JPH04221358A - Molecular crystal - Google Patents

Molecular crystal

Info

Publication number
JPH04221358A
JPH04221358A JP41255090A JP41255090A JPH04221358A JP H04221358 A JPH04221358 A JP H04221358A JP 41255090 A JP41255090 A JP 41255090A JP 41255090 A JP41255090 A JP 41255090A JP H04221358 A JPH04221358 A JP H04221358A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound
optical effect
crystal
wavelength
molecular crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP41255090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hozumi
猛 八月朔日
Toshio Suzuki
敏夫 鈴木
Seizo Miyata
清蔵 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP41255090A priority Critical patent/JPH04221358A/en
Publication of JPH04221358A publication Critical patent/JPH04221358A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a molecular crystal containing an ethyl 4- nitrophenylcarbamate molecule as an active ingredient, exhibiting high efficiency in manifestation of secondary non-linear optical effect and useful as an optically functional element material. CONSTITUTION:The objective molecular crystal containing the compound expressed by the formula as an active ingredient. When the compound is irradiated with Nd-YAG laser (lambda-1064nm) in a state of powder, the compound generates the remarkably strong and green second high harmonic wave. Further, cut-off wavelength in crystal state is 410nm and use in wide wavelength area is made possible. Since the compound has high strength and is water soluble and free from sublimation and rich in processability, it can be used as an optically functional element material utilized in nonlinear optical effect such as wavelength converting element or light control element and electro-optical effect.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学、電気光学
などの光学材料に適応し、その光学的効果を利用する全
てのオプトエレクトロニック装置に有用な有機化合物の
単結晶P21 に属する分子結晶に関する。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to a molecular crystal belonging to single crystal P21 of an organic compound that is applicable to optical materials such as nonlinear optics and electro-optics and is useful for all optoelectronic devices that utilize the optical effects thereof. .

【0002】0002

【従来の技術】従来、非線形光学、電気光学などの使用
し得る材料として、例えば、リン酸2水素カリウム(K
DP) 、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、3−メ
チル−4−ニトロピリジン−N−オキシド(POM) 
、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA) などの
無機または有機化合物が知られている。
[Prior Art] Conventionally, as a material that can be used in nonlinear optics, electro-optics, etc., for example, potassium dihydrogen phosphate (K
DP), lithium niobate (LiNbO3), 3-methyl-4-nitropyridine-N-oxide (POM)
, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA), and other inorganic or organic compounds are known.

【0003】しかしながら、これらの材料には、目的と
する光学的効果が十分でない、効果を引き出すための加
工が困難である、ウオークオフアングルが大きいため有
効作用長が充分にとれない、結晶成長し難い、といった
種々の問題点がある。
However, these materials lack the desired optical effect, are difficult to process to bring out the effect, have a large walk-off angle that prevents a sufficient effective working length, and have problems with crystal growth. There are various problems such as difficulty.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】有機化合物において、
二次の非線形光学効果を高めるには分子の双極子モーメ
ントを大きくすればよく、そのためには分子内に電子供
与性基と電子吸引性基を導入することが有効であること
は良く知られている。しかし、この点には重要な未解決
の課題が残されている。すなわち、二次の非線形光学効
果を発現させるためには、結晶を反転対称中心のない形
態にしなければならないことである。
[Problem to be solved by the invention] In organic compounds,
In order to enhance the second-order nonlinear optical effect, it is sufficient to increase the dipole moment of the molecule, and it is well known that introducing an electron-donating group and an electron-withdrawing group into the molecule is effective for this purpose. There is. However, important unresolved issues remain in this regard. That is, in order to produce a second-order nonlinear optical effect, the crystal must have a form without a center of inversion symmetry.

【0005】ところが、分子内に大きな双極子モーメン
トをもつ有機化合物は、結晶化する場合に互いの双極子
モーメントを打消し合うように配置する結果、分子とし
ては大きな二次の超分子分極率βを持ちながら、結晶あ
るいは分子集合体としては反転対称中心があるために二
次の非線形効果を示さないことがある。実際に、このよ
うな性状の有機化合物は非常に多い。
However, when organic compounds have a large dipole moment in their molecules, when they are crystallized, they are arranged so that their dipole moments cancel each other out, and as a result, the molecules have a large second-order supramolecular polarizability β. However, as a crystal or molecular assembly, it may not exhibit second-order nonlinear effects because it has a center of inversion symmetry. In fact, there are a large number of organic compounds with such properties.

