JP7162129B2 - 有機半導体としてのインダセノ誘導体 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリマーを含む化合物、その化合物の製造方法、その製造方法上の中間体、その化合物を含む電子装置及び半導体物質としてのその化合物の用途に関する。
有機半導体物質(organic semiconducting material)は、電子装置、例えば、有機光電変換素子(OPVs)、有機電界効果トランジスタ(OFETs)、有機発光ダイオード(OLEDs)、有機フォトダイオード(OPDs)及び有機電気変色素子(ECDs)において使用されてもよい。
液体加工技術が加工性の観点から便利なので、有機半導体物質は、液体加工技術(liquid processing techniques)、例えば、スピンコートと相容性であることが好ましく、したがって、これは、低コストの有機半導体物質-基盤電子装置の製造を可能にする。また、液体加工技術は、さらにプラスチック基板との相容性であり、したがって、軽量かつ機械的にフレキシブルな有機半導体物質-基盤電子装置の製造を可能にする。
有機光電変換素子(OPVs)、有機電界効果トランジスタ(OFETs)、有機発光ダイオード(OLEDs)及び有機フォトダイオード(OPDs)に適用するため、有機半導体物質は、大気条件下(under ambient conditions)で高い電荷移動度(charge carrier mobility)と高い安定性(stability)を有することがより好ましい。
本発明の目的は、新規の優れた有機半導体物質を提供することである。
このような本発明の目的は、請求項第1項の化合物、請求項第12項の方法、請求項第13項の中間体、請求項第15項の電子装置及び請求項17項の化合物の用途によって解決される。
本発明の化合物は、高い電荷移動度(charge carrier mobility)を示す。
また、本発明の化合物は、高い安定性(stability)を示す。
また、本発明のポリマーは、液体加工技術(liquid processing techniques)との相容性が良い。
図1は、ポリマーP1を半導体物質として含む有機電界効果トランジスタの伝達特性(transfe characteristic)を示すグラフである。 図2は、ポリマーP1を半導体物質として含む有機電界効果トランジスタの出力特性(output characteristic)を示すグラフである。
本発明の化合物は、1つ以上の化学式1の単位(unit of formula 1)又は化学式1'の単位を含む。
Figure 0007162129000001
Figure 0007162129000002
ここで、M1とM2は、それぞれ独立して、芳香族(aromatic)又はヘテロ芳香族(heteroaromatic)単環式(monocyclic)又は二環式(bicyclic)環システムである。
Xは、それぞれの場合にO、S、Se又はTeである。
Qは、それぞれの場合にC、Si又はGeである。
は、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル(C1-50-alkyl)、-[CH-[O-SiRp-OSiR、-[CH-[RSi-O]p-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル(C2-50-alkenyl)、C2-50-アルキニル(C2-50-alkynyl)、C5-8-シクロアルキル(C5-8-cycloalkyl)、C6-14-アリール(C6-14-aryl)及び5~14角形のヘテロアリール(heteroaryl)からなる群から選ばれる。
ここで、oは、0~10の整数である。
pは、1~40の整数である。
は、それぞれの場合にC1-10-アルキル(C1-10-alkyl)、C2-10-アルケニル(C2-10-alkenyl)又はC2-10-アルキニル(C2-10-alkynyl)である。
qは、1~50の整数である。
は、それぞれの場合にH又はハロゲン(halogen)である。ただし、-[CR-CRにおいては、すべてのRがHであるものではない。
1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NRc-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよい。
5-8-シクロアルキルは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ又は2つの置換基で置換されてもよく、C5-8-シクロアルキルの1つのCH基は、O、S、OC(O)、CO、NR又はNR-COに置き換えられる。
6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~3つの置換基で置換されてもよい。
ここで、Rは、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルである。
は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
nは、0、1、2、3又は4である。
mは、0、1、2、3又は4である。
そして、L及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン(C6-26-arylene)、5~20角形のヘテロアリレン(5 to 20 membered heteroarylene)、
Figure 0007162129000003
ここで、C6-26-アリレン(C6-26-arylene)及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~4つの置換基Rで置換されてもよい。
Figure 0007162129000004
1-10-アルキル、C1-20-アルキル、C1-30-アルキル及びC1-50-アルキルは、分枝状(branched)又は非分枝状(unbranched)(線状)であってもよい。C1-10-アルキルの一例として、メチル(methyl)、エチル(ethyl)、n-プロピル(n-propyl)、イソプロピル(isopropyl)、n-ブチル(n-butyl)、sec-ブチル(sec-butyl)、イソブチル(isobutyl)、tert-ブチル(tert-butyl)、n-ペンチル(n-pentyl)、ネオペンチル(neopentyl)、イソペンチル(isopentyl)、n-(1-エチル)プロピル、n-ヘキシル(n-hexyl)、n-ヘプチル(n-heptyl)、n-オクチル(n-octyl)、n-(2-エチル)ヘキシル、n-ノニル(n-nonyl)及びn-デシル(n-decyl)である。C1-20-アルキルの一例として、C1-10-アルキル及びn-ウンデシル(n-undecyl)、n-ドデシル(n-dodecyl)、n-ウンデシル(n-undecyl)、n-ドデシル(n-dodecyl)、n-トリデシル(n-tridecyl)、n-テトラデシル(n-tetradecyl)、n-ペンタデシル(n-pentadecyl)、n-ヘキサデシル(n-hexadecyl)、n-ヘプタデシル(n-ヘプタデシル)、n-オクタデシル(n-octadecyl)、n-ノナデシル(n-nonadecyl)及びn-イコシル(n-icosyl)(C20)である。C1-30-アルキル及びC1-50-アルキルの一例として、C1-20-アルキル及びn-ドコシル(n-docosyl)(C22)、n-テトラコシル(n-tetracosyl)(C24)、n-ヘキサコシル(n-hexacosyl)(C26)、n-オクタコシル(n-octacosyl)(C28)及びn-トリアコンチル(n-triacontyl)(C30)である。
2-10-アルケニル(C2-10-alkenyl)、C2-20-アルケニル(C2-20-alkenyl)、C2-30-アルケニル(C2-30-alkenyl)及びC2-50-アルケニル(C2-50-alkenyl)は、分枝状又は非分枝状であってもよい。C2-10-アルケニルの一例として、ビニル(vinyl)、プロフェニル(propenyl)、cis-2-ブテニル(cis-2-butenyl)、trans-2-ブテニル(trans-2-butenyl)、3-ブテニル(3-butenyl)、cis-2-ペンテニル(cis-2-pentenyl)、trans-2-ペンテニル(trans-2-pentenyl)、cis-3-ペンテニル(cis-3-pentenyl)、trans-3-ペンテニル(trans-3-pentenyl)、4-ペンテニル(4-pentenyl)、2-メチル-3ブテニル(2-methyl-3-butenyl)、ヘキセニル(hexenyl)、ヘプテニル(heptenyl)、オクテニル(octenyl)、ノネニル(nonenyl)及ドセニル(docenyl)である。C2-20-アルケニルの一例として、C2-10-アルケニル及びリノレール(linoleyl)(C18)、レノレニル(linolenyl)(C18)、オレイル(oleyl)(C18)及びアラチドニル(arachidonyl)(C20)である。C2-50-アルケニルの一例として、C2-20-アルケニル及びエルシル(erucyl)(C22)である。
2-10-アルキニル(C2-10-alkynyl)、C2-20-アルキニル(C2-20-alkynyl)及びC2-50-アルキニル(C2-50-alkynyl)は、分枝状又は非分枝状であってもよい。C2-10-アルキニルの一例として、エチニル(ethynyl)、2-プロピニル(2-propynyl)、2-ブチニル(2-butynyl)、3-ブチニル(3-butynyl)、ペンチニル(pentynyl)、ヘキシニル(hexynyl)、ヘプチニル(heptynyl)、オクチニル(octynyl)、ノニニル(nonynyl)及びデシニル(decynyl)である。C2-20-アルキニル及びC2-50-アルキニルの一例として、ウンデシニル(undecynyl)、ドデシニル(dodecynyl)、トリデシニル(tridecynyl)、テトラデシニル(tetradecynyl)、ペンタデシニル(pentadecynyl)、ヘキサデシニル(hexadecynyl)、ヘプタデシニル(heptadecynyl)、オクタデシニル(octadecynyl)、ノナデセニル(nonadecynyl)及びイコシニル(icosynyl)(C20)である。
