JPH04202167A - シクロブテンジオン誘導体及びその製造方法 - Google Patents

シクロブテンジオン誘導体及びその製造方法

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JPH04202167A
JPH04202167A JP33317390A JP33317390A JPH04202167A JP H04202167 A JPH04202167 A JP H04202167A JP 33317390 A JP33317390 A JP 33317390A JP 33317390 A JP33317390 A JP 33317390A JP H04202167 A JPH04202167 A JP H04202167A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、非線形光学材料として有用で、かつ新規なシ
クロブテンジオン誘導体及びその製造方法に関する。
(従来の技術) 光通信や光情報処理の分野では、非線形光学素子が重要
な役割を果たす。非線形光学素子に使用する非線形光学
材料は、周波数の異なる2種類の入射光の和及び差の周
波数を発生する光混合、周波数の異なる2種類の光とな
る光パラメトリック、また、元媒体の屈折率を変化させ
るポッケルス効果°やカー効果、或いは入射光の二次高
調波(SHG)又は三次高調波(THG)への変換、更
に光双安定など、光信号処理の上で極めて重要な作用を
行う物質であ。従来、この様な非線形光学材料としては
、主として無機系の物が使用されていた。
無機系の非線形光学材料については、 KDP(KH2PO4)およびニオブ酸リチウム(Li
Nb03)などの無機化合物の結晶が知られているが、
要求を十分に満足するに足るものではながった。
一方、有機系の非線形光学材料については、近年、オプ
トエレクトロニクス分野における新しい光学素子用材料
として注目され、年々その研究が盛んになってきている
。特に、π電子共役系を有する有機化合物は、その分子
単体の性能の大きさと高速の応答性から、材料探索のた
めの研究が数多くなされている。
一般に、有機非線形光学材料の結晶は、無機非線形光学
材料の結晶に比べて、SHGの係数が10〜100倍大
きく、光応答速度も1000倍程度連子、また光損傷に
対する閾値も大きいことが知られている。
最近、明らかにされた有機非線形光学材料としては、2
−メチル−4−ニトロアニリン、m−ニトロアニリン、
N−(4−ニトロフェニル)−L−プロリノール、2−
アセチルアミノ−4−ニトロ−N、、N−ジメチルアニ
リン、4−ジメチルアミノ−4′−二トロスチルベン、
4′−ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリ
ウムメチルスルフェート及び4′−メチルベンジリデン
−4−ニトロアニリンなどの有機化合物があげられる。
これらπ電子共役系を有する有機化合物の光非線形性は
、電磁波としてのレーザー光と有機化合物の4電子との
相互作用に起因するものであって、この相互作用は、π
電子共役系に電子吸引性、電子供与性の置換基を導入す
ることにより、更に大きくすることができる。
ところが、この様な有機化合物においては、−般に双極
子モーメントが大きくなり、結晶時の双極子−双極子相
互作用が強くなって、2分子の双極子が互いに打ち消し
合う構造である中心対称性の結晶を形成し易くなる。応
用面で重要な2次の非線形光学効果については、この様
な中心対称性結晶では発現しないという問題がある。結
晶状態で光非線形性を発現させる上で問題となる中心対
称性を崩すために、水素結合能を有する置換基や不斉炭
素原子を有する光学活性な置換基を1.電子共役系を有
する有機化合物に分子設計時に導入するという工夫がな
されている。本発明者は、このような不斉炭素原子を有
する光学活性置換基をπ電子共役系に導入し、従来より
も大きな非線形効果を示す材料の具体例を特願平1−2
48108号に開示したが、さらに大きな非線形効果の
向上が望まれている。
(発明が解決しようとする課題) 一般に、非線形光学素子用材料として必要とされる特性
