JP7372652B2 - Acceptor material, method for producing π-conjugated boron compound, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、新規なπ共役系ホウ素化合物、π共役系ホウ素化合物の製造方法および電子装置に関し、特に、アクセプター材料として好適に用いられるπ共役系ホウ素化合物およびその製造方法、ならびに、このπ共役系ホウ素化合物を用いた電子装置に関する。 The present invention relates to a novel π-conjugated boron compound, a method for producing the π-conjugated boron compound, and an electronic device, and in particular, a π-conjugated boron compound suitably used as an acceptor material, a method for producing the same, and the π-conjugated boron compound. This invention relates to electronic devices using boron compounds.
近年、有機EL、有機薄膜太陽電池または有機電界効果トランジスタ等のフレキシブルな電子装置(電子デバイス)に利用できる軽量かつ柔軟な有機エレクトロニクス材料が注目されている。 BACKGROUND ART In recent years, lightweight and flexible organic electronic materials that can be used in flexible electronic devices such as organic EL, organic thin film solar cells, and organic field effect transistors have been attracting attention.
このような電子装置において、電子豊富である有機ドナー(電子供与体)材料と、電子不足である有機アクセプター(電子受容体)材料とが用いられる。より具体的には、有機アクセプター材料は、有機ELの電荷輸送材料、有機薄膜太陽電池および有機電界効果トランジスタのn型半導体材料等に用いられる。 In such electronic devices, organic donor materials that are electron rich and organic acceptor materials that are electron poor are used. More specifically, organic acceptor materials are used as charge transport materials for organic EL, n-type semiconductor materials for organic thin film solar cells, organic field effect transistors, and the like.
有機アクセプター材料として、大気中で安定なフラーレン系化合物が用いられることが多い。しかしながら、フラーレン系化合物は球状であり、基板または平面状分子等との相互作用を大きくすることができない。また、フラーレン系化合物は、有機溶媒への溶解性が低く、印刷等の湿式プロセスでの電子装置の製造に課題がある。 Fullerene compounds, which are stable in the atmosphere, are often used as organic acceptor materials. However, fullerene compounds are spherical and cannot increase interaction with substrates or planar molecules. Furthermore, fullerene compounds have low solubility in organic solvents, which poses a problem in manufacturing electronic devices using wet processes such as printing.
そこで、平面状の有機アクセプター材料として、例えば特許文献1および非特許文献1には、電子受容性の大きな空軌道を有するホウ素を含むトリアリールボランを平面化したプラナーボランと呼ばれるπ共役系ホウ素化合物が記載されている。また、非特許文献2,3には、ホウ素を含むジアリールボリル基の1つであるジメシチルボリル基を導入したπ共役系ホウ素化合物が記載されている。
Therefore, as a planar organic acceptor material, for example,
本発明者らは、平面形状で分子間相互作用に有利なπ電子系を有するアセン系分子(アセンおよびアセン置換体)に着目し、このアセン系分子にアクセプター性を付与することを検討している。 The present inventors focused on acene-based molecules (acene and acene-substituted products) that have a planar shape and a π-electron system that is advantageous for intermolecular interactions, and considered imparting acceptor properties to these acene-based molecules. There is.
本発明の目的は、新規なπ共役系ホウ素化合物、および、このπ共役系ホウ素化合物を適用した電子装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a novel π-conjugated boron compound and an electronic device to which this π-conjugated boron compound is applied.
(1)本発明に係るπ共役系ホウ素化合物は、ジアリールボリルエチニル基で置換されたアセンまたはアセン誘導体からなる。
(前記アセン誘導体は、アセンの前記ジアリールボリルエチニル基で置換されている炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子、シアノ基、または、アルキル基に置換されているものである)
(1) The π-conjugated boron compound according to the present invention consists of acene or an acene derivative substituted with a diarylborylethynyl group.
(The acene derivative is such that some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon atoms other than the carbon atoms substituted with the diarylborylethynyl group of the acene are substituted with a halogen atom, a cyano group, or an alkyl group. )
(2)本発明の一態様では、前記π共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物であって、Arは、前記アセンまたはアセン誘導体であり、R1~R10は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかである。 (2) In one aspect of the present invention, the π-conjugated boron compound is a π-conjugated boron compound represented by the following (Chemical formula 1), wherein Ar is the acene or the acene derivative , and R 1 to R Each of 10 is a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms.
(3)本発明の一態様では、R1、R3、R5、R6、R8およびR10は、前記アルキル基、または、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。 (3) In one aspect of the present invention, R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are the alkyl group, or some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms. It is an alkyl group.
(4)本発明の他の一態様では、R2~R4およびR7~R9は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。 (4) In another aspect of the present invention, R 2 to R 4 and R 7 to R 9 are the alkyl groups described above, or the alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms. be.
(5)本発明の他の一態様では、前記π共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物であって、Arは、前記アセンまたはアセン誘導体であり、R1~R20は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかである。 (5) In another aspect of the present invention, the π-conjugated boron compound is a π-conjugated boron compound represented by the following (Chemical formula 2), wherein Ar is the acene or the acene derivative , and R 1 -R 20 are each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms.
(6)本発明の一態様では、R1、R3、R5、R6、R8、R10、R11、R13、R15、R16、R18およびR20は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。 (6) In one aspect of the present invention, R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 , R 18 and R 20 are the alkyl groups , or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are replaced with halogen atoms.
(7)本発明の他の一態様では、R2~R4、R7~R9、R12~R14およびR17~R19は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。 (7) In another aspect of the present invention, R 2 to R 4 , R 7 to R 9 , R 12 to R 14 and R 17 to R 19 are the alkyl groups, or some or all of the hydrogen It is an alkyl group in which an atom is substituted with a halogen atom.
(8)本発明の他の一態様では、前記アルキル基の炭素数、および、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基の炭素数は、1以上20以下である。 (8) In another aspect of the present invention, the number of carbon atoms in the alkyl group and the number of carbon atoms in the alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms are 1 or more and 20 or less. .
(9)本発明の他の一態様では、前記π共役系ホウ素化合物を構成するアルキニル基は、前記アセンまたはアセン誘導体を構成する炭素原子のうち、フロンティア軌道係数の最も大きい炭素原子上の水素原子と置換されている。 (9) In another aspect of the present invention, the alkynyl group constituting the π-conjugated boron compound is a hydrogen atom on the carbon atom having the largest frontier orbital coefficient among the carbon atoms constituting the acene or acene derivative. has been replaced with
(10)本発明に係る電子装置は、(1)~(9)のいずれか1つに記載のπ共役系ホウ素化合物をアクセプター材料として有する。 (10) The electronic device according to the present invention includes the π-conjugated boron compound according to any one of (1) to (9) as an acceptor material.
(11)本発明の一態様では、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた電荷輸送層と、を有し、前記電荷輸送層は、ドナー材料と前記アクセプター材料とが混合された層である。 (11) One aspect of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and a charge transport layer provided between the first electrode and the second electrode, the charge transport layer being , a layer in which a donor material and the acceptor material are mixed.
(12)本発明に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法は、以下の(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物の製造方法であって、Arは、アセンまたはアセン誘導体であり、R1~R10は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかであり、以下の(反応式1)に示すように、アセンのモノエチニル化合物をリチオ化させた後に、ジアリールフルオロボランを反応させ、以下の(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物を生成させる。 (12) The method for producing a π-conjugated boron compound according to the present invention is a method for producing a π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) below, in which Ar is acene or an acene derivative , and R 1 to R10 is each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom, and is represented by the following (reaction formula 1). As shown, after the monoethynyl compound of acene is lithiated, diarylfluoroborane is reacted to produce a π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 1) below.
(13)本発明に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法は、以下の(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物の製造方法であって、Arは、アセンまたはアセン誘導体であり、R1~R20は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかであり、R11~R20は、それぞれR1~R10と同じ置換基であり、以下の(反応式2)に示すように、アセンのジエチニル化合物をジリチオ化させた後に、ジアリールフルオロボランを反応させ、以下の(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物を生成させる。 (13) The method for producing a π-conjugated boron compound according to the present invention is a method for producing a π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) below, in which Ar is acene or an acene derivative , and R 1 to R 20 is each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom, and R 11 to R 20 are each It is the same substituent as R 1 to R 10 , and after dilithioating the diethynyl compound of acene as shown in the following (reaction formula 2), diarylfluoroborane is reacted, and as shown in the following (chemical formula 2). Generates a π-conjugated boron compound.
本発明によれば、新規なπ共役系ホウ素化合物、および、このπ共役系ホウ素化合物を適用した電子装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel π-conjugated boron compound and an electronic device to which this π-conjugated boron compound is applied.
(検討事項)
実施の形態を説明する前に、本発明者らが検討した事項について説明する。
(Considerations)
Before describing the embodiments, matters considered by the present inventors will be described.
前述したように、本発明者らは、平面形状で分子間相互作用に有利なπ電子系を有するアセン系分子に着目し、このアセン系分子にアクセプター性を付与することを検討した。 As described above, the present inventors focused on acene-based molecules that have a planar shape and a π-electron system that is advantageous for intermolecular interactions, and investigated imparting acceptor properties to these acene-based molecules.
アセン(ポリアセン、オリゴアセン)は、複数のベンゼン環が直線状に縮合した構造を持つ炭化水素の総称であり、次の一般式(式1)で示される。 Acene (polyacene, oligoacene) is a general term for hydrocarbons having a structure in which a plurality of benzene rings are linearly condensed, and is represented by the following general formula (Formula 1).