5-8-シクロアルキル(C5-8-cycloalkyl)の一例としては、シクロペンチル(cyclopentyl)、シクロヘキシル(cyclohexyl)、シクロヘプチル(cycloheptyl)及びシクロオクチル(cyclooctyl)である。
ハロゲンは、F、CI、Br及びIであってもよい。
6-14-アリール(C6-14-aryl)は、6~14角形の単環式(monocyclic)又は多環式(polycyclic)、例えば、二環式(dicyclic)又は三環式環システム(tricyclic ring system)であり、ここで、環は、互いに縮合するか、二重結合によって連結され、C6-14-アリールは、少なくとも1つのC-芳香族環(C-aromatic ring)を含み、C6-14-アリールは、さらに非芳香族環(non-aromatic ring)を含んでもよく、非芳香族環は、O、S、Se、Te、Si、N、及びGeのようなヘテロ原子を含んでもよく、C-芳香族環又は非芳香族環は、例えば、C1-30-アルキル、=O、=C(C1-30-アルキル)又は=C(CN)に置換されてもよい。
6-14-アリールの例は、
Figure 0007162129000005
5~14角形のヘテロアリール(5 to 14 membered heteroaryl)は、5~14角形の単環式又は多環式、例えば、二環式、三環式又は四環式(tetracyclic)環システムであり、ここで、環は、互いに縮合するか、二重結合によって連結され、5~14角形のヘテロアリールは、O、S、Se、N、及びTeからなる群から選ばれた1つ以上のヘテロ原子を有する1つ以上のヘテロ芳香族環(heteroaromatic ring)を含み、5~14角形のヘテロアリールは、さらに芳香族炭素環(aromatic carbon ring)又は非芳香族環(non-aromatic ring)を含んでもよく、非芳香族環は、O、S、Se、Te、Si、N、及びGeのようなヘテロ原子を含んでもよく、ヘテロ芳香族環、芳香族炭素環又は非芳香族環は、例えばC1-30-アルキル、=O、=C(C1-30-アルキル)又は=C(CN)に置換されてもよい。
5~14角形のヘテロアリールの例は、
Figure 0007162129000006
Figure 0007162129000007
Figure 0007162129000008
Figure 0007162129000009
Figure 0007162129000010
Figure 0007162129000011
Figure 0007162129000012
ここで、R105は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
104は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
6-26-アリレン(C6-26-arylene)は、6~26角形の単環式又は多環式、例えば二環式、三環式、四環式、五環式(pentacyclic)又は六環式(hexacyclic)環システムであり、ここで、環は、互いに縮合するか、二重結合によって連結され、C6-26-アリレンは、少なくとも1つのC-芳香族環(C-aromatic ring)を含み、C6-26-アリレンは、さらに非芳香族環(non-aromatic ring)を含んでもよく、非芳香族環は、O、S、Se、Te、Si、N、及びGeのようなヘテロ原子を含んでもよく、C-芳香族環又は非芳香族環は、例えば、C1-30-アルキル、=O、=C(C1-30-アルキル)又は=C(CN)に置換されてもよい。
6-26-アリレンの例は、
Figure 0007162129000013
Figure 0007162129000014
Figure 0007162129000015
Figure 0007162129000016
Figure 0007162129000017
ここで、R100は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
5~20角形のヘテロアリレン(5 to 20 membered heteroarylene)は、5~20角形の単環式又は多環式、例えば、二環式、三環式、四環式、五環式又は六環式環システムであり、ここで、環は、互いに縮合するか、二重結合によって連結され、5~20角形のヘテロアリレンは、O、S、Se、N及びTeからなる群から選ばれた1つ以上のヘテロ原子を有する1つ以上のヘテロ芳香族環(heteroaromatic ring)を含み、5~20角形のヘテロアリレンは、さらに芳香族炭素環(aromatic carbon ring)又は非芳香族環(non-aromatic ring)を含んでもよく、非芳香族環は、O、S、Se、Te、Si、N、及びGeのようなヘテロ原子を含んでもよく、ヘテロ芳香族環、芳香族炭素環又は非芳香族環は、例えば、C1-30-アルキル、=O、=C(C1-30-アルキル)又は=C(CN)に置換されてもよい。
5~20角形のヘテロアリレンの例は、
Figure 0007162129000018
Figure 0007162129000019
Figure 0007162129000020
Figure 0007162129000021
Figure 0007162129000022
Figure 0007162129000023
Figure 0007162129000024
Figure 0007162129000025
Figure 0007162129000026
Figure 0007162129000027
Figure 0007162129000028
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
本発明の好ましい化合物は、1つ以上の化学式1Aの単位、化学式1Bの単位、化学式1Cの単位、化学式1Dの単位、化学式1Eの単位、化学式1’Aの単位、化学式1’Bの単位、化学式1’Cの単位又は化学式1’Dの単位を含む。
Figure 0007162129000029
Figure 0007162129000030
Figure 0007162129000031
Figure 0007162129000032
Figure 0007162129000033
Figure 0007162129000034
Figure 0007162129000035
Figure 0007162129000036
Figure 0007162129000037
ここで、X、Q、R、R、L、L、n及びmは、先に定義された通りである。
Yは、それぞれの場合にO、S、Se、又はTeである。
は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
本発明のより好ましい化合物は、1つ以上の化学式1Aの単位、化学式1Bの単位、化学式1Cの単位、化学式1Dの単位、化学式1’Aの単位、化学式1’Bの単位又は化学式1’Cの単位を含む。
本発明のさらに好ましい化合物は、1つ以上の化学式1Aの単位、化学式1Bの単位、化学式1Cの単位又は化学式1Dの単位を含む。
本発明の最も好ましい化合物は、1つ以上の化学式1Aの単位を含む。
本発明の化合物は、小分子(small molecule)又はポリマー(polymer)であってもよい。
本発明の化合物が小分子であるときは、好ましくは、1つ又は2つの先に定義されたような化学式1の単位又は化学式1’の単位を含む。
小分子は、好ましくは、1kDa未満、より好ましくは、800Da未満の重量平均分子量(M)を有し、1kDa未満、より好ましくは、800Da未満の数平均分子量(M)を有する。
好ましくは、本発明の化合物は、ポリマーである。
本発明の化合物がポリマーであるときは、好ましくは、3つ以上の先に定義されたような化学式1の単位又は化学式1’の単位を含む。
ポリマーは、好ましくは、1~10000kDaの重量平均分子量(M)及び1~10000kDaの数平均分子量(M)を有する。本発明のポリマーは、より好ましくは、1~1000kDaの重量平均分子量(M)及び1~100kDaの数平均分子量(M)を有する。本発明のポリマーは、さらに好ましくは、5~1000kDaの重量平均分子量(M)及び5~100kDaの数平均分子量(M)を有する。本発明のポリマーは、さらに好ましくは、10~1000kDaの重量平均分子量(M)及び10~100kDaの数平均分子量(M)を有する。本発明のポリマーは、最も好ましくは、10~100kDaの重量平均分子量(M)及び5~60kDaの数平均分子量(M)を有する。重量平均分子量(M)及び数平均分子量(M)は、一例として、溶離液(eluent)として80℃でクロロベンゼン(chlorobenzene)又は150℃でトリクロロベンゼン(trichlorobenzene)を使用し、標準にポリスチレン(polystyrene as standard)を用いたゲル透過クロマトグラフィー(gel permeation chromatography)(GPC)で測定されたものであってもよい。
より好ましくは、本発明の化合物は、ポリマーの重量を基準に60重量%以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含むポリマーである。
さらに好ましくは、本発明の化合物は、ポリマーの重量を基準に80重量%以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含むポリマーである。
最も好ましくは、本発明の化合物は、ポリマーの重量を基準に95重量%以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含むポリマーである。
