JPWO2006109569A1 - ターフェニレン誘導体、テトラハロターフェニル誘導体及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「ジャーナル オブ アプライドフィジックス」、(米国)、2002年、92巻、5259−5263頁 「サイエンス」、(米国)、1998年、280巻、1741−1744頁 「ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサイエティー」、(米国)、2004年、126巻、8138−8140頁 「ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサイエティー」、(米国)、1985年、107巻、5670−5687頁
(ターフェニレン誘導体)
本発明のターフェニレン誘導体は下記一般式(1)で表される。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。
なお、l=0、m=0及びn=0である時、l=1、m=0及びn=0である時、並びにl=0、m=1及びn=0である時は、置換基R1〜R14の内の少なくとも1つは水素原子ではない。)
本発明の一般式(1)において、置換基R1〜R6の内の任意の二以上のものが互いに結合する場合において、好ましい結合として置換基R3とR4との結合を挙げることができる。又、これら任意の二以上のものが互いに結合した場合の好ましい結合形態として不飽和環形成を挙げることができる。置換基R8〜R13の内の任意の二以上のものが互いに結合する場合において、好ましい結合として置換基R10とR11との結合を挙げることができる。又、これら任意の二以上のものが互いに結合した場合の好ましい結合形態として不飽和環形成を挙げることができる。さらに、置換基R1〜R6の内の任意の二以上のものが互いに結合する場合と、置換基R8〜R13の内の任意の二以上のものが互いに結合する場合において、これらの結合が、双方の場合に同時に形成されていても、若しくはいずれか一方の場合にのみに形成されていても、いずれでも構わない。
(1)置換基R1〜R14が、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、及び炭素数1〜20のアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の置換基であり、且つ置換基R1〜R14の内の少なくとも1つは水素原子ではない例;
(2)置換基R3、R4、R10及びR11が、同一又は異なって、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、及び炭素数8〜30のジアリールアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基であり、且つ置換基R1、R2、R5〜R9、R12〜R14が、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子及び塩素原子からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基である例;
(3)置換基R3、R4、R10及びR11が、同一又は異なって、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、及び炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基であり、且つ置換基R1、R2、R5〜R9、R12〜R14が、同一又は異なって、水素原子及びフッ素原子からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基である例;
(4)一般式(1)においてmが0である例、m及びlが共に0である例若しくはm、l及びnが共に0である例の内のいずれか;
(5)置換基R1〜R6の内の任意の二以上のものが互いに結合し且つ置換基R8〜R13の内の任意の二以上のものが互いに結合する例、若しくは置換基R1〜R6又は置換基R8〜R13のいずれか一方の置換基組合わせのみにおいて任意の二以上のものが互いに結合する例;
(6)上記(5)において、置換基R1〜R6の内の任意の二以上のものによる結合が置換基R3とR4の結合であり、置換基R8〜R13の内の任意の二以上のものによる結合が置換基R10とR11の結合である例;
(7)上記(5)又は(6)の例において、結合した置換基が不飽和環である例;及び
(8)上記(1)〜(4)のいずれかの例において、上記(5)〜(7)のいずれかを満足する例。
本発明の一般式(1)で表されるターフェニレン誘導体の製造方法について述べる。
置換基R1〜R14は同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数8〜30のジアリールアミノ基を示す。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。)
なお、一般式(2)の表記は、一般式(2)が下記一般式(3)及び一般式(4)で示されるパラ位置異性体及びメタ位置異性体を総称するものである。
なお、ここでテトラリチオ化とは、一般式(2)における4個のハロゲンX1〜X4をそれぞれリチウムに置換することを意味する。
(テトラハロターフェニル誘導体)
次に、本発明の一般式(1)で表されるターフェニレン誘導体の原料として用いられる下記一般式(2)で示されるテトラハロターフェニル誘導体について述べる。
置換基R1〜R14は同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数8〜30のジアリールアミノ基を示す。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。)
なお、一般式(2)の表記は、一般式(2)が下記一般式(3)及び一般式(4)で示されるパラ位置異性体及びメタ位置異性体を総称するものである。
なお、好ましくは、一般式(2)のmが0であり、さらに好ましくはl及びmが0である。