C4n+2H2n+4(nは2以上の整数)・・・(式1)
アセンの具体的な例としては、ナフタレン(n=2)、アントラセン(n=3)、テトラセン(n=4)、ペンタセン(n=5)等である。
C 4n+2 H 2n+4 (n is an integer of 2 or more)...(Formula 1)
Specific examples of acene include naphthalene (n=2), anthracene (n=3), tetracene (n=4), and pentacene (n=5).
アセン系分子は、分子間相互作用および分子-基板間相互作用に有利な大きく平面状に広がったπ電子系を有し、かつ、狭い最高占有軌道(Highest Occupied Molecular Orbital:HOMO)-最低空軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital:LUMO)ギャップを有するため、有機半導体材料として期待されている。しかし、アセン系分子は電子豊富であるため、ドナー性の化合物として振る舞う。 Acene-based molecules have a large planar π-electron system that is advantageous for intermolecular interactions and molecule-substrate interactions, and a narrow Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) - lowest unoccupied orbital. (Lowest Unoccupied Molecular Orbital: LUMO) Because it has a gap, it is expected to be used as an organic semiconductor material. However, since acene molecules are electron-rich, they behave as donor compounds.
そこで、本発明者らは、アセン系分子にアクセプター性を付与するため、ホウ素を含む置換基をアセン系分子に導入することを検討した。 Therefore, the present inventors investigated the introduction of a boron-containing substituent into an acene-based molecule in order to impart acceptor properties to the acene-based molecule.
13族元素であるホウ素は、価電子が3つであり、これらの価電子を共有結合に用いる3配位性ホウ素化合物(ボラン類)は、カルボカチオンと等電子構造の電子不足化合物であり、ホウ素原子上に電子受容性の大きな空のp軌道を有する。この空のp軌道は、π共役分子のLUMOである反結合性π軌道(π*)と強く相互作用(p-π*相互作用)することが知られている。そのため、π共役系化合物にボラン類を置換基として導入することで、π共役系化合物の母骨格のLUMO準位を安定化し、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性をπ共役系全体に付与できると考えられる。 Boron, which is a Group 13 element, has three valence electrons, and three-coordinate boron compounds (boranes) that use these valence electrons for covalent bonds are electron-deficient compounds with an isoelectronic structure with carbocations. It has a large empty p orbital that accepts electrons on the boron atom. It is known that this empty p orbital strongly interacts (p-π * interaction) with the antibonding π orbital (π * ), which is the LUMO of the π-conjugated molecule. Therefore, by introducing borane as a substituent into a π-conjugated compound, the LUMO level of the parent skeleton of the π-conjugated compound can be stabilized, and acceptor properties due to electron-deficient boron can be imparted to the entire π-conjugated system. Conceivable.
ここで、アセンにボラン類を置換基として導入するにあたり、本発明者らが確認した課題について説明する。 Here, problems identified by the present inventors in introducing borane as a substituent into acene will be explained.
一般的にボラン類は、ホウ素中心が求核攻撃を受けやすいため、嵩高いアリール基を有するアリールボラン(より具体的には、ジアリールボリル基)として利用される。そのため、本発明者らは、前述の非特許文献2,3に記載されたπ共役系ホウ素化合物であるジアリールボリル基の1つであるジメシチルボリル基を導入したアントラセンに着目した。以下、アントラセンのジメシチルボリル基による一置換体をB1(化学式11)、同じく二置換体をB2(化学式12)とする。
Generally, boranes are used as arylborane having a bulky aryl group (more specifically, diarylboryl group) because the boron center is susceptible to nucleophilic attack. Therefore, the present inventors focused on anthracene into which a dimesitylboryl group, which is one of the diarylboryl groups, is a π-conjugated boron compound described in the above-mentioned
しかしながら、B1およびB2に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、アセン系分子が大きなπ平面を有し、かつ、ジアリールボリル基が嵩高いために、これらが立体障害を避けるためアセン環と3配位ホウ素平面とが互いに捻れた構造をとること、具体的にはアセン環と3配位ホウ素平面とがなす二面角φが45°以上となることが判明した(後述の図7および表1参照)。すなわち、B1およびB2に係るπ共役系ホウ素化合物では、アセンの反結合性π軌道とホウ素のp軌道との間のp-π*相互作用を大きくすることができず、LUMOがホウ素原子上に局在化してしまうことが判明した。従って、B1およびB2に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性をπ共役系全体に付与することができない。 However, in the π-conjugated boron compounds related to B1 and B2, the acene-based molecule has a large π-plane and the diarylboryl group is bulky, so in order to avoid steric hindrance, these It was found that the coordination boron plane has a twisted structure with respect to each other, and specifically, that the dihedral angle φ between the acene ring and the tricoordination boron plane is 45° or more (see Figure 7 and Table 1 below). (see 1). That is, in the π-conjugated boron compounds related to B1 and B2, it is not possible to increase the p-π * interaction between the antibonding π orbital of acene and the p orbital of boron, and the LUMO is placed on the boron atom. It turned out that it was localized. Therefore, in the π-conjugated boron compounds related to B1 and B2, acceptor properties due to electron-deficient boron cannot be imparted to the entire π-conjugated system.
なお、前述の特許文献1および非特許文献1に記載されたπ共役系ホウ素化合物は、以下のB3(化学式13)、B4(化学式14)およびB5(化学式15)で示される化合物である。
The π-conjugated boron compounds described in
B3~B5に係るπ共役系ホウ素化合物は、ホウ素原子アリールボラン(トリアリールボラン)をσ結合で平面固定したものであり、確かにアリール基のπ平面と3配位ホウ素平面とを同一平面上に配置させているが、この手法では、前述したB1およびB2のように、アリールボランを置換基として、アセンに導入することはできない。 The π-conjugated boron compounds related to B3 to B5 are those in which a boron atom arylborane (triarylborane) is fixed in the plane with a σ bond, and it is true that the π plane of the aryl group and the 3-coordinate boron plane are on the same plane. However, with this method, it is not possible to introduce an arylborane as a substituent into acene, as in B1 and B2 described above.
以上より、アリールボランを置換基としてアセンに導入する場合において、アセン環と3配位ホウ素平面との間の捻れを抑制し、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性をπ共役系全体に付与することが望まれる。 From the above, when introducing arylborane into acene as a substituent, it is possible to suppress twisting between the acene ring and the three-coordinated boron plane and impart acceptor properties due to electron-deficient boron to the entire π-conjugated system. is desired.
(実施の形態)
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態として、第1実施形態および第2実施形態(以下、これらをまとめて本実施の形態という場合がある。)の2つの実施形態を説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. Note that two embodiments of the present invention, a first embodiment and a second embodiment (hereinafter, these may be collectively referred to as the present embodiment), will be described.
<第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の特徴および効果>
第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、ジアリールボリルエチニル基で置換されたアセンまたはアセン誘導体(アセン置換体)からなる。より具体的には、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式1)に示すアセン置換体からなるπ共役系ホウ素化合物である。
<Characteristics and effects of the π-conjugated boron compound according to the first embodiment>
The π-conjugated boron compound according to the first embodiment consists of acene or an acene derivative (acene substituted product) substituted with a diarylborylethynyl group. More specifically, the π-conjugated boron compound according to the first embodiment is a π-conjugated boron compound having an acene substituent shown in (Chemical Formula 1) below.
(化学式1)において、Arは、アセンアセンまたはアセン誘導体であり、R1~R10は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。ここで、(化学式1)にいうAr(アセンまたはアセン誘導体)には、アセンを構成する炭素原子のうち、エチニル基が結合している炭素原子以外の炭素原子の全てに水素原子が結合しているもの(アセン一置換体)だけでなく、エチニル基が結合している炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子、シアノ基、または、アルキル基に置換されているものも含む。 In (Chemical Formula 1), Ar is aceneacene or an acene derivative , and R 1 to R 10 are each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or some or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom. This is an alkyl group. Here, Ar ( acene or acene derivative ) referred to in (Chemical formula 1) has hydrogen atoms bonded to all of the carbon atoms constituting the acene, except for the carbon atoms to which the ethynyl group is bonded. (acene monosubstituted) as well as those in which some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon atoms other than the carbon atom to which the ethynyl group is bonded are substituted with halogen atoms, cyano groups, or alkyl groups. Including those who are
すなわち、(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物は、アセンにエチニル基(sp混成軌道を有する炭素2つ)を介してジアリールボリル基を接続(連結、結合)させた、全く新しいアセン置換体である。いいかえれば、アセンとジアリールボリル基とをアセチレン架橋させた化合物ともいえる。 In other words, the π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) is a completely new acene substituted compound in which a diarylboryl group is connected (linked, bonded) to acene via an ethynyl group (two carbon atoms having an sp-hybridized orbital). It is. In other words, it can be said to be a compound in which acene and diarylboryl groups are crosslinked with acetylene.