好ましくは、Xは、それぞれの場合にO、S又はSeである。より好ましくは、Xは、それぞれの場合にS又はSeである。最も好ましくは、Xは、それぞれの場合にSである。
好ましくは、Yは、それぞれの場合にO、S又はSeである。より好ましくは、Yは、それぞれの場合にS又はSeである。最も好ましくは、Yは、それぞれの場合にSである。
好ましくは、Qは、それぞれの場合にC又はSiである。より好ましくは、Qは、それぞれの場合にCである。
好ましくは、Rは、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル、-[CH-[RSi-O]p-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルからなる群から選ばれてもよい。
ここで、oは、1~10の整数である。
pは、1~40の整数である。
は、それぞれの場合にC1-10-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルである。
qは、1~50の整数である。
は、それぞれの場合にH又はハロゲンである。ただし、-[CR-CRにおいては、すべてのRがHであるものではない。
1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよい。
ここで、Rは、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-20-アルキニルである。
より好ましくは、Rは、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。最も好ましくは、Rは、それぞれの場合にC6-30-アルキルである。
好ましくは、Rは、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル又はハロゲンである。より好ましくは、Rは、それぞれの場合にHである。
好ましくは、Rは、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル又はハロゲンである。より好ましくは、Rは、それぞれの場合にHである。
好ましくは、X、Q、R及びRは、それぞれの場合に同一である。仮に、Y及びRがある場合、Y及びRは、好ましくは、それぞれの場合に同一である。
好ましくは、nは、0、1又は2である。より好ましくは、nは、0又は1である。最も好ましくは、nは、0である。
好ましくは、mは、0、1、2又は3である。より好ましくは、mは、0、1又は2である。最も好ましくは、mは、1である。
好ましくは、L及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン、5~20角形のヘテロアリレン及び
Figure 0007162129000038
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~4つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~4つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000039
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~4つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000040
Figure 0007162129000041
Figure 0007162129000042
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
より好ましくは、L及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンからなる群から選ばれる。
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000043
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000044
Figure 0007162129000045
103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
さらに好ましくは、L及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンからなる群から選ばれる。
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000046
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000047
Figure 0007162129000048
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
最も好ましくは、L及びLは、互いに独立して、5~20角形のヘテロアリレンである。
ここで、5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000049
本発明の特に好ましい化合物は、1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含むポリマーであり、ここで、n=0であり、1つ以上の化学式1-IAの単位、化学式1-IBの単位、化学式1-ICの単位、化学式1-IDの単位、化学式1'-IAの単位、化学式1'-IBの単位又は式1'-ICの単位を含むポリマーである。
Figure 0007162129000050
Figure 0007162129000051
Figure 0007162129000052
Figure 0007162129000053
Figure 0007162129000054
Figure 0007162129000055
Figure 0007162129000056
ここで、Xは、それぞれの場合にO、S又はSeである。
Qは、それぞれの場合にC又はSiである。
は、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。
は、それぞれの場合にHである。
mは、0、1又は2である。
は、それぞれの場合に、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンからなる群から選ばれる。
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000057
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000058
Figure 0007162129000059
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
本発明の特にさらに好ましい化合物は、1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含むポリマーであり、ここで、n=0であり、1つ以上の化学式1-IAの単位、化学式1-IBの単位、化学式1-ICの単位又は化学式1-IDの単位を含むポリマーである。
Figure 0007162129000060
Figure 0007162129000061
Figure 0007162129000062
Figure 0007162129000063
ここで、Xは、それぞれの場合にO、S又はSeである。
Qは、それぞれの場合にC又はSiである。
は、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。
は、それぞれの場合にHである。
mは、0、1又は2である。
は、それぞれの場合に、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンからなる群から選ばれる。
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000064
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000065
Figure 0007162129000066
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
本発明の特にさらに好ましい化合物は、1つ以上の化学式1-IAの単位を含むポリマーである。
Figure 0007162129000067
ここで、Xは、それぞれの場合にO、S又はSeである。
Qは、それぞれの場合にC又はSiである。
は、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。
は、それぞれの場合にHである。
mは、0、1又は2である。
は、それぞれの場合に、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンからなる群から選ばれる。
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
Figure 0007162129000068
ここで、R101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000069
Figure 0007162129000070
ここで、R103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである。
本発明の特に最も好ましい化合物は、1つ以上の化学式1-IAの単位を含むポリマーである。
Figure 0007162129000071
ここで、Xは、それぞれの場合にO、S又はSeである。
Qは、それぞれの場合にC又はSiである。
は、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。
は、それぞれの場合にHである。
