JP6884748B2 - ジチオアルキルピロロピロール類および色素としてのその使用 - Google Patents

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Description

本発明は有機色素化学の分野にあり、ジチオアルキルピロロピロール類に基づく新規な二色性色素と、その製造方法と、およびその使用に関する。
室内への光の進入を制御するデバイスの分野では、耐久性のある高性能なデバイスを得ることができる技術的解決法に興味がある。
これらのデバイスに有利なアプローチは、少なくとも1種類の二色性色素と組み合わせた少なくとも1種類の液晶化合物の混合物を含むスイッチ層の使用である。電圧を印加することで、これらのスイッチ層内において色素分子の空間配向の変化を達成でき、それらの吸収、よってスイッチ層を通過する透過率の変化がもたらされる。対応するデバイスは例えば、国際公開第2009/141295号(特許文献1)に記載されている。
所謂リレン色素、具体的にはペリレンおよびテリレン誘導体は前記デバイスでの使用について例えば、国際公開第2009/141295号(特許文献2)および国際公開第2013/004677号(EINDHOVEN大学)(特許文献3)に記載されているが、それらの安定性は窓での使用に対する極端な要求を満たさない。
またベンゾチアジアゾールおよびジケトピロロピロール誘導体、そのような色素を構築するブロックとしても既知である。しかしながら、これらの化合物は赤色および黄色の色空間を充足するのに更に適している。適切な光安定性および強い二色性を有する青色および緑色の色素は一般にリレン構造に基づいており、液晶混合物におけるそれらの溶解性に関して問題がある。
これに関連して、先行技術から以下の刊行物を参照する。
ジケトピロロピロール骨格を有する化合物は既に、ある程度既知である。欧州特許出願公開第0094911号明細書(CIBA社)(特許文献4)には、置換基としてアリール基を含有するジケトピロロピロール化合物をどのようにして効率的に調製できるかが記載されている。
更に、このクラスの化合物を蛍光マーカーおよび有機半導体の構成要素として使用することおよび対応する半導体デバイスが既知である(国際公開第2004/090046号、BASF社(特許文献5))。
Adv.Mater.第24巻、第1582〜1588頁(2012年)に刊行されたG.QianおよびZ.Wangによる「Near−IR thermochromic diazapentalene dyes(近赤外サーモクロミックジアザペンタレン色素)」というタイトルの論文(非特許文献1)には、例えば塗料および織物から光フィルターおよびバイオセンサーに至るまで非常に多様な使用のために考慮されるサーモクロミック色素が開示されている。同物質はジチオフェンピロロピロールジオン類から出発して調製され、ジチオフェンピロロピロールジオン類は初めにローソン試薬で処理し、次いで臭素化剤で処理する。次いで得られるジチオフェンピロロピロールジチオン類を、パラジウム錯体の存在下でホウ酸誘導体を使用して誘導できる。反応を下のスキームAで説明する。
Figure 0006884748
ここで特に開示されている唯一の物質は物質M2であり、エトキシ置換ナフチル基を導入して誘導体化する場合である。また同じ物質が、同著者によるChem.Mater.第24巻、第2364〜2372頁(2012年)(非特許文献2)にも記載されている。
同著者は同様にジチオピロロピロール誘導体を記載しており、下のスキームBに従う。
Figure 0006884748
下のスキームCに示す通り、(5)および(6)で表される構造はポリマー発色団を調製する中間体として有用である。
Figure 0006884748
国際公開第2009/141295号 国際公開第2009/141295号 国際公開第2013/004677号 欧州特許出願公開第0094911号明細書 国際公開第2004/090046号
G.QianおよびZ.Wang著、「Near−IR thermochromic diazapentalene dyes(近赤外サーモクロミックジアザペンタレン色素)」、Adv.Mater.第24巻、第1582〜1588頁(2012年) G.QianおよびZ.Wang著、Chem.Mater.第24巻、第2364〜2372頁(2012年)
特に光安定性、溶液の長期安定性および高程度の吸収異方性に関して、室内への光の進入を制御するデバイスで使用するための二色性色素に関する改良が絶えず求められている。
従って本発明の目的は、先行技術の物質よりも優れた二色性を有し、特に改良された光安定性および高い溶解度で際立つ新規な色素を提供することであった。
本発明は第一に、式(1)のジチオピロロピロール誘導体に関する。
Figure 0006884748
式中、
、R、RおよびRは互いに独立に、1〜20個の炭素原子を有し直鎖状もしくは分岐状でハロゲンで置換されてよいアルキル基またはハロゲンを表し、
およびQは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にO、OCF、CF、CFCFまたはCOを表し、
、A、AおよびAは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にフェニレン、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ナフタレン、チオフェン、セレノフェンおよびチアゾールから成る群より選択される基を表し、
ただし(i)少なくともAおよびAは芳香族環構造を表し、
(ii)芳香族環構造はハロゲン化物で置換されてよい
ことを条件とし、および
、Z、Z、Z、ZおよびZは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にC≡C、CH=CH、CF=CF、CF=CH、CHCH、CF−CFおよびCFOから成る群より選択される基を表し、
