JPH06263696A - Nitrobutadiene compound and its production and non-linear optical material using same - Google Patents

Nitrobutadiene compound and its production and non-linear optical material using same

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JPH06263696A
JPH06263696A JP5051821A JP5182193A JPH06263696A JP H06263696 A JPH06263696 A JP H06263696A JP 5051821 A JP5051821 A JP 5051821A JP 5182193 A JP5182193 A JP 5182193A JP H06263696 A JPH06263696 A JP H06263696A
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JP
Japan
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compound
nitrobutadiene
group
formula
optical material
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Application number
JP5051821A
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Japanese (ja)
Inventor
Noboru Ono
昇 小野
Itaru Ogawa
格 小川
Shinji Aramaki
晋司 荒牧
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
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Publication of JPH06263696A publication Critical patent/JPH06263696A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the subject compound useful for nonlinear optical materials exhibiting high nonlinearity, etc., by addition-reacting thiophenol, a nitroalkane, etc., to an unsaturated aldehyde, subjecting the addition product to dehydration and dehydrogenation reactions to form a butadiene structure, and respectively substituting the product with an amino structure. CONSTITUTION:An alpha, beta-unsaturated aldehyde of formula I (R<1>, R<2> are H, alkyl) or formula II (e.g. acrolein) is dissolved in tetrahydrofuran, addition-reacted to a compound of the formula Ar-ZH (Ar is aromatic; Z is S, Se, Te) (e.g. thiophenol) for 2-3hrs with cooling and stirring, and subsequently mixed with a nitroalkane (e.g. nitroethane). The reaction product is addition-reacted with the formyl group of an,-unsaturated aldehyde, and subjected to a dehydration reaction and a dehydrogenation reaction to form a butadiene structure. The Ar-Z group of the reaction product is substituted with an amino group to afford the objective nitrobutadiene compound represented by the formula III [R<1>, R<1>' are alkyl, group of formula IV (R<4>, R<5> are H, hydrocarbon, etc.,); R<3>, R<3> are alkyl, nitro, H].

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規なニトロブタジエン
化合物及びその製造方法並びにそれを含む非線形光学材
料に係り、特に電気光学光変調素子や、波長変換素子等
に用いて光の制御に有効に利用することができる非線形
光学材料を提供するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel nitrobutadiene compound, a method for producing the same, and a non-linear optical material containing the same, and is particularly effective for controlling light by being used as an electro-optical light modulating element, a wavelength converting element or the like. A non-linear optical material that can be used is provided.

【0002】[0002]

【従来の技術】非線形光学材料は、光の波長変換、屈折
率の変化による光の変調、スイッチング等、光、特にレ
ーザー光の変換や制御に広く利用されている。これは外
部より加えられる電磁場による物質の非線形な分極によ
り引き起こされる現象として理解されている。ここで、
外部より加えられる電場(光又は静電場)をE、それに
より誘起される物質の分極をPとして、PをEにより展
開すると、下記(3)式の如く表せる。
2. Description of the Related Art Non-linear optical materials are widely used for conversion and control of light, particularly laser light, such as wavelength conversion of light, modulation of light by change in refractive index, switching and the like. This is understood as a phenomenon caused by the nonlinear polarization of a substance due to an electromagnetic field applied from the outside. here,
Letting E be the electric field (light or electrostatic field) applied from the outside and P being the polarization of the substance induced by it, P is expanded by E, and it can be expressed as the following formula (3).

【0003】 P=P0 +χ(1) E+χ(2) EE+χ(3) EEE+… …(3) このχ(2) は2次の、χ(3) は3次の非線形感受率と呼
ばれ、これらの関係する現象は、例えば、Y.R.Sh
en著“Principles of Nonline
ar Optics”に記述されている。
P = P 0 + χ (1) E + χ (2) EE + χ (3) EEE + ... (3) This χ (2) is called the second-order and χ (3) is called the third-order nonlinear susceptibility, These related phenomena are described, for example, in Y. R. Sh
en "Principles of Nonline
ar Optics ”.

【0004】現在、非線形光学材料として実際に用いら
れているのは、KDP(KH2 PO4 )、LiNbO3
(ニオブ酸リチウム)、KTP(KTiOPO4 )等の
酸化物単結晶や、GaAs等の半導体材料が主である。
At present, KDP (KH 2 PO 4 ) and LiNbO 3 are actually used as nonlinear optical materials.
(Lithium niobate), KTP (KTiOPO 4 ) and other oxide single crystals, and semiconductor materials such as GaAs are mainly used.