mは、0、1又は2である。
は、それぞれの場合に、5~20角形のヘテロアリレンである。
ここで、5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にハロゲンの1つ~2つの置換基Rで置換されてもよい。
ここで、1つ~2つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
Figure 0007162129000072
本発明の特に好ましい化合物は、1つ以上の化学式1-IA1の単位を含むポリマーである。
Figure 0007162129000073
ここで、Rは、それぞれの場合にC1-50-アルキルである。
また、本発明の一部は、1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含む本発明の化合物の製造方法である。
Figure 0007162129000074
Figure 0007162129000075
ここで、M1及びM2は、それぞれ独立して、芳香族又はヘテロ芳香族単環式又は二環式環システムである。
Xは、それぞれの場合にO、S、Se又はTeである。
Qは、それぞれの場合にC、Si又はGeである。
は、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル、-[CH-[O-SiRp-OSiR、-[CH-[RSi-O]p-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル、C2-50-アルキニル、C5-8-シクロアルキル、C6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールからなる群から選ばれる。
ここで、oは、0~10の整数である。
pは、1~40の整数である。
は、それぞれの場合にC1-10-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルである。
qは、1~50の整数である。
は、それぞれの場合にH又はハロゲンである。ただし、-[CR-CRにおいては、すべてのRがHであるものではない。
1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよい。
5-8-シクロアルキルは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ又は2つの置換基で置換されてもよく、C5-8-シクロアルキルの1つのCH基は、O、S、OC(O)、CO、NR又はNR-COに置き換えられる。
6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~3つの置換基で置換されてもよい。
ここで、Rは、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルである。
は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
nは、0、1、2、3又は4である。
mは、0、1、2、3又は4である。
そして、L及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン、5~20角形のヘテロアリレン、
Figure 0007162129000076
ここで、C6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~4つの置換基Rで置換されてもよい。
Figure 0007162129000077
この製造方法は、化学式4の化合物又は化学式4’の化合物を酸で処理して化学式3の化合物又は化学式3'の化合物を製造する段階を含む。
Figure 0007162129000078
Figure 0007162129000079
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
Figure 0007162129000080
Figure 0007162129000081
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
前記酸は、水素形態のカチオン交換器(cation exchanger in hydrogen form)、トリフルオロ酢酸(trifluoroacetic acid)、酢酸(acetic acid)又はp-トルエンスルホン酸(p-toluene sulfonic acid)のような任意の酸であってもよい。好ましくは、前記酸は、水素形態のカチオン交換器であり、さらに好ましくは、前記酸は、アンバーリスト(登録商標)15(Amberlyst(登録商標)15)である。
好ましくは、前記段階で形成された水は、その場(in situ)で除去される。
前記段階は、任意の適切な溶媒、例えば、トルエン(toluene)で行われてもよい。
1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含む本発明の化合物は、当業界の公知の方法により、化学式3の化合物又は化学式3’の化合物から製造されてもよい。
n=0である1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含み、化学式1-Iの単位又は式1'-Iの単位のポリマーである本発明の化合物は、化学式2又は化学式2’の化合物を下記化学式の化合物で処理して製造されてもよい。
Figure 0007162129000082
Figure 0007162129000083
Figure 0007162129000084
ここで、M1、M2、X、Q、R、R、m及びLは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
Figure 0007162129000085
Figure 0007162129000086
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
は、それぞれの場合にB(OZ)(OZ)、SnZ
Figure 0007162129000087
ここで、Zは、それぞれの場合にH又はC1-4-アルキルである。
下記化学式の化合物においてLは、化学式1の単位及び化学式1’の単位で定義した通りであり、LGは、それぞれの場合に脱離基(leaving group)である。
Figure 0007162129000088
例えば、n及びm=0である1つ以上の化学式1の単位又は化学式1’の単位を含み、化学式1-IIの単位又は化学式1'-IIの単位のポリマーである本発明の化合物は、化学式2又は化学式2'の化合物を化学式16の化合物又は化学式16’の化合物で処理して製造されてもよい。
Figure 0007162129000089
Figure 0007162129000090
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
Figure 0007162129000091
Figure 0007162129000092
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
は、それぞれの場合にB(OZ)(OZ)、SnZ
Figure 0007162129000093
ここで、Zは、それぞれの場合にH又はC1-4-アルキルである。
Figure 0007162129000094
Figure 0007162129000095
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りであり、LGは、脱離基である。
好ましくは、Zは、それぞれの場合にSnZ及び
Figure 0007162129000096
ここで、Zは、それぞれの場合にH又はC1-4-アルキルである。
より好ましくは、Zは、それぞれの場合にSnZであり、ここで、Zは、それぞれの場合にC1-4-アルキルである。
好ましくは、LG及びLGは、独立して、それぞれの場合にハロゲンであり、より好ましくは、Cl又はBrである。
本発明の化合物の製造における反応は、一般的に用いられる触媒の下で、好ましくは、Pd(P(Ph)、Pd(OAc)及びトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(tris(dibenzylideneacetone)dipalladium)のようなPd触媒の下で行われる。Pd触媒によって反応は、P(Ph)、P(o-tolyl)及びP(tert-Bu)のようなホスフィン配位子(phosphine ligand)がさらに用いられてもよい。反応は、一般的に40~250℃、好ましくは、60~200℃の温度のような高温で行われる。反応は、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)、トルエン(toluene)又はクロロベンゼン(chlorobenzene)のような適切な溶媒の存在下で行われてもよい。反応は、一般的に不活性ガスの下(under inert gas)で行われる。
がそれぞれの場合にSnZであるとき、前記Zは、それぞれの場合にC1-4-アルキルであり、反応は、一般的に用いられる触媒の下で、好ましくは、Pd(P(Ph)及びトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムのようなPd触媒の下で行われる。
化学式2の化合物又は化学式2’の化合物は、化学式3の化合物又は化学式3’の化合物を塩基(base)及びZ-LGで処理して製造してもよい。
Figure 0007162129000097
Figure 0007162129000098
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位及び化学式1’の単位で定義した通りであり、Zは、それぞれの場合にB(OZ)(OZ)、SnZ
Figure 0007162129000099
Figure 0007162129000100