このように、アセンとジアリールボリル基との間を直線状かつ剛直なエチニル基によって接続することによって、アセンとジアリールボリル基との距離を離して立体障害を緩和し、アセン環と3配位ホウ素平面との間の捻れを抑制すること、具体的にはアセン環と3配位ホウ素平面とがなす二面角φを30°以下とすることができる。さらに、ジアリールボリル基のホウ素原子の空のp軌道と、エチニル基からアセンまで広がったπ共役系のLUMOである反結合性π軌道(π*)とは、それぞれ互いに軌道対称性が合うため、軌道間相互作用が可能となる。従って、エチニル基を介して、アセン骨格から末端ホウ素原子までπ共役系を拡張させることができる。また、その結果、(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物のLUMOのエネルギー準位を、アセン単独のLUMOのエネルギー準位よりも深くすることができる。すなわち、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性をπ共役系全体に付与することができる。 In this way, by connecting the acene and the diarylboryl group with a linear and rigid ethynyl group, the distance between the acene and the diarylboryl group is increased, steric hindrance is alleviated, and the acene ring and the 3-coordinated boron are connected. It is possible to suppress twisting with respect to the plane, specifically, to make the dihedral angle φ between the acene ring and the three-coordinated boron plane 30° or less. Furthermore, the empty p orbital of the boron atom of the diarylboryl group and the antibonding π orbital (π * ), which is the LUMO of the π-conjugated system extending from the ethynyl group to the acene, have mutual orbital symmetry, so Interorbital interaction becomes possible. Therefore, the π-conjugated system can be extended from the acene skeleton to the terminal boron atom via the ethynyl group. Further, as a result, the energy level of the LUMO of the π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) can be made deeper than the energy level of the LUMO of acene alone. That is, acceptor properties due to electron-deficient boron can be imparted to the entire π-conjugated system.
その結果、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、もともと電子豊富でありドナーとして用いられるアセンまたはアセン誘導体にアクセプター性を付与することができ、両性半導体(p/n)としての機能発現が期待できる。 As a result, in the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, acceptor properties can be imparted to acene or an acene derivative that is originally rich in electrons and used as a donor, and it can be used as an amphoteric semiconductor (p/n). It is expected that the function will be expressed.
また、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、分子全体が平面状となることから、分子間のπ-π相互作用(π-πスタッキング)が大きくなり、結晶構造(パッキング構造)を安定化させることができる。その結果、このπ共役系ホウ素化合物をアクセプター分子として用いた場合には、キャリア移動度の向上が期待できる。 In addition, in the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, since the entire molecule is planar, the π-π interaction (π-π stacking) between molecules increases, resulting in a crystal structure (packing structure). It can be stabilized. As a result, when this π-conjugated boron compound is used as an acceptor molecule, an improvement in carrier mobility can be expected.
また、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、R1、R3、R5、R6、R8およびR10は、前記アルキル基、または、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。こうすることで、ジアリールボリル基の熱的安定性を高めることができる。 Further, in the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, in a preferable form, R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are the alkyl group or the part Or it is an alkyl group in which all hydrogen atoms are substituted with halogen atoms. By doing so, the thermal stability of the diarylboryl group can be increased.
また、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、R2~R4およびR7~R9は、前記アルキル基、または、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。こうすることで、置換基により装飾されたジアリールボリル基において、アリール基とアセンとの立体障害、および、アリール基同士の立体障害を大きくすることなく、π共役系ホウ素化合物全体として配向性を高めて、液晶性の発揮が期待できる。 Further, in the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, in a preferable form, R 2 to R 4 and R 7 to R 9 are the alkyl group, or some or all of the hydrogen atoms are It is an alkyl group substituted with a halogen atom. By doing this, in the diarylboryl group decorated with a substituent, the orientation of the π-conjugated boron compound as a whole is increased without increasing the steric hindrance between the aryl group and acene and the steric hindrance between the aryl groups. Therefore, it can be expected to exhibit liquid crystal properties.
また、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、前記アルキル基の炭素数、および、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基の炭素数は、1以上20以下である。こうすることで、ジアリールボリル基の熱的安定性と、π共役系ホウ素化合物全体としての配向性向上とを両立させることができる。 In the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, the number of carbon atoms in the alkyl group and the number of carbon atoms in the alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms are preferably determined. The number of carbon atoms is 1 or more and 20 or less. By doing so, it is possible to achieve both thermal stability of the diarylboryl group and improvement in the orientation of the π-conjugated boron compound as a whole.
また、以上の説明において、ジアリールボリル基の水素原子と置換されるハロゲン原子は、フッ素原子であることが好ましい。このように、ジアリールボリル基の水素原子を電子求引性の置換基に置換することで、(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物のLUMOのエネルギー準位をさらに深くすることができる。 Furthermore, in the above description, the halogen atom substituted for the hydrogen atom of the diarylboryl group is preferably a fluorine atom. In this way, by substituting the hydrogen atom of the diarylboryl group with an electron-withdrawing substituent, the LUMO energy level of the π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 1) can be further deepened.
また、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、前記π共役系ホウ素化合物を構成するエチニル基は、前記アセンを構成する炭素原子のうち、フロンティア軌道係数の最も大きい炭素原子上の水素原子と置換されている。具体的には、アセンがアントラセンであれば、エチニル基が9位または10位の炭素原子上の水素原子と置換されることが好ましい。アセンがテトラセンであれば、エチニル基が5位、6位、11位または12位のいずれか1つの炭素原子上の水素原子と置換されることが好ましい。アセンがペンタセンであれば、エチニル基が5位、6位、7位、12位、13位または14位のいずれか1つの炭素原子上の水素原子と置換されることが好ましい。 Further, in the π-conjugated boron compound according to the first embodiment, as a preferable form, the ethynyl group constituting the π-conjugated boron compound has the highest frontier orbital coefficient among the carbon atoms constituting the acene. A hydrogen atom is substituted on a large carbon atom. Specifically, when acene is anthracene, it is preferable that the ethynyl group is substituted with the hydrogen atom on the carbon atom at the 9th or 10th position. When acene is tetracene, the ethynyl group is preferably substituted with a hydrogen atom on any one carbon atom at the 5th, 6th, 11th or 12th positions. When acene is pentacene, the ethynyl group is preferably substituted with a hydrogen atom on any one of the carbon atoms at the 5th, 6th, 7th, 12th, 13th, or 14th positions.
<第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法>
以下、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造(合成)方法について説明する。
<Method for producing a π-conjugated boron compound according to the first embodiment>
Hereinafter, a method for manufacturing (synthesizing) a π-conjugated boron compound according to the first embodiment will be described.
上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物は、以下の(反応式1)に示すように、アセンのモノエチニル化合物をリチオ化させた後に、ジアリールフルオロボランを反応させ、合成することができる。 The π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 1) can be synthesized by lithiation of an acene monoethynyl compound and then reacting with diarylfluoroborane, as shown in the following (Reaction formula 1). .
より具体的には、アセンのモノエチニル化合物をリチオ化させる際には、例えば、-95℃の脱水テトラヒドロフラン(以下、THFという。)中でn-ブチルリチウム(以下、nBuLiという。)を1当量(より好ましくは1.1~1.2当量)作用させる。そして、リチオ化されたアセンのモノエチニル化合物を含むTHFにジアリールフルオロボランを1当量(より好ましくは1.1~1.3当量)添加し、-95℃から室温程度まで昇温させることで、上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物を得ることができる。 More specifically, when a monoethynyl compound of acene is lithiated, for example, n -butyllithium (hereinafter referred to as nBuLi) is dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF) at -95°C. An equivalent amount (more preferably 1.1 to 1.2 equivalents) is applied. Then, by adding 1 equivalent (more preferably 1.1 to 1.3 equivalents) of diarylfluoroborane to THF containing the lithiated acene monoethynyl compound and raising the temperature from -95°C to about room temperature, A π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 1) can be obtained.
以上で説明した、アセンにジアリールボリル基をエチニル基を介して導入する製造方法は、これまでに報告がなく、新規な製造方法である。そして、この製造方法によれば、複雑な工程を経ることなく、アセンにジアリールボリルエチニル基を容易に導入することができる。 The production method described above, in which a diarylboryl group is introduced into acene via an ethynyl group, has not been reported so far and is a new production method. According to this production method, a diarylborylethynyl group can be easily introduced into acene without going through any complicated steps.
<第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の特徴および効果>
第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、第1実施形態と同様に、ジアリールボリルエチニル基で置換されたアセンまたはアセン誘導体からなる。より具体的には、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物である。
<Characteristics and effects of the π-conjugated boron compound according to the second embodiment>
Similar to the first embodiment, the π-conjugated boron compound according to the second embodiment is composed of acene or an acene derivative substituted with a diarylborylethynyl group. More specifically, the π-conjugated boron compound according to the second embodiment is a π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 2) below.
(化学式2)において、Arは、アセンまたはアセン誘導体であり、R1~R20は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。ここで、(化学式2)にいうAr(アセンまたはアセン誘導体)には、アセンを構成する炭素原子のうち、エチニル基が結合している炭素原子以外の炭素原子の全てに水素原子が結合しているもの(アセン二置換体)だけでなく、エチニル基が結合している炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子、シアノ基、または、アルキル基に置換されているものも含む。 In (Chemical Formula 2), Ar is acene or an acene derivative , and R 1 to R 20 are each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or some or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom. This is an alkyl group. Here, Ar ( acene or acene derivative ) referred to in (Chemical formula 2) has hydrogen atoms bonded to all of the carbon atoms constituting the acene, except for the carbon atoms to which the ethynyl group is bonded. In addition to those in which some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon atoms other than the carbon atom to which the ethynyl group is bonded are substituted with halogen atoms, cyano groups, or alkyl groups, Including those who are
すなわち、(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物は、アセンにエチニル基(sp混成軌道を有する炭素2つ)を介して2つのジアリールボリル基を接続(連結、結合)させた、全く新しいアセン置換体である。いいかえれば、アセンと2つのジアリールボリル基とをアセチレン架橋させた化合物ともいえる。 In other words, the π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) is a completely new acene compound in which two diarylboryl groups are connected (linked, bonded) to acene via an ethynyl group (two carbon atoms having an sp-hybridized orbital). It is a substitute. In other words, it can be said to be a compound in which acene and two diarylboryl groups are crosslinked with acetylene.