ただし(iii)少なくともZおよびZは単結合またはπ共役基のいずれかを表すことを条件とする。
驚くべきことに式(1)の物質は要求特性を、その全てにおいて満足することが見出された。特に液晶ホスト中の溶液中の物質は非常な光安定性を示し、特に一般にリレン誘導体および特にペリレンジイミド誘導体の光安定性より明らかに優れている。同時に、それらは高い二色性および非常に良好な溶解性を示す。
本発明の目的のために、1〜20個のC原子を有するアルキル基は好ましくは、基メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、2−メチルブチル、n−ペンチル、S−ペンチル、シクロペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、ネオヘキシル、n−ヘプチル、シクロヘプチル、n−オクチル、シクロオクチル、2−エチルヘキシル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、2,2,2−トリフルオロエチル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニル、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニルまたはオクチニルを意味するものとする。
それらの性能に関して本発明の目的のために、
(i)R、R、RおよびRは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表し、および/または
(ii)3個、4個または5個の芳香族環構造が存在しており、および/または
(iii)芳香族環構造はハロゲン化物で置換されている
式(1)の誘導体が好ましい。
約200℃より低い温度で中間相を有する構造が特に好ましい。これらの物質としては特に、以下の化合物2、3、4、5、6および7が挙げられる。
Figure 0006884748
ただし、基Rは上で示す意味を有することを条件とする。
<調製プロセス>
ジチオピロロピロール誘導体の調製としては一般に、下のスキームDに記載できる。
Figure 0006884748
合成手順は原則として先行技術から既知である。F.ClossおよびR.Gompper著のタイトル「2,5−Diazapentalen(2,5−ジアザペンタレン)」[2,5−ジアザペンタレン]であるAngew.Chem.第99巻(第6号)、第564〜567頁、(1987年)における論文および[背景技術]で引用したG.Quianらによる論文(非特許文献1および2)を参照する。具体例について、反応工程を下に詳細に説明する。
合成手順の第1段階は、水素化ナトリウムおよび溶媒としてのtert−アミルアルコールの存在下で2−チオフェンカルボニトリルをコハク酸ジメチルと反応して行える。
Figure 0006884748
しかしながら、より高い収率を達成できるので例えば、コハク酸ジイソプロピルなどの分岐状基質を好ましくは用いる。
第2工程はチオ化を表す。
Figure 0006884748
先行技術から既知のローソン試薬を用いる。
第3工程を表すS−アルキル化については対応する臭化アルキル用い例えば、アセトンを適切な溶媒として考慮する。
Figure 0006884748
反応生成物は例えば、シリカゲルを利用して過剰のアルキル化剤を除去し、次いでヘプタンから再結晶する。
これに臭素化が続く。
Figure 0006884748
例えば、N−ブロモスクシンイミドとの反応で行う。最終的なプロセス工程は、鈴木カップリングである。
Figure 0006884748
ただし、臭化物を置き換える基はホウ酸化合物を介して導入する。適切な触媒は、配位子としてホスフィン類またはホスファイト類を含有し、好ましくはパラジウムまたは白金に基づく遷移金属錯体である。
また具体例として、最終工程をスキームEに記載できる。
Figure 0006884748
対応して本発明は更に、式(7)のジチオピロロピロール誘導体を調製する方法に関する。
Figure 0006884748
当該方法において、式(6)の化合物を、
Figure 0006884748
化合物(6a)と触媒量の均一遷移金属錯体の存在下で反応する。
Figure 0006884748
式中、RおよびR’は互いに独立に、1〜20個の炭素原子を有し直鎖状もしくは分岐状でハロゲンで置換されてよいアルキル基またはハロゲンを表す。好ましくは両方の基は、6〜12個の炭素原子を有する分岐アルキル基、特に2−エチルヘキシルまたは2−エチルヘプチルを表す。
<混合物>
また本発明の更なる実施形態において本発明によるジチオピロロピロール誘導体は、混合物の構成成分でもよい。
<液晶化合物>
本発明による混合物は特に、液晶化合物を含む。混合物は、好ましくは3〜25種類の異なる液晶化合物、好ましくは8〜18種類、特に好ましくは12〜16種類の異なる液晶化合物を含む。液晶化合物は好ましくは、混合物の主成分を表す。液晶化合物は混合物中に合わせて、特に好ましくは90〜99.99重量%、特に好ましくは93〜99.9重量%、非常に特に好ましくは95〜99.8重量%の割合で存在する。
式(1)の化合物は好ましくは、本発明による混合物中に溶液中で存在する。式(1)の化合物は好ましくは、液晶化合物の配向による配向に影響される。
本発明による混合物は好ましくは、液晶材料である。混合物は更に好ましくはサーモトロピック液晶材料であるが、リオトロピック液晶材料でない。本発明による混合物は、好ましくは、70℃〜170℃、好ましくは90℃〜160℃、特に好ましくは95℃〜150℃、非常に特に好ましくは105℃〜140℃の温度範囲において、透明点、特に好ましくはネマチック液晶状態から等方状態への相転移を有する。