Figure 0007162129000101
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位及び化学式1’の単位で定義した通りである。
-LGにおいてZは、化学式2又は化学式2’で定義した通りであり、LGは、脱離基である。
前記塩基は、n-ブチルリチウム(n-butyl lithium)のような任意の適切な塩基であってもよい。
好ましくは、仮に、ZがSnZであれば、LGは、それぞれの場合にハロゲンであり、より好ましくは、Brである。
M1、X、Q、R及びRが化学式1の単位で定義したような化学式4の化合物は、下記のような方法で製造されてもよい。
Figure 0007162129000102
Figure 0007162129000103
M1、X、Q及びRが化学式1の単位で定義した通りであり、RがHである化学式8の化合物は、下記のような方法で製造されてもよい。
Figure 0007162129000104
M2、X、Q、R及びRが化学式1’の単位で定義したような化学式4’の化合物は、下記のような方法で製造されてもよい。
Figure 0007162129000105
Figure 0007162129000106
M2、X、Q及びRが化学式1’の単位で定義した通りであり、RがHである化学式8’の化合物は、下記のような方法で製造されてもよい。
Figure 0007162129000107
化合物10及び化合物10’は、例えばW.Zhang、J.Smith、S.E.Watkins、R.Gysel、M.McGehee、A.Salleo、J.Kirkpatrick、S.Ashraf、T.Anthopoulous、M.Heeney、I.McCulloch、J.Am.Chem.Soc.2010年、132、11437に開示されているように、当業界に公知された方法により製造されてもよい。
また、本発明の一部は、化学式3の化合物又は化学式3’の化合物である。
Figure 0007162129000108
Figure 0007162129000109
ここで、M1、M2、X、Q、R及びRは、化学式1の単位又は化学式1’の単位で定義した通りである。
好ましい化学式3の化合物又は化学式3’の化合物は、化学式3Aの化合物、化学式3Bの化合物、化学式3Cの化合物、化学式3Dの化合物、化学式3Eの化合物、化学式3’Aの化合物、化学式3’Bの化合物、化学式3’Cの化合物又は化学式3’Dの化合物である。
Figure 0007162129000110
Figure 0007162129000111
Figure 0007162129000112
Figure 0007162129000113
Figure 0007162129000114
Figure 0007162129000115
Figure 0007162129000116
Figure 0007162129000117
Figure 0007162129000118
ここで、X、Q、R及びRは、先に定義された通りである。
Yは、それぞれの場合にO、S、Se、又はTeである。
は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
より好ましい化学式3の化合物又は化学式3’の化合物は、化学式3Aの化合物、化学式3Bの化合物、化学式3Cの化合物、化学式3Dの化合物、化学式3’Aの化合物、化学式3’Bの化合物又は化学式3'Cの化合物である。
さらに好ましい化学式3の化合物又は化学式3’の化合物は、化学式3Aの化合物、化学式3Bの化合物、化学式3Cの化合物又は化学式3Dの化合物である。
最も好ましい化学式3の化合物又は化学式3’の化合物は、化学式3Aの化合物である。
また、本発明の一部は、本発明の化合物を含む電子装置である。
電子装置は、有機光電変換素子(OPVs)、有機電界効果トランジスタ(OFETs)、有機発光ダイオード(OLEDs)又は有機フォトダイオード(OPDs)であってもよい。
好ましくは、電子装置は、有機光電変換素子(OPVs)、有機電界効果トランジスタ(OFETs)又は有機フォトダイオード(OPDs)である。
より好ましくは、電子装置は、有機電界効果トランジスタ(OFETs)である。
一般的に、有機電界効果トランジスタは、誘電体層(dielectric layer)、半導体層(semiconducting layer)及び基板(substrate)を含む。また、有機電界効果トランジスタは、一般的に、ゲート電極(gate electrode)及びソース/ドレイン電極(source/drain electrodes)を含む。
好ましくは、半導体層は、本発明の化合物を含む。半導体層は、5~500nmの厚さ、好ましくは10~100nmの厚さ、より好ましくは、20~50nmの厚さを有してもよい。
誘電体層は、誘電体物質(dielectric material)を含む。誘電体物質は、二酸化ケイ素(silicon dioxide)、酸化アルミニウム(aluminium oxide)又はポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ(4-ビニルフェノール)(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ベンゾシクロブテン(BCB)、フルオロポリマー(fluoropolymers)又はポリイミド(PI)のような有機ポリマーであってもよい。誘電体層は、10~2000nm、好ましくは、50~1000nm、より好ましくは、100~800nmの厚さを有してもよい。
誘電体層は、誘電体物質の他にも、有機シラン誘導体(organic silane derivates)又は有機リン酸誘導体(organic phosphoric acid derivates)である自己組織化単分子膜(self-assembled monolayer)を含んでもよい。有機シラン誘導体の一例として、オクチルトリクロロシラン(octyltrichlorosilane)である。有機リン酸誘導体の一例として、オクチルデシルリン酸(octyldecylphosphoric acid)である。誘電体層に含まれる自己組織化単分子膜は、一般的に半導体層と接触する。
ソース/ドレイン電極は、任意の適切な有機又は無機ソース/ドレイン物質からなってもよい。無機ソース/ドレイン物質の一例として、金(Au)、銀(Ag)又は銅(Cu)だけでなく、このような金属の1つ以上を含む合金である。ソース/ドレイン電極は、1~100nm、好ましくは20~70nmの厚さを有してもよい。
ゲート電極は、高度にドープされたシリコン(highly doped silicon)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、インジウムスズ酸化物(indium tin oxide)又は金(Au)、又はこのような金属の一つ以上を含む合金のような任意の適切なゲート材料からなってもよい。ゲート電極は、1~200nm、好ましくは、5~100nmの厚さを有してもよい。
基板は、ガラスのような任意の適切な基板又はポリエーテルスルホン(polyethersulfone)、ポリカーボネート(polycarbonate)、ポリスルホン(polysulfone)、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)のようなプラスチック基板であってもよい。有機電界効果トランジスタの設計によりゲート電極、例えば、高度にドープされたシリコンも基板として使用してもよい。
有機電界効果トランジスタは、当業界に公知された方法により製造されてもよい。
例えば、トップゲートボトムコンタクト(top-gate、bottom-contact)有機電界効果トランジスタは、次のように製造されてもよい。ソース/ドレイン電極は、適切な基板(例えば、ガラス基板)上のフォトリソグラフィ的に定義された電極(photo-lithographically defined electrode)上に適切なソース/ドレイン物質(例えば、金(Au))を蒸発させることにより形成されてもよい。誘電体層は、一例として、半導体層上に適切な誘電体物質(例えば、フルオロポリマー)の溶液をスピンコートすることにより形成されてもよい。適切なゲート物質(例えば、金(Au)のゲート電極は、誘電体層上にシャドーマスク(shadow mask)を介して蒸発させることにより形成されてもよい。
また、本発明の一部は、半導体物質として、本発明の化合物を使用することである。
本発明の化合物は、高い電荷移動度(charge carrier mobility)を示す。また、本発明の化合物は、高い安定性(stability)を示す。また、本発明のポリマーは、液体加工技術(liquid processing techniques)との相容性が良い。
実施例1:化合物11aの製造
Figure 0007162129000119
化合物13a:0℃で3-ブロモチオフェン(14a)(10g、61.3mmol)が含まれた300mLのTHFにLDA(67.4mL、67.4mmol)が含まれたTHF(1M)溶液を滴加した。混合物を1時間攪拌後、0℃で混合物にDMF(5.2mL、67.4mmol)を添加し、混合物を室温(room temperature)まで昇温した。4時間攪拌後、混合物に水(100mL)を添加し、これをエーテル(ether)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/酢酸エチル(50:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィー(column chromatography on silica gel)で精製し、黄色のオイルである化合物13aを得た。収率:11.0g(94%)。H NMR(400MHz; CDCl):δ7.15(d、1H、J=4.8Hz)、7.73(dd、1H、J=1.2、5.2Hz)、9.98(d、1H、J=1.2Hz); 13C NMR(100MHz; CDCl):δ120.38、132.03、134.87、136.90、183.03。