即ち、一般式(5)で表されるテトラハロターフェニル誘導体とは本発明の一般式(2)の置換基において、R8=R1、R9=R2、R10=R3、R11=R4、R12=R5、R13=R6及びX4=X1と誘導体環構造の両端が同じ置換様式を有するテトラハロターフェニル誘導体である。
次に、本発明の一般式(2)で表されるテトラハロターフェニル誘導体の製造方法について述べる。
本発明の一般式(6)、(7)及び(8)の置換基について、さらに述べる。
これら異なる置換様式が混在して生成した場合も、その物性差を利用して公知の方法で、例えばカラムクロマトグラフィー精製又は/及び再結晶精製で両者を容易に分離することができる。
(製造方法I)
原料として、一般式(6)で示されるテトラハロアレーンと一般式(7)で示される2−ハロアリール金属試薬を用いる。
(製造方法II)
原料として、一般式(6)で示されるテトラハロアレーンと一般式(7)で示される2−ハロアリール金属試薬及び一般式(8)で示される2−ハロアリール金属試薬を用いる。
しかる後に、合成された一般式(9)のテトラハロビフェニル誘導体と一般式(8)で示される2−ハロアリール金属試薬をパラジウム及び/又はニッケル触媒存在下で反応させる。
(製造方法III)
一般式(3)で示されるパラ位置異性体のテトラハロターフェニル誘導体のみを、若しくは一般式(4)で示されるメタ位置異性体のテトラハロターフェニルのみを製造する方法について述べる。
一般式(7)及び(8)で示される2−ハロアリール金属試薬は、それらの原料となる下記一般式(10)で示されるアリールジハロゲン置換体をイソプロピルマグネシウムブロマイド等のグリニャール試薬あるいはn−ブチルリチウム等の有機リチウム試薬によりハロゲン/金属交換反応を行った後、塩化亜鉛、トリメトキシボラン等と反応させることで調製することができる。なお、有機リチウム試薬によるハロゲン/金属交換反応は、例えば「ジャーナル オブ ケミカル リサーチ シノプシス」、1981年、185頁」に記載されているハロゲンのリチオ化方法を用いることもできる。
なお、一般式(7)で示される2−ハロアリール金属試薬における置換基R3及びR4を、並びに一般式(8)で示される2−ハロアリール金属試薬における置換基R10及びR11を、それぞれ上記の群から選ばれる基とするためには、一般式(10)における置換基R3及びR4をそれぞれ上記の群から選ばれる基とすることにより製造することができる。
(アリールジハロゲン置換体の製造方法)
ここで、一般式(10)で示されるアリールジハロゲン置換体の製造方法について述べる。
なお、置換基X7及びX8は、好ましくはヨウ素原子である。
なお、一般式(12)のAを選択することにより、一般式(11)で示されるテトラハロアレーンの置換基X7及びX8に所望の置換基を導入し、所望の置換基を有する一般式(10)で示されるアリールジハロゲン置換体を得ることができる。
(耐酸化性有機半導体材料)
次に、本発明の一般式(1)で示されるターフェニレン誘導体を含む耐酸化性有機半導体材料について述べる。該耐酸化性有機半導体材料は溶剤への溶解性、耐酸化性に優れ、好適な塗布性を有する。該耐酸化性有機半導体材料は本発明の一般式(1)で示されるターフェニレン誘導体を溶剤に溶解することにより製造することができる。
(有機薄膜)
次に本発明の一般式(1)で示されるターフェニレン誘導体を含む耐酸化性有機半導体材料を用いた有機薄膜について述べる。係る有機薄膜は上記の耐酸化性有機半導体材料溶液の再結晶化若しくは基板への塗布により製造することができる。
装置 島津GC14B
カラム J&Wサイエンティフィック社製、DB−1,30m
ガスクロマトグラフィー−マススペクトル分析
装置 パーキンエルマーオートシステムXL(MS部;ターボマスゴールド)
カラム J&Wサイエンティフィック社製、DB−1,30m
反応用の溶媒は市販の脱水溶媒をそのまま用いた。
〔合成例1〕
1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼンはジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサイエティー、1997年、119巻、4578−4593頁に記載されている方法を参考に合成を行った。
得られた1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼンの構造式を下記に示す。
2−ブロモ−3−ヨードナフタレンはシンセティック コミュニュケーションズ、2003年、33巻、2751−2756頁に記載されている方法を参考に合成を行った。なお、原料の2−ブロモ−ビス(ヘキサクロロシクロペンタジエン)ナフタレンはシグマ−アルドリッチから購入したものをそのまま使用した。
得られた2−ブロモ−3−ヨードナフタレンの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に1,2,4,5−テトラブロモベンゼン(東京化成工業製)1.70g(4.31mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)253mg(0.218mmol)、及び2−ブロモフェニルボロン酸(シグマ−アルドリッチ製)1.99g(9.90mmol)を添加した。さらにトルエン34ml、エタノール9ml、及び炭酸ナトリウム2.75g(25.9mmol)と水10mlからなる水溶液を添加した。85℃のオイルバスに浸し、8時間撹拌した。室温まで冷却後、飽和食塩水を添加し分相した。得られた有機相にターシャーリーブチルハイドロパーオキサイド(70重量%含量)1mlを室温で添加し、2時間撹拌した。飽和食塩水を添加し、分相し、有機相を減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。
1H NMRスペクトルより、この無色透明な油状物は2,2’,4’,2”−テトラブロモ−1,1’,5’,1”−ターフェニルであった(1.37g、収率58%)。
1H NMR(CDCl3,21℃):δ=7.99(d,J=1.9Hz,1H),7.68(dd,J=7.8Hz,1.7Hz,2H),7.42−7.19(m,6H),7.15(s,1H).