更に、本発明による混合物の誘電異方性は、好ましくは3より大きく、特に好ましくは7より大きい。しかしながら、また本発明による混合物の誘電異方性は負でもよい。この場合、誘電異方性は、好ましくは−0.5〜−10、特に好ましくは−1〜−8、非常に特に好ましくは−2〜−6の値を有する。
本発明による混合物は、更に好ましくは、0.01〜0.3、特に好ましくは0.04〜0.27の光学異方性(Δn)を有する。
本発明による混合物の構成成分として使用できる液晶化合物は、当業者の一般的な技術的知識により所望に選択できる。
本発明による混合物は、好ましくは液晶化合物として、ニトリル基を含有する1種類以上の化合物を含む。本発明による混合物は、好ましくは液晶化合物として、1,4−フェニレンおよび1,4−シクロヘキシレンを基礎とする構造要素を含有する少なくとも1種類の化合物を含むことが更に好ましい。本発明による混合物は、特に好ましくは液晶化合物として、1,4−フェニレンおよび1,4−シクロヘキシレンを基礎とする2個、3個または4個、特に好ましくは3個または4個の構造要素を含有する少なくとも1種類の化合物を含むことが特に好ましい。
<キラルドーパント>
本発明による混合物は、更に好ましくは、1種類以上のキラルドーパントを含む。キラルドーパントは、好ましくは、0.01〜3重量%、特に好ましくは0.05〜1重量%の総濃度で、本発明による混合物中で使用する。また、デバイス中の混合物を使用する際に高い値のツイストを得るために、キラルドーパントの総濃度を、3重量%より高く、好ましくは最大10重量%までで選択してよい。
代替で同様に好ましい実施態様によれば、本発明による混合物にはキラルドーパントを含まない。
<安定剤>
本発明による混合物は、更に好ましくは、1種類以上の安定剤を含む。安定剤の総濃度は、好ましくは混合物の0.00001および10重量%の間、特に好ましくは0.0001および1重量%の間である。
<色素化合物>
少なくとも1種類の式(1)の化合物および液晶化合物から選択される少なくとも1種類の化合物に加え、本発明による混合物は、好ましくは、式(1)と異なる構造を有する1種類以上の色素化合物を含む。本発明による混合物は、特に好ましくは、式(1)と異なる構造を有する1種類、2種類、3種類または4種類の色素化合物、非常に特に好ましくは、式(1)と異なる構造を有する2種類または3種類の色素化合物を含む。これらの色素化合物は、好ましくは、二色性色素化合物である。これらの色素化合物は、更に好ましくは、蛍光色素化合物である。
二色性特性に関しては、式(1)の化合物に記載した好ましい特性は、また、式(1)と異なる構造を有する任意の更なる色素化合物にも好ましい。
本発明による混合物の色素化合物の吸収スペクトルは、好ましくは、黒色の印象が眼に生じるように、互いに補完する。本発明による混合物の色素化合物、好ましくは、可視スペクトルの大部分をカバーする。眼に黒色または灰色に見える色素化合物の混合物を調製できる正確な方法は当業者に既知であり、例えば、Manfred Richter著、Einfuehrung in die Farbmetrik(比色分析入門)、第2版、1981年刊、ISBN 3−11−008209−8、Verlag Walter de Gruyter&Co社に記載されている。
色素化合物の混合物の色位置の設定は、測色の文意で記載される。これのために、ランベルト−ベール則を考慮して個々の色素のスペクトルを計算し、全体のスペクトルを与え、測色の取決に従い統合照明下、例えば日中光にはD65光源下での対応する色位置および輝度値に変換する。白色点の位置は、それぞれの光源、例えばD65で決定し、表中に列記する(上記の例)。種々の化合物の比率を変えることで、異なる色位置を設定できる。
本発明による混合物中の全ての色素化合物の割合は、式(1)の少なくとも1種類の化合物を含めて、好ましくは、総和で0.01〜10重量%、特に好ましくは0.1〜7重量%、非常に特に好ましくは0.2〜5重量%である。
式(1)と異なる構造を有する色素化合物は、好ましくは、B.Bahadur著、Liquid Crystals−Applications and Uses、第3巻、1992年刊、World Scientific Publishing社、第11.2.1節に示される色素類、特に好ましくは本明細書に存在する表に列記される明示的化合物から選択される。
式(1)と異なる構造を有する色素化合物は、好ましくは、アゾ化合物類、アントラキノン類、メチン化合物類、アゾメチン化合物類、メロシアン化合物類、ナフトキノン類、テトラジン類、ペリレン類、テリレン類、クアテリレン類、高級リレン類、ベンゾチアジアゾール類およびピロメテン類から選択される。これらの中でも、ペリレン類、テリレン類、ベンゾチアジアゾール類およびアゾ色素が特に好ましい。
前記色素は、当業者に既知で文献に何度も記載されてきた二色性色素の分類に属する。よって、アントラキノン類色素は、例えば、欧州特許第34832号明細書、欧州特許第44893号明細書、欧州特許第48583号明細書、欧州特許第54217号明細書、欧州特許第56492号明細書、欧州特許第59036号明細書、英国特許第2065158号明細書、英国特許第2065695号明細書、英国特許第2081736号明細書、英国特許第2082196号明細書、英国特許第2094822号明細書、英国特許第2094825号明細書、特開昭55−123673号公報、独国特許第3017877号明細書、独国特許第3040102号明細書、独国特許第3115147号明細書、独国特許第3115762号明細書、独国特許第3150803号明細書および独国特許第3201120号明細書に記載されおり、ナフトキノン類色素は、例えば、独国特許第3126108号明細書および独国特許第3202761号明細書に、アゾ色素類は、欧州特許第43904号明細書、独国特許第3123519号明細書、国際公開第82/2054号、英国特許第2079770号明細書、特開昭56−57850号公報、特開昭56−104984号公報、米国特許第4308161号明細書、米国特許第4308162号明細書、米国特許第4340973号明細書、T.Uchida、C.Shishido、H.SekiおよびM.Wada著:Mol.Cryst.Lig.Cryst.第39巻、第39〜52頁(1977年)およびH.Seki、C.Shishido、S.YasuiおよびT.Uchida著:Jpn.J.Appl.Phys.第21巻、第191〜192頁(1982年)に、ならびに、リレン類は、欧州特許第2166040号明細書、米国特許出願公開第2011/0042651号明細書、欧州特許第68427号明細書、欧州特許第47027号明細書、欧州特許第60895号明細書、独国特許第3110960号明細書および欧州特許第698649号明細書に記載されている。