【0005】近年、π電子共役系の有機化合物が、この
非線形光学材料として注目を集めている。これは、その
非線形感受率が無機系材料と比較して非常に大きいこと
や、それが電子分極に由来することから、全光デバイス
に応用された場合、ピコ秒以下の超高速の応答性が期待
されることによる。また、誘電率の小さいことや、ニオ
ブ酸リチウム等と比較して光損傷に強いこと、高分子材
料においては製造法が単結晶成長に比較して容易なこ
と、多様な分子設計により種々の機能を付加できる可能
性のあることも、有機材料が非線形光学材料として期待
されている理由として挙げられる。このような有機化合
物の特長を利用すれば、半導体レーザー等の低パワーレ
ーザー用の第二高調波発生等の波長変換素子や、低電圧
駆動で高速応答性の電気光学変調素子を作製することが
可能である。
In recent years, π-electron conjugated organic compounds have been attracting attention as this nonlinear optical material. This is because its nonlinear susceptibility is much higher than that of inorganic materials and it is derived from electronic polarization, so when it is applied to all-optical devices, it has an ultra-fast response time of picoseconds or less. It depends on what is expected. In addition, it has a low dielectric constant, is more resistant to optical damage than lithium niobate, etc., the manufacturing method is easier for polymer materials than single crystal growth, and various functions are possible due to various molecular designs. There is a possibility of adding the above-mentioned reason as another reason why the organic material is expected as a nonlinear optical material. By utilizing the features of such organic compounds, it is possible to fabricate wavelength conversion elements such as second harmonic generation for low power lasers such as semiconductor lasers, and electro-optical modulation elements that are driven at low voltage and have high speed response. It is possible.

【0006】非線形光学材料としての実際の有機材料と
しては、種々の形態のものが検討されてきた。有機化合
物では、非線形感受率は分子の超分極率で議論される。
分子に作用する電場をEとし、これにより誘起される分
子の双極子モーメントをpとすると、下記(4)式で表
せる。
Various forms of organic materials have been investigated as actual organic materials as nonlinear optical materials. In organic compounds, nonlinear susceptibility is discussed in terms of molecular hyperpolarizability.
Let E be the electric field acting on the molecule, and p be the dipole moment of the molecule induced by this, which can be expressed by the following equation (4).

【0007】 p=μ+αE+βEE+γEEE+… …(4) ここでαは分子分極率、β、γはそれぞれ二次、三次の
分子超分極率と呼ばれており、分子集合体の非線形感受
率はこれらβ、γに由来する。
P = μ + αE + βEE + γEEE + (4) Here, α is called a molecular polarizability, β and γ are called second-order and third-order molecular hyperpolarizabilities, respectively, and the nonlinear susceptibility of a molecular assembly is β, It is derived from γ.

【0008】二次の非線形光学材料としては、分子内に
電子供与性の基と電子吸引性の基を含み、それらがπ電
子共役系で連結されている分子内電荷移動性のものが、
二次の分子超分極率(β)が大きくなることが示されて
おり、これまでに知られている大きなχ(2) を示す有機
化合物は、メチルニトロアニリン(MNA)に代表され
るように、ほとんどがこのタイプの分子である。
As the second-order nonlinear optical material, an intramolecular charge transfer material containing an electron-donating group and an electron-withdrawing group in the molecule, which are linked by a π-electron conjugated system,
It has been shown that the second-order molecular hyperpolarizability (β) becomes large, and the organic compounds showing a large χ (2) known so far are typified by methylnitroaniline (MNA). , Most are molecules of this type.

【0009】しかし、二次の非線形光学材料には、その
構造が巨視的に反転対称性を有しないという制限が存在
する。即ち、χ(2) が3階のテンソルであるために、β
が大きくても集合体が反転対称性を有する結晶構造をと
ったり、アモルファスである場合には、χ(2) は0にな
る。このため、βの大きな分子をいかにして極性構造に
配向させるかが、材料探索の大きな課題となっている。
However, the second-order nonlinear optical material has a limitation that its structure has no macroscopic inversion symmetry. That is, since χ (2) is the third-order tensor, β
Χ (2) is 0 when the aggregate has a crystal structure with inversion symmetry or is amorphous even if is large. Therefore, how to orient a molecule having a large β in a polar structure is a major issue in material search.

【0010】この有機系非線形光学材料において、結晶
構造を利用することは最もよく行なわれることであり、
粉末SHG法はこのような材料を簡便にスクリーニング
する方法である。
In this organic nonlinear optical material, it is the most common practice to utilize the crystal structure,
The powder SHG method is a method for easily screening such materials.

【0011】従来、分子が最適な配置をとった結晶を得
るために、光学活性な基の導入、基底状態の双極子モー
メントの小さい骨格、水素結合の利用等の分子設計のア
イデアは幾つか提案された。
Conventionally, in order to obtain a crystal in which molecules have an optimal arrangement, some ideas for molecular design such as introduction of an optically active group, a skeleton having a small dipole moment in the ground state, and use of hydrogen bond have been proposed. Was done.