【0006】したがって、二次の非線形光学効果を主眼
とする有機化合物系の材料を開発するにあたっては、分
子として大きな超分子分極率βをもち、かつ反転対称中
心のない良質の結晶が容易に得られるような化合物を合
成することが重要な課題である。
[0006] Therefore, when developing organic compound materials that focus on second-order nonlinear optical effects, it is necessary to easily obtain high-quality crystals that have a large supramolecular polarizability β and have no center of inversion symmetry. An important challenge is to synthesize such compounds.

【0007】4−ニトロアニリンは最も単純な電子供与
性基と電子吸引性基をもつ芳香族化合物であり、有機化
合物の中では大きな超分子分極率βを有する化合物の一
つであるが、その結晶は互いに双極子モーメントを打消
し合うように分子が配列するため、反転対称中心を有し
ていて二次の非線形光学効果を示さない。また、4−ニ
トロアニリンはニトロ基とアミノ基による分子内電荷移
動で近紫外から可視域に大きな電子遷移吸収が存在する
ため、著しく着色している。
4-Nitroaniline is an aromatic compound with the simplest electron-donating group and electron-withdrawing group, and is one of the compounds with a large supramolecular polarizability β among organic compounds. Since the molecules of a crystal are arranged so that their dipole moments cancel each other out, the crystal has a center of inversion symmetry and does not exhibit second-order nonlinear optical effects. Furthermore, 4-nitroaniline is significantly colored because it exhibits large electronic transition absorption in the near ultraviolet to visible range due to intramolecular charge transfer between nitro and amino groups.

【0008】発明者らは、この4−ニトロアニリンのよ
うにベンゼン環のパラ位に電子吸引性基と電子供与性基
を配する芳香族化合物の対称性と透明性の改質化につい
て鋭意検討を重ねた結果、ある種のニトロフエニルカル
バミン酸エステル誘導体は結晶や分子集合体を形成した
際に反転対称中心を持たず、そのうえ近紫外から可視域
における透明性を効果的に改良し得る事実を確認して本
発明の開発に至ったものである。
The inventors have conducted extensive studies on improving the symmetry and transparency of aromatic compounds such as 4-nitroaniline, which have an electron-withdrawing group and an electron-donating group at the para-position of the benzene ring. As a result of repeated research, we discovered that certain nitrophenylcarbamate ester derivatives do not have a center of inversion symmetry when they form crystals or molecular aggregates, and that they can effectively improve transparency in the near-ultraviolet to visible range. After confirming this, we have developed the present invention.

【0009】本発明の目的は、二次の非線形光学効果が
大きく、光学材料としての使用波長域を拡大するための
カットオフ波長が短波長化され、更に良好な結晶成長性
と加工性を有する分子結晶を提供することにある。
The objects of the present invention are to have a material with a large second-order nonlinear optical effect, a short cutoff wavelength for expanding the wavelength range of use as an optical material, and better crystal growth and processability. Our goal is to provide molecular crystals.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による分子結晶は、4−ニトロフエニルカル
バミン酸エチルエステル分子から構成されることを構成
上の特徴とする。該4−ニトロフエニルカルバミン酸エ
チルエステルは、下記の化学式で示されるものである。
Means for Solving the Problems The molecular crystal according to the present invention for achieving the above object is structurally characterized in that it is composed of 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester molecules. The 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester is represented by the chemical formula below.

【0011】[0011]

【化1】[Chemical formula 1]

【0012】上記の4−ニトロフエニルカルバミン酸エ
チルエステルは、例えば4−ニトロフエニルイソシアナ
ートを酸(BF3 ・Et2O,HCl,AlCl3,
R2Sn(OAc)2 など) あるいは塩基(Et3
N, ピリジン,AcONaなど) を触媒として、エ
チルアルコール溶媒中で反応させることによって得るこ
とができる。このようにして合成された4−ニトロフエ
ニルカルバミン酸エチルエステルの微結晶集合体を溶解
度の大きなメタノール、エタノール等のアルコール類、
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ン等のケトン類、テトラヒドロフラン、クロロホルム、
ジクロロメタン、ジメチルスルホキサイド、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミドなどに溶解し、溶媒
蒸発法または溶媒冷却法により4〜5日かけて晶出処理
すると数ミリ角の良好な棒状単結晶に成長する。
The above-mentioned 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester is prepared by converting 4-nitrophenyl isocyanate into an acid (BF3 .Et2O, HCl, AlCl3,
R2Sn(OAc)2 etc.) or bases (Et3
N, pyridine, AcONa, etc.) as a catalyst in an ethyl alcohol solvent. The microcrystalline aggregates of 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester synthesized in this way are mixed with alcohols such as methanol and ethanol, which have high solubility.
Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, chloroform,
When it is dissolved in dichloromethane, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, etc. and subjected to crystallization treatment over 4 to 5 days by solvent evaporation or solvent cooling, it grows into a good rod-shaped single crystal several millimeters square.

