29(d,J=6.0Hz,2H),2.67(t,J=6.0Hz,2H),1.69−1.65(m,2H),
1.35−1.27(m,14H),0.86(t,J=4.8Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図30に示す。
(実施例19)
化23は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(160mg,0.43mmol)と2−(4−ドデカニルフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(250mg,0.52mol)から化23の化合物120mg(収率:58%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.11(d,J=0.9Hz,1H),7.93(dd,J=0.9Hz,J=6.0Hz,2H),
7.89(d,J=6.0Hz,1H),7.69(dd,J=1.2Hz,J=6.3Hz,1H),7.60(d,J=6.0Hz,2H),
7.49−7.39(m,2H),7.29(d,J=6.3Hz,2H),2.66(t,J=6.0Hz,2H),1.70−1.63(m,2H),
1.35−1.27(m,18H),0.88(t,J=4.8Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図31に示す。
(実施例20)
化24は以下に記述する方法によって、[ 1 ]benzothieno[3,2−b][ 1 ]benzothiophene(BTBTと略す)から、以下の(化15)示すスキームにより合成した。なお、下記スキーム中の化合物番号(4−1)〜(4−5)は、それぞれ(24−1)〜(24−5)の意味であり、化合物番号(4)は(24)の意味である。
化24−2(2−decylBTBT)は文献(Liquid Crystals 2004,31,1367 − 1380 及び Collect.Czech.Chem.Commun.2002,67,645 − 664)に従いBTBTから2工程(Friedel− Craftsアシル化、Wolff− Kishner還元)で合成した。
化24−3(2− decyl − 7 − nitroBTBT)の合成
化24−2(2.48 g ,6.52 mmol)のジクロロメタン(160 mL)溶液を−50℃に冷却し(固体を析出する)、発煙硝酸の1.2Mジクロロメタン溶液(12 mL)を30分で滴下した。−50℃で更に2時間撹拌した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(〜13 mL)を加え反応を停止した。分液して下層を取り、10%食塩水で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥し濃縮乾固して粗製固体(2.75 g)を得た。この固体を2‐ブタノン(〜40 mL)から再結晶化し、化24−3の黄色結晶、1.86g(収率、67%)を得た。
H−nmr(270 MHz,CDCl3): δ8.83(d,1H,J 2.2 Hz,H−6),8.31(dd,1H,J 8.8 ,2.2 Hz,H−8),7.92(d,1H,J 8.8 Hz,H−9),7.84(d,1H,J 8.2 Hz,H−4),7.75(d,1H,J 1.4 Hz,H−1),7.33(dd,1H,J 8.2 ,1.4 Hz,H−3),2.78(t,2H,J 〜7.5 Hz,ArCH2),1.71(quint.2H,J 〜7.5 Hz,ArCH2CH2),〜1.2〜1.4(m,14H,CH2 x 7),0.88(t,3H,J 〜7Hz,CH3)
化24−4(7 − decylBTBT−2 − amine)の合成
化24−3(1.28 g,30 mmol),錫(0.92 g)を酢酸(15 mL)に懸濁し、約70℃で加熱、撹拌下、濃塩酸(2.7 mL)をゆっくりと滴下した。さらに100℃で1時間反応後、10℃以下に冷却し固体を濾取した。この固体をクロロホルム(〜100 mL)に取り、濃アンモニア水、飽和食塩水で順次洗い、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、濃縮乾固し粗製固体(1.1 g)を得た。この固体をシリカゲルカラム(クロロホルム−シクロヘキサン1:1、1%トリエチルアミンを添加)で分離精製し、石油ベンジンから結晶化し、微灰色の化24−4の化合物0.86g(収率、72%)を得た。
H−nmr(270 MHz,CDCl3): δ 7.68(d,1H,J 8.2 Hz,H−9),7.67(broadened s,1H,H−6),
7.62(d,1H,J 8.4 Hz,H−4),7.23(dd,1H,J 1.5 ,8.2Hz,H−8),7.16(d,1H,J 〜2Hz,H−1),6.81(dd,1H,J 〜2 ,8.4Hz,H−3),3.84(slightly broadened s,〜2H,NH2),2.73(t,2H,J 〜7.5Hz,ArCH2),1.68(quint.2H,J 〜7.5Hz,ArCH2CH2),〜1.2〜1.4(m,14H,CH2 x 7),0.87(t,3H,J 〜7Hz,CH3)
