JP7454321B2 - フォトクロミック及びエレクトロクロミック化合物 - Google Patents
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Description
本件は、2018年8月30日(30/08/2018)に出願された英国特許出願第1814093.9号の優先権及びその利益を主張するものであり、その内容はこれにより参照によってその全体が組み込まれる。
本発明は、フォトクロミック及びエレクトロクロミック化合物、並びにそれらの組成物の分野に関する。本発明は特に、スマートウインドウにおける使用に好適な、フォトクロミック及びエレクトロクロミック化合物に関する。
エレクトロクロミック材料は、電流が印加されると色が変化する。エレクトロクロミック材料は、透過性が制御され、プライバシー及びエネルギー効率の利益を与える、スマートウインドウなどの用途に用いることができる。
第1の態様では、本発明は、式1のナフタレンジイミド(NDI)化合物、並びにその塩及び溶媒和物を提供する。
式1において、R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、インドリル、及び
-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X[式中、各mは独立に、1~5の整数であり、R’及びR”は、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、Xは、-OH、-NH2、-NHMe、C1~6アルキル、フェニル、及びベンジルから独立に選択することができる]から独立に選択することができ、
ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
式1において、R2a及びR2bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、インドリル、及び
-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X[式中、各mは独立に、1~5の整数であり、R’及びR”は、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、Xは、-OH、-NH2、-NHMe、C1~6アルキル、フェニル、及びベンジルから独立に選択することができる]から独立に選択することができ、
ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、及び-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
式1aにおいて、R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
[式中、R1a、R1b、R2a、及びR2b基は、式1aについての上記と同じ意味を有する]を有しうる。
化合物
本発明は、式1のナフタレンジイミド(NDI)化合物、並びにその塩及び溶媒和物を提供する。
式1において、R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、インドリル、及び
-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X[式中、各mは独立に、1~5の整数であり、R’及びR”は、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、Xは、-OH、-NH2、-NHMe、C1~6アルキル、フェニル、及びベンジルから独立に選択することができる]から独立に選択することができ、
ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
式1において、R2a及びR2bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、インドリル、及び
-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X[式中、各mは独立に、1~5の整数であり、R’及びR”は、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、Xは、-OH、-NH2、-NHMe、C1~6アルキル、フェニル、及びベンジルから独立に選択することができる]から独立に選択することができ、
ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、及び-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよい。
を有する。
式1aの化合物の例としては、
が挙げられる。
さらなる態様では、本発明は、式1、好ましくは式1aのNDIと溶媒とを含む組成物を提供する。低減した拡散によって、ゲルは色にじみの低減を呈するため、本発明の組成物は本発明のゲルよりも好ましくない。
さらなる態様では、本発明は、式1、好ましくは式1aのNDIと溶媒とを含むゲルを提供する。
式1及び式1aの化合物は、任意の好適な方法によって合成することができる。例えば、式1及び式1aの化合物は、ジアミド(例えばジペプチド)をナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸にカップリングさせることによって、合成することができる。
上に記載した実施形態のあらゆる両立できる組合せを、あらゆる組合せが個々に明示的に列挙されたかのように、本明細書において明示的に開示する。
ゲル化剤の合成
標準プロトコールに従って、溶融イミダゾール中、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物とグリシン-フェニルアラニンとの間の反応において、化合物1を合成した。
1H NMR(500 MHz, ppm, DMSO-d6) 0.75 (3 H, d, J=6.75 Hz, Me *CH(Ile)), 0.79 (3 H, t, J=7.38 Hz, MeCH2 *CH), 0.85(2 H, m, MeCH 2 *CH), 1.04 (1 H, m, Me*CHCH2),1.31 (9 H, s, OtBu), 1.38 (9 H, s, OtBu), 2.94 (2 H, m,CH2 (Phe)), 3.84 (1 H, t, J=8.40 Hz, *CH (Phe)), 4.39 (1H, dd, J=7.45, 14.85 Hz, *CH (Ile)), 6.61 (1 H, d, J=9.20 Hz, NH(Ile)), 7.18-7.30 (5 H, m, Ph環), 8.15 (1 H, d, J=7.55Hz, NH (Phe)).
1H NMR(500 MHz, ppm, DMSO-d6) 2.7-2.9 (4 H, m, NH-*CH-CH 2),3.0-3.3 (2 H, m, (CO)2N-*CH-CH a Hb),3.6 (2 H, m, (CO)2N-*CH-CHa H b ),4.4 (2 H, m, *CH), 5.6 (2 H, m, *CH), 6.9-7.0 (20 H, m,Ph環), 8.3-8.7 (6 H, m, Ar CH (核)及びNH), 12.68 (2 H, bs, COOH). 13C NMR (100 MHz, ppm,DMSO-d6): 36.62 (CH2), 37.13 (CH2), 54.59 (*CH),55.65 (*CH), 128.41-128.89 (Ar CH (核)),129.35-129.66 (Ph環), 160.16 (COOH), 173.07 (CO),173.64-174.69 (CO (核)).