<産業上の利用可能性>
下記の通り本発明は更に、本発明による色素の産業上の利用可能性に関する。
<光の進入の制御>
第1の実施形態において本発明は室内への光の進入を制御するためのデバイスにおける、式(1)のジチオピロロピロール誘導体の使用を包含する。
第2の実施形態は、室内への光の進入の制御するための式(1)のジチオピロロピロール誘導体を含むデバイスと同じ発想に関連するものを対象とする。
本発明によるデバイスは、好ましくは、太陽が発する光の形態での光が環境から室内へ進入するのを制御するのに適する。本明細書において、制御される光の進入は、環境(外の空間)から室内へ向かってである。本明細書において、室は環境から実質的に密閉されている任意の所望の室、例えば、建物、車両または容器でよい。特に、室が環境と空気の交換が制限されているのみで、光エネルギーの形態で外からのエネルギーの注入が起こり得る光透過境界面を有する場合、一般に、デバイスは任意の所望の室に使用できる。特に、光が透過する領域、例えば、窓を介して強い日射に曝される室にデバイスを使用することに関する。
代わりの使用においては、目への光の入射を制御するために、例えば、保護ゴーグル、バイザーまたはサングラスにおいてデバイスを用い、一方のスイッチ状態で目への光の入射を低く維持し、他方のスイッチ状態で光の入射を更に少ない程度に減少させる。
本発明によるデバイスは好ましくは比較的大きな二次元構造の開口部に配置され、二次元構造自体は光の進入を許さないか僅かな程度にのみ進入を許し、開口部が相対的により多くの光を透過する。二次元構造は、好ましくは、壁または外からの室の区切りである。更に好ましくは、本発明によるデバイスが配置されている二次元構造において、二次元構造は開口部の面積と少なくとも等しい、特に好ましくは少なくとも2倍の面積を覆う。
デバイスは、好ましくは、少なくとも0.05m、好ましくは少なくとも0.1m、特に好ましくは少なくも0.5mおよび非常に特に好ましくは少なくとも0.8mの領域を有することを特徴とする。
デバイスは、代表的にはスイッチ性のデバイスである。本明細書において、デバイスのスイッチとはデバイスの光透過における変化を意味する。本発明によるデバイスは、好ましくは、電気的にスイッチ性である。
デバイスが電気的にスイッチ性の場合、デバイスは、好ましくは、本発明による混合物を含むスイッチ層の両側に設置される2個以上の電極を含む。電極は、好ましくは、ITO、または薄い、好ましくは透明な金属および/もしくは金属酸化物層、例えば銀もしくはFTO(フッ素をドープした酸化スズ)またはこの使用のために当業者に既知な代替の物質から成る。電極は、好ましくは電気的接続を備えている。電圧は、好ましくは、電池、充電式電池または外部の電力供給によって提供される。
電気的にスイッチする場合、電圧の印加による本発明による混合物の分子の配向を通してスイッチ動作が起こる。
好ましい実施形態において、デバイスは、高吸収の状態、即ち、電圧なしで出現する低い光透過性を有する状態から、より低吸収の状態、即ち、電圧を印加することでより高い光透過性を有する状態にスイッチする。デバイス内の層中の本発明による混合物は、好ましくは、両方の状態でネマチックである。電圧を印加していない状態は、好ましくは、混合物の分子および、よって式(1)の化合物の分子がスイッチ層面に平行に配向することを特徴とする。これは、好ましくは、対応して選択された配向層で達成される。電圧下の状態は、好ましくは、混合物の分子および、よって式(1)の化合物の分子がスイッチ層面に対して垂直であることを特徴とする。
上述の実施形態に代わる実施形態において、デバイスは、低吸収の状態、即ち、電圧なしで出現する高い光透過性を有する状態から、より高吸収の状態、即ち、電圧を印加することでより低い光透過性を有する状態にスイッチする。液晶媒体は、好ましくは、両方の状態でネマチックである。電圧を印加していない状態は、好ましくは、混合物の分子および、よって式(1)の化合物の分子がスイッチ層面に垂直に配向することを特徴とする。これは、好ましくは、対応して選択された配向層で達成される。電圧下の状態は、好ましくは、混合物の分子および、よって式(1)の化合物の分子がスイッチ層面に対して平行であることを特徴とする。
本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスは、外部からの電力供給なしで、デバイスに接続されており、太陽電池または光および/もしくは熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための他のデバイスによって必要なエネルギーを供給して動作できる。太陽電池によるエネルギーは、直接的または間接的に、即ち電池もしくは充電池またはそれらの間に接続されるエネルギー貯蔵のための他のユニットを介して供給される。太陽電池は、好ましくは例えば国際公開第2009/141295号で開示されるように、デバイスの外側に施されるか、デバイスの内部素子である。本明細書において、散光の場合に特に効率的な太陽電池および透明太陽電池の使用が好ましい。