は、光非線形性の大きさ、光の透過性、耐レーザ損傷強
度、結晶性、位相整合性、加工性、機械的強度、吸湿性
及び硬度等があげられる。
従来から知られている有機非線形光学素子用材料の中か
ら、以上のような実用上必要とされる緒特性を満足する
ものを選択することは極めて困難であった。
本発明は、従来の技術における上記のような実状に鑑み
てなされたものである。
従って、本発明の目的は、従来より知られている非線形
光学素子用材料における問題点を改善し、より大きな非
線形光学効果を有し、保存安定性及び加工性、透明性が
改良された実用的な有機非線形光学素子用材料を提供す
ることにある。
(課題を解決するための手段) 本発明者は、分子の双極子モーメントが太きく、結晶時
に中心対称性を形成しやすい化合物系であっても、分子
に適切な置換基を導入することにより、特に、2次の非
線形光学効果の大きい有機非線形光学素子用材料が得ら
れることを見出し、本発明を完成した。本発明の上記目
的は、下記一般式(I)で示される新規なシクロブテン
ジオン誘導体によって達成される。
(式中、R1は、CH3基、C2H5基を表わし、R2
はC2H5基、C3H7基、HOC2H4基、CH30
C2H4基を表わし、R3は、次式のいずれかを表わし
、C*は不斉炭素原子を表わす)CH3C*HCH20
H。
C2H3C*HCH20H。
H CH3C*HCH2−1 本発明の上記一般式(I)で示されるシクロブテンジオ
ン誘導体中に含まれるシンクロブテンジオン環は、下記
実施例中で示す極大吸収波長(分子内電荷移動吸収帯)
からも分かるように、ニトロ基並の強い電子吸引性を有
すると共に、長いπ電子共役系を持つ。そのため、分子
全体が電気的に大きく分極した構造を取り易くなり、高
い非線形性発現の原因になっている。
また、上記一般式(I)で示されるシクロブテンジオン
誘導体においては、不斉炭素原子を有する置換基が導入
されている場合には、分子自体の双極子モーメントが大
きい場合であっても、バルク構造における分子の配向を
制御し、中心対称性を崩すことにより、更に大きな光非
線形性を発現させることになる。
本発明の上記一般式(I)で示されるシクロブテンジオ
ン誘導体は、次に示す反応式によって容易に、かつ収率
よく合成することができる。
すなわち、一般式(II )で示されるシクロブテンジ
オン誘導体をアセトン、テトラヒドロフラン、メタノー
ル、エタノール等の溶媒に懸濁成るいは溶解させ、次い
で、得られた懸濁液又は溶液中(II)       
    ’  (III)(I) (式中、Xは塩素原子、臭素原子、メトキシ基又はエト
キシ基を表わし、R1はCH3基、C2H5基を表わし
、R2はC2H5基、C3H7基、HOC2H4基、C
H30C2H4基を表わす) に、上記シクロブテンジオン誘導体に対して当量以上の
一般式(III)で示されるアミノ酸誘導体を、撹拌し
ながら徐々に加えて反応させる。反応は、通常、速やか
に進行するが、必要に応じて加熱することも可能である
。反応の進行に伴い、生成物が析出してくる場合は、濾
過し、また、生成物が析出してこない場合は、濃縮する
か、或いは適当な貧溶媒を加えて析出させればよい。得
られた結晶は、必要によりアルコール、アセトン等の溶
媒により再結晶させ、或いは昇華により精製する。
上記一般式(III )で示されるアミノ酸誘導体の代
わりに、その酸付加塩、例えば、塩酸塩、臭素酸塩、p
−トルエンスルホン酸塩等を原料として使用し、トリエ
チルアミン、N−メチルモルホリン等の塩基性化合物の
共存下に、一般式(II )で示されるシクロブテンジ
オン誘導体と、上記した方法と同様にして反応させて合
成することもできる。
なお、上記一般式(II)で示されるシクロブテンジオ
ン誘導体は、例えばジエチルアニリン化合物とジクロロ
シクロブテンジオンを、塩化アルミニウムの存在下フリ
ーデルクラフッ溶剤(例えば2硫化炭素、ニトロベンゼ
ン、塩化メチレン等)中で混合、撹拌することによって
、クロロシクロブテンジオン誘導体を得る方法、或いは
、ジアルコキシシクロブテンジオンを、トリアルキルオ
キソニウム塩及びハロゲン化溶剤と共に、ジエチルアニ