化合物12a:3-ブロモチオフェン-2-カーブアルデヒド(13a)(11g、57.6mmol)をメタノール(300mL)に溶解させ、0℃に冷却させた。NaBH(3.3g、86.4mmol)を混合物に少量ずつ添加し、4時間撹拌した。混合物に水(100mL)を添加し、これをエーテル(ether)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/酢酸エチル(10:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して無色のオイルである化合物12aを得た。収率:10.9g(98%)。H NMR(700MHz、CDCl):δ7.28(d、1H、J=5.2Hz)、6.98(d、1H、J=5.2Hz)、4.83(d、2H、J=6.4Hz)、2.98(s、br、1H); 13C NMR(176MHz、CDCl):δ138.31、130.13、125.48、108.89、58.96。
化合物11a:イミダゾール(8.82g、129.5mmol)を(3-ブロモチオフェン-2-イル)メタノール(12a)(10g、51.8mmol)とトリイソプロピルクロロシラン(triisopropylchlorosilane)(11.98g、62.16mmol)が含まれたジクロロメタン(dichloromethane)溶液に添加した。混合物を12時間攪拌し、飽和された水溶性NHCl(saturated aq.NHCl)に希釈した後、EtOAcで抽出し、塩水(brine)で洗浄した後、真空状態で濃縮した。残留物(residue)をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:石油エーテル/酢酸エチル=50:1)で精製して無色固体の化合物11a(17.74g、98%収率)を製造した。H NMR(700MHz、CDCl):δ7.21(d、J=5.3Hz、1H)、6.92(d、J=5.3Hz、1H)、4.92(s、2H)、1.22-1.18(m、3H)、1.12(s、18H); 13C NMR(176MHz、CDCl):δ140.83、129.60、124.39、105.30、61.23、18.01、12.01。
実施例2:化学式1Aの単位を含むポリマーP1の製造
Figure 0007162129000120
Figure 0007162129000121
Figure 0007162129000122
Figure 0007162129000123
Figure 0007162129000124
化合物10a及び化合物9aは、W.Zhang、 J.Smith、 S.E.Watkins、 R.Gysel、 M.McGehee、 A.Salleo、 J.Kirkpatrick、 S.Ashraf、 T.Anthopoulos、 M.Heeney、 I.McCulloch、 J.Am.Chem.Soc.2010、132、11437に記載されているように合成された。
化合物8a:4,4,9,9-テトラヘキサデシル-4,9-ジヒドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン(9a)(10g、8.59mmol)を無水(anhydrous)THF(100mL)に溶解させ、アルゴン(argon)の下で-78℃に冷却させた後、n-ブチルリチウム溶液(n-butyllithium solution)(2.5M、8.59mL)を滴加し、混合物を0℃まで昇温して30分間攪拌した。混合物を再び-78℃に冷却させた後、DMF 1mLを滴加し、室温(room temperature)に昇温して6時間攪拌した。混合物に水(100mL)を添加し、これを酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/酢酸エチル(5:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、黄色の固体である化合物8aを得た(9.75g、93%収率)。H NMR(500MHz、CDCl):δ9.94(s、1H)、7.66(s、1H)、7.48(s、1H)、2.12-2.10(m、8H)、1.36-0.92(m、104H)、0.91-0.87(m、12H)、0.82-0.65(m、8H); 13C NMR(126MHz、CDCl):δ182.96、156.06、155.18、151.40、145.60、136.47、130.41、115.03、53.81、39.12、32.11、30.12、29.84、29.76、29.43、24.32、22.81、14.22。
化合物7a:実施例1で製造された((3-ブロモチオフェン-2-イル)メトキシ)トリイソプロピルシラン(11a)(5g、14.3mmol)を無水ジエチル100mLに溶解させ、-78℃に冷却させた後、n-ブチルリチウム溶液(2.5M、5.72mL)を滴加し、30分間攪拌して溶液を製造した。4,4,9,9-テトラヘキサデシル-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-ジカーブアルデヒド(8a)(5.82g、4.76mmol)が溶解されている50mLの無水ジエチルエーテル(diethyl ether)を前記溶液に滴加した後、30分間さらに攪拌した。混合物を室温に昇温し、一晩(overnight)攪拌した。混合物に水(150mL)を添加し、これを酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/ジクロロメタン(3:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して茶色の液体である化合物7aを得た(6.04g、72%収率)。H NMR(700MHz、CDCl):δ7.26(s、2H)、7.16(s、2H)、7.14(d、J=5.2Hz、2H)、7.03(d、J=5.2Hz、2H)、6.17(d、J=4.8Hz、2H)、4.97(s、4H)、2.15-2.10(m、8H)、1.23-1.14(m、6H)、1.34-0.97(m、140H)、0.91-0.82(m、12H)、0.81-0.65(m、8H); 13CNMR(176MHz、CDCl):δ171.19、154.24、152.54、148.90、145.69、141.11、140.71、139.54、135.67、128.11、126.40、124.23、123.09、122.98、119.11、112.79、60.43、31.96、29.76、29.71、29.41、22.73、21.08、18.03、18.01、17.99、17.73、14.22、14.16、12.02、11.95。
化合物6a:化合物7a(10.87g、6.17mmol)を100mLのジクロロメタン(dichloromethane)に溶解させた後、Znl(0.40g、1.24mmol)を一部分に添加し、次に、NaBHCN(1.17g、18.52mmol)を添加した。混合物を一晩撹拌した後、水(100mL)で急冷させた。混合物を酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン(haxane)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して茶色の液体である化合物6aを得た(10.04g、94%収率)。H NMR(700MHz、CDCl)δ7.26(s、2H)、7.14(d、J=5.1Hz、2H)、6.87(d、J=5.1Hz、2H)、6.65(s、2H)、4.96(s、4H)、4.14(s、4H)、2.15-2.10(m、8H)、1.28-1.14(m、6H)、1.34-0.96(m、140H)、0.91-0.85(m、12H)、0.82-0.64(m、8H); 13C NMR(176MHz、CDCl)δ154.43、152.29、145.05、139.98、139.90、135.51、134.85、129.04、126.84、123.09、121.23、119.68、112.50、59.59、41.36、39.07、36.09、31.96、29.75、27.70、24.24、22.73、20.48、18.62、17.85、14.17、12.97、11.48。
化合物5a:化合物6a(5.58g、3.23mmol)を100mLのTHFに溶解させて溶液を製造し、前記溶液にTBAF(1M in THF、8.07mL)を添加し、この混合物を一晩撹拌した後、水(100mL)で急冷させた。混合物を酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/ジクロロメタン(1:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、黄色の液体である化合物5aを得た(4.35g、95%収率)。H NMR(700MHz、CDCl)δ:7.26(s、2H)、7.21(d、J=5.1Hz、2H)、6.93(d、J=5.1Hz、2H)、6.69(s、2H)、4.83(s、4H)、4.21(s、4H)、2.14-2.12(m、8H)、1.32-0.97(m、104H)、0.91-0.84(m、12H)、0.82-0.64(m、8H); 13C NMR(176MHz、CDCl):δ171.26、154.54、152.31、145.13、140.06、137.83、137.71、135.49、129.52、124.29、119.71、112.55、60.46、57.78、53.94、39.07、31.96、30.08、29.75、29.71、29.69、29.46、29.41、24.23、22.73、21.09、17.73、14.22、14.17、12.29。