化24−5(2 − decyl − 7 − iodoBTBT)の合成
化24−4(396 mg,1 mmol)のジクロロメタン(15mL)溶液に−15℃冷却下、BF3−Et2O(216 mg),亜硝酸t‐ブチル(126 mg)を滴下した。約1時間で反応温度を5℃まで上げた後、沃素(400mg),沃化カリウム(330 mg)、沃化テトラブチルアンモニウム(25 mg)のジクロロメタン−THF混液(1: 2 ,3mL)の溶液を加えた。さらに加熱環流下、8時間反応した後、クロロホルムで希釈し、10%チオ硫酸ナトリウム、5M水酸化ナトリウム、10%食塩水で順次洗い、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮乾固した。得られた濃褐色の粗製固体(500 mg)をシリカゲルカラム(クロロホルム−シクロヘキサン、1:1)で精製し、クロロホルム−メタノールから結晶化した。さらに、リグロインから再結晶化し、化24−5の化合物228mg(収率、45%)を得た。
H−nmr(500MHz,CDCl3): δ 8.23(d,1H,J 1.4Hz,H−6),7.77(d,1H,J 8.2Hz,H−4),7.72(dd,1H,J 1.4,8.2Hz,H−8),7.71(d,1H,J 1.4Hz,H−1),7.59(d,1H,J 8.2Hz,H−9),7.29(dd,1H,J 1.4,8.2Hz,H−3),2.76(t,2H,J 7.8Hz,ArCH2),1.69(quint.,2H,J 〜7.5Hz,ArCH2CH2),〜1.2〜1.4(m,14H,CH2 x 7),0.88(t,3H,J 〜7Hz,CH3)
化24(2−decyl − 7 − phenylBTBT)の合成
化−24−5(228 mg,0.45 mmol)のジオキサン(8mL)溶液に、2Mリン酸三カリウム(0.45mL)、フェニルボロン酸(東京化成工業、110mg,0.9 mmol)を加え、20分アルゴンガスをバブリングした後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業、30mg,0.025mmol),トリシクロヘキシルホスフィン(和光純薬工業、13mg、0.045mmol)を加え、95℃で22時間加熱撹拌した。反応液をクロロホルムで希釈し、10%食塩水で洗い、下層を濃縮乾固して粗製固体(293mg)を得た。この固体をトルエンから再結晶化し、化24の化合物130mg(収率、63%)を得た。
H−nmr(500MHz,CDCl3): δ 8.12(d,1H,J 1.8Hz,H−6),7.92(d,1H,J 8.2Hz,H−9),7.79(d,1H,J 7.8Hz,H−4),7.73(br.s,1H,H−1),7.69(d x 2,3H,H−8,2’,6’(‘ denote Ph)),7.49(t,2H,J 〜8Hz,H−3’,5’),7.38(tt,1H,J>1,〜8Hz,H−4’),7.29(dd,1H,J>1,7.8Hz,H−3),2.77(t,2H,J 〜7Hz,ArCH2),1.70(quint.2H,J 〜7Hz,ArCH2CH2),〜1.2〜1.4(m,14H,CH2x7),0.88(t,3H,J 〜7Hz,CH3)
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図32に示す。
(実施例21)
化25は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(130mg,0.35mmol)と2−(2−オクチル−6−ナフチル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(140mg,0.39mol)から化25の化合物13mg(収率:8%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.26(s,1H),8.09(m,1H),8.00−7.79(m,6H),
7.68(dd,J=1.2Hz,J=8.4Hz,1H),7.49−7.35(m,4H),2.80(t,J=7.5Hz,2H),1.76−1.71(m,2H),
1.39−1.28(m,10H),0.88(t,J=6.9Hz,3H).
(実施例22)
化26は実施例1と同様方法により、2−アイオド[1][ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(150mg,0.41mmol)と2−(4−オクチルビフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(190mg,0.49mol)から化26の化合物25mg(収率:12%)を得た。
H−NMR(300MHz,CDCl,δ): 8.19(s,1H),7.95(dd,J=1.2Hz,J=8.1Hz,1H),
7.99−7.90(m,3H),7.80−7.69(m,6H),7.60(d,J=7.8Hz,2H),7.50−7.33(m,2H),2.67(t,J=7.5Hz,2H),1.90−1.85(m,2H),1.41−1.30(m,10H),0.88(t,J=6.6Hz,3H).
