JP7034541B2 - 縮合多環式化合物 - Google Patents
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Description
有機半導体の分野では、p型有機半導体についてはポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)をはじめとする多くの材料が提案され開発が進んでいる。一方、フラーレン誘導体に代表されるn型有機半導体は、種々の理由で開発が遅れているため、早急な開発が望まれている。また、近年注目を集める有機電界発光素子の分野でも材料の開発が望まれている。これらの材料として用いるためには、LUMOのエネルギー準位が低いこと、バンドギャップが広いこと、電荷移動度が高いこと、三重項エネルギーが高いことなどが要求され、それらを解決するために盛んに研究、開発が行われており、そのような化合物の1つとして、複数の環が縮合した構造を有する縮合多環式化合物があり、縮合多環式化合物を有機電界発光素子の材料として用いることが開示されている(特許文献1参照)。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
なお、本発明において「置換基」とは2つ以上の原子で構成される原子団を意味し、この点で「他の原子」と区別される。
また、X1~X3の全てが同じ原子であってもよく、2つが同じ原子であってもよく、3つがいずれも異なる原子であってもよいが、全てが同じ原子であるか、2つが同じ原子であることが好ましい。より好ましくは、全てが炭素原子であるか、X1~X3のうち2つが炭素原子であり、残り1つが酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ケイ素原子又はリン原子のいずれかであることである。X4~X6についても同様である。
X1~X3のうち、2つが同じ原子である場合、X1とX2が同じ原子であり、X3がX1、X2とは異なる原子であるか、X2とX3が同じ原子であり、X1がX2、X3とは異なる原子であることが好ましい。
X4~X6のうち、2つが同じ原子である場合、X5とX6が同じ原子であり、X4がX5、X6とは異なる原子であるか、X4とX5が同じ原子であり、X6がX4、X5とは異なる原子であることが好ましい。
X1~X6の原子に置換基又は他の原子が結合している場合、置換基や他の原子は、いずれの原子に結合していてもよいが、炭素原子、硫黄原子、リン原子のいずれかに結合していることが好ましい。
上記X1~X6における他の原子としては、上記R1、R2における他の原子と同様のものが挙げられる。
上記式(1)におけるY1~Y6の原子に置換基が結合している場合、Y1~Y6のうちのどの原子に置換基又は他の原子が結合していてもよく、いくつの原子に置換基又は他の原子が結合していてもよい。また、Y1~Y6のそれぞれについて、置換基や他の原子が1つ結合していてもよく、2つ以上結合していてもよい。また置換基が複数ある場合には複数の置換基が結合して環構造を形成していてもよい。
置換基としては、上記R1、R2における置換基と同様のものが挙げられ、それらの1種を有していてもよく、2種以上を有していてもよい。
それらの中でも、置換基としては、アリール基、シアノ基が好ましい。アリール基、シアノ基等の電子求引性基を有することで、式(1)の化合物のLUMOのエネルギー準位を下げることができる。
これらはいずれも、3つの原子間の2つの結合のうち、いずれが二重結合であってもよい。
このような、本発明の縮合多環式化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子材料もまた、本発明の1つであり、そのような有機電界発光素子材料を用いて形成される有機電界発光素子もまた、本発明の1つである。
したがって、本発明の有機電界発光素子が、本発明の有機電界発光素子材料を発光材料として用いて形成されるものであることは、本発明の好適な実施形態の1つであり、更に本発明の有機電界発光素子が、本発明の有機電界発光素子材料を発光層のホスト材料として用いて形成されるものであることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
また、本発明の有機電界発光素子材料は、電子注入材料、電子輸送層材料、ホールブロック材料としても使用することができ、本発明の有機電界発光素子が、本発明の有機電界発光素子材料をこれらのいずれかの材料として用いて形成されるものであることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
<1H-NMR>
測定する化合物を、重水素化クロロホルムの溶液とし、高分解能核磁気共鳴装置(製品名「Gemini 2000」;300MHz、Varian,Inc.社製)を用いて測定した。1H-NMRにおける化学シフトは、テトラメチルシランから低磁場側における100万分の1(ppm;δスケール)として記録し、テトラメチルシランの水素核(δ0.00)を参照とした。
3つ口フラスコに下記式(5)の3-メトキシチオフェン(5.7g,50mmol)、THF250mlを加え窒素置換し、-78℃に冷却した。そこへ1.6Mノルマルブチルリチウムヘキサン溶液を滴下し、滴下終了後、-78℃で一時間撹拌した。そこへイソプロポキシボロン酸ピナコール(16.2ml,80mmol)を加え、徐々に室温へ戻し終夜撹拌した。水を加えた後、酢酸エチルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、濾過し溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーによって精製することで(移動相:酢酸エチル/ヘキサン)、下記式(6)のチオフェン誘導体を目的物として得た。物性値は以下のとおりである。