MS m/z:546(M+,75%),466(M+−Br,41),386(M+−2Br,51),226(M+−4Br,100).
得られた2,2’,4’,2”−テトラブロモ−1,1’,5’,1”−ターフェニルの構造式を下記に示す。
1H NMRスペクトルより、この白色針状結晶は2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’4’,1”−ターフェニルであった(0.47g、収率20%)。
融点:230−231℃.
1H NMR(CDCl3,21℃):δ=7.70(d,J=8.0Hz,2H),7.55(d,J=1.5Hz,2H),7.45−7.23(m,6H).
MS m/z:546(M+,92%),466(M+−Br,45),386(M+−2Br,53),226(M+−4Br,100).
得られた2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニルの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン4.39g(9.00mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)974mg(0.84mmol)、及び2−ブロモフェニルボロン酸(シグマ−アルドリッチ製)4.16g(20.7mmol)を添加した。さらにトルエン72ml、エタノール18ml、及び炭酸ナトリウム5.72g(54.0mmol)と水22mlからなる水溶液を添加した。85℃のオイルバスに浸し、15時間撹拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン及び飽和食塩水を添加し分相した。有機相を減圧濃縮し、残渣をトルエンから再結晶化した。2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニル白色針状晶を得た(4.18g、収率85%)。1H NMRスペクトルは実施例1のフラクション2からトルエン再結晶精製して得られた成分のものと一致した。
〔参考例1〕
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に実施例2で合成した2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニル269mg(0.492mmol)及びTHF23mlを添加した。この溶液を−80℃に冷却し、sec−ブチルリチウム(関東化学製、0.98M)のシクロヘキサン溶液5.0ml(4.9mmol)を滴下した。溶液の色が薄黄色から真緑色へ変化した。20分間撹拌後、−75℃で塩化銅(II)(和光純薬工業製)828mg(6.2mmol)を一気に投入し、一晩かけて室温まで温度を上げた。飽和食塩水及びトルエンを添加した後分相し、さらに有機相を飽和食塩水で洗浄した。減圧濃縮し、得られた残渣にヘキサンを添加し撹拌後静置し、上澄み液を取り除き、減圧乾燥した。残渣をトルエンから再結晶化し、ターフェニレンの赤色の板状結晶を得た(24mg、収率22%)。1H NMRスペクトル(重ベンゼン、30℃):δ=6.46(AA’,J=4.8Hz,2.9Hz,4H),6.20(BB’,J=4.6Hz,2.9Hz,4H),5.93(s,2H).
得られたターフェニレンの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に1,2,4,5−テトラブロモベンゼン(東京化成工業製)1.70g(4.31mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)253mg(0.218mmol)、及び2−ブロモフェニルボロン酸(シグマ−アルドリッチ製)1.99g(9.90mmol)を添加した。さらにトルエン34ml、エタノール9ml、及び炭酸ナトリウム2.75g(25.9mmol)と水10mlからなる水溶液を添加した。85℃のオイルバスに浸し、8時間撹拌した。室温まで冷却後、飽和食塩水を添加し分相した。得られた有機相にターシャーリーブチルハイドロパーオキサイド(70重量%含量)1mlを室温で添加し、2時間撹拌した。飽和食塩水を添加し、分相し、有機相を減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。トルエンで溶出したフラクションを減圧濃縮し、一部が固体となった油状物(1.91g、収率81%)を得た。GC分析からこの一部固化油状物は2成分からなることがわかり、その比率は8(成分1):2(成分2)であった。さらにGCMS分析からこの2成分は、2,2’,4’,2”−テトラブロモ−1,1’,5’,1”−ターフェニル及び2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニルであることがわかった。
(GCMS分析)
(成分1)
MS m/z:546(M+,64%),466(M+−Br,38),386(M+−2Br,481),226(M+−4Br,100).