【0012】しかしながら、最終的には実際に結晶を得
てみなければ、効果は明らかではない。また、有機化合
物の結晶は分子性結晶で、柔らかく加工性に乏しい。更
に、非線形光素子として実用化する際に、導波路構造に
加工することが望ましいことが多いが、これに必要な薄
膜形成法、結晶方位の制御、部分的に屈折率を変化させ
る方法が非常に難しい。このようなことから、膨大な数
の有機結晶について非線形光学材料としての可能性が調
べられているにもかかわらず、素子にまで加工された例
は少ないのが現状である。
However, the effect is not clear unless the crystal is finally obtained. Further, the crystal of the organic compound is a molecular crystal and is soft and poor in processability. Furthermore, it is often desirable to process into a waveguide structure when it is put to practical use as a nonlinear optical element, but the thin film forming method, control of crystal orientation, and method of partially changing the refractive index are very necessary for this. It's difficult. From such a fact, although the possibility of a large number of organic crystals as a nonlinear optical material has been investigated, it is the present situation that only a few examples are processed into elements.

【0013】もう一つの二次の有機系非線形光学材料と
しては、高分子材料が挙げられる。これはアクリル系の
高分子にDisperse Red 1(N−エチル−
N−ヒドロキシルエチル−4−アミノ−4’ニトロアゾ
ベンゼン:後掲の比較例1参照)に代表される、βの大
きな分子をドープしたり、高分子の側鎖に結合させたも
ので代表される。高分子材料は、コーティングによる薄
膜形成が容易で、光学的にも優れた光導波路材料となる
ことは知られているが、コーティングしただけの膜は一
般にアモルファスでχ(2) は0である。χ(2) を示すよ
うにするための方法としては、高分子の膜に電場を印加
しながらガラス転移温度Tg以上の温度に加熱して、β
の大きなユニットを配向させた後、室温まで冷却して配
向を固定するボーリングと呼ばれる操作が最もよく利用
されており、これにより、ニオブ酸リチウム程度の電気
光学効果を示す材料が得られている。しかしながら、こ
の操作における最も大きな欠点は、その配向が熱的に緩
和してしまい、χ(2) が次第に減衰することである。
Another secondary organic non-linear optical material is a polymer material. This is an acrylic polymer with Disperse Red 1 (N-ethyl-
N-hydroxylethyl-4-amino-4′-nitroazobenzene: represented by Comparative Example 1), which is typified by doping with a molecule having a large β, or binding to a side chain of a polymer. . It is known that a polymer material can be easily formed into a thin film by coating and becomes an optically excellent optical waveguide material, but a film just coated is generally amorphous and χ (2) is 0. As a method for showing χ (2) , β is heated to a temperature not lower than the glass transition temperature Tg while applying an electric field to the polymer film, and β
The operation called boring in which a unit having a large size is oriented and then cooled to room temperature to fix the orientation is most often used, and a material exhibiting an electro-optical effect comparable to that of lithium niobate is obtained. However, the biggest drawback of this procedure is that its orientation is thermally relaxed and χ (2) is gradually attenuated.

【0014】そのほかに、βの大きなユニットを配向さ
せた構造を得る方法としては、ラングミュア・ブロジェ
ット膜等の配向性の膜を利用することも試みられてい
る。
In addition, as a method of obtaining a structure in which a unit having a large β is oriented, it has been attempted to use an oriented film such as a Langmuir-Blodgett film.

【0015】いずれの非線形光学材料においても、大き
なχ(2) を有する材料は、素子を高効率にするために多
くの有利な点を有する。例えば、電気光学効果を利用し
た光スイッチ素子においては、大きな電気光学効果を有
する材料を用いれば、低電圧駆動のものが得られ、また
素子の長さを短くでき、集積化に有利である。
In any of the nonlinear optical materials, a material having a large χ (2) has many advantages for making the device highly efficient. For example, in an optical switch element utilizing the electro-optical effect, if a material having a large electro-optical effect is used, a low voltage drive type can be obtained and the length of the element can be shortened, which is advantageous for integration.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、大きな非
線形光学効果を有する材料を得るためには大きなβを示
す分子を利用することが必要である。これまで主に検討
されてきた化合物は、芳香環にニトロ基で代表される電
子吸引性基とアミノ基で代表される電子供与性基が置換
されたものが殆どである。先に挙げたメチルニトロアニ
リンやDisperse Red 1等はその代表例で
あるが、分子軌道法等の理論計算によれば、共役系とし
ては直線状のポリエンの方が優れており、同程度の共役
系の長さのものを比較すると、ポリエンの方が大きなβ
を有することが提案されている。
As described above, in order to obtain a material having a large nonlinear optical effect, it is necessary to utilize a molecule showing a large β. Most of the compounds that have been mainly studied so far have the aromatic ring substituted with an electron-withdrawing group represented by a nitro group and an electron-donating group represented by an amino group. Methylnitroaniline and Disperse Red 1 mentioned above are typical examples, but according to theoretical calculations such as the molecular orbital method, linear polyene is superior as a conjugated system, and the same degree of conjugation is obtained. Comparing the lengths of the systems, polyene has a larger β
Is proposed to have.