(実施例23)
化27は以下の方法によって合成した。
ナフト[2,3−b]チオフェン(0.50g,2.7mmol)をTHF(20ml)に溶かし0℃に冷却した。n−ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液,1.7ml(2.8mmol)を滴下し、0℃にて1時間撹拌した。トリブチル錫クロリド(0.91g,2.8mmol)のTHF(2ml)溶液を滴下した。反応液を室温に戻し、3時間撹拌した。反応液にジエチルエーテル(65ml)を加え、しばらく撹拌した後、不溶物を濾過した。濾液を減圧にて濃縮し、茶色の油状物を得た。油状物をトルエン(30ml)に溶かし、2−ブロモ−5−オクチルチオフェン(0.55g,2.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(97mg,0.08mmol)を加え、アルゴン雰囲気下、95℃で17時間加熱撹拌した。反応液を濾過し、黄色の析出物を得た。トルエンで洗浄後、乾燥した。ヘキサンから再結晶を行い、化27の化合物を0.39g(収率:52%)で得た。
H−NMR(300MHz,CDCl): 8.23(s,1H)8.17(s,1H),7.94−7.85(m,2H),
7.47−7.39(m,2H),7.38(s,1H),7.16(d,J=3.6Hz,1H),6.75(d,J=3.6Hz,1H),
2.83(t,J=7.8Hz,2H),1.76−1.62(m,2H),1.45−1.24(m,10H),0.91(t,J=6.6Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図33に示す。
(実施例24)
化28は以下の方法によって合成した。
2−ブロモアントラセン(0.5138g、0.002モル)、4−ドデシルベンゼンボロン酸0.5976g(0.002モル)の無水THF40ml溶液に、フッ化セシウム(0.607g、0.004モル)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(34.7mg、1.5mol%)、を加え、48時間還流した後、室温まで冷却し濾過した。メタノールでよく洗い、祖結晶0.480gを得た。更にシリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶離液シクロヘキサン)、n―ヘキサンから再結晶をおこない化28の淡黄色結晶0.390g(収率、46%)を得た。
H−nmr(500MHz,CDCl3): δ8.46(s,1H),8.43(s,1H),8.16(s,1H),8.07(d,1H),8.0(m,2H)
7.76(dd,1H),7.70(d,2H),7.46(m,2H),7.32(d,2H),2.68(t,2H),1.68(t,2H),1.54(s,2H),1.38〜1.24(m,18H),0.88(t,3H)
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図34に示す。
(実施例25)
化29は以下の方法によって合成した。
化29(2−(5−ヘキシル−2−チエニル)アントラセン)の合成
2−ブロモアントラセン0.5138g(0.002モル)、トリブチルー(5−ヘキシルー2−チエニル)ースタンナン(0.670g、0.002モル)のトルエン溶液に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(67.0mg、)を加え、24時間還流した後室温まで冷却し、水(50ml)に注ぎジクロロメタンで数回抽出し、6M HCl、水で洗い硫酸マグネシウムで乾燥し溶媒を減圧により除いた。シリカゲルーカラムクロマトグラフィ(溶離液シクロヘキサン)の後、n―ヘキサンから再結晶をおこない化29の淡黄色結晶0.310g(収率、50%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図35に示す。
(実施例26)
化30はアントラ[2,3−b]チオフェン−5,10 ジオンを合成し、つぎに、それを還元して、アントラ[2,3−b]チオフェンを得たのち、2−トリブチルスタンニル−アントラ[2,3−b]チオフェンに変換し、それを4−ドデシル−ブロモベンゼンとのカップリングさせ合成した。
チオフェン−2,3−ジカルボアルデヒド(2.8g,0.020モル)、1,4−ジヒドロキシナフタレン(3.2g,0.020モル)と乾燥ピリジン(20ml)をアルゴン中で6時間還流し、その後室温まで冷却し約50mlの水を加えた。析出した固体を濾過し水、エタノール、アセトンで良く洗った。茶褐色の固体3.28g(収率、62%)を得た。
Hnmr:(500MHz、CDCl):δ8.82(s,1H),8.73(s,1H),8.34〜8.31(m,2H),7.79〜7.77(dd,2H),7.76〜7.74(d,1H),7.56〜7.55(d,1H)
アントラ[2,3−b]チオフェン−5,10 ジオン(2.64g、0.010モル)を0℃に冷却したリチウムアルミニウムハイドライド(LiAlH,1.52g,0.040モル)を加えた乾燥THF(100ml)中に加え、0℃で約一時間拡販した。更に0.76gのLiAlHを加え室温で2時間拡販した。0℃に冷やしながら、6M−塩酸100mlを少しずつ加えた。室温にして約30分した。析出した固体を濾過し、水、エタノール、酢酸エチル、ヘキサンで洗った。(祖収量1.67g、71%)更にシリカゲルーカラムクロマトグラフィ(溶離液トルエン)を行い黄色の結晶1.20g(収率49%)を得た。
Hnmr:(500MHz、CDCl):δ8.59(s,1H),8.53(s,1H),8.51(s1H),8.49(s,1H),8.0〜7.99(dd,2H),7.48〜7.46(d,1H),7.43〜7.40(dd,2H),7.40〜7.39(d,1H)