このタイプのデバイスは以下の層順序を有し、更なる層が追加して存在してもよい:
・基板層、
・導電性透明層、
・配向層
・ジチオピロロピロール誘導体を含むスイッチ層
・配向層
・導電性透明層、
・基板層。
個々の層の好ましい実施形態を、下に記載する。
本発明によるデバイスは、好ましくは、1層以上、特に好ましくは2層の配向層を含む。配向層は、好ましくは、本発明による混合物を含む層の両側に直接隣接している。
本発明によるデバイスで使用する配向膜は、この目的のために当業者に既知の任意の層でよい。ポリイミド層、特に好ましくはラビングされたポリイミドを含む層が好ましい。分子が配向層に対して平面(面配向)の場合、当業者に既知の特定の様式でラビングしたポリイミドによって、ラビングの方向に液晶媒体の分子が配向する結果となる。本明細書においては、液晶媒体の分子が配向層上で完全に平面となっているのではなく、代わりに、僅かにチルト角を有することが好ましい。配向層の表面に対して液晶媒体の分子の垂直配向(ホメオトロピック配向)を達成するには、特定の様式で処理したポリイミド(非常に高いプレチルト角用のポリイミド)が配向層用の材料として、好ましく用いられる。更に、液晶媒体の化合物の配向軸に沿う配向を達成するために、偏光に曝露処理して得られるポリマーを配向層として使用できる(光配向)。
更に好ましくは、本発明によるデバイス中の本発明による混合物を含む層は、2層の基板層の間に配置されるか、基板層に囲まれる。基板層は、例えば、ガラスまたはポリマーから、好ましくは、光透過ポリマーから成り得る。
デバイスは、好ましくは、ポリマー系偏光板を含まず、特に好ましくは固形材料相の偏光板を含まず、非常に特に好ましくは偏光板を一切含まないことを特徴とする。
しかしながら代わりの実施形態によれば、デバイスは、1枚以上の偏光板を含んでもよい。この場合、偏光板は、好ましくは、直線偏光板である。
1枚のみの偏光板が存在する場合、その吸収方向は、好ましくは、偏光板が配置されるスイッチ層側において、本発明によるデバイスの液晶媒体の分子の配向軸に対して垂直である。
本発明によるデバイスにおいて、吸収偏光板およびまた反射偏光板の両方を用いることができる。光学的フィルムの形態の偏光板を使用することが好ましい。本発明によるデバイスで使用できる反射偏光板の例は、DRPF(拡散反射偏光板フィルム(diffusive reflective polariser film)3M社)、DBEF(二重明度増強フィルム(dual brightness enhanced film)3M社)、DBR(層化ポリマー分散ブラッグ反射板(layered−polymer distributed Bragg reflectors)米国特許第7,038,745号および米国特許第6,099,758号に記載される)およびAPFフィルム(進化型偏光膜(advanced polariser film)3M社、Technical Digest SID 2006年45.1頁、米国特許出願公開第2011/0043732号公報および米国特許第7023602号を参照)である。更に、赤外光またはVIS光を反射しワイヤグリッドを基礎とする偏光板(WGP、ワイヤグリッド偏光板(wire−grid polarisers))を用いることが可能である。本発明によるデバイスにおいて用いることができる吸収偏光板の例は、ITOS社XP38偏光フィルムおよび日東電工社GU−1220DUN偏向フィルムである。本発明により用いることができる円偏光板の例は、APNCP37−035−STD偏光板(American Polarizers社)である。更なる例は、CP42偏光板(ITOS社)である。
本発明によるデバイスは、更に好ましくは、好ましくは国際公開第2009/141295号に記載される通りで、太陽電池または光および/もしくは熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための他のデバイスに光を導く導光波システムを含む。導光波システムは、デバイスに衝突する光を収集し濃縮する。導光波システムは、好ましくは、液晶媒体を含むスイッチ層中の蛍光性二色性化合物により発せられる光を収集し濃縮する。導光波システムは、収集された光が濃縮された形態で変換デバイスに衝突するように、光エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイス、好ましくは太陽電池に接続される。本発明の好ましい実施形態において、光エネルギーを電気エネルギーに変換するためのデバイスはデバイスの端部に搭載され、デバイスに組み込まれ、本発明によるデバイスの電気的スイッチ手段に電気的に接続されている。
好ましい実施形態において、本発明によるデバイスは、窓、特に好ましくはガラス表面の少なくとも一部分を含む窓、非常に特に好ましくは多重絶縁ガラスを含む窓の構成要素である。
本明細書において、窓は、特に、建物において枠およびこの枠に囲まれた少なくとも1枚の窓ガラスを含む構造を意味する。窓は、好ましくは、断熱枠および2枚以上の窓ガラスを含む(多重絶縁ガラス)。
好ましい実施形態によれば、本発明によるデバイスは、窓のガラス表面に直接、特に好ましくは、多重絶縁ガラスの2枚の窓ガラスの間の内部空間内に設ける。
最後に同一の発想が関連する範囲内で、上で説明される通りのデバイスを含有または有する窓を特許請求する。
<更なる用途分野>
本発明は更に、式(1)のジチオピロロピロール誘導体の、
(i)電子部品中の半導体または増感剤として、ただしこれらは好ましくは太陽電池、ダイオードおよびトランジスタから成る群より選択される。本明細書においては、LED、OLED、LETおよびOLETについて具体的に言及でき、
(ii)特に車両製造において用いることができるポリマー例えば、ポリマーフィルムの着色のために、
(iii)「ゲスト−ホスト」LCD用途における
使用に関する。