【0013】この分子結晶は、単斜晶系で空間群P21
 に属し、(0,0,1) 、(0,0,−1)、(0
,1,3) 、(0,1,−3)、(0,−1,3)、
(0,−1,−3) 、(0,1,4) 、(0,1,
−4)、(0,−1,4)、(0,−1,−4) 、(
1,0,1) 、(1,0,−1)、(−1,0,1)
、(−1,0,−1) 、(1,0,2) 、(1,0
,−2)、(−1,0,2)、(−1,0,−2) 、
(1,0,3) 、(1,0,−3)、(−1,0,3
)、(−1,0,−3) 、(1,1,0) 、(1,
−1,0)、(−1,1,0)、(−1,−1,0) 
、(1,1,2) 、(1,1,−2)、(1,−1,
2)、(1,−1,−2) 、(−1,1,2)、(−
1,1,−2) 、(−1,−1,2) 、(−1,−
1,−2)、(1,1,3) 、(1,1,−3)、(
1,−1,3)、(1,−1,−3) 、(−1,1,
3)、(−1,1,−3) 、(−1,−1,3) 、
(−1,−1,−3)、(2,0,1) 、(−2,0
,1)、(−2,0,−1) 、(2,1,3) 、(
2,1,−3)、(2,−1,3)、(2,−1,−3
) 、(−2,1,3)、(−2,1,−3) 、(−
2,−1,3) 、(−2,−1,−3)からなる座標
面と、これらから構成される6乃至18面体となる。
This molecular crystal is monoclinic and has space group P21.
belongs to (0,0,1), (0,0,-1), (0
,1,3) ,(0,1,-3),(0,-1,3),
(0,-1,-3), (0,1,4), (0,1,
-4), (0, -1, 4), (0, -1, -4), (
1,0,1), (1,0,-1), (-1,0,1)
, (-1,0,-1) , (1,0,2) , (1,0
,-2), (-1,0,2), (-1,0,-2),
(1,0,3), (1,0,-3), (-1,0,3
), (-1,0,-3), (1,1,0), (1,
-1,0), (-1,1,0), (-1,-1,0)
, (1,1,2) , (1,1,-2), (1,-1,
2), (1,-1,-2), (-1,1,2), (-
1,1,-2), (-1,-1,2), (-1,-
1,-2), (1,1,3), (1,1,-3), (
1,-1,3), (1,-1,-3), (-1,1,
3), (-1,1,-3), (-1,-1,3),
(-1,-1,-3), (2,0,1), (-2,0
,1), (-2,0,-1), (2,1,3), (
2,1,-3),(2,-1,3),(2,-1,-3
) , (-2,1,3), (-2,1,-3) , (-
2, -1, 3) and (-2, -1, -3), and a hexahedron to 18-hedron formed from these.

【0014】[0014]

【作用】本発明による4−ニトロフエニルカルバミン酸
エチルエステルは、粉末状態でNd:YAGレーザー(
λ=1064nm) を照射すると、著しく強い緑色の
第二高調波を発生する。また、粉末状態で乳白色、単結
晶でも無色透明であり、カットオフ波長は大幅に短波長
側にシフトしている。
[Function] The 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester according to the present invention can be used in powder form by Nd:YAG laser.
When irradiated with λ=1064 nm), a significantly strong green second harmonic is generated. In addition, it is milky white in powder form, colorless and transparent even as a single crystal, and its cutoff wavelength has been significantly shifted to the shorter wavelength side.