このように、アセンと2つのジアリールボリル基との間を直線状かつ剛直なエチニル基によって接続することによって、第1実施形態と同様に、アセンとジアリールボリル基との距離を離して立体障害を緩和し、アセン環と3配位ホウ素平面との間の捻れを抑制すること、具体的にはアセン環と3配位ホウ素平面とがなす二面角φを30°以下とすることができる。そして、第2実施形態では、エチニル基を介して、アセン骨格から2つの末端ホウ素原子までπ共役系を拡張させることができる。従って、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、第1実施形態と同様に、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性をπ共役系全体に付与することができる。 In this way, by connecting acene and two diarylboryl groups with a linear and rigid ethynyl group, as in the first embodiment, the distance between acene and diarylboryl groups is increased to prevent steric hindrance. The dihedral angle φ between the acene ring and the tricoordinate boron plane can be reduced to 30° or less. In the second embodiment, the π-conjugated system can be extended from the acene skeleton to the two terminal boron atoms via the ethynyl group. Therefore, in the π-conjugated boron compound according to the second embodiment, acceptor properties due to electron-deficient boron can be imparted to the entire π-conjugated system, similarly to the first embodiment.
その結果、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、もともと電子豊富でありドナーとして用いられるアセン系分子にアクセプター性を付与することができ、両性半導体(p/n)としての機能発現も期待できる。 As a result, in the π-conjugated boron compound according to the second embodiment, acceptor properties can be imparted to the acene-based molecule, which is originally rich in electrons and used as a donor, and it can be used as an amphoteric semiconductor (p/n). Functional expression can also be expected.
また、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物は、第1実施形態と同様に、分子全体が平面状となることから、分子間のπ-π相互作用(π-πスタッキング)が大きくなり、結晶構造(パッキング構造)を安定化させることができる。その結果、このπ共役系ホウ素化合物をアクセプター分子として用いた場合には、キャリア移動度の向上が期待できる。 In addition, in the π-conjugated boron compound according to the second embodiment, the entire molecule is planar, as in the first embodiment, so the π-π interaction (π-π stacking) between molecules becomes large. , the crystal structure (packing structure) can be stabilized. As a result, when this π-conjugated boron compound is used as an acceptor molecule, an improvement in carrier mobility can be expected.
また、第2実施形態にあっては、(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物のLUMOのエネルギー準位を、アセン単独のLUMOのエネルギー準位よりも深くすることができ、さらには、第1実施形態の(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物のLUMOのエネルギー準位よりも深くすることができる。 In addition, in the second embodiment, the energy level of the LUMO of the π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) can be made deeper than the energy level of the LUMO of acene alone, and furthermore, the energy level of the LUMO of acene alone can be made deeper. It can be made deeper than the LUMO energy level of the π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) in one embodiment.
また、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、R1、R3、R5、R6、R8、R10、R11、R13、R15、R16、R18およびR20は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。こうすることで、第1実施形態と同様に、ジアリールボリル基の熱的安定性を高めることができる。 Further, in the π-conjugated boron compound according to the second embodiment, R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 , R 18 and R 20 are the alkyl groups described above, or the alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms. By doing so, the thermal stability of the diarylboryl group can be improved similarly to the first embodiment.
また、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物にあっては、好ましい形態として、R2~R4、R7~R9、R12~R14およびR17~R19は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である。こうすることで、第1実施形態と同様に、置換基により装飾されたジアリールボリル基において、アリール基とアセンとの立体障害、および、アリール基同士の立体障害を大きくすることなく、π共役系ホウ素化合物全体として配向性を高めて、液晶性の発揮が期待できる。 Further, in the π-conjugated boron compound according to the second embodiment, in a preferable form, R 2 to R 4 , R 7 to R 9 , R 12 to R 14 and R 17 to R 19 are the alkyl groups , or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are replaced with halogen atoms. By doing this, similarly to the first embodiment, in the diarylboryl group decorated with a substituent, the π-conjugated system is It is expected that the boron compound as a whole will improve its orientation and exhibit liquid crystal properties.
<第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法>
以下、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造(合成)方法について説明する。
<Method for producing a π-conjugated boron compound according to the second embodiment>
Hereinafter, a method for producing (synthesizing) a π-conjugated boron compound according to the second embodiment will be described.
上記(化学式2)のπ共役系ホウ素化合物は、以下の(反応式2)に示すように、アセンのジエチニル化合物をジリチオ化させた後に、ジアリールフルオロボランを反応させ、合成することができる。 The π-conjugated boron compound of (Chemical Formula 2) above can be synthesized by dilithioating a diethynyl compound of acene and then reacting it with diarylfluoroborane, as shown in (Reaction Formula 2) below.
より具体的には、アセンのジエチニル化合物をジリチオ化させる際には、例えば、-95℃の脱水THF中でnBuLiを2当量(より好ましくは2.1~2.2当量)作用させる。そして、ジリチオ化されたアセンのジエチニル化合物を含むTHFにジアリールフルオロボランを2当量(より好ましくは2.1~2.3当量)添加し、-95℃から室温程度まで昇温させることで、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物を得ることができる。 More specifically, when a diethynyl compound of acene is dilithiated, for example, 2 equivalents (more preferably 2.1 to 2.2 equivalents) of n BuLi are reacted in dehydrated THF at -95°C. Then, 2 equivalents (more preferably 2.1 to 2.3 equivalents) of diarylfluoroborane are added to THF containing the diethynyl compound of dilithiated acene, and the temperature is raised from -95°C to about room temperature. A π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) can be obtained.
以上で説明した、アセンにジアリールボリル基をエチニル基を介して2つ導入する製造方法は、これまでに報告がなく、新規な製造方法である。そして、この製造方法によれば、複雑な工程を経ることなく、アセンにジアリールボリルエチニル基を容易に導入することができる。 The production method described above, in which two diarylboryl groups are introduced into acene via an ethynyl group, has not been reported so far and is a new production method. According to this production method, a diarylborylethynyl group can be easily introduced into acene without going through any complicated steps.
なお、第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法にあっては、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物において、R11~R20は、それぞれR1~R10と同じ置換基であるものを例に説明した。この場合には、第1実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の製造方法におけるアセンのモノエチニル化合物の代わりに、アセンのジエチニル化合物を準備し、対応する試薬の当量を合わせるのみで、容易に第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物を合成することができる。 In addition, in the method for producing a π-conjugated boron compound according to the second embodiment, in the π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 2), R 11 to R 20 are the same as R 1 to R 10 , respectively. The substituents were explained as examples. In this case, in place of the monoethynyl compound of acene in the method for producing a π-conjugated boron compound according to the first embodiment, a diethynyl compound of acene is prepared, and the equivalent amounts of the corresponding reagents are combined. A π-conjugated boron compound according to the second embodiment can be synthesized.
(π共役系ホウ素化合物の適用例)
以下、本実施の形態に係るπ共役系ホウ素化合物の適用例である電子装置について説明する。
(Application example of π-conjugated boron compound)
An electronic device that is an application example of the π-conjugated boron compound according to this embodiment will be described below.
<電子装置の特徴および効果>
図1は、本実施の形態に係る電子装置の構成を模式的に示す断面斜視図である。本実施の形態に係る電子装置は、前述した第1実施形態および第2実施形態に係るπ共役系ホウ素化合物の適用例である。本実施の形態に係る電子装置は、ドナー(電子供与体)材料やアクセプター(電子受容体)材料として有機材料を用い、薄膜状の活性層を有することから、有機薄膜太陽電池とも呼ばれる。
<Characteristics and effects of electronic devices>
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically showing the configuration of an electronic device according to this embodiment. The electronic device according to the present embodiment is an application example of the π-conjugated boron compound according to the first embodiment and the second embodiment described above. The electronic device according to this embodiment is also called an organic thin film solar cell because it uses an organic material as a donor (electron donor) material and an acceptor (electron acceptor) material and has a thin film active layer.
図1に示すように、本実施の形態に係る電子装置EDは、第1電極EL1と、第2電極EL2と、第1電極EL1と第2電極EL2との間に配置された活性層(電荷輸送層ともいう)ALと、を有している。 As shown in FIG. 1, the electronic device ED according to the present embodiment includes a first electrode EL1, a second electrode EL2, and an active layer (charged) disposed between the first electrode EL1 and the second electrode EL2. It has an AL (also referred to as a transport layer).
第1電極EL1上に設けられた活性層ALは、ドナー材料DOとアクセプター材料ACとが混合された状態で存在する層である。活性層ALは、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒(溶剤)との混合液を塗布することにより塗布層を形成した後、この塗布層を乾燥させるなどして固化することにより形成することができる。 The active layer AL provided on the first electrode EL1 is a layer in which donor material DO and acceptor material AC are present in a mixed state. The active layer AL can be formed by forming a coating layer by coating a mixed solution of a donor material, an acceptor material, and a solvent, and then solidifying the coating layer by drying or the like.