【0017】しかし、電子吸引性に優れたニトロ基をポ
リエンの末端に導入することは困難であり、これまで合
成された例は少ない。ベンズアルデヒドのような芳香族
アルデヒドにニトロメタンを反応させて、ニトロエチレ
ン化合物を合成した例はあるが、この方法では、それ以
上炭素=炭素二重結合で共役を延ばすことは困難であ
る。
However, it is difficult to introduce a nitro group having an excellent electron-withdrawing property to the end of polyene, and there have been few examples synthesized so far. Although there is an example in which an aromatic aldehyde such as benzaldehyde is reacted with nitromethane to synthesize a nitroethylene compound, it is difficult to further extend the conjugation with a carbon = carbon double bond by this method.

【0018】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、これまで製造することが困難であった、
ニトロ基を末端に有するブタジエン化合物及びその製造
方法を提供することを目的とする。更にこの大きなβを
有する化合物を用いて、大きな非線形感受率を有し、従
来の素子に比較して、高い性能を示す素子を作製するこ
とができる非線形光学材料を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above conventional circumstances, and has been difficult to manufacture until now.
An object of the present invention is to provide a butadiene compound having a nitro group at the terminal and a method for producing the same. Further, it is an object of the present invention to provide a non-linear optical material using the compound having the large β and having a large non-linear susceptibility and capable of producing an element exhibiting higher performance than the conventional element.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】請求項1のニトロブタジ
エン化合物は、下記一般式(1)で示されることを特徴
とする。
The nitrobutadiene compound according to claim 1 is characterized by being represented by the following general formula (1).

【0020】[0020]

【化3】 [Chemical 3]

【0021】請求項2のニトロブタジエン化合物の製造
方法は、上記請求項1のニトロブタジエン化合物を、下
記一般式(2a)又は(2b)で示されるα,β不飽和
アルデヒドに、一般式Ar−ZH(ここで、Arは芳香
環、ZはS,Se又はTe原子を表す。)で示される化
合物を付加した後、更にニトロアルカンを該α,β不飽
和アルデヒドのホルミル基に付加し、その後、ブタジエ
ン構造を脱水及び脱水素により形成し、次いで前記Ar
−Z基をアミノ基に置換することにより製造することを
特徴とする。
In the method for producing a nitrobutadiene compound according to claim 2, the nitrobutadiene compound according to claim 1 is converted into an α, β unsaturated aldehyde represented by the following general formula (2a) or (2b) and represented by the general formula Ar- After adding a compound represented by ZH (where Ar represents an aromatic ring and Z represents an S, Se or Te atom), a nitroalkane is further added to the formyl group of the α, β unsaturated aldehyde, and then , Butadiene structure is formed by dehydration and dehydrogenation, and then Ar
It is characterized in that it is produced by substituting the -Z group with an amino group.

【0022】[0022]

【化4】 [Chemical 4]

【0023】請求項3の非線形光学材料は、請求項1に
記載のニトロブタジエン化合物を用いることを特徴とす
る。
A non-linear optical material according to a third aspect uses the nitrobutadiene compound according to the first aspect.

【0024】以下に本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0025】前記一般式(1)で表される本発明のニト
ロブタジエン化合物において、R1及びR1'はそれぞれ
独立してアルキル基、置換基R4 ,R5 を有するアミノ
基(ここで、R4 ,R5 はこの2つの間で環を形成して
も良い炭化水素、又は置換されていても良い芳香環、或
いは水素原子を表す。)又は水素原子を表し、R2 はア
ルキル基又は水素原子を表し、R3 及びR3'はアルキル
基、ニトロ基又は水素原子を表し、R3 又はR3'の少く
ともどちらか一方はニトロ基を表す。
In the nitrobutadiene compound of the present invention represented by the general formula (1), R 1 and R 1 'are each independently an alkyl group and an amino group having substituents R 4 and R 5 (here, R 4 and R 5 represent a hydrocarbon which may form a ring between the two, an aromatic ring which may be substituted, or a hydrogen atom) or a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group or represents a hydrogen atom, R 3 and R 3 'represents an alkyl group, a nitro group or a hydrogen atom, R 3 or R 3' is either at a minimum of a nitro group.

【0026】このようなニトロブタジエン化合物は、本
発明の方法により容易に製造される。本発明の具体的な
合成方法は、以下の反応式で示される。
Such a nitrobutadiene compound is easily produced by the method of the present invention. A specific synthetic method of the present invention is shown by the following reaction formula.