2.5mg/mLの濃度における、ゲル化剤(化合物1)の溶液を調製した。ゲル化剤を2モル当量のNaOH(水溶液)に溶解させ、次いで、80/20の水/グリセロール混合物を用いて所望の体積に整えた。0.1Mの濃度において、NaClのバックグラウンド電解質を用いた。
すべてのレオロジー測定は、冷温測定のための冷却器を取り付けられたAnton Paar Physica301レオメータを用いて実行した。確実に正確な温度が記録されているようにするため、温度測定を開始する前に、-30~80℃で温度較正を実行した。
SANS測定を、D33機器(Institut Laue Langevin、Grenoble、France)を用いて実行した。Δλ/λ=10.2%の発散を有する中性子ビームによって、3種のサンプル検出器距離、低Qデータについては、12.5mにおける検出器による13Åの波長、中Qデータについては、12.5mにおける検出器による6Å、高Qデータについては、6Å及び2mの検出器距離を用いて、0.002~0.18Å-1のQ領域にわたる測定をすることができた。データを、Doucetらによって記載されているように、Sasviewを用いて適合させた。
極低温TEM画像法を、FEI Tecnai 12 TWIN透過型電子顕微鏡を用いて実行し、100kVにおいて運用した。TEMグリッドを、プラズマ空気によって処理して、レーシーカーボンフィルムを親水性にした。サンプル溶液の薄膜を、制御湿度チャンバを有するVitrobot(FEI)を用いて生成した。サンプル溶液をロードした後、事前設定したパラメータを用いてレーシーカーボングリッドをブロットし、液体窒素によって事前に冷却した液体エタンリザーバに直ちに投入した。ガラス状サンプルを、液体窒素によって冷却したクライオ移送ステージを用いて、クライオホルダーに移した。クライオホルダーの温度を、画像化プロセス中、-170℃未満に維持して、ガラス状水の昇華を防止した。すべての画像を、SIS Megaview III広角CCDカメラによって記録した。
UV-vis吸収スペクトルを、Agilent TechnologiesのCary 60 UV-vis分光光度計を用いて収集した。溶液又はゲルを、2mm光路長石英キュベット(Hellma Analytics)中で測定した。2nm/sのスキャン速度において、380~1100nmのスペクトルを収集した。照射済みサンプルについては、サンプルに70mW前後の強度の光を与える365 nm 700 mA LEDを用いてキュベットに照射し、光度計(Thor Labs)を用いて測定した。サンプルに5分間照射してから、スペクトルを収集した。サンプルを緩和させて元の色に戻してから、別のスペクトルを収集した。
上記で用いた分光光度計及びLabOmak UF-分光電気化学セルを用いて、スペクトルを収集した。セルは、白金の作用電極及び対極を有する。PalmsSens4ポテンショスタット(Alvatek Ltd.)を用いて、セルの電圧を制御した。サンプルを還元するため、+0.7Vの電位を60秒間印加し、スペクトルを記録した。次いで、サンプルを酸化するため、+0.6Vの電位を2分間印加し、スペクトルを記録した。次いで、還元と酸化とを30~50回にわたってサイクル動作させ、プロセスの可逆性を評価した。
CVを、ガラス状カーボン作用電極、白金対極、及びAg/AgCl参照電極を有するPalmSens4ポテンショスタットを用いて収集した。ボルタモグラムを、0.02V/s~0.8V/sの様々なスキャン速度において、0V~-1.5V~+1Vで測定した。ボルタンメトリーをITOウインドウに用い、参照電極及び対極を一端に、作用電極を他端にして、ウインドウの色を変化させることもできる。代替的には、電位を、暗色については-0.7Vに、透明色については+0.6Vに設定することができる。
クロミックディスプレイに用いるウインドウを、FTOガラス(OssilaからTEC 10 20×15×1.1mm)から調製した。組み立てる前に、40℃のエタノール中で30分間、ガラスを音波処理し、ガラスへの指紋付着を防止するため、全体を通じて手袋を用いた。2成分系エポキシ樹脂を用いて、2枚のFTOガラスをともに挟み、FTO層が確実にセルの内側を向くように厚さ1mmのスペーサーを3D印刷した。ゲル化剤溶液をセルに注入することができるように、FTOガラスのうちの1枚に、2つの直径0.8mmの孔を穿った。空気がセルに入ることを防止するため、接着剤又はグリスによって孔を封じることができる。数枚の銅テープをセルの縁部に加えて、セルとポテンショスタットからのワニ口クリップとの間の良好な接触を確保した。作用電極をセルの一端に留め、参照電極及び対極を他端に留めて、二電極実験とした。セルの色が変化するように、電位を設定することができた。
上記のプロトコールを用いて調製した溶液及びゲルを、色変化及び他の物理的特性について試験した。
パターニングを、ITOガラスの表面をパターニングすることによって行った(ネガティブパターニング)。ネガティブパターニングは、ITO表面に傷をつけて導電性コーティングを除去することによって行ったが、ITOに蒸着させた場合にも達成することができる。ゲルがより画定された、安定な形状を与える(図4e~h)一方、溶液も画定されたパターンを与えたが安定ではなく、溶液の拡散及び酸化によって除去された(図4a~d)。
多くの状況において用いるため、ゲルの温度範囲は重要である。水とグリセロールとの混合物中に形成されたゲルは、少なくとも-10~45℃の温度範囲にわたって安定である(図12参照)。
化合物1の溶液及びゲルによって可能であった、透明から暗色への色変化によって、エレクトロクロミックウインドウにおける適用が提案される。FTOガラス製のサンドイッチセルを、上記プロトコールに従って対比した。
本明細書内で言及したすべての文書は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。
Al Kobaisi et al., Chem. Rev. 2016, 116,11685 to 11796.