なお、第1電極EL1と活性層ALとの間にバッファ層を設けてもよい。また、活性層ALと第2電極EL2との間にバッファ層を設けてもよい。第1電極EL1および第2電極EL2は、導電性材料(導電体)からなり、第1電極EL1および第2電極EL2の少なくとも一方は、光透過性を有する。 Note that a buffer layer may be provided between the first electrode EL1 and the active layer AL. Further, a buffer layer may be provided between the active layer AL and the second electrode EL2. The first electrode EL1 and the second electrode EL2 are made of a conductive material (conductor), and at least one of the first electrode EL1 and the second electrode EL2 has optical transparency.
また、第1電極EL1は、基板(支持体)上に設けてもよい。この場合、基板としては、透明基板を用いることができる。透明基板としては、ガラス基板、プラスチックフィルム(フレキシブル基板)などを用いることができる。第1電極EL1としては、ITO(インジウム・スズ酸化物)やインジウム・亜鉛酸化物などを用いることができる。第2電極EL2としては、アルミニウム、銀などの金属や、この金属を含む合金などが用いられる。 Further, the first electrode EL1 may be provided on a substrate (support). In this case, a transparent substrate can be used as the substrate. As the transparent substrate, a glass substrate, a plastic film (flexible substrate), etc. can be used. As the first electrode EL1, ITO (indium tin oxide), indium zinc oxide, or the like can be used. As the second electrode EL2, metals such as aluminum and silver, alloys containing these metals, and the like are used.
図1に示す本実施の形態に係るドナー材料DOとしては、アセン系分子やポルフィリン錯体、オリゴチオフェン等を用いることができる。そして、図1に示す本実施の形態に係るアクセプター材料ACとして、上記(化学式1)または(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物を用いる。このように、上記(化学式1)または(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物をアクセプター材料として用いることで、電子装置の特性の向上を図ることができる。 As the donor material DO according to this embodiment shown in FIG. 1, acene-based molecules, porphyrin complexes, oligothiophenes, etc. can be used. As the acceptor material AC according to the present embodiment shown in FIG. 1, the π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) is used. In this way, by using the π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) above as an acceptor material, it is possible to improve the characteristics of an electronic device.
また、図1に示すドナー材料DOとして、アセン系分子を用いることが好ましい。このように、ドナー材料DOとしてアセン系分子を、アクセプター材料ACとして、本実施の形態に係るπ共役系ホウ素化合物をそれぞれ採用すると、ドナー材料とアクセプター材料とを混在させた電荷移動層において、ドナー材料を構成する分子と、アクセプター材料を構成する分子との間のπ-π相互作用が大きくなる。その結果、ドナー材料とアクセプター材料との密着性が高まり、キャリア移動度を向上させることができる。 Moreover, it is preferable to use an acene-based molecule as the donor material DO shown in FIG. In this way, when the acene-based molecule is used as the donor material DO and the π-conjugated boron compound according to the present embodiment is used as the acceptor material AC, the donor and acceptor materials are mixed in the charge transfer layer. The π-π interaction between the molecules constituting the material and the molecules constituting the acceptor material increases. As a result, the adhesion between the donor material and the acceptor material increases, and carrier mobility can be improved.
<電子装置の製造方法>
電子装置(有機薄膜太陽電池)の製造方法の一例について以下に説明する。図2は、本実施の形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。
<Method for manufacturing electronic devices>
An example of a method for manufacturing an electronic device (organic thin film solar cell) will be described below. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the electronic device according to this embodiment.
図2(a)に示すように、光透過性の基板SUB上に、第1電極EL1を形成する。例えば、基板SUB上に、導電体層として、ITO(インジウム・スズ酸化物、Indium Tin Oxide)を形成し、パターニングすることにより第1電極EL1を形成する。 As shown in FIG. 2(a), a first electrode EL1 is formed on a light-transmissive substrate SUB. For example, ITO (indium tin oxide) is formed as a conductive layer on the substrate SUB and patterned to form the first electrode EL1.
次いで、第1電極EL1上にバッファ層BUF1を形成する。例えば、導電性高分子溶液であるPEDOT:PSS(ポリ(4-スチレンスルホン酸)をドープしたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)水溶液を、基板上に塗布し、乾燥させることによりバッファ層BUF1を形成する。 Next, a buffer layer BUF1 is formed on the first electrode EL1. For example, a conductive polymer solution, PEDOT:PSS (poly(4-styrene sulfonic acid)-doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) aqueous solution, is applied onto a substrate and dried to form a buffer layer. Form BUF1.
次に、図2(b)に示すように、バッファ層BUF1上に、活性層ALを形成する。まず、活性層の形成用の溶液を調整する。ドナー材料と、アクセプター材料を、溶媒に溶かし、必要に応じて添加剤を加える。添加剤は、例えば、ドナー材料やアクセプター材料の溶解性を高めるために用いられる。この活性層の形成用の溶液を、バッファ層BUF1上に塗布し、乾燥させることにより活性層ALを形成する。この後、必要に応じて、活性層ALに対し、アニール処理(熱処理)を行う。 Next, as shown in FIG. 2(b), an active layer AL is formed on the buffer layer BUF1. First, a solution for forming the active layer is prepared. The donor material and acceptor material are dissolved in a solvent, and additives are added if necessary. Additives are used, for example, to increase the solubility of donor and acceptor materials. This solution for forming the active layer is applied onto the buffer layer BUF1 and dried to form the active layer AL. After that, annealing treatment (heat treatment) is performed on the active layer AL, if necessary.
次に、図2(c)に示すように、活性層AL上に、バッファ層BUF2を形成する。例えば、活性層AL上に、バッファ層BUF2として、例えば、カルシウム層を真空蒸着法などを用いて形成する。 Next, as shown in FIG. 2(c), a buffer layer BUF2 is formed on the active layer AL. For example, a calcium layer is formed as the buffer layer BUF2 on the active layer AL using a vacuum evaporation method or the like.
次に、バッファ層BUF2上に、第2電極EL2を形成する。例えば、バッファ層BUF2上に、第2電極EL2用の導電体層として、例えば、アルミニウム層を真空蒸着法などを用いて形成する。 Next, a second electrode EL2 is formed on the buffer layer BUF2. For example, an aluminum layer is formed on the buffer layer BUF2 as a conductor layer for the second electrode EL2 by using a vacuum evaporation method or the like.
前述したように、ドナー材料DOとしては、アセン系分子やポルフィリン錯体、オリゴチオフェン等を用いることができる。そして、図1に示す本実施の形態に係るアクセプター材料ACとして、上記(化学式1)または(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物を用いる。上記(化学式1)または(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物は、分子間のπ-π相互作用が大きく、結晶性が良好であるため、アニール処理を省略することができ、電子装置の製造コストを低減することができる。 As described above, acene molecules, porphyrin complexes, oligothiophenes, etc. can be used as the donor material DO. As the acceptor material AC according to the present embodiment shown in FIG. 1, the π-conjugated boron compound shown in (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) is used. The π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) has a large π-π interaction between molecules and has good crystallinity, so annealing treatment can be omitted and it can be used in electronic devices. Manufacturing costs can be reduced.
(実施例)
以下、第1実施例~第8実施例(以下、実施例1~実施例8)、第1比較例~第5比較例(以下、比較例1~比較例5)により、本実施の形態をさらに詳しく説明するが、本実施の形態は以下に示す実施例に限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, this embodiment will be explained using the first to eighth examples (hereinafter referred to as Example 1 to Example 8) and the first to fifth comparative examples (hereinafter referred to as Comparative Examples 1 to 5). Although explained in more detail, this embodiment is not limited to the examples shown below.
<実施例1の構成>
実施例1は、以下の(化学式3)に示す9-(ジメシチルボリルエチニル)アントラセン(以下、AntBという。)である。
<Configuration of Example 1>
Example 1 is 9-(dimesitylborylethynyl)anthracene (hereinafter referred to as AntB) shown in (Chemical Formula 3) below.
すなわち、実施例1のAntBは、上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがアントラセンであり、R1、R3、R5、R6、R8およびR10がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7およびR9がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, in AntB of Example 1, Ar is anthracene in the π-conjugated boron compound shown in the above (chemical formula 1), and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are all methyl. This is an example in which R 2 , R 4 , R 7 and R 9 are all hydrogen atoms.
<実施例1の製造方法>
実施例1の製造方法は、以下の(反応式3)に示す通りである。
<Production method of Example 1>
The manufacturing method of Example 1 is as shown in (Reaction Formula 3) below.