アントラ[2,3−b]チオフェン(0.702g,0.003モル)を乾燥THF(10ml)に溶かし、−78℃に冷却し、n−BuLi(1.6M/hexane溶液)1.88mlを加え約一時間撹拌し、トリブチルスタンニルクロライド(9.977g,0.003モル)加え室温に上げて二時間撹拌した。ジクロロメタンを加え、飽和塩化アンモニウム水溶液で洗い、更に水で洗い飽和食塩水で洗い硫酸ナトリウムで乾燥した。減圧下溶媒を除き、次の反応に進んだ。
2−トリブチルスタンニルーアントラ[2,3−b]チオフェン(0.003モル)、4−ドデシルーブロモベンゼン(1.07g,0.003モル)の乾燥THF溶液にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2mol%)加え24時間還流した。室温に冷却し水50mlに注ぎ込みジクロロメタンで抽出した。有機相を6M塩酸、水で洗い硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧により溶媒を除いた。シリカゲルーカラムクロマトグラフィ(溶離液;シクロヘキサン→シクロヘキサン/トルエン2/1)精製した。
黄色の結晶を0.15g(収率、10.5%)得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図36に示す。
(実施例27)〜(実施例30)
本実施例では、下記化49〜52の化合物を上記実施例と同様の条件下に、2−decyl−7−iodoBTBTと、対応するボロン酸(夫々、p−メチルフェニルボロン酸、m−メチルフェニルボロン酸、o−メチルフェニルボロン酸、5−メチル−2−チオフェンボロン酸、何れも和光純薬工業製)との鈴木カップリング反応で合成した。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図38〜41に示す。
(実施例31)
化53:2−デシル−7−パーフルオロフェニルBTBT(FP−BTBT−10)の合成
(パーフルオロフェニル基は通常の鈴木反応の条件では導入が困難であることが知られており、文献記載の方法(Organic Letters 7,4915,2005)に従って合成した)
2−decyl−7−iodoBTBT(152 mg,0.3 mmol)のDMF(4mL)とDME(2mL)の溶液にペンタフルオロフェニルボロン酸(Aldrich,80mg),Pd2(dba)3(トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム14 mg),tri−t−Butylphosphine(0.012 mL),Ag2O(83 mg),CsF(91 mg)を加え、10分間アルゴンガスをバブリングした後、100℃で20時間反応した。固体を濾去し、クロロホルムで洗い濃縮した。残渣をメタノール−水から固体を生ぜしめ、濾取した(100mg)。この固体をクロロホルム溶液からシリカゲルに吸着させこれをシリカゲルカラムにかけ、シクロヘキサンで溶出して精製した。溶離液を濃縮乾固し(46mg)クロロホルム−イソオクタンから再結晶化し、化53,32 mg(収率、20%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図42に示す。
(実施例32)
化54:2−シクロヘキセン−1−イル−7−デシルBTBT(Che−BTBT−10)
化55:2−シクロペンテン−1−イル−7−デシルBTBT(CPe−BTBT−10)
下記に示すように化54はシクロヘキセンボロン酸ピナコールエステル(A,Aldrich)、化55はシクロペンテンボロン酸ピナコールエステル(B,J.Org.Chem.74,7715,2009 に従って合成)と2−decyl−7−iodoBTBTの鈴木反応で同一条件下、合成した。
化55の合成例
2−decyl−7−iodoBTBT(135mg、0.267mmol)、試薬B(103mg、0.53 mmol)のジオキサン(6 mL)溶液に2Mリン酸三カリウム(0.27 mL)を加え20分アルゴンガスをバブリングした後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(15mg),トリシクロヘキシルホスフィン(7 mg)を加え、100℃で24時間反応した。反応液を冷却し生じた固体を濾取した。この固体(100mg)をクロロホルム溶液からシリカゲルに吸着させ、シリカゲルカラムにかけシクロヘキサン−クロロホルム(20: 1)で溶出し、濃縮し生じた固体を濾取した。この固体(56mg)をリグロインから再結晶化し、化55,54mg(収率45%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図43〜44に示す。
(実施例33)
化56: 1−(7−デシルBTBT−2−)ピペリジン(Pip−BTBT−10)
(Buchwald− Hartwig反応の条件に準じて合成)
2−decyl−7−iodoBTBT(51 mg,0.1 mmol)、ピペリジン(10 mg)のトルエン溶液(2 mL)にNaOtBu(13 mg),Pd2(dba)3(〜4mg),racBINAP(〜4mg)を加え、95℃で40時間反応した。クロロホルムで常法の後処理後、粗製固体(46 mg)をシリカゲルカラム(シクロヘキサン−クロロホルム、2:1)続いて、アルミナカラム(シクロヘキサン−クロロホルム、4:1)で精製し、IPA−リグロインから再結晶化し、化56、9.2mg(収率、20%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図45に示す。
(実施例34)
化57: 1−(7−デシルBTBT−2−)1Hピロール(Pyr−BTBT−10)