【0027】[0027]

【化5】 [Chemical 5]

【0028】このようにして得られる本発明のニトロブ
タジエン化合物を、2次の非線形光学材料として用いる
には、分子を極性構造に配向させる必要がある。このた
めには、高分子に分子状に分散したり、R1"〜R5 の置
換基を利用して高分子の側鎖や主鎖に結合させ、電場を
印加しながらガラス転移温度Tg付近まで加熱すること
により配向させる、いわゆるポーリングと呼ばれる方法
を利用できる。
In order to use the nitrobutadiene compound of the present invention thus obtained as a second-order nonlinear optical material, it is necessary to orient the molecules in a polar structure. For this purpose, it is dispersed in a polymer in a molecular form, or is bonded to a side chain or a main chain of the polymer by utilizing the substituents of R 1 "to R 5 and the glass transition temperature Tg is around while applying an electric field. A method called so-called poling, in which the material is oriented by heating up to, can be used.

【0029】また、R1"〜R5 の置換基として長鎖アル
キル基等を導入し、かつ親水性基と疎水性基の両方の基
を持たせ、水面上で単分子膜を作り、これを基板に移し
取り配向膜を得るラングミュア・ブロジェット法も利用
できる。更に、本発明のニトロブタジエン化合物の反転
対称性を有しない結晶を得ることができれば、それは非
常に高い非線形性を示す材料となる。
Further, a long-chain alkyl group or the like is introduced as a substituent of R 1 "to R 5 , and both a hydrophilic group and a hydrophobic group are provided to form a monomolecular film on the water surface. The Langmuir-Blodgett method can be used to obtain the oriented film by transferring the compound to a substrate.Further, if a crystal having no inversion symmetry of the nitrobutadiene compound of the present invention can be obtained, it can be used as a material exhibiting extremely high nonlinearity. Become.

【0030】このようにして得られる、本化合物を含む
非線形光学材料は、その電気光学効果を利用して光変調
素子や光スイッチ素子を作製するための材料として用い
ることができる。また、適当な波長を選べば、第二高調
波発生を含む和、差周波発生やパラメトリック増幅や発
振等の、波長変換素子にも応用できる。
The thus obtained non-linear optical material containing the present compound can be used as a material for producing an optical modulator or an optical switch element by utilizing its electro-optical effect. Further, if an appropriate wavelength is selected, it can be applied to a wavelength conversion element such as sum, difference frequency generation, parametric amplification and oscillation including second harmonic generation.

【0031】[0031]

【作用】本発明者らは、ポリエンの両端にアミノ基とニ
トロ基を有する化合物を製造する方法を種々検討した結
果、ブタジエン構造の両端に共役してアミノ基とニトロ
基を導入する方法を見出し、前記一般式(1)で示され
るニトロブタジエン化合物を合成することを可能とし
た。
The present inventors have studied various methods for producing a compound having an amino group and a nitro group at both ends of a polyene, and as a result, found a method of introducing an amino group and a nitro group by conjugating both ends of a butadiene structure. It has become possible to synthesize the nitrobutadiene compound represented by the general formula (1).

【0032】本発明のニトロブタジエン化合物は、炭素
=炭素二重結合がわずかに2個しかない比較的短い共役
系であるにもかかわらず、大きなβを有し、分子量当り
の非線形光学係数を大きくするために特に有用な分子で
ある。
Although the nitrobutadiene compound of the present invention is a relatively short conjugated system having only two carbon = carbon double bonds, it has a large β and a large nonlinear optical coefficient per molecular weight. It is a particularly useful molecule for

【0033】このような本発明のニトロブタジエン化合
物は、これを極性構造に配向させることにより、2次の
非線形光学材料として有効に利用することができる。ま
た、このようなニトロブタジエン化合物により得られ
た、反転対称性を有しない結晶によれば、非常に高い非
線形性を示す非線形光学材料が提供される。
Such a nitrobutadiene compound of the present invention can be effectively used as a second-order nonlinear optical material by orienting it in a polar structure. Further, a crystal having no inversion symmetry obtained from such a nitrobutadiene compound provides a nonlinear optical material exhibiting extremely high nonlinearity.

【0034】[0034]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

【0035】実施例1 γ−フェニルチオプロパナールの合成 アクロレイン(1当量,数g)をTHF(テトラヒドロ
フラン)20mlに溶解し、冷却しながらチオフェノー
ル(1当量)を滴下した後2〜3時間撹拌した。生成物
をエーテルで抽出し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶
媒を除去した。得られた生成物をカラムクロマトグラフ
ィーで精製したところ、γ−フェニルチオプロパナール
が90%以上の収率で得られた。
Example 1 Synthesis of γ-phenylthiopropanal Acrolein (1 equivalent, several g) was dissolved in 20 ml of THF (tetrahydrofuran), thiophenol (1 equivalent) was added dropwise while cooling, and the mixture was stirred for 2-3 hours. did. The product was extracted with ether, dried over anhydrous sodium sulfate, and then the solvent was removed. When the obtained product was purified by column chromatography, γ-phenylthiopropanal was obtained in a yield of 90% or more.