アルゴン雰囲気下、9-(エチニル)アントラセン153.7mg(0.760mmol)を量り取り、無水THF(15mL)に溶解させた。ここに-95℃で1.6mol/LのnBuLiヘキサン溶液0.53mL(0.836mmol)を滴下して30分間攪拌した。得られた懸濁液に-95℃でジメシチルフルオロボラン(以下、FBMes2という。)224.2mg(0.836mmol)のTHF溶液5mLを滴下して30分間攪拌し、ゆっくり室温まで昇温した。その後、室温で15時間攪拌後、青緑色に蛍光する反応溶液を減圧乾固し、残渣をジクロロメタン-ヘキサン混合溶媒(CH2Cl2:C6H14=1:1、35mL×3回)で抽出した。抽出液を減圧乾固し、これをヘキサン(7mL×3回)で洗浄することで、黄色固体として目的物であるAntB(176.5mg、収率39%)を得た。AntBはヘキサン溶液を空気中で放置し濃縮することで、容易に単結晶を得ることができた。 Under an argon atmosphere, 153.7 mg (0.760 mmol) of 9-(ethynyl)anthracene was weighed out and dissolved in anhydrous THF (15 mL). 0.53 mL (0.836 mmol) of a 1.6 mol/L n BuLi hexane solution was added dropwise thereto at −95° C. and stirred for 30 minutes. 5 mL of a THF solution containing 224.2 mg (0.836 mmol) of dimesitylfluoroborane (hereinafter referred to as FBMes 2 ) was added dropwise to the resulting suspension at -95°C, stirred for 30 minutes, and slowly warmed to room temperature. did. Thereafter, after stirring at room temperature for 15 hours, the blue-green fluorescent reaction solution was dried under reduced pressure, and the residue was dissolved in a dichloromethane-hexane mixed solvent (CH 2 Cl 2 :C 6 H 14 =1:1, 35 mL x 3 times). Extracted. The extract was dried under reduced pressure and washed with hexane (7 mL x 3) to obtain the target product AntB (176.5 mg, yield 39%) as a yellow solid. A single crystal of AntB could be easily obtained by leaving a hexane solution in the air and concentrating it.
なお、上記製造方法により得られた生成物が、上記(化学式3)に示すAntBであることは、1H-NMRスペクトルにより検証した。図3は実施例1の1H-NMRスペクトルである。1H-NMRスペクトルにおいて、縦軸はプロトンシグナルの相対強度を示し、横軸は化学シフト(δ)値を示す。図3に示すように、上記生成物が、上記(化学式3)に示すAntBであることが確認できる。以上より、実施例1では、上記(化学式3)に示すπ共役系ホウ素化合物であるAntBの合成に成功した。 It was verified by 1 H-NMR spectrum that the product obtained by the above production method was AntB shown in (Chemical Formula 3) above. FIG. 3 is a 1 H-NMR spectrum of Example 1. In the 1 H-NMR spectrum, the vertical axis shows the relative intensity of the proton signal, and the horizontal axis shows the chemical shift (δ) value. As shown in FIG. 3, it can be confirmed that the above product is AntB shown in the above (chemical formula 3). As described above, in Example 1, AntB, which is a π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 3), was successfully synthesized.
<実施例2の構成>
実施例2は、以下の(化学式4)に示す9,10-ビス(ジメシチルボリルエチニル)アントラセン(以下、AntB2という。)である。
<Configuration of Example 2>
Example 2 is 9,10-bis(dimesitylborylethynyl)anthracene (hereinafter referred to as AntB 2 ) shown in (Chemical Formula 4) below.
すなわち、実施例2のAntB2は、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがアントラセンであり、R1、R3、R5、R6、R8、R11、R13、R15、R16およびR18がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7、R9、R12、R14、R17およびR19がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, AntB 2 of Example 2 is a π-conjugated boron compound shown in the above (chemical formula 2), in which Ar is anthracene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 and R 18 are all methyl groups, and R 2 , R 4 , R 7 , R 9 , R 12 , R 14 , R 17 and R 19 are all hydrogen atoms. Become.
<実施例2の製造方法>
実施例2の製造方法は、以下の(反応式4)に示す通りである。
<Production method of Example 2>
The manufacturing method of Example 2 is as shown in (Reaction Formula 4) below.
アルゴン雰囲気下、9,10-ビス(エチニル)アントラセン100.2mg(0.422mmol)を量り取り、無水THF(30mL)に溶解させた。ここに-95℃で1.6mol/LのnBuLiヘキサン溶液0.61mL(0.972mmol)を滴下して20分間攪拌し、0℃に昇温した後にさらに20分間撹拌した。得られた懸濁液を-95℃に冷却し、FBMes2260.9mg(0.972mmol)ジエチルエーテル(以下、Et2Oという。)溶液5mLを滴下して20分間攪拌し、ゆっくり室温まで昇温した。その後、室温で15時間攪拌後、黄緑色に蛍光する反応溶液を減圧乾固し、残渣をジクロロメタン-ヘキサン混合溶媒(CH2Cl2:C6H14=1:1、35mL×3回)で抽出した。抽出液を減圧乾固し、これをヘキサン(3mL×3回)で洗浄することで、橙色固体として目的物であるAntB2(122.6mg、収率38%)を得た。AntB2はヘキサン溶液を空気中で放置し濃縮することで、容易に単結晶を得ることができた。 Under an argon atmosphere, 100.2 mg (0.422 mmol) of 9,10-bis(ethynyl)anthracene was weighed out and dissolved in anhydrous THF (30 mL). Thereto, 0.61 mL (0.972 mmol) of a 1.6 mol/L n BuLi hexane solution was added dropwise at −95° C., stirred for 20 minutes, and stirred for an additional 20 minutes after raising the temperature to 0° C. The resulting suspension was cooled to -95°C, 5 mL of a solution of 260.9 mg (0.972 mmol) of FBMes 2 in diethyl ether (hereinafter referred to as Et 2 O) was added dropwise, stirred for 20 minutes, and slowly warmed to room temperature. It was warm. Thereafter, after stirring at room temperature for 15 hours, the yellow-green fluorescent reaction solution was dried under reduced pressure, and the residue was dissolved in a dichloromethane-hexane mixed solvent (CH 2 Cl 2 :C 6 H 14 =1:1, 35 mL x 3 times). Extracted. The extract was dried under reduced pressure and washed with hexane (3 mL x 3) to obtain the target product AntB 2 (122.6 mg, yield 38%) as an orange solid. A single crystal of AntB 2 could be easily obtained by leaving a hexane solution in the air and concentrating it.
なお、上記製造方法により得られた生成物が、上記(化学式4)に示すAntB2であることは、1H-NMRスペクトルにより検証した。図4は実施例2の1H-NMRスペクトルである。図4に示すように、上記生成物が、上記(化学式4)に示すAntB2であることが確認できる。以上より、実施例2では、上記(化学式4)に示すπ共役系ホウ素化合物であるAntB2の合成に成功した。 Furthermore, it was verified by 1 H-NMR spectrum that the product obtained by the above production method was AntB 2 shown in the above (chemical formula 4). FIG. 4 is a 1 H-NMR spectrum of Example 2. As shown in FIG. 4, it can be confirmed that the product is AntB 2 shown in (Chemical Formula 4) above. As described above, in Example 2, AntB 2 , which is a π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 4), was successfully synthesized.
<実施例3の構成>
実施例3は、以下の(化学式5)に示す1-(ジメシチルボリルエチニル)ナフタレン(以下、NapBという。)である。
<Configuration of Example 3>
Example 3 is 1-(dimesitylborylethynyl)naphthalene (hereinafter referred to as NapB) shown in (Chemical Formula 5) below.
すなわち、実施例3のNapBは、上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがナフタレンであり、R1、R3、R5、R6、R8およびR10がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7およびR9がいずれも水素原子である実施例となる。実施例3の製造方法については、実施例1と同様であるため、その説明を省略する(以下、実施例5および実施例7についても同様。)。 That is, NapB of Example 3 is a π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 1) above, in which Ar is naphthalene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are all methyl. This is an example in which R 2 , R 4 , R 7 and R 9 are all hydrogen atoms. The manufacturing method of Example 3 is the same as that of Example 1, so the explanation thereof will be omitted (hereinafter, the same applies to Example 5 and Example 7).
<実施例4の構成>
実施例4は、以下の(化学式6)に示す1,4-ビス(ジメシチルボリルエチニル)ナフタレン(以下、NapB2という。)である。
<Configuration of Example 4>
Example 4 is 1,4-bis(dimesitylborylethynyl)naphthalene (hereinafter referred to as NapB 2 ) shown in (Chemical Formula 6) below.
すなわち、実施例4のNapB2は、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがナフタレンであり、R1、R3、R5、R6、R8、R11、R13、R15、R16およびR18がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7、R9、R12、R14、R17およびR19がいずれも水素原子である実施例となる。実施例4の製造方法については、実施例2と同様であるため、その説明を省略する(以下、実施例6および実施例8についても同様。)。 That is, NapB 2 of Example 4 is a π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) above, in which Ar is naphthalene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 and R 18 are all methyl groups, and R 2 , R 4 , R 7 , R 9 , R 12 , R 14 , R 17 and R 19 are all hydrogen atoms. Become. The manufacturing method of Example 4 is the same as that of Example 2, so the explanation thereof will be omitted (hereinafter, the same applies to Example 6 and Example 8).
<実施例5の構成>
実施例5は、以下の(化学式7)に示す5-(ジメシチルボリルエチニル)テトラセン(以下、TetBという。)である。
<Configuration of Example 5>
Example 5 is 5-(dimesitylborylethynyl)tetracene (hereinafter referred to as TetB) shown in (Chemical Formula 7) below.
すなわち、実施例5のTetBは、上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがテトラセンであり、R1、R3、R5、R6、R8およびR10がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7およびR9がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, in TetB of Example 5, in the π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 1), Ar is tetracene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are all methyl. This is an example in which R 2 , R 4 , R 7 and R 9 are all hydrogen atoms.
<実施例6の構成>
実施例6は、以下の(化学式8)に示す5,12-ビス(ジメシチルボリルエチニル)テトラセン(以下、TetB2という。)である。
<Configuration of Example 6>
Example 6 is 5,12-bis(dimesitylborylethynyl)tetracene (hereinafter referred to as TetB 2 ) shown in (Chemical Formula 8) below.