7−デシル−BTBT−2−アミン(40mg、0.1mmol)のトルエン溶液(1mL)に酢酸(0.5mL)、2,5−dimethoxytetrahydrofuran(40 mg,0.3 mmol)を加え、95℃で4時間加熱した。クロロホルムで常法の後処理し得られた粗製固体(42 mg)をシリカゲルカラム(シクロヘキサン)で精製しリグロインから再結晶化し、化57,15 mg(収率、34%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図46に示す。
(実施例35)
化58:7,7’−(テトラメチルビフェニル)−ビス(2−デシルBTBT)(Me4BP(10−BTBT)2)
下記スキームに従って合成した。ジボロン酸ピナコールエステル(C、新規化合物)はD(J.Amer.Chem.Soc.131,13074,2009)から宮浦―石山の方法に従って合成した。
i:Cの合成
化合物D(231 mg,0.5 mmol)と化合物E(bis(pinacolato)diboron ,290 mg ,0.63 mmol)のDMSO(8mL)溶液に、PdCl2(dppf)−CH2Cl2(43 mg),酢酸カリウム(300mg)を加え、アルゴンガスを10分間バブリングした後、90℃で21時間反応した。ジイソプロピルエーテルで抽出し(10mLx3)10%食塩水で洗浄、硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮乾固した。シリカゲルカラム(シクロヘキサン−酢酸エチル、19:1)で精製し、化合物C,206mg(収率、89%)を得た。
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図47に示す。
ii:化58の合成
化合物C(69 mg,0.15 mmol)、2−decyl−7−iodoBTBT(190mg、0.375 mmol)のジオキサン(7mL)溶液に2Mリン酸三カリウム(0.3mL)を加え10分間アルゴンガスをバブリングした後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(14mg)、トリシクロヘキシルホスフィン(7mg)を加え、95℃で45時間反応した。クロロホルムで常法により後処理し、得られた粗製固体(200mg)をクロロホルム溶液からシリカゲルに吸着させ、シリカゲルカラムにかけ(シクロヘキサン――シクロヘキサン−クロロホルム、5:1)精製した。続いてクロロホルム−リグロインで再結晶化し、化58,36 mg(収率25%)を得た。
(実施例36)
アルゴン雰囲気下、2−ブロモベンゾ[d,d’]チエノ[3,2−b;4,5−b’]ジチオフェン(120mg,0.36mmol)、2−(5−オクチルチオフェン−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(130mg,0.41mmol)、炭酸セシウム(180mg,0.54mmol)をDMF(5ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(8mg,007mmol)を加え、95℃にて20時間加熱撹拌した。反応液を酢酸エチルで抽出し、水洗後、硫酸マグネシウムで乾燥した。酢酸エチル層を濃縮し、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化59、20mg(収率:13%)を得た。
H−NMR(500MHz,CDCl,δ):7.86(d,J=7.5Hz,1H),7.80(d,J=8.5Hz,1H),7.43(t,J=8.0Hz,1H),7.35(t,J=8.0Hz,1H),7.34(s,1H),7.05(d,J=4.0Hz,1H),6.72(d,J=4.0Hz,1H),2.85(d,J=8.0Hz,2H),1.72(m,2H),1.28(m,10H),0.89(t,J=7.0Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図49に示す。
(実施例37)
実施例36と同様方法により、2−ブロモベンゾ[d,d’]チエノ[3,2−b;4,5−b’]ジチオフェン(73mg,0.22mmol)と4−オクチルフェニルボラン酸(61mg,0.26mol)から化60、57mg(収率:60%)を得た。
H−NMR(500MHz,CDCl,δ):7.87(d,J=7.5Hz,1H),7.82(d,J=7.5Hz,1H),7.57(d,J=8.5Hz,2H),7.53(s,1H),7.44(t,J=7.5Hz,1H),7.35(t,J=7.3Hz,1H),7.24(d,J=8.5Hz,2H),2.63(t,J=7.5Hz,2H),1.64(m,2H),1.30(m,10H),0.89(t,J=7.5Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図50に示す。
(実施例38)
アルゴン雰囲気下、2−(ナフト[2,3−b]チエニル−2−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボラン(130mg,0.41mmol)、炭酸セシウム(200mg,063mmol)をDMF(5ml)に溶かし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(6mg,005mmol)を加え、95℃にて19時間加熱撹拌した。反応液をジクロロメタンで抽出し、水洗後、硫酸マグネシウムで乾燥した。ジクロロメタン層を濃縮し、残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化61で示される化合物50mg(収率:32%)を得た。
H−NMR(500MHz,CDCl,δ):8.30(s,1H),8.24(s,1H),7.95(t,J=4.5Hz,1H),7.89(t,J=4.5Hz,1H),7.68(d,J=8.5Hz,2H),7.61(s,1H),7.45(m,1H),7.28(d,J=8.5Hz,2H),2.65(d,J=7.0Hz,2H),1.64(m,2H),1.26(m,10H),0.89(t,J=7.0Hz,3H).