化合物4a:化合物5a(5.22g、3.68mmol)を100mLのジクロロメタンに溶解させて溶液を製造し、前記溶液にデス-マーチンペルヨージナン(Dess-Martin periodinane)(3.91g、9.22mmol)を添加し、この混合物を一晩撹拌した後、飽和NaHCO溶液でゆっくりと急冷させた。混合物を室温で30分間攪拌した後、飽和NaSSO溶液を添加した。混合物を酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥させた後、ろ過し、真空状態で濃縮した。生成物を溶離液としてヘキサン/ジクロロメタン(1:1)を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、黄色の固体である化合物4aを得た(4.52g、87%収率)。H NMR(700MHz、CDCl)δ:10.13(s、2H)、7.65(d、J=5.0Hz、2H)、7.14(s、2H)、7.05(d、J=5.0Hz、2H)、6.74(s、2H)、4.56(s、4H)、2.13-2.11(m、8H)、1.36-0.96(m、104H)、0.90-0.86(m、12H)、0.83-0.69(m、8H); 13C NMR(176MHz、CDCl)δ182.09、154.69、152.44、149.14、143.00、141.50、140.61、137.85、135.50、134.50、131.27、131.08、128.42、128.26、53.93、39.01、31.90、30.25、29.71、29.73、29.63、29.41、29.49、24.22、22.71、21.39、17.43、14.12、14.10、12.49。
化合物3a:3,3’-((4,4,9,9-テトラヘキシルデシル-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-メチレン))ビス(チオフェン-2-カーブアルデヒド)(4a)(3.77g、2.67mmol)を100mLのトルエンに溶解させて溶液を製造し、前記溶液にアンバーリスト(登録商標)-15 5gを添加し、この混合物を一晩還流させ、生成された水は、ディーン-スタークトラップ(Dean-Stark Trap)を用いてその場(in situ)で除去した。混合物を濾過し、ろ液を真空状態で濃縮した。粗生成物(crude product)を溶離液としてヘキサンを用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して淡黄色の固体(pale yellow solid)である化合物3aを得た(2.28g、62%収率)。H NMR(700MHz、CDCl):δ8.37(s、2H)、8.31(s、2H)、7.52(s、2H)、7.51(d、J=5.3Hz、2H)、7.41(d、J=5.4Hz、2H)、2.13-2.11(m、8H)、1.34-0.96(m、104H)、0.91-0.86(m、12H)、0.82-0.69(m、8H); 13C NMR(176MHz、CDCl)。13C NMR(176MHz、CDCl):δ139.07、131.37、127.83、126.75、122.52、122.09、121.64、117.43、111.44、108.12、103.46、99.16、98.40、40.43、24.10、16.91、14.67、14.65、14.64、14.61、14.58、14.46、14.35、14.17、8.78、7.68、0.90。
化合物2a:化合物3a(3.42g、2.49mmol)を80mLのTHFに溶解させ、-78℃に冷却した後、n-ブチルリチウム溶液(2.5M、2.49mL)を滴加して30分間攪拌し、溶液を製造した。前記溶液に6.23mLのMeSnCl溶液(1M in THF)を滴加し、混合物を室温に昇温した後、一晩撹拌した後、水(80mL)で急冷した。混合物を酢酸エチル(ethyl acetate)で3回抽出した。有機相(organic phases)を収集し、真空状態で濃縮した。生成物をアセトニトリル/ジクロロメタン(acetonitrile/dichloromethane)で再結晶(recrystallize)して淡黄色の固体である化合物2aを得た(4.02g、95%収率)。H NMR(500MHz、CDCl):δ8.36(s、IH)、8.32(s、2H)、7.53(s、2H)、7.50(s、2H)、2.53-2.34(m、4H)、2.34-2.16(m、4H)、1.41-0.95(m、104H)、0.93-0.86(m、12H)、0.84-0.61(m、8H)、0.50(s、18H)。
ポリマーP1:2.5mLのマイクロウェーブバイアル(microwave vial)に化合物2a(0.40g、0.233mmol)、4,7-ジブロモベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(0.068g、0.233mmol)、2mol%のトリ(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(2.9mg、0.005mmol)及びトリ(o-トリル)ホスフィン(6mg、0.02mmol)を投入した。このバイアルを密封し、クロロベンゼン(1mL)を添加した。得られた溶液をアルゴンで30分間脱気(Degassing)させた。このバイアルは、マイクロウェーブ反応器(microwave reactor)で、次のような反応条件で適用された。100℃で2分、120℃で2分、140℃で5分、160℃で5分、180℃で20分。反応混合物をマイクロウェーブ反応器に再投入する前に、100℃で1分、120℃で1分、140℃で2分及び160℃で5分の反応条件で2-ブロモベンゼン0.1当量(0.1eq. of 2-bromobenzene)を添加し、ポリマー末端をキャッピングした。ポリマー溶液を冷却させ、2-(トリメチルスタンニル)ベンゼン0.1当量をシリンジ(syringe)を用いて添加した。反応バイアル(reaction vial)は、前述した温度反応条件を適用してエンド-キャッピング反応(end-capping reaction)を完了した。反応後、粗ポリマー(crude polymer)をメタノールに沈殿させた後、アセトン、ヘキサン及びクロロホルム(chloroform)でそれぞれ24時間ソックスレー抽出(Soxhlet extraction)を用いて、さらに精製した。残っているパラジウム残留物は、激しい攪拌下(under vigorous stirring)に50℃で2時間、水溶性ナトリウムジエチルジチオカルバメート溶液(aqueous sodium diethyldithiocarbamate solution)でポリマーのクロロホルム溶液を処理することで除去した。その後、有機相(organic phase)を水相(aqueous phase)から分離し、水で数回洗浄した。ポリマー溶液を減圧下で濃縮し、冷たいメタノールで沈殿させた。ポリマーP1をろ過し、少なくとも24時間高真空状態で乾燥させた。H NMR(500MHz、CDCl)δ8.71(br、2H)、8.37(br、2H)、8.13(br、2H)、7.68(br、2H)、7.74(br、2H)、2.14-2.10(br、8H)、0.95-1.32(br、104H)、0.91-0.84(br、12H)、0.82-0.61(br、8H)。
実施例3:半導体物質としてポリマーP1を含むボトムコンタクトトップゲート(bottom-contact、top-gate)有機電界効果トランジスタ(OFET)の製造
金ソース及びドレインコンタクト(gold source and drain contact)をガラスから蒸発させた後、ペンタフルオロチオフェノール(pentafluorobenzenethiol)で処理した。次に、半導体層は、ポリマーP1を含むクロロベンゼン溶液10mgmL-1でスピンコートし、商業的に入手可能なCytop(登録商標)をゲート誘電体で蒸着させた。Agゲート電極が使用された。チャンネルの幅と長さは、W=1000μm、L=30μmである。
OFETの伝達特性(transfe characteristic)及び出力特性(output characteristic)を測定した。
図1及び図2は、OFETの伝達特性及び出力特性を示す。
電界効果移動度(field effect mobility)は、下記の式を用いて、装置の飽和領域(saturation regime)において標準薄膜トランジスタモデル(standard thin film transistor model)を使用して計算した。
Figure 0007162129000125
ここで、L、W及びCは、それぞれ誘電体のチャネル長、チャネル幅及び電気容量(capacitance)を示す。
OFETの平均飽和ホール移動度(average saturation hole mobility)は、2.5cm-1-1で測定され、on/off比率は、2×10で測定され、電圧は、約-17Vで測定された。

Claims (14)

  1. 1つ以上の化学式1Aの単位、化学式1Bの単位、化学式1Cの単位、化学式1Dの単位、化学式1Eの単位、化学式1’Aの単位、化学式1’Bの単位、化学式1’Cの単位又は化学式1’Dの単位を含む、化合物。
    Figure 0007162129000126
    Figure 0007162129000127
    Figure 0007162129000128
    Figure 0007162129000129
    Figure 0007162129000130
    Figure 0007162129000131
    Figure 0007162129000132
    Figure 0007162129000133
    Figure 0007162129000134
    ここで、
    Xは、それぞれの場合にO、S、Se又はTeであり、
    Qは、それぞれの場合にC、Si又はGeであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル(C1-50-alkyl)、-[CH-[O-SiR-OSiR、-[CH-[RSi-O]-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル、C2-50-アルキニル、C5-8-シクロアルキル、C6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールからなる群から選ばれ、