すなわち、実施例6のTetB2は、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがテトラセンであり、R1、R3、R5、R6、R8、R11、R13、R15、R16およびR18がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7、R9、R12、R14、R17およびR19がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, TetB 2 of Example 6 is a π-conjugated boron compound shown in (Chemical formula 2) above, in which Ar is tetracene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 and R 18 are all methyl groups, and R 2 , R 4 , R 7 , R 9 , R 12 , R 14 , R 17 and R 19 are all hydrogen atoms. Become.
<実施例7の構成>
実施例7は、以下の(化学式9)に示す6-(ジメシチルボリルエチニル)ペンタセン(以下、PenBという。)である。
<Configuration of Example 7>
Example 7 is 6-(dimesitylborylethynyl)pentacene (hereinafter referred to as PenB) shown in (Chemical Formula 9) below.
すなわち、実施例7のPenBは、上記(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがペンタセンであり、R1、R3、R5、R6、R8およびR10がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7およびR9がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, in PenB of Example 7, in the π-conjugated boron compound shown in the above (Chemical formula 1), Ar is pentacene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are all methyl. This is an example in which R 2 , R 4 , R 7 and R 9 are all hydrogen atoms.
<実施例8の構成>
実施例8は、以下の(化学式10)に示す6,13-ビス(ジメシチルボリルエチニル)ペンタセン(以下、PenB2という。)である。
<Configuration of Example 8>
Example 8 is 6,13-bis(dimesitylborylethynyl)pentacene (hereinafter referred to as PenB 2 ) shown in (Chemical Formula 10) below.
すなわち、実施例8のPenB2は、上記(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物において、Arがペンタセンであり、R1、R3、R5、R6、R8、R11、R13、R15、R16およびR18がいずれもメチル基であり、R2、R4、R7、R9、R12、R14、R17およびR19がいずれも水素原子である実施例となる。 That is, PenB 2 of Example 8 is a π-conjugated boron compound shown in the above (chemical formula 2), in which Ar is pentacene, and R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 and R 18 are all methyl groups, and R 2 , R 4 , R 7 , R 9 , R 12 , R 14 , R 17 and R 19 are all hydrogen atoms. Become.
<比較例1>
比較例1は、以下の(化学式11)に示す9-(ジメシチルボリル)アントラセン(以下、B1という。)である。
<Comparative example 1>
Comparative Example 1 is 9-(dimesitylboryl)anthracene (hereinafter referred to as B1) shown in (Chemical Formula 11) below.
比較例1は、ジメシチルボリル基が、エチニル基を介さず直接アントラセンに結合している点で、実施例1と相違している。 Comparative Example 1 differs from Example 1 in that the dimesitylboryl group is directly bonded to anthracene without an ethynyl group.
<比較例2>
比較例2は、以下の(化学式12)に示す9,10-ビス(ジメシチルボリル)アントラセン(以下、B2という。)である。
<Comparative example 2>
Comparative Example 2 is 9,10-bis(dimesitylboryl)anthracene (hereinafter referred to as B2) shown in (Chemical Formula 12) below.
比較例2は、ジメシチルボリル基が、エチニル基を介さず直接アントラセンに結合している点で、実施例2と相違している。 Comparative Example 2 differs from Example 2 in that the dimesitylboryl group is directly bonded to anthracene without an ethynyl group.
<比較例3>
比較例3は、以下の(化学式13)に示すトリフェニルボランの3つ全てのフェニル基の2,6-位同士を1,1-ジメチルメチレン基で連結した平面固定トリフェニルボラン(以下、B3という。)である(特許文献1および非特許文献1参照)。
<Comparative example 3>
Comparative Example 3 is a planar fixed triphenylborane (hereinafter referred to as B3) in which the 2,6-positions of all three phenyl groups of triphenylborane shown in (Chemical Formula 13) are connected with a 1,1-dimethylmethylene group. ) (see
<比較例4>
比較例4は、以下の(化学式14)に示すフェニル基を1,1-ジメチルメチレン基で連結した平面固定9,10-ジフェニル-9,10-ジヒドロ-9,10-ジボラアントラセン(以下、B4という。)である(特許文献1および非特許文献1参照)。
<Comparative example 4>
Comparative Example 4 is a planar fixed 9,10-diphenyl-9,10-dihydro-9,10-diboranthracene (hereinafter referred to as (referred to as B4) (see
<比較例5>
比較例5は、以下の(化学式15)に示すトリフェニルボランの3つ全てのフェニル基の2,6-位同士を3つの酸素原子で連結した平面固定トリフェニルボラン(以下、B5という。)である(特許文献1および非特許文献1参照)。
<Comparative example 5>
Comparative Example 5 is a planar fixed triphenylborane (hereinafter referred to as B5) in which the 2,6-positions of all three phenyl groups of triphenylborane shown in (Chemical Formula 15) are connected with three oxygen atoms. (See
<実施例および比較例の考察>
[分子構造]
図5は、単結晶X線構造解析によって求めた実施例1の分子構造を示す模式図、図6は、単結晶X線構造解析によって求めた実施例2の分子構造を示す模式図、図7は、比較例1および比較例2の分子構造を示す模式図である。
<Consideration of Examples and Comparative Examples>
[Molecular structure]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the molecular structure of Example 1 determined by single crystal X-ray structural analysis, FIG. 6 is a schematic diagram showing the molecular structure of Example 2 determined by single crystal X-ray structural analysis, and FIG. is a schematic diagram showing the molecular structure of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
また、表1には、実施例1(AntB)、実施例2(AntB2)、比較例1(B1)および比較例2(B2)において、図5~図7に示す単結晶X線構造解析結果に基づいて、アントラセン環とジメシチルボリル基とがなす二面角φを求めた値(小数点以下第1位を四捨五入)をまとめた。 Table 1 also shows the single-crystal X-ray structural analysis shown in FIGS. Based on the results, the values (rounded to the first decimal place) of the dihedral angle φ formed by the anthracene ring and the dimesitylboryl group were summarized.
表1、図5および図6に示すように、実施例1のAntBおよび実施例2のAntB2は、二面角φが20°以下の値を取っている。一方、表1、図7(a)および図7(b)に示すように、比較例1のB1および比較例2のB2は、二面角φが45°以上の値を取っている。 As shown in Table 1, FIG. 5, and FIG. 6, AntB of Example 1 and AntB 2 of Example 2 have a dihedral angle φ of 20° or less. On the other hand, as shown in Table 1 and FIGS. 7(a) and 7(b), B1 of Comparative Example 1 and B2 of Comparative Example 2 have dihedral angles φ of 45° or more.
このように、実施例1および実施例2によれば、アントラセンとジメシチルボリル基との間を直線状かつ剛直なエチニル基によって接続することによって、アントラセン環とジメシチルボリル基との距離を離して立体障害を緩和し、アントラセン環と3配位ホウ素平面との間の捻れを抑制できることが示された。そして、その結果、アセチレン架橋(エチニル基)を介してアントラセンから末端ホウ素原子まで共役系の拡張が生じていることが示唆される。一方、比較例1および比較例2では、アントラセン環とジメシチルボリル基との間の立体障害を避けるため、アントラセン環と3配位ホウ素平面とが互いに捻れた構造をとっていることが示された。その結果、アントラセンの14π電子系とホウ素原子上の空のp軌道とが空間的に重なりにくく、ホウ素原子を含めた共役系の拡張効果が小さいことが示唆される。 As described above, according to Examples 1 and 2, by connecting anthracene and dimesitylboryl groups with a linear and rigid ethynyl group, the distance between the anthracene ring and dimesitylboryl group is increased to prevent steric hindrance. It was shown that it is possible to relax and suppress the twisting between the anthracene ring and the three-coordinated boron plane. The results suggest that the conjugated system is expanded from anthracene to the terminal boron atom via an acetylene bridge (ethynyl group). On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, it was shown that the anthracene ring and the three-coordinated boron plane had a twisted structure to avoid steric hindrance between the anthracene ring and the dimesitylboryl group. As a result, it is suggested that the 14π electron system of anthracene and the empty p orbital on the boron atom do not overlap spatially, and that the expansion effect of the conjugated system including the boron atom is small.
[分子軌道]
図8は、実施例1および実施例2のフロンティア軌道を示す模式図であり、このフロンティア軌道分布は、密度汎関数法(計算ソフト:Gaussian16、計算レベル:B3LYP/6-31G(d)、状態:真空)により求めた。
[Molecular orbital]
FIG. 8 is a schematic diagram showing the frontier orbits of Example 1 and Example 2. This frontier orbital distribution was calculated using the density functional method (calculation software: Gaussian 16, calculation level: B3LYP/6-31G(d), state : Vacuum).
図8に示すように、実施例1(AntB)および実施例2(AntB2)では、いずれもLUMOがアセチレン架橋(エチニル基)を介してアントラセン環から末端ホウ素原子まで非局在化しており、ホウ素原子由来の電子受容性がアントラセン環まで広がっていることが確認できる。このように、分子軌道の計算結果は、上記した分子構造の項目で説明した考察結果と矛盾しない。 As shown in FIG. 8, in both Example 1 (AntB) and Example 2 (AntB 2 ), LUMO is delocalized from the anthracene ring to the terminal boron atom via an acetylene bridge (ethynyl group), It can be confirmed that the electron accepting property derived from the boron atom extends to the anthracene ring. In this way, the molecular orbital calculation results do not contradict the considerations explained in the above molecular structure section.