【0036】 2−ニトロ−5−フェニルチオ−3−
ペンタノールの合成 で得られたγ−フェニルチオプロパナール(1当量)
とニトロエタン(1当量)をアセトニトリル20mlに
溶解した。これに触媒量の塩基を加え室温にて30時間
撹拌した。その後、5%塩酸を10ml加えた後、生成
物をエーテルで抽出して水洗した。無水硫酸ナトリウム
で乾燥後、溶媒を除去した。得られた生成物をカラムク
ロマトグラフィーで精製したところ、2−ニトロ−5−
フェニルチオ−3−ペンタノールが90%の収率で得ら
れた。
2-nitro-5-phenylthio-3-
Γ-Phenylthiopropanal obtained by the synthesis of pentanol (1 equivalent)
And nitroethane (1 equivalent) were dissolved in 20 ml of acetonitrile. A catalytic amount of base was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 30 hours. Then, 10 ml of 5% hydrochloric acid was added, and the product was extracted with ether and washed with water. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was removed. The obtained product was purified by column chromatography to give 2-nitro-5-
Phenylthio-3-pentanol was obtained with a yield of 90%.

【0037】 2−ニトロ−5−フェニルチオ−2−
ペンテンの合成 で得られた2−ニトロ−5−フェニルチオ−3−ペン
タノールを、乾燥したジクロロメタン30mlに溶解し
た。塩基性の活性アルミナを基質5mmolに対して1
gの割合で加えて撹拌しながら30時間加熱還流した。
その後、アルミナを濾別後、水洗し、無水硫酸ナトリウ
ムで乾燥後、溶媒を除去した。得られた生成物をカラム
クロマトグラフィーで精製したところ、2−ニトロ−5
−フェニルチオ−2−ペンテンが50〜60%の収率で
得られた。
2-nitro-5-phenylthio-2-
2-Nitro-5-phenylthio-3-pentanol obtained in the synthesis of pentene was dissolved in 30 ml of dry dichloromethane. 1 basic activated alumina to 5 mmol substrate
The mixture was added at a rate of g and heated under reflux for 30 hours with stirring.
Then, the alumina was filtered off, washed with water, dried over anhydrous sodium sulfate, and then the solvent was removed. The obtained product was purified by column chromatography to give 2-nitro-5
-Phenylthio-2-pentene was obtained in a yield of 50-60%.

【0038】 2−ニトロ−5−フェニルチオ−2,
4−ペンタジエンの合成 で得られた2−ニトロ−5−フェニルチオ−2−ペン
テン(1当量)を乾燥ジクロロメタンに溶解し、氷水で
0℃まで冷却した。これに塩化スルフリル(1.2当
量)を温度が上がりすぎないように速度を調整しながら
滴下し、0℃にて2時間撹拌した。減圧下、溶媒を除去
した後、再び乾燥ジクロロメタン20mlを加え、氷水
にて0℃まで冷却した。トリエチルアミン(1.2当
量)を温度が上がりすぎないように速度を調整しながら
滴下し、0℃にて2時間撹拌した。5%塩酸を10ml
加えた後、減圧下、溶媒を除去した。生成物をカラムク
ロマトグラフィーにて精製したところ、2−ニトロ−5
−フェニルチオ−2,4−ペンタジエンが50〜60%
の収率で得られた。このものの融点は88〜90℃であ
り、NMRスペクトルは図1に示すものであった。
2-nitro-5-phenylthio-2,
2-Nitro-5-phenylthio-2-pentene (1 equivalent) obtained in the synthesis of 4-pentadiene was dissolved in dry dichloromethane and cooled to 0 ° C with ice water. Sulfuryl chloride (1.2 equivalents) was added dropwise thereto while adjusting the speed so that the temperature did not rise too high, and the mixture was stirred at 0 ° C. for 2 hours. After removing the solvent under reduced pressure, 20 ml of dry dichloromethane was added again, and the mixture was cooled to 0 ° C with ice water. Triethylamine (1.2 equivalents) was added dropwise while adjusting the speed so that the temperature did not rise too high, and the mixture was stirred at 0 ° C for 2 hours. 10 ml of 5% hydrochloric acid
After the addition, the solvent was removed under reduced pressure. The product was purified by column chromatography to give 2-nitro-5
50-60% of -phenylthio-2,4-pentadiene
It was obtained with a yield of. The melting point of this product was 88 to 90 ° C, and the NMR spectrum was as shown in Fig. 1.