    ここで、
    oは、0~10の整数であり、
    pは、1~40の整数であり、
    は、それぞれの場合にC1-10-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルであり、
    qは、1~50の整数であり、
    は、それぞれの場合にH又はハロゲンであり、ただし、-[CR-CRにおいてすべてのRがHであるものではなく、
    1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよく、
    5-8-シクロアルキルは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ又は2つの置換基で置換されてもよく、C5-8-シクロアルキルの1つのCH基は、O、S、OC(O)、CO、NR又はNR-COに置き換えられ、
    6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~3つの置換基で置換されてもよく、
    ここで、
    は、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンであり、
    nは、0、1、2、3又は4であり、
    mは、0、1、2、3又は4であり、
    及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン、5~20角形のヘテロアリレン、
    Figure 0007162129000135
    ここで、
    6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~4つの置換基Rで置換されてもよく、
    Figure 0007162129000136
    は、それぞれの場合にR、COOR及びCNからなる群から選ばれた1つ又は2つの置換基で置換されてもよく、ここで、Rは、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル及びC2-30-アルキニルからなる群から選ばれ、
    Yは、それぞれの場合にO、S、Se、又はTeであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
  2. 前記化合物は、ポリマーである、請求項1に記載の化合物。
  3. Xは、O、S又はSeである、請求項1または2に記載の化合物。
  4. Qは、C又はSiである、請求項1~3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. は、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル、-[CH-[RSi-O]-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルからなる群から選ばれてもよく、
    ここで、
    oは、1~10の整数であり、
    pは、1~40の整数であり、
    は、それぞれの場合にC1-10-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルであり、
    qは、1~50の整数であり、
    は、それぞれの場合にH又はハロゲンであり、ただし、-[CR-CRにおいてすべてのRがHであるものではなく、
    1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよく、
    ここで、
    は、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-20-アルキニルである、請求項1~4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. は、それぞれの場合にC1-50-アルキルである、請求項1~4のいずれか一項に記載の化合物。
  7. は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル又はハロゲンである、請求項1~6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. mは、0、1又は2である、請求項1~7のいずれか一項に記載の化合物。
  9. nは、0である、請求項1~8のいずれか一項に記載の化合物。
  10. 及びLは、互いに独立して、それぞれの場合に、C6-26-アリレン、5~20角形のヘテロアリレン及び
    Figure 0007162129000137
    ここで、
    6-26-アリレン及び5~20角形のヘテロアリレンは、それぞれの場合にC1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル及びハロゲンからなる群から選ばれた1つ~4つの置換基Rで置換されてもよく、
    ここで、1つ~4つの置換基Rで任意に置換されたC6-26-アリレンは、
    Figure 0007162129000138
    ここで、
    101は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルであり、
    ここで、1つ~4つの置換基Rで任意に置換された5~20角形のヘテロアリレンは、
    Figure 0007162129000139
    Figure 0007162129000140
    Figure 0007162129000141
    ここで、
    103は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンであり、
    102は、それぞれの場合にH又はC1-30-アルキルである、請求項1~9のいずれか一項に記載の化合物。
  11. 化学式3Aの化合物、化学式3Bの化合物、化学式3Cの化合物、化学式3Dの化合物、化学式3Eの化合物、化学式3’Aの化合物、化学式3’Bの化合物、化学式3’Cの化合物又は化学式3’Dの化合物である、化合物。
    Figure 0007162129000142
    Figure 0007162129000143
    Figure 0007162129000144
    Figure 0007162129000145
    Figure 0007162129000146
    Figure 0007162129000147
    Figure 0007162129000148
    Figure 0007162129000149
    Figure 0007162129000150
    ここで、
    Xは、それぞれの場合にO、S、Se又はTeであり、
    Qは、それぞれの場合にC、Si又はGeであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-50-アルキル(C1-50-alkyl)、-[CH-[O-SiR-OSiR、-[CH-[RSi-O]-SiR、-[CR-CR、C2-50-アルケニル、C2-50-アルキニル、C5-8-シクロアルキル、C6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールからなる群から選ばれ、
    ここで、
    oは、0~10の整数であり、
    pは、1~40の整数であり、
    は、それぞれの場合にC1-10-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルであり、
    qは、1~50の整数であり、
    は、それぞれの場合にH又はハロゲンであり、ただし、-[CR-CRにおいてすべてのRがHであるものではなく、
    1-50-アルキル、C2-50-アルケニル及びC2-50-アルキニルは、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~4つの置換基で置換されてもよく、
    5-8-シクロアルキルは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN、-SiR及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ又は2つの置換基で置換されてもよく、C5-8-シクロアルキルの1つのCH基は、O、S、OC(O)、CO、NR又はNR-COに置き換えられ、
    6-14-アリール及び5~14角形のヘテロアリールは、C1-10-アルキル、C2-10-アルケニル、C2-10-アルキニル、OR、OC(O)-R、C(O)-OR、C(O)-R、NR、NR-C(O)R、C(O)-NR、N[C(O)R][C(O)R]、SR、ハロゲン、CN及びNOからなる群から独立して選ばれた1つ~3つの置換基で置換されてもよく、
    ここで、
    は、それぞれの場合にH、C1-20-アルキル、C2-10-アルケニル又はC2-10-アルキニルであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンであり、
    Yは、それぞれの場合にO、S、Se、又はTeであり、
    は、それぞれの場合にH、C1-30-アルキル、C2-30-アルケニル、C2-30-アルキニル又はハロゲンである。
  12. 請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の化合物を含む電子装置。
  13. 前記電子装置は、有機電界効果トランジスタである、請求項12に記載の電子装置。
  14. 前記化合物は、半導体物質である、請求項1に記載の化合物。
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