Alkaabi et al., Chem 1., 2016, 264 to 272.
Doucet, M. et al. SasView version 4.1.2.(2017).
Zhang et al., Chem Mater., 2008, 20, 6163to 6168.
Claims (23)
- 2つの電極を備え、ナフタレンジイミド化合物と溶媒とを含む溶液、又はナフタレンジイミド化合物と溶媒とを含むゲルが電極間空間に配置されている、電気化学デバイスであって、
前記ナフタレンジイミド化合物が式1のナフタレンジイミド化合物又はその塩若しくは溶媒和物である電気化学デバイス。
[式中、R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、前記ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよく、
R2a及びR2bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、前記ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、及び-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよく、
-A1a-及び-A1b-のそれぞれは、-C(O)-、-C(=NR)-、-CH2-、及び共有結合から独立に選択することができ、Rは水素又はC1~6アルキルであり、
T1a及びT1bは、-OH、-NH2、-NHMe、C1~6アルキル、フェニル、及びベンジルから独立に選択することができ、
n1a及びn1bのそれぞれは独立に、0~5の整数である。] - 前記ナフタレンジイミド化合物が式1aの化合物又はその塩若しくは溶媒和物である、請求項1に記載の電気化学デバイス。
[式中、R1a及びR1bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、前記ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよく、
n1a及びn1bのそれぞれは独立に、1~5の整数であり、
R2a及びR2bは、水素、ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルから独立に選択することができ、前記ベンジル、フェニル、C1~6アルキル、及びインドリルは任意選択で、-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、又は-NH-C(=NH)-NH2から選択される1つ又は複数の基で置換されていてもよく、
-A1a-及び-A1b-のそれぞれは、-C(O)-、-CH2-、及び共有結合から独立に選択され、
T1a及びT1bのそれぞれは、-OH、-NH2、及び-NHMeから独立に選択される。]、 - n1a及びn1bのそれぞれが1である、請求項1又は2に記載の電気化学デバイス。
- T1a及びT1bのそれぞれが-OHである、請求項1~3のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- -A1a-及び-A1b-のそれぞれが-C(O)-である、請求項1~4のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- R1aとR1bとが同じである、請求項1~5のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- R1a及びR1bが水素である、請求項6に記載の電気化学デバイス。
- R2aがR2bと同じである、請求項1~7のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- R2a及びR2bがベンジルである、請求項8に記載の電気化学デバイス。
- 式1aの化合物が式1aaの化合物
である、請求項2~9のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。 - 式1aの化合物が
から選択される、請求項2に記載の電気化学デバイス。 - 前記溶媒が、水とグリセロールとの混合物である、請求項1~11のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- 前記溶液中の前記ナフタレンジイミド化合物の濃度が、少なくとも0.4mg/mLである、請求項12に記載の電気化学デバイス。
- 前記溶媒が、水とグリセロールとの混合物である、請求項1~11のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- 前記ゲル中の前記ナフタレンジイミド化合物の濃度が、少なくとも0.4mg/mLである、請求項14に記載の電気化学デバイス。
- 前記ゲルのpHが2~4である、請求項14又は15に記載の電気化学デバイス。
- 前記ゲルが酸性化剤をさらに含む、請求項14~16のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- 前記酸性化剤がグルコノ-δ-ラクトン(GdL)である、請求項17に記載の電気化学デバイス。
-
から選択される化合物。 - 請求項19に記載の化合物と溶媒とを含む溶液。
- 請求項19に記載の化合物と溶媒とを含むゲル。
- フォトクロミック又はエレクトロクロミックデバイスにおける、請求項20に記載の溶液、又は請求項21に記載のゲルの使用。
- ゲルを生成する方法であって、当該方法は、
i)溶媒、及び請求項19に記載の化合物を含む溶液を用意するステップと、
ii)前記溶液のpHを低下させるステップとを含む、方法。
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