【0039】 1−(1−ピロリジノ)−4−ニトロ
−1,3,ペンタジエンの合成 で得られた2−ニトロ−5−フェニルチオ−2,4−
ペンタジエン(1当量)をメタノール10mlに溶解し
た。これにピロリジン(2当量)を滴下し、室温にて撹
拌した。薄層クロマトグラフィーにより反応が終了した
ことを確認した後に、水を加え、ジクロロメタンにて精
製物を抽出した。これを無水硫酸ナトリウムで乾燥後、
溶媒を除去した。得られた生成物をカラムクロマトグラ
フィーで精製したところ、目的とする1−(1−ピロリ
ジノ)−4−ニトロ−1,3,ペンタジエンが50〜6
5%の収率で得られた。このものの融点は122〜12
3℃であり、この化合物のNMRスペクトルは図2に示
すものであった。
Synthesis of 1- (1-pyrrolidino) -4-nitro-1,3, pentadiene 2-nitro-5-phenylthio-2,4-
Pentadiene (1 equivalent) was dissolved in 10 ml of methanol. Pyrrolidine (2 equivalents) was added dropwise thereto, and the mixture was stirred at room temperature. After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, water was added and the purified product was extracted with dichloromethane. After drying it over anhydrous sodium sulfate,
The solvent was removed. The obtained product was purified by column chromatography to find that the desired 1- (1-pyrrolidino) -4-nitro-1,3, pentadiene was 50-6.
Obtained in a yield of 5%. This product has a melting point of 122-12
It was 3 ° C., and the NMR spectrum of this compound was as shown in FIG.

【0040】実施例2〜5 各々対応するアルデヒドを原料にして、実施例1と同様
の方法で、表1に示す各置換基を有するニトロブタジエ
ン化合物を合成した。なお、生成物はNMR、IR、マ
ススペクトル等で同定した。
Examples 2 to 5 Using the corresponding aldehydes as raw materials, nitrobutadiene compounds having each substituent shown in Table 1 were synthesized in the same manner as in Example 1. The product was identified by NMR, IR, mass spectrum and the like.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】実施例6 実施例2で得られた化合物の粉末を、スライドグラスに
挟み、図3に示した装置を用いてQ−スイッチパルスN
d:YAGレーザーのパルス光を照射して、発生する5
32nmの第二高調波を検出した。この第二高調波の強
度は、尿素の2.3倍であった。
Example 6 The powder of the compound obtained in Example 2 was sandwiched between slide glasses, and Q-switch pulse N was applied using the apparatus shown in FIG.
Generated by radiating pulsed light of d: YAG laser 5
The second harmonic of 32 nm was detected. The intensity of this second harmonic was 2.3 times that of urea.

【0043】なお、図3において、1はNd:YAGレ
ーザー、2はハーフミラー、3は水晶板(リファレン
ス)、4は赤外光カットフィルター、5は光電子増倍
管、6はサンプル、7は分光器である。
In FIG. 3, 1 is a Nd: YAG laser, 2 is a half mirror, 3 is a quartz plate (reference), 4 is an infrared light cut filter, 5 is a photomultiplier tube, 6 is a sample, and 7 is a sample. It is a spectroscope.

【0044】実施例7 実施例2で得られた化合物を5%溶解したポリメタクリ
ル酸メチルの膜を、3μmの厚さに、透明電極の上に作
製した。この上に金を蒸着し、サンドイッチ型のサンプ
ルとし、これに100Vの直流電場をかけたまま110
℃に加熱、10分間保持した後、室温まで冷却した。
Example 7 A film of polymethylmethacrylate in which 5% of the compound obtained in Example 2 was dissolved was formed on the transparent electrode to a thickness of 3 μm. Gold is vapor-deposited on this to form a sandwich type sample, which is subjected to 110 V with 100 V DC electric field applied.
After heating to 0 ° C. and holding for 10 minutes, it was cooled to room temperature.

【0045】図4に示す装置を用い、直流電圧を印加し
たまま20Vrmsの交流電圧を重畳し、サンプルに4
5℃に偏光した1.3μmの半導体レーザー光を透明電
極側より照射して、金電極で反射された光の位相差が、
この交流電場で変化する分を測定し、電気光学係数を測
定した。
Using the device shown in FIG. 4, an AC voltage of 20 Vrms was superposed while applying the DC voltage, and
When the semiconductor laser light of 1.3 μm polarized at 5 ° C. is irradiated from the transparent electrode side, the phase difference of the light reflected by the gold electrode is
The electro-optic coefficient was measured by measuring the change in this AC electric field.

【0046】なお、図4において、11はレーザー、1
2は偏光子、13はパピネソレイユ補償板、14は検光
子、15はフォトダイオード、16はロックインアン
プ、17は電源、18はサンプル、19はヒーター、2
0は電極(ITO及び金)、21は温度制御器である。
In FIG. 4, 11 is a laser and 1
Reference numeral 2 is a polarizer, 13 is a papine soleil compensator, 14 is an analyzer, 15 is a photodiode, 16 is a lock-in amplifier, 17 is a power supply, 18 is a sample, 19 is a heater, 2
Reference numeral 0 is an electrode (ITO and gold), and 21 is a temperature controller.