リン化合物と反応させてアルコキシシクロブテンジオン
誘導体を得る方法、等によって製造することができる。
(実施例1) 1−(4’−N、 N−ジエチルアミノフェニル)−2
−(1’−ヒドロキシメチルエチルアミノ)−シクロブ
テン−3,4−ジオンの合成 下記構造式(II−1)で示される化合物2g(7,6
mmol)のアセトン溶液100m1に、S−(+ )
−2−アミノ−1−プロパツール2gを添加し、約2時
間加熱撹拌を続けた。
I 反応終了後、蒸発乾固し、得られた残さをメタノールか
ら再結晶することにより、下記構造式(Ll)で示され
る1−(4’−N、N−ジエチルアミノフェニル)−2
−(1’−ヒドロキシメチルエチルアミノ)−シクロブ
テン−3,4−ジオン0.8g(2,7mmol)を黄
色の結晶として得た。収率は36%であった。
融点:166°C 極大吸収波長(λmax) : 407nm(CH2C
I2中)元素分析 HN 計算値67.52  7.34 9.27測定値61.
717.31 9.15 (実施例2〜12) 原料物質として、第1表〜第4表の一般式(II)の欄
に記載のシクロブテンジオン誘導体と一般式(III 
)の欄に記載のアミノ酸誘導体とを使用する以外は、実
施例1に記載の場合と同様にして、第1表〜第4表の一
般式(I)の欄に記載の目的生成物を合成した。 得ら
れた生成物について、元素分析値、極大吸収波長(λm
ax in CH2Cl2)及び融点を測定した。その
結果を第5表に示す。
(応用例) 実施例1に記載の上記構造式(1−1)で示される化合
物を、ガラスセル中に充填した粉末のサンプルに、Nd
:YAGレーザ(波長1.064μm、出力180mJ
/パルス)を照射すると、SHGに起因する532nm
の強い緑色散乱光が、効率よく発生した。
(発明の効果) 本発明の上記一般式で示されるシクロブテンジオン誘導
体は、新規な化合物であって、高い非線形性を示し、ま
た、耐熱性、耐光性、保存安定性及び加工性に優れた物
質であるので、非線形光学素子、例えば、光波長変換素
子、光シヤツター、高速光スイッチング素子、光論理ゲ
ート、光トランジスター等の作製に使用することができ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式( I )で示されるシクロブテンジオ
    ン誘導体。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (式中、R_1は、CH_3基、C_2H_5基を表わ
    し、R_2はC_2H_5基、C_3H_7基、HOC
    _2H_4基、CH_3OC_2H_4基を表わし、R
    _3は、次式のいずれかを表わし、C^*は不斉炭素原
    子を表わす)▲数式、化学式、表等があります▼
  2. (2)一般式(II)で示されるシクロブテンジオン誘導
    体と、一般式(III)で示されるアミノ酸誘導体を反応
    させることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    シクロブテンジオン誘導体の製造方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼(II) (式中、Xは塩素原子、臭素原子、メトキシ基又はエト
    キシ基を表わし、R_1は、CH_3基、C_2H_5
    基を表わし、R_2はC_2H_5基、C_3H_7基
    、HOC_2H_4基、CH_3OC_2H_4基を表
    わす)NH_2R_3(III) 式中、R_3は、次式のいずれかを表わし、C^*は不
    斉炭素原子を表わす) ▲数式、化学式、表等があります▼
  3. (3)前記一般式(II)で示されるシクロブテンジオン
    誘導体と、前記一般式(III)で示されるアミノ酸誘導
    体の酸付加塩を、塩基性化合物の存在下で反応させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のシクロブ
    テンジオン誘導体の製造方法。
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