【0015】なお、基本波が1〜1.2 μm の赤外
光の場合にはC−Hの伸縮振動の倍音吸収と重なって基
本波が吸収され、熱振動に転化することがある。したが
って、基本波の強度が強いときは結晶の温度が上昇した
り、出射光の角度が変動する現象が生じるが、本発明に
おいて特に倍音吸収が大きいアルキル基の水素を重水素
で置換した化合物形態を採ると、吸収領域が長波長側に
ずれてこの現象を有効に防止することができる。
In the case where the fundamental wave is infrared light having a wavelength of 1 to 1.2 μm, the fundamental wave may be absorbed by overtone absorption of the stretching vibration of C-H and converted into thermal vibration. Therefore, when the intensity of the fundamental wave is strong, phenomena such as an increase in the temperature of the crystal and a fluctuation in the angle of the emitted light occur. If this is adopted, the absorption region shifts to the longer wavelength side, and this phenomenon can be effectively prevented.

【0016】[0016]

【実施例】実施例1 4−ニトロフエニルイソシアナート80g(600mm
ol)および触媒量のトリエチルアミン(20mmol
)をエチルアルコールとテトラヒドロフランの1:1混
合溶媒に溶解し、50℃の水浴中で約4時間撹拌反応さ
せた。反応終了後、濃縮析出した反応物をアルコールで
洗浄し、減圧下で50℃の温度で乾燥処理して4−ニト
ロフエニルカルバミン酸エチルエステルを得た。ついで
、得られた4−ニトロフエニルカルバミン酸エチルエス
テルをテトラヒドロフラン溶液で再結晶したところ、淡
黄色透明を呈する棒状または板状結晶に転化した。この
分子結晶の融点はピーク値で131 ±1 ℃で、生成
収率は80%、純度は99%であった。
[Example] Example 1 4-nitrophenyl isocyanate 80g (600mm
ol) and a catalytic amount of triethylamine (20 mmol
) was dissolved in a 1:1 mixed solvent of ethyl alcohol and tetrahydrofuran, and stirred and reacted in a 50°C water bath for about 4 hours. After the reaction was completed, the concentrated and precipitated reaction product was washed with alcohol and dried under reduced pressure at a temperature of 50° C. to obtain 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester. Then, the obtained 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester was recrystallized from a tetrahydrofuran solution, and was converted into rod-shaped or plate-shaped crystals exhibiting a pale yellow and transparent color. The melting point of this molecular crystal was 131±1° C. at its peak, the production yield was 80%, and the purity was 99%.

【0017】上記の4−ニトロフエニルカルバミン酸エ
チルエステルを粒径60〜100 μm の微粉末にに
調製した試料をスライドガラスに挟み、これにQスイッ
チ付きNd:YAGレーザーによる10nsecのパル
スを照射し、試料から発生した第二高調波の強度を測定
した。その結果、同サイズの尿素に比べ50倍の第二高
調波を示した。
A sample of the above-mentioned 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester prepared into a fine powder with a particle size of 60 to 100 μm was sandwiched between slide glasses, and irradiated with a 10 nsec pulse using a Q-switched Nd:YAG laser. Then, the intensity of the second harmonic generated from the sample was measured. As a result, it showed 50 times more second harmonics than urea of the same size.

【0018】実施例2 4−ニトロフエニルカルバミン酸エチルエステル100
gをテトラヒドロフラン飽和溶液に溶解し、温度を25
℃一定に保ちながら溶媒蒸発法を用いて5日間結晶成長
させた。得られた結晶は、(0,0,1) 、(0,0
,−1)、(1,0,1,)、(1,0,−1),(−
1,0,1) 、(−1,0,−1) 、(1、1 、
2)、(1,−1,2)、(1、−1、2)、(−1,
1,−2) 、(−1,−1,−2)面より構成された
2×3×20mmの棒状結晶で、該結晶状態でのカット
オフ波長は410nm であった。
Example 2 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester 100
Dissolve g in a saturated solution of tetrahydrofuran and raise the temperature to 25
Crystal growth was performed for 5 days using a solvent evaporation method while keeping the temperature constant. The obtained crystals are (0,0,1), (0,0
,-1), (1,0,1,), (1,0,-1),(-
1,0,1), (-1,0,-1), (1,1,
2), (1, -1, 2), (1, -1, 2), (-1,
It was a 2 x 3 x 20 mm rod-shaped crystal composed of (-1, -2) and (-1, -1, -2) planes, and the cutoff wavelength in this crystal state was 410 nm.