本発明および以下の例において液晶化合物の構造は頭文字で示され、化学式への変換は下の表A〜Cに従って行う。全ての基C2n+1、C2m+1およびC2l+1またはC2n、C2mおよびC2lは、それぞれのn、mおよびl個のC原子を有する直鎖状のそれぞれアルキル基またはアルケニル基である。化合物の核構造の環構造要素を表Aにコードし、連結構造要素を表Bに列記し、分子の左側または右側の末端基のための記号の意味を表Cに列記する。頭文字は、任意に存在する連結基と共に環構造要素のコードと、それに続く第1のハイフンおよび左側の末端基のコード、第2のハイフンおよび右側の末端基のコードから構成される。
Figure 0006884748
Figure 0006884748
Figure 0006884748
Figure 0006884748
<調製例H1>
<3,6−ジ(チオフェン−2−イル)ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H,5H)−ジオン(DKPP)(2)の調製>
前駆体(2)を、以下の反応スキーム(I)に従って調製する。
Figure 0006884748
24.5g(0.610mol)の60%水素化ナトリウム懸濁液を約10回に分け窒素下で、670gの2−メチル−2−ブタノールに添加し、このプロセスで生成する泡を放置して消す。濁った溶液を引き続き60℃に温め、その間に黄色の溶液が形成され、これに66.7g(0.610mol)の2チオフェンカルボニトリル(1)を一度に添加し、褐色がかった分散体を得る。温度を100℃に上げ、その間に懸濁液が透明になり、褐色の溶液が得られる。49.4g(0.244mol)のコハク酸ジイソプロピルを溶液に1時間かけて滴下で添加し、その間に溶液を慎重に還流するまで加熱する。次いで得られた紫色の溶液を更に14時間還流下で維持し、次いで室温に冷却する。続いて反応バッチを3lのメタノールにゆっくりと撹拌し、160mlの氷酢酸を添加し、混合物をさらに2時間撹拌し、沈殿した固体を濾別する。濾塊を濾液が無色になるまで3lの水で洗浄し、1lのO.P.IMSで再度濯ぐ。続いて濾塊を80℃で高真空中で一晩乾燥させて、理論値の71%の収率に相当する52gのDKPP(2)を得る。
Figure 0006884748
生成物は、分析的に純粋なものとして分類できる。
<調製例H2>
<3,6−ジ(チオフェン−2−イル)ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H,5H)−ジチオン(DTPP)(3)の調製>
前駆体(3)を、以下の反応スキーム(II)に従って調製する。
Figure 0006884748
調製例H1からの51.0g(0.17mol)の前駆体(2)および137g(0.34mol)のローソン試薬を3lのフラスコに窒素下で導入し、2lのクロロベンゼンを添加する。混合物を不活性ガス下で還流下で12時間加熱し、その間に懸濁固体は赤色から紫色を経て黒色に変色する。混合物を室温に冷却し、濾過し、濾塊を500mlのメタノールで洗浄する。続いて残渣を2lのメタノールに再懸濁し、45〜50℃で1時間撹拌し、熱い状態で濾過する。濾塊を最初に1lのメタノールで洗浄し、次いで1lのアセトンで洗浄し、デシケーター中で一晩乾燥して、55.0gのDTPP(3)を黒色粉末の形態で得て、これは理論値の97%の収率に相当する。
Figure 0006884748
<調製例H3>
<3,6−ジ(チオフェン−2−イル)ピロロ[3,4−c]ピロール−[ジ−S−EtHex−DTTP](4)の調製>
前駆体(4)を、以下の反応スキーム(III)に従って調製する。
Figure 0006884748
調製例H2からの53.2g(0.144mol)の前駆体(3)、88.3g(0.64mol)の炭酸カリウムおよび92.6g(0.48mol)の臭化2−エチルヘキシルを5lフラスコに窒素下で導入し、3.2lのアセトンを添加し、混合物を還流下で24時間維持する。室温に冷却後、無機塩を分離し、濾液を蒸発乾固させて黒色固体を得る。これを200mlのジクロロメタンに溶解し、1lのヘプタンを昇温して添加する。ジクロロメタンをロータリーエバポレーターで70℃で留去する。残った溶液を、ヘプタンで湿らせたシリカゲル床(40〜63μ、1kg、19cm径)に移す。床をヘプタンおよびジクロロメタンの3:1混合物で溶出し、5×3画分を得る。溶出液が変色し始めれば操作を終了する。純粋な画分2および3を足し合わせ、蒸発乾固して48.3gの黒色残渣が得られ、理論値の54%に相当する。残渣を100mlのジクロロメタンに再懸濁し、更に500mlのヘプタンを40℃で添加する。続いてジクロロメタンをロータリーエバポレーターで70℃で再度分離し、50mlの熱ヘプタン中の残りの溶液を濾過する。ヘプタンを留去し、500mlの溶液を残し、これを一晩放置する。この時点で沈殿した結晶を濾過し、最初に30mlの冷ヘプタン(−20℃)で2回、次いで30mlのアセトニトリルで2回、フィルター上で洗浄する。乾燥させると、前駆体(4)が理論値の31%に相当する28.0gの量の黒紫色結晶として得られる。
Figure 0006884748
<調製例H4>
<3,6−ジ(チオフェン−2−イル)ピロロ[3,4−c]ピロール−[ジ−Br−ジ−S−EtHex−DTTP](5)の調製>
前駆体(5)を、以下の反応スキーム(IV)に従って調製する。
Figure 0006884748
調製例H3からの27.9g(50mmol)の前駆体(4)を1.4lのクロロホルムに溶解し、氷浴で−5℃に冷却する。光を排除するためにフラスコをアルミニウム箔で覆い、合計19.1g(107mmol)のN−ブロモスクシンイミドを10回に分けて1時間かけて添加する。続いて混合物を周囲温度で48時間撹拌する。それを続いて真空中で半分の体積まで濃縮し、その間に固体が沈着する。これを60℃に加熱して再溶解し、次いで700mlのメタノールを添加し再び沈殿させる。次いで混合物を再び半分の体積まで濃縮し、更に700mlのメタノールを添加し、混合物を急速に5分間で60℃まで温め、熱いうちに濾過する。元々茶色がかった濾液が無色になるまで、残留物を300mlのメタノールで4回フィルター上で洗浄する。乾燥させると、前駆体(5)が理論値の65%に相当する23.4gの量の黒色粉末として得られる。