明細書に記載の判定法を用いて、この物質のテクスチャー観察を行った結果を図51に示す。
(実施例39)
本明細書に記載の好適な液晶物質をスクリーニングする偏光顕微鏡によるテクスチャー観察を行った結果を図17〜54に示す。20℃で観測されるテクスチャーには、亀裂や空隙による黒い線状、あるいは、微小な領域が見られるのに対し、結晶化する前の温度領域に現れる相には、黒い線状や領域は見られず、そのテクスチャーは明らかに、シュリーレンテクスチャーに特徴付けられるネマチック相やFan−likeテクスチャーに特徴付けられるSmA相やSmC相ではなく、より高次の相であることが確認できた。これらの物質は本スクリーニングの視点から、本発明に該当する物質であることが確認できた。
(実施例40)
走査型示差熱分析装置によって測定した化5〜化61までのうち表に記載の化合物に関する相転移挙動を前記表9〜15に示す。
Iは等方相、Nはネマティック相、SmAはスメクチックA相、SmEはスメクチックE相、SmXは高次のスメクチック相、もしくは、準安定な結晶相、Kは結晶相を表す。
(実施例41)
本方法によって設計、合成された液晶物質が有機半導体として優れた特性を示すことを示すため、time−of−flight法による過渡光電流測定の測定を行い、その移動度を見積もった例を表17、18に示す。
測定は、以下の方法によって行った。ITO透明電極つきのガラス基板2枚をスペーサーを含む熱硬化性樹脂で張り合わせたセル厚13〜17μmのセル(市販品:EHC社製)を各化合物の等方相温度に加熱しておき、少量のサンプルをセルの開口部に接触させ、毛細管現象を利用して、サンプルをセルに注入した。ヒーターを内在した試料ステージにセルを固定し、電極に直流電圧を印加した。パルス幅600psの窒素パルスレーザーを照射し、その際に流れる電流をデジタルオシロスコープで測定した。その際に、光照射によって流れる光電流の積分値(電荷量)がセルの幾何学的電気容量の10%以内となるように、光照射強度を調整し空間電荷による波形のゆがみを起こさないように注意した。
化9のSmE相にあたる150℃で測定した過渡光電流波形には、図5、図6に示すように、明確な電荷の走行を示す肩が現れており、その肩から電荷の走行時間を見積もり、移動度を算出したところ、光照射側電極を正に印加した場合、つまり、正孔の輸送が電流を支配する条件においては、移動度は0.2cm/Vs、負に印加した場合、つまり、電子の走行が支配する条件では、移動度は、同様に、0.2cm/Vの極めて高い移動度をした。これらの移動度は、電場に依存しないことが確認された。この結果から明らかなように、本物質は、光伝導性を示し、高い移動度をもつことから有機半導体として優れた特性を示すことは明らかである。また、本time−of−flight法による過渡光電流の測定は、パルス光照射に対応した光電流を観測していることから明らかなように、光照射に伴う高速の光信号が得られており、高応答速度を持つ光センサーとして利用できることを実証している。
(実施例42)
実施例41と同様に、化10を用いて、13μmの厚さのセルを用いてtime−of−flight法により、そのSmE相を示す200℃で過渡光電流を測定したところ、図7に示す波形が得られた。この波形から明らかなように、正孔の走行時間に対応した肩がみられ、この走行時間から正孔の移動度を見積もったところ、0.2cm/Vsの高い値が得られた。印加電圧における算出された移動度は電場に依存しないことが分かった。
(実施例43)
実施例41と同様に、化20を用いて、同様に16μmの厚さのセルに、化20を注入し、SmE相にあたる170℃でtime−of−flight法による過渡光電流を測定したところ、図8に示すように波形には走行時間を示すが肩が見られ、走行時間を決定できた。その値から移動度を見積もったところ、正孔の移動度として0.1cm/Vsの値が得られた。
(実施例44)
実施例41と同様に、化28を用いて、図9に示すように、高次のスメクチック相(Smx相)150℃で過渡光電流の測定を行い、移動度を見積もったところ、正孔の移動度として、0.3cm/Vsの極めて高い値が得られた。この正孔の移動度は、従来知られた棒状液晶物質のなかでは最も高い値である。
(実施例45)
time−of−flight法による過渡光電流の測定は直接、移動度を算出でき、有機半導体としての有用性を確認できる有効な方法であるが、より、実証的に、有機半導体材料としての有用性を、デバイス上で実証するため、合成した液晶物質を用いてFETを作製し、その特性を検討した。
有機トランジスタの具体的な作製方法
作製した有機トランジスタは、図10に示す構造とした。具体的には、基板上に有機半導体層を製膜し、その後、メタルマスクを介したソース・ドレイン電極を真空蒸着することにより作製した。以下にその詳細を記す。
<基板>
ゲート電極としてヘビードープしたシリコンウエハー(P−Si)、ゲート絶縁膜として熱酸化されたシリコン(SiO厚さ300nm)を用いた。この熱酸化膜シリコンウエハーを適度な大きさ(20×25mm)に切断後、この切断したシリコンウエハー(こののち基板と略す)を中性洗剤、超純水、イソプロピルアルコール(IPA)、アセトン、IPAの順に超音波洗浄を行った。
つぎに、液晶性有機半導体化合物を有機溶媒(ここではジエチルベンゼン)に溶解させ、溶液を調整した。溶液の濃度は1wt%から0.5wt%とした。この溶液、および、溶液を基板に塗布するガラス製のピペットは予め、ホットステージ上で所定の温度に加熱しておき、上記の基板をオーブン内に設置したスピンコータ上に設置し、オーブン内を所定の温度に昇温した後、溶液を基板上に塗布し、基板を回転(約3000rpm、30秒)させた。回転停止後、素早く取り出し室温まで冷却させた。膜厚が30〜50nmの液晶性有機半導体膜が得られた。
つぎに、有機半導体層を塗布した基板に真空蒸着法(2×10−6Torr)を用いて金電極(30から100nm)を蒸着することにより、ソース・ドレイン電極を形成した。ソース・ドレイン電極はメタルマスクを利用してパターンを蒸着することにより、チャネル長:チャネル幅=100μm:1000μm、50μm:1000μm、20μm:200μmを形成した。
次にトルエンを含んだスポンジを用いて、ソース・ドレイン電極およびチャネルを形成する領域以外をふき取ることにより、素子の分離を簡便に行った。