【0047】求められた電気光学係数は1.2pm/V
であった。これから、ポリマー中の双極子が独立に自由
な配向をしていると仮定して、分子の双極子モーメント
μと2次の分子超分極率βの積μβを計算すると120
0×10-48 esuと求められた。
The obtained electro-optic coefficient is 1.2 pm / V
Met. From this, assuming that the dipoles in the polymer are independently oriented, the product μβ of the dipole moment μ of the molecule and the second-order molecular hyperpolarizability β is calculated to be 120
It was requested to be 0x10 -48 esu.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のニトロブタ
ジエン化合物及びその製造方法によれば、従来製造する
ことが困難であった、ポリエンの両端にアミノ基とニト
ロ基を有する新規化合物が容易に提供される。
As described above in detail, according to the nitrobutadiene compound and the method for producing the same of the present invention, a novel compound having an amino group and a nitro group at both ends of a polyene, which has been difficult to produce, can be easily prepared. Provided to.

【0049】この本発明のニトロブタジエン化合物は、
大きな二次の分子超分極率βを有し、従って、このよう
なニトロブタジエン化合物を用いた本発明の非線形光学
材料によれば、非線形感受率が著しく良好な極めて高性
能の非線形光学材料が提供される。
The nitrobutadiene compound of the present invention is
The non-linear optical material of the present invention having a large second-order molecular hyperpolarizability β and thus using such a nitrobutadiene compound provides an extremely high-performance non-linear optical material having a remarkably good non-linear susceptibility. To be done.

【0050】このような本発明の非線形光学材料は、電
気光学光変調素子や波長変換素子等に用いて、光の制御
を行なうための非線形光学材料として、工業的に極めて
有用である。
The non-linear optical material of the present invention as described above is industrially very useful as a non-linear optical material for controlling light when used in an electro-optical light modulator, a wavelength converter, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1における合成の中間体(2−ニトロ−
5−フェニルチオ−2,4−ペンタジエン)のNMRス
ペクトルである。
1 is an intermediate of the synthesis in Example 1 (2-nitro-
5 is a NMR spectrum of (5-phenylthio-2,4-pentadiene).

【図2】実施例1で合成された1−(1−ピロリジノ)
−4−ニトロ−1,3,ペンタジエンのNMRスペクト
ルである。
FIG. 2 1- (1-pyrrolidino) synthesized in Example 1
4 is an NMR spectrum of 4-nitro-1,3, pentadiene.

【図3】実施例6で用いた非線形効果測定装置を示す構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a nonlinear effect measurement device used in a sixth embodiment.

【図4】実施例7で用いた電気光学効果測定装置を示す
構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an electro-optical effect measuring device used in Example 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Nd:YAGレーザー 2 ハーフミラー 3 水晶板(リファレンス) 4 赤外光カットフィルター 5 光電子増倍管 6 サンプル 7 分光器 11 レーザー 12 偏光子 13 パピネソレイユ補償板 14 検光子 15 フォトダイオード 16 ロックインアンプ 17 電源 18 サンプル 19 ヒーター 20 電極(ITO及び金) 21 温度制御器 1 Nd: YAG laser 2 Half mirror 3 Quartz plate (reference) 4 Infrared light cut filter 5 Photomultiplier tube 6 Sample 7 Spectrometer 11 Laser 12 Polarizer 13 Papinesoleil compensator 14 Analyzer 15 Photodiode 16 Lock-in amplifier 17 Power supply 18 Sample 19 Heater 20 Electrode (ITO and gold) 21 Temperature controller

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(1)で示されるニトロブタ
ジエン化合物。 【化1】
1. A nitrobutadiene compound represented by the following general formula (1). [Chemical 1]
【請求項2】 下記一般式(2a)又は(2b)で示さ
れるα,β不飽和アルデヒドに、一般式Ar−ZH(こ
こで、Arは芳香環、ZはS,Se又はTe原子を表
す。)で示される化合物を付加した後、更にニトロアル
カンを該α,β不飽和アルデヒドのホルミル基に付加
し、その後、ブタジエン構造を脱水及び脱水素により形
成し、次いで前記Ar−Z基をアミノ基に置換すること
を特徴とする請求項1に記載のニトロブタジエン化合物
の製造方法。 【化2】
2. An α, β unsaturated aldehyde represented by the following general formula (2a) or (2b) is added to the general formula Ar-ZH (wherein Ar represents an aromatic ring and Z represents an S, Se or Te atom). ), A nitroalkane is further added to the formyl group of the α, β-unsaturated aldehyde, and then a butadiene structure is formed by dehydration and dehydrogenation, and then the Ar-Z group is amino-substituted. The method for producing a nitrobutadiene compound according to claim 1, wherein the nitrobutadiene compound is substituted with a group. [Chemical 2]
【請求項3】 請求項1に記載のニトロブタジエン化合
物を用いることを特徴とする非線形光学材料。
3. A non-linear optical material comprising the nitrobutadiene compound according to claim 1.
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