[エネルギー準位]
図9は、実施例1および実施例2を含む分子に係る最低空軌道のエネルギー準位を示す模式図、図10は、実施例1~実施例8に係る最低空軌道のエネルギー準位を示すグラフである。図9中、[60]PCBMは、フェニルC61酪酸メチルエステル([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)であり、[70]PCBMは、フェニルC71酪酸メチルエステル([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester)であり、いずれもフラーレン系アクセプター分子である。
[Energy level]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the energy level of the lowest unoccupied orbital for molecules including Example 1 and Example 2, and FIG. 10 is a schematic diagram showing the energy level of the lowest unoccupied orbital according to Examples 1 to 8. It is a graph. In FIG. 9, [60]PCBM is phenyl C61-butyric acid methyl ester ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), and [70]PCBM is phenyl C71 butyric acid methyl ester ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester). ]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester), and both are fullerene-based acceptor molecules.
表2には、実施例1(AntB)および実施例2(AntB2)のHOMOおよびLUMOの実測値をまとめた。実施例1および実施例2については、ジクロロメタン溶液中での酸化電位および還元電位を微分パルスボルタンメトリー(DPV)により測定し、この結果からHOMO/LUMOのエネルギー準位を算出した(後述の表3についても同様。)。なお、表2には、比較対象としてアントラセンのHOMOおよびLUMOの実測値(酸化電位および紫外可視吸収スペクトルに基づく。)も併せて示した。 Table 2 summarizes the measured values of HOMO and LUMO of Example 1 (AntB) and Example 2 (AntB 2 ). For Examples 1 and 2, the oxidation potential and reduction potential in dichloromethane solution were measured by differential pulse voltammetry (DPV), and the HOMO/LUMO energy levels were calculated from the results (see Table 3 below). The same applies.). Table 2 also shows the measured values of HOMO and LUMO of anthracene (based on oxidation potential and ultraviolet-visible absorption spectrum) for comparison.
また、表3には、実施例1~実施例8のHOMOおよびLUMOの計算値、ならびに、実施例1(AntB)、実施例2(AntB2)および実施例4(NapB2)のHOMOおよびLUMOの実測値をまとめた。 Table 3 also shows the calculated values of HOMO and LUMO of Examples 1 to 8, and the calculated values of HOMO and LUMO of Example 1 (AntB), Example 2 (AntB 2 ), and Example 4 (NapB 2 ). The actual measured values are summarized.
表2に示すように、実施例1(AntB)および実施例2(AntB2)のLUMOが、比較対象であるアントラセンに比べて深くなっていることがわかる。この結果から、アセンに対するアルキニルボラン骨格の導入(すなわち、エチニル基を介したジアリールボリル基の導入)により、電子不足ホウ素に起因するアクセプター性がアセンに付与されていることが示された。 As shown in Table 2, it can be seen that the LUMOs of Example 1 (AntB) and Example 2 (AntB 2 ) are deeper than that of anthracene, which is the comparison target. This result showed that the introduction of an alkynylborane skeleton to acene (that is, the introduction of a diarylboryl group via an ethynyl group) imparts acceptor properties to acene resulting from electron-deficient boron.
また、表3および図10に示すように、実施例1~実施例8にあっては、アセン環が大きくなるにつれてLUMOのエネルギー準位が深くなっていくことが示された。これは、上記した分子軌道の項目で説明したように、LUMOの軌道分布がアセン環から末端ホウ素原子まで広がっているため、アセン環が大きくなるにつれて、非局在化による安定化の寄与が大きくなるためと考えられる。 Further, as shown in Table 3 and FIG. 10, in Examples 1 to 8, it was shown that the energy level of LUMO becomes deeper as the acene ring becomes larger. This is because, as explained in the section on molecular orbitals above, the orbital distribution of LUMO spreads from the acene ring to the terminal boron atom, so as the acene ring becomes larger, the contribution of stabilization due to delocalization increases. It is thought that this is because
その結果、表2、表3、図9および図10に示すように、アルキニルボラン骨格を導入したアセン置換体のうち、ナフタレンよりも大きいアセン環を有するもの(実施例1、実施例2、および、実施例5~実施例8)では、π電子系に直接電子不足ホウ素を組み込んだプラナーボラン(比較例3~比較例5)に比べて、LUMOのエネルギー準位が深く、フラーレン系アクセプター分子に匹敵するという結果になった。 As a result, as shown in Table 2, Table 3, FIG. 9, and FIG. , Examples 5 to 8), the energy level of LUMO is deeper than that of planar borane in which electron-deficient boron is directly incorporated into the π-electron system (Comparative Examples 3 to 5). The results were comparable.
以上より、本発明によれば、平面形状で分子間相互作用に有利なπ電子系を有するアセンにおいて、アクセプター性を有する新規なπ共役系ホウ素化合物を提供することに成功した。そして、このπ共役系ホウ素化合物は、非フラーレン系アクセプター分子の1つとして有益であることが示された。 As described above, according to the present invention, it has been possible to provide a novel π-conjugated boron compound having acceptor properties in acene having a planar shape and a π-electron system that is advantageous for intermolecular interactions. This π-conjugated boron compound was shown to be useful as a non-fullerene acceptor molecule.
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventors has been specifically explained based on the embodiments above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Needless to say.
AC アクセプター材料
AL 活性層(電荷輸送層)
BUF1 バッファ層
BUF2 バッファ層
DO ドナー材料
ED 電子装置
EL1 第1電極
EL2 第2電極
SUB 基板
AC Acceptor material AL Active layer (charge transport layer)
BUF1 Buffer layer BUF2 Buffer layer DO Donor material ED Electronic device EL1 First electrode EL2 Second electrode SUB Substrate
Claims (11)
(前記アセン誘導体は、アセンの前記ジアリールボリルエチニル基で置換されている炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子、シアノ基、または、アルキル基に置換されているものである) An acceptor material containing a π-conjugated boron compound consisting of acene or an acene derivative substituted with a diarylborylethynyl group.
(The acene derivative is such that some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon atoms other than the carbon atoms substituted with the diarylborylethynyl group of the acene are substituted with a halogen atom, a cyano group, or an alkyl group. )
前記π共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式1)に示すπ共役系ホウ素化合物であって、
Arは、前記アセンまたはアセン誘導体であり、
R1~R10は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかである、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。
The π-conjugated boron compound is a π-conjugated boron compound represented by the following (Chemical formula 1),
Ar is the acene or acene derivative ,
R 1 to R 10 are each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, a π-conjugated boron compound acceptor material containing.
R1、R3、R5、R6、R8およびR10は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to claim 2,
R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 and R 10 are the above-mentioned alkyl groups, or the above-mentioned alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, π-conjugated boron Acceptor material containing compounds.
R2~R4およびR7~R9は、前記アルキル基、あるいは、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to claim 2,
R 2 to R 4 and R 7 to R 9 are the aforementioned alkyl groups, or the alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms, an acceptor material containing a π-conjugated boron compound.
前記π共役系ホウ素化合物は、以下の(化学式2)に示すπ共役系ホウ素化合物であって、
Arは、前記アセンまたはアセン誘導体であり、
R1~R20は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、あるいは、一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基のいずれかである、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。
The π-conjugated boron compound is a π-conjugated boron compound represented by the following (chemical formula 2),
Ar is the acene or acene derivative ,
R 1 to R 20 are each a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group, or an alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, a π-conjugated boron compound acceptor material containing.
R1、R3、R5、R6、R8、R10、R11、R13、R15、R16、R18およびR20は、前記アルキル基、または、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to claim 5,
R 1 , R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 , R 15 , R 16 , R 18 and R 20 are the alkyl group, or some or all of the hydrogen An acceptor material containing a π-conjugated boron compound, which is an alkyl group whose atom is substituted with a halogen atom.
R2~R4、R7~R9、R12~R14およびR17~R19は、前記アルキル基、または、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基である、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to claim 5,
R 2 to R 4 , R 7 to R 9 , R 12 to R 14 and R 17 to R 19 are the alkyl groups described above, or the alkyl groups in which some or all of the hydrogen atoms have been replaced with halogen atoms; An acceptor material containing a π-conjugated boron compound.
前記アルキル基の炭素数、および、前記一部または全部の水素原子がハロゲン原子に置換されているアルキル基の炭素数は、1以上20以下である、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to claim 2 or 5,
An acceptor material containing a π-conjugated boron compound, wherein the number of carbon atoms in the alkyl group and the number of carbon atoms in the alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms are 1 or more and 20 or less.
前記ジアリールボリルエチニル基は、アセンまたはアセン誘導体を構成する炭素原子のうち、フロンティア軌道係数の最も大きい炭素原子上の水素原子と置換されている、π共役系ホウ素化合物を含むアクセプター材料。 In the π-conjugated boron compound according to any one of claims 1 to 8,
The acceptor material includes a π-conjugated boron compound, in which the diarylborylethynyl group is substituted with a hydrogen atom on a carbon atom having the largest frontier orbital coefficient among the carbon atoms constituting acene or an acene derivative .
第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有し、
前記電荷輸送層は、ドナー材料と前記アクセプター材料とが混合された層である、電子装置。 The electronic device according to claim 10,
comprising a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer,
The electronic device, wherein the charge transport layer is a layer in which a donor material and the acceptor material are mixed.
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