作製した有機トランジスタの評価は通常の大気雰囲気下において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に2電源のソース・メジャメントユニットを用いて、素子を流れる電流を測定し、電界効果トランジスタの伝達特性を調べた。移動度は、飽和領域(VDS=−50V)の伝達特性および飽和特性の式を用いて算出した。
表16に、表中に挙げた化合物を用いて作製したトランジスタの典型的な伝達特性(図11〜16に示す)から見積もった移動度を示した。
結晶相に隣接する温度領域に高次のSmE相を示す化24(P−BTBT−10)を用いて作製したトランジスタ、および、結晶相に隣接する温度領域に低次の液晶相であるSmA相を示すジデシルベンゾチエノベンゾティオフェン(10−BTBT−10)を用いて作製したトランジスタを所定の温度で5分間熱ストレスを与えた後、室温でトランジスタ特性から見積もった移動度を熱ストレス与えた際の温度でプロットした結果を図55に示した。結晶相に隣接する温度領域に高次のSmE相を示す化合物24で作製したトランジスタは150℃を超える温度で5分間加熱しても、高い移動度を保つのに対し、低次の液晶相であるSmA相を示す化合物では100℃を超える温度で5分間加熱すると移動度は大きく低下した。この結果から、素子の耐熱性の改善に高次の液晶相の発現が極めて有効であることが分かる。
また、表17および表18に、表に挙げた化合物を用いた場合のSmE相:正孔移動度を示した。
以上の実施例で得られた結果を、以下の表に纏める。
本発明により製造される液晶物質において、発現した高次の液晶相では、電荷輸送に有利な大きな芳香族π−電子縮環系をコア部に持つため、高い移動度が期待でき、均一で欠陥の少ない高品質な有機半導体として利用できる。
具体的な応用には、光センサー、有機EL素子、有機FET、有機陽電池、有機メモリー素子などに用いることが出来る。実施例に記載したtime−of−flight法による過渡光電流の測定は、被測定物質の光電流を測定した結果であり、これは、光センサーとして、実際に利用した事例である。また、実施例に記載したとおり、有機トランジスタ材料として利用できることも実証済みである。

Claims (5)

  1. 芳香族縮環系の構造を有する電荷輸送性分子ユニットAと;該ユニットと単結合で連結された、環状構造ユニットBを少なくとも有し、且つ、前記ユニットAと、ユニットBとの少なくとも一方に、側鎖としてユニットCを有する有機半導体材料であって;
    前記有機半導体材料が液晶相を示し、
    前記電荷輸送性分子ユニットAの縮環の数(NA)が3以上5以下であり、
    前記環状構造ユニットBの環の数(NB)と、前記NAが下記の関係を満たし、
    NA≧NB
    前記ユニットCが、炭素数2〜20の炭化水素、又は一般式(1)
    (式中、Xは、S、O、NHを表し、mは0〜17の整数、nは2以上の整数である)で表される基であり、
    電子移動度、正孔移動度または電界効果トランジスタ特性から求めた移動度のいずれかの移動度が0.1cm/Vs以上であることを特徴とする有機半導体材料。
  2. 前記ユニットA及びユニットBで構成されるコア部に分子形状に棒状の異方性を与えるユニットCがコア部の分子長軸方向に連結したものである請求項1に記載の有機半導体材料。
  3. 前記有機半導体材料が、スメクチック(Sm)液晶相を示す請求項1又は2に記載の有機半導体材料。
  4. 請求項1〜のいずれか1項に記載の有機半導体材料を用いてなる有機半導体デバイス。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の有機半導体材料を有機半導体層として用いる有機トランジスタ。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3428987B1 (en) * 2011-03-10 2020-02-26 Tokyo Institute of Technology Organic semiconductor material
US20120325305A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 International Business Machines Corporation Ohmic contact between thin film solar cell and carbon-based transparent electrode
TWI535726B (zh) 2012-09-10 2016-06-01 迪愛生股份有限公司 苯并噻吩苯并噻吩衍生物、有機半導體材料及有機電晶體
KR102067016B1 (ko) 2013-03-07 2020-01-16 디아이씨 가부시끼가이샤 유기 박막, 이것을 사용한 유기 반도체 디바이스 및 유기 트랜지스터
JP6188583B2 (ja) * 2014-01-06 2017-08-30 国立大学法人東京工業大学 2,7置換[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン誘導体の製造方法
US20170040550A1 (en) * 2014-04-25 2017-02-09 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Material for photoelectric conversion element for use in imaging element, and photoelectric conversion element including same
JP6592758B2 (ja) * 2014-08-29 2019-10-23 日本化薬株式会社 新規な縮合多環芳香族化合物及びその用途
TWI667795B (zh) * 2014-09-25 2019-08-01 日商富士軟片股份有限公司 有機場效電晶體、有機半導體結晶的製造方法及有機半導體元件
JP2016102087A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 Dic株式会社 有機結晶構造物、及びそれを与える有機化合物を含有する有機半導体材料
WO2016088793A1 (ja) * 2014-12-05 2016-06-09 日本化薬株式会社 有機化合物及びその用途