Figure 0006884748
<調製例H5>
<1,4−ビス−(5−(4−(3−エチルヘプチル)−2−フルオロフェニル)チオフェン−2−イル)−3,6−ビス((2−エチルヘキシル)チオ)ピロロ[3,4−c]ピロール(6)の調製>
本発明による生成物(6)を、以下の反応スキーム(V)に従って調製する。
Figure 0006884748
1.63g(6.12mmol)の(4−(3−エチルヘプチル)−2−フルオロフェニル)ホウ酸および調製例H4からの1.90g(2.66mmol)の前駆体(5)をフラスコに導入し、70mlのトルエンおよび12mlのmlの水を添加し、混合物を激しく撹拌する。混合物を脱気し、窒素下に3回置き、2.54g(24.9mmol)の炭酸ナトリウム、0.155g(0.377mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンおよび0.086g(0.094mmol)のトリス(ジベンジリデン)ジパラジウムを添加する。フラスコに還流冷却器を設け、混合物を6時間にわたり窒素下で還流下に保ち、一晩冷却する。濾過後、溶液を分液漏斗に移し、下側の水相を分離して廃棄する。有機相を硫酸ナトリウムを使用して乾燥し、次いで蒸発乾固させて、緑黒色油状の半固体状の塊状物を得る。この残渣をジクロロメタン/ヘプタンの50:50混合物の最少量に取り、同じ溶媒で充填したシリカカラム(40〜63μ、200g、5cm径)に通す。カラムを溶離剤で溶出し、溶出液の色が緑色に変え始めるまで50mlの画分を取る。生成物に富む画分2〜4を足し合わせ、溶媒を除去して、理論値の79%に相当する2.1gの黒色固体を得る。固体を50mlの2−ブタノンから再結晶し、残渣を濾別し、フィルター上でHPLC純アセトンで洗浄し、乾燥キャビネット中40℃で残留溶媒を除去し、本発明による色素(6)を理論の59%に相当する1.56gの量で青銅色の微結晶として得る。
Figure 0006884748
Figure 0006884748
<基礎混合物>
上および下において、
Δnは、20℃および589nmで測定する光学的異方性を表し、
は、20℃および589nmで測定する異常光屈折率を表し、
は、20℃および589nmで測定する常光屈折率を表し、
Δεは、20℃および1kHzで測定する誘電異方性を表し、
cl.p.、T(N,I)は、透明点(℃)を表す。
Figure 0006884748
<混合物例1>
99.75%の基礎混合物+0.25%の色素1。
色素は664nmで、0.64の異方性度を示す。
吸光係数は下である。
Figure 0006884748
<使用例1>
以下の組成の混合物を調製する:
99.15%の基礎混合物
0.251%の色素1
0.165%の色素2
0.236%の色素3
0.198%の色素4。
Figure 0006884748
Figure 0006884748
Figure 0006884748
25ミクロンの厚さを有する90°ツイストTNセルにおいて混合物は、暗状態におけるEN410に準拠する光透過率が40%および明状態におけるEN410に準拠する光透過率が71.5%を示す。
暗状態の色座標は正確にニュートラルグレーで、x=0.3127およびy=0.3290(CIE1931)および標準光源D65である。
明状態の色座標は、x=0.3167およびy=0.3379(CIE1931)および標準光源D65である。
<使用例2>
以下の組成の混合物を調製する:
99.588%の基礎混合物
0.178%の色素1
0.048%の色素2
0.162%の色素3
0.024%の色素4。
25ミクロンの厚さを有する2個の連続する90°ツイストTNセルを含む構成において混合物は、暗状態におけるEN410に準拠する光透過率が30%および明状態におけるEN410に準拠する光透過率が73%を示す。
暗状態の色座標は正確にニュートラルグレーで、x=0.3127およびy=0.3290(CIE1931)および標準光源D65である。
明状態の色座標は、x=0.3207およびy=0.3472(CIE1931)および標準光源D65である。

Claims (17)

  1. 式(1)のジチオピロロピロール誘導体を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
    (式中、
    、R、RおよびRは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表し、
    およびQは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にO、OCF、CF、CFCFまたはCOを表し、
    、A、A、A、AおよびAは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にフェニレン、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ナフタレン、チオフェン、セレノフェンおよびチアゾールから成る群より選択される基を表し、
    ただし(i)少なくともAおよびAは芳香族環構造を表さなければならず、
    (ii)芳香族環構造はハロゲン化物で置換されてよい
    ことを条件とし、および
    、Z、Z、Z、ZおよびZは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にC≡C、CH=CH、CF=CF、CF=CH、CHCH、CF−CFおよびCFOから成る群より選択される基を表し、