【0019】実施例3 実施例2と同一の結晶面で構成された0.1 ×0.1
 ×0.5mm の4−ニトロフエニルカルバミン酸エ
チルエステル結晶につき、X線4軸自動回折装置を用い
て結晶構造解析をおこなった。その結果、この単結晶は
単斜晶系、空間群P21 に属し、格子定数はa=6.
133 、b=5.031 、c=15.884(A)
 、β=91.03 で単位格子内に2個の分子が存在
し、密度は1.42であった。
Example 3 0.1×0.1 composed of the same crystal planes as Example 2
Crystal structure analysis was performed on a 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester crystal of x0.5 mm using an X-ray 4-axis automatic diffractometer. As a result, this single crystal belongs to the monoclinic system, space group P21, and has a lattice constant of a=6.
133, b=5.031, c=15.884 (A)
, β=91.03, two molecules existed in the unit cell, and the density was 1.42.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のとおり、4−ニトロフエニルカル
バミン酸エチルエステルからなる本発明の分子結晶は、
二次の非線形光学効果の発現において高い効率を示す。 また、一般に大きな非線形光学効果を有する非線形物質
ではカットオフ波長が長波長域(MNA:480nm)
 にまで及び、非線形光学材料とくに波長変換材料とし
ての使用域を狭めているが、本発明による4−ニトロフ
エニルカルバミン酸エチルエステルは結晶状態における
カットオフ波長が410nmであり、広い波長域での使
用が可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, the molecular crystal of the present invention consisting of 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester is
It exhibits high efficiency in producing second-order nonlinear optical effects. In addition, in general, nonlinear materials that have large nonlinear optical effects have a cutoff wavelength in the long wavelength range (MNA: 480 nm).
However, the 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester according to the present invention has a cutoff wavelength of 410 nm in a crystalline state, and is suitable for use in a wide wavelength range. Usage becomes possible.

【0021】そのうえ、結晶は他の有機結晶と比べて高
強度で、水への溶性がなく、また昇華性もなく、加工性
に富むものである。したがって、波長変換素子、光制御
素子などの非線形光学効果および電気光学効果を利用し
た各種の光機能素子材料として広汎な用途への適用が期
待される。
Furthermore, the crystals have higher strength than other organic crystals, are not soluble in water, have no sublimation property, and are highly processable. Therefore, it is expected to be widely used as a material for various optical functional elements that utilize nonlinear optical effects and electro-optic effects, such as wavelength conversion elements and light control elements.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  4−ニトロフエニルカルバミン酸エチ
ルエステル分子から構成されることを特徴とする分子結
晶。
1. A molecular crystal comprising 4-nitrophenylcarbamic acid ethyl ester molecules.
JP41255090A 1990-12-20 1990-12-20 Molecular crystal Pending JPH04221358A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP41255090A JPH04221358A (en) 1990-12-20 1990-12-20 Molecular crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP41255090A JPH04221358A (en) 1990-12-20 1990-12-20 Molecular crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04221358A true JPH04221358A (en) 1992-08-11

Family

ID=18521377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP41255090A Pending JPH04221358A (en) 1990-12-20 1990-12-20 Molecular crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04221358A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Patil et al. Second harmonic generation and crystal growth of new chalcone derivatives
JPH0240634A (en) Nonlinear optical material and nonlinear optical element
JPH04221358A (en) Molecular crystal
JPH05127205A (en) Molecular crystal
EP0355326B1 (en) Nonlinear optical material
JPH0678282B2 (en) Cyclobutenedione derivative and method for producing the same
JP2530725B2 (en) Organic nonlinear optical material
JPH0395147A (en) Molecular crystal
JPH07309818A (en) Cyclobutene dione derivative, production thereof and nonlinear optical element using the same
JPH03215835A (en) Molecular crystal and method for converting light wavelength by using this crystal
JPH06345713A (en) Molecular crystal
JPH02187734A (en) Nonlinear optical organic material
JPH0438335B2 (en)
JPH03140927A (en) Organic nonlinear optical material
JPH06345712A (en) Molecular crystal
JPH02247620A (en) Molecular crystal
JPH06160924A (en) Molecular crystal
JPH0381746A (en) Organic nonlinear optical material
JPH0432822A (en) Nonlinear optical material containing aromatic ring
JP2533660B2 (en) Organic nonlinear optical material
JPH0339727A (en) Nonlinear optical material
JPH03179329A (en) Nonlinear optical material and nonlinear optical element
JPH03287136A (en) Organic nonlinear optical material
JPH03287138A (en) Organic nonlinear optical material
JPH0558980A (en) Alpha-cyanocinnamic acid ester-based compound and organic nonlinear optical material composed of the same compound