JP6309687B2 (ja) * 2015-03-11 2018-04-11 富士フイルム株式会社 有機半導体膜形成用組成物、及び、有機半導体素子
US10566548B2 (en) 2015-05-19 2020-02-18 Sony Corporation Image sensor, stacked imaging device and imaging module
WO2016203925A1 (ja) * 2015-06-17 2016-12-22 ソニー株式会社 光電変換素子
JP2017017216A (ja) * 2015-07-02 2017-01-19 Dic株式会社 半導体組成物、半導体インク
EP3342769B1 (en) 2015-08-28 2021-09-01 DIC Corporation Organic compound, method for manufacturing same, organic semiconductor material containing same, and organic transistor containing same
JP6656508B2 (ja) * 2015-09-30 2020-03-04 国立大学法人東京工業大学 ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、有機半導体材料、及び有機トランジスタ
JP6778367B2 (ja) * 2016-02-23 2020-11-04 国立大学法人東京工業大学 新規化合物およびそれを含有する半導体材料
CN108495833B (zh) 2016-03-17 2021-04-16 Dic株式会社 新型化合物及含有其的半导体材料
WO2018043725A1 (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 国立大学法人東京工業大学 有機半導体材料及び有機化合物並びに有機半導体装置
JP6833445B2 (ja) * 2016-10-18 2021-02-24 山本化成株式会社 有機トランジスタ
CN106866709A (zh) * 2017-03-04 2017-06-20 长春海谱润斯科技有限公司 一种咔唑间位连接苯并噻吩衍生物及其有机发光器件
CN110085741A (zh) * 2018-01-26 2019-08-02 北京大学深圳研究生院 一种半导体材料及制备方法和应用
CN109244242B (zh) * 2018-08-31 2020-06-16 华南师范大学 一种有机太阳电池及其制备方法
WO2020241582A1 (ja) * 2019-05-27 2020-12-03 オルガノサイエンス株式会社 有機トランジスタ材料及び有機トランジスタ
JP7316365B2 (ja) * 2019-09-25 2023-07-27 富士フイルム株式会社 化合物、組成物、膜、構造体及び電子デバイス
KR20220149666A (ko) * 2020-02-28 2022-11-08 닛뽄 가야쿠 가부시키가이샤 축합 다환 방향족 화합물
CN113735876B (zh) * 2021-02-03 2022-08-02 中国科学院化学研究所 一种不对称结构的苯并噻吩并噻吩并苯(btbt)衍生物及其制备方法与应用

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100366424B1 (ko) * 2000-08-14 2003-01-09 삼성종합화학주식회사 내충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌의 리액터얼로이
JP2005330185A (ja) * 2004-05-18 2005-12-02 Takasago Internatl Corp ジチア−s−インダセン誘導体
JP2006248948A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Dainippon Printing Co Ltd 液晶性有機化合物、有機半導体構造物及び有機半導体装置並びに液晶性有機化合物の製造方法
JP2006339474A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Dainippon Printing Co Ltd 有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置
CN101400761B (zh) * 2006-03-13 2016-03-09 Jnc株式会社 液晶组成物及液晶元件
JP5167560B2 (ja) 2006-03-31 2013-03-21 日本化薬株式会社 電界効果トランジスタ
WO2008047896A1 (fr) 2006-10-20 2008-04-24 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Transistor à effet de champ
JP5419337B2 (ja) * 2007-09-02 2014-02-19 独立行政法人科学技術振興機構 ネマティック液晶性有機半導体材料
WO2009038120A1 (ja) 2007-09-21 2009-03-26 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha 電界効果トランジスタ
JP5498680B2 (ja) * 2008-10-02 2014-05-21 山本化成株式会社 有機トランジスタ
JP5352260B2 (ja) 2009-02-02 2013-11-27 山本化成株式会社 有機トランジスタ
JP5664479B2 (ja) 2010-07-06 2015-02-04 Jnc株式会社 新規液晶性化合物および該化合物を含有する有機半導体素子
EP3428987B1 (en) * 2011-03-10 2020-02-26 Tokyo Institute of Technology Organic semiconductor material

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