    ただし(iii)少なくともZおよびZは単結合またはπ共役基のいずれかを表すことを条件とする。)
  2. 式(1)の化合物は、3個、4個または5個の芳香族環構造を含有することを特徴とする請求項に記載のデバイス。
  3. 式(1)の化合物において芳香族環構造は、フッ化物で置換されていることを特徴とする請求項1または2に記載のデバイス。
  4. 式(1)のジチオピロロピロール誘導体を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
    (式中、
    、R、RおよびRは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表し、
    およびQは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にO、OCF、CF、CFCFまたはCOを表し、
    、A、A、A、AおよびAは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にフェニレン、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ナフタレン、チオフェン、セレノフェンおよびチアゾールから成る群より選択される基を表し、
    ただし(i)A〜Aの少なくとも1つはフルオロフェニレンであり、A〜Aの他の少なくとも1つはチオフェンジイルであり、
    (ii)A〜Aの少なくとも1つはフルオロフェニレンであり、A〜Aの他の少なくとも1つはチオフェンジイルである
    ことを条件とし、および
    、Z、Z、Z、ZおよびZは、それぞれ単結合を表すか、互いに独立にC≡C、CH=CH、CF=CF、CF=CH、CHCH、CF−CFおよびCFOから成る群より選択される基を表し、
    ただし(iii)少なくともZおよびZは単結合またはπ共役基のいずれかを表すことを条件とする。)
  5. 式(1)のジチオピロロピロール誘導体を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
    (式中、
    、R、RおよびRは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表し、
    −Q−A−Z−A−Z−A−Z−は、
    Figure 0006884748
    から選択され、
    −Z−A−Z−A−Z−A6−Q−は、
    Figure 0006884748
    から選択される。)
  6. 式(1a)のジチオピロロピロール誘導体を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
    (式中、R、R、RおよびRは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表す。)
  7. 色素1を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
  8. 化合物2、3、4、5、6および7から成る群より選択されるジチオピロロピロール誘導体を含み、室内への光の進入を制御するデバイス。
    Figure 0006884748
    (ただし、基Rは互いに独立に、6〜12個の炭素原子を有する分岐状のアルキル基を表す。)
  9. 請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体は、200℃より低い温度で中間相を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のデバイス。
  10. 室内への光の進入を制御するデバイスにおいて使用するための混合物であって、
    (a)少なくとも1種類の請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体および
    (b1)少なくとも1種類の液晶化合物および/または
    (b2)少なくとも1種類のキラルドーパントおよび/または
    (b3)少なくとも1種類の安定剤および/または
    (b4)少なくとも1種類の、式(1)のものとは異なる好ましくは同種の二色性色素
    を含む混合物。
  11. 室内への光の進入を制御するデバイスにおける、請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体の使用。
  12. 以下の層順序を有し、
    ・基板層、
    ・導電性透明層、
    ・配向層
    ・請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体を含むスイッチ層
    ・配向層
    ・導電性透明層、
    ・基板層
    ただし更なる層が追加して存在してもよいことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のデバイス。
  13. 請求項1〜のいずれか1項に記載のデバイスを含有する窓。
  14. 電子部品における半導体または増感剤としての、請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体の使用。
  15. これらの部品が、太陽電池、ダイオードおよびトランジスタから成る群より選択されることを特徴とする請求項14に記載の使用。
  16. ポリマーの着色のための、請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体の使用。
  17. 「ゲスト−ホスト」LCD用途における、請求項1および4〜8において定義されるジチオピロロピロール誘導体の使用。
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