1H-NMR(CDCl3):δ1.34(s、12H)、3.91(s、3H)6.89(d,1H)、7.48(d,1H)
200ml2ツ口反応容器に下記式(7)の2,6-ジアミノ-3,5-ジヨードピリジン(1.3g, 3.7mmol)、下記式(6)のチオフェン誘導体(1.9g,7.7mmol)、炭酸カリウム(3.0g,22mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0.25g,0.22mmol)、THF33ml、水5mlを加え窒素置換した。これを70℃に加熱撹拌し、終夜撹拌した。室温まで冷却した後に水を加えた。クロロホルムで抽出した後に、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過した後に溶媒留去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーによって精製することで(移動相:酢酸エチル/ヘキサン)、下記式(8)の目的物を得た。物性値は以下のとおりである。
1H-NMR(CDCl3):δ3.86(s,6H)、4.77(s,4H)、6.89(d,2H)、7.19(d,2H)、7.35(s,1H)
シュレンク管に反応基質として合成例2で得られた式(8)の化合物(220mg,0.7mmol)、酢酸3ml、THF1.5mlを加え窒素置換し、0℃に冷却した。そこへ亜硝酸t-ブチル(0.50ml,4.0mmol)を滴下した。 徐々に室温まで冷却した後に終夜撹拌した。水に入れてクエンチし、固体を濾過し、水、ヘキサン、メタノールで洗浄した。得られた租生成物をシリカゲルクロマトグラフィーによって精製することで(移動相:クロロホルム/ヘキサン)、目的物である下記式(9)の縮合多環式化合物を得た。物性値は以下のとおりである。
1H-NMR(CDCl3):δ7.28(d,2H)、7.46(d,2H)、8.32(s,1H)
シュレンク管に反応基質として式(9)の縮合多環式化合物(16mg,0.10mmol)、酢酸1.0ml、クロロホルム3.0mlを加え窒素置換した。ここへNBS(37mg,0.21)を投入した後に、室温で終夜撹拌した。水でクエンチした後にクロロホルムで抽出し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過した後に溶媒を留去した。得られた固体を、メタノール、ヘキサンで乾燥した後に真空乾燥し、目的物である下記式(10)の縮合多環式化合物を得た。物性値は以下のとおりである。
1H-NMR(CDCl3):δ7.33(s,2H)、8.22(s,1H)
得られた式(10)の化合物に対して、一般的な有機合成手法を用いることで種々の置換基を導入することが出来る。
実施例1で製造した式(9)の縮合多環式化合物について、基底関数Gaussian09 B3LYP/6-311+G(2d,p)を用いてDFT計算を行った。結果を表1に示し、HOMO,LUMO軌道の分布を図2、3に示す。また、以下のようにして発光量子収率を求めた。結果を表1に示した。この結果から、実施例1で製造した縮合多環式化合物はLUMOのエネルギー準位が低く、HOMO,LUMOのバンドギャップが大きい化合物であること、及び、発光量子収率が大きく、有機電界発光素子の発光層の材料として好適であることが確認された。
<発光量子収率>
得られた式(9)の化合物についてクロロホルム溶液を調製し、分光蛍光光度計(製品名「FP-8500」、JASCO,日本分光社製)を用いて内部量子収率を測定した。
Claims (12)
- 請求項1に記載の縮合多環式化合物を含むことを特徴とするn型半導体材料。
- 請求項1に記載の縮合多環式化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子材料。
- 請求項2に記載のn型半導体材料を用いて形成されることを特徴とする有機トランジスタ。
- 請求項2に記載のn型半導体材料を用いて形成されることを特徴とする有機太陽電池。
- 請求項2に記載のn型半導体材料を用いて形成されることを特徴とする有機熱電素子。
- 請求項3に記載の有機電界発光素子材料を用いて形成されることを特徴とする有機電界発光素子。
- 前記有機電界発光素子は、請求項3に記載の有機電界発光素子材料を発光材料として用いて形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
- 前記有機電界発光素子は、請求項3に記載の有機電界発光素子材料を発光層のホスト材料として用いて形成されることを特徴とする請求項8に記載の有機電界発光素子。
- 前記有機電界発光素子は、請求項3に記載の有機電界発光素子材料を電子注入材料として用いて形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
- 前記有機電界発光素子は、請求項3に記載の有機電界発光素子材料を電子輸送層材料として用いて形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
- 前記有機電界発光素子は、請求項3に記載の有機電界発光素子材料をホールブロック材料として用いて形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
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