(成分2)
MS m/z:546(M+,85%),466(M+−Br,42),386(M+−2Br,54),226(M+−4Br,100).
〔参考例2〕
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に実施例3で合成した8:2の比率のテトラブロモターフェニルの混合物192mg(0.351mmol)及びTHF17mlを添加した。この溶液を−80℃に冷却し、sec−ブチルリチウム(関東化学製、0.98M)のシクロヘキサン溶液3.6ml(3.5mmol)を滴下した。溶液の色が薄黄色から濃青色へ変化した。20分間撹拌後、−75℃で塩化銅(II)(和光純薬工業製)585mg(4.3mmol)を一気に投入し、一晩かけて室温まで温度を上げた。飽和食塩水及びトルエンを添加した後分相し、さらに有機相を飽和食塩水で洗浄した。減圧濃縮し、得られた残渣にヘキサンを添加し撹拌後静置し、上澄み液を取り除き、減圧乾燥した。残渣をトルエンから再結晶化し、ターフェニレンの赤色の板状結晶を得た(11mg、収率14%)。1H NMRスペクトル(重ベンゼン)は、参考例1で得られたものと一致した。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例2で合成した2−ブロモ−3−ヨードナフタレン2.03g(6.10mmol)及びTHF12mlを添加した。この溶液を−65℃に冷却し、イソプロピルマグネシウムブロマイド(関東化学製、0.65M)のTHF溶液9.9ml(6.4mmol)を滴下した。30分間熟成後、その温度で塩化亜鉛(シグマ−アルドリッチ製、1.0M)のジエチルエーテル溶液6.4ml(6.4mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、生成した白色スラリー液を減圧濃縮した。得られた白色固体に、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン1.41g(2.89mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)285mg(0.247mmol)、及びTHF31mlを添加した。60℃で4時間反応を実施した後、容器を水冷し3N塩酸4mlを添加することで反応を停止させた。全体を減圧濃縮し、溶媒を留去した。析出した固体を濾液が中性になるまで水で洗浄し、さらにクロロホルムとTHFで洗浄した。得られた結晶を減圧乾燥後、2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ジベンゾターフェニルの白色結晶を得た(1.20g,収率64%)。
DSC測定による融点:331℃.
1H NMR(CDCl3,60℃):δ=8.22(s,2H),7.90−7.75(m,4H),7.85(s,2H),7.67(s,2H),7.60−7.48(m,4H).
MS m/z:646(M+,64%),566(M+−Br,8),486(M+−2Br,34),406(M+−3Br,6),326(M+−4Br,92),163((M+−4Br)/2,100).
得られた2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ジベンゾターフェニルの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に、実施例4で合成した2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ジベンゾターフェニル395mg(0.611mmol)及びTHF28mlを添加した。この懸濁溶液を−80℃に冷却し、sec−ブチルリチウム(関東化学製0.98M)のシクロヘキサン溶液4.4ml(4.3mmol)を滴下した。溶液の色が薄黄色から真緑色へ変化した。60分間撹拌後、−75℃で塩化銅(II)(和光純薬工業製)740mg(5.50mmol)を一気に投入した。一晩かけて室温まで反応温度を上げた。飽和食塩水を添加した後、生成した固体を濾過した。さらにこの得られた固体を3N塩酸、水及びTHFで洗浄した後、減圧乾燥しジベンゾターフェニレンの黄−オレンジ色固体を得た(85mg)。さらにこの固体をo−ジクロロベンゼンから再結晶化することで金色の金属光沢を有する板状の固体を得た(75mg、収率38%)。
得られたジベンゾターフェニレンの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク容器にo−ジクロロベンゼン23.4gを添加し、凍結(液体窒素)−減圧−窒素置換−融解から成るサイクルを3回繰り返すことで溶存酸素を除去した。そこへ実施例5で得られた金色の金属光沢を有するジベンゾターフェニレンの固体7.5mgを添加し、180℃に加熱し溶解させると山吹色溶液となった。次にこのシュレンク容器の上部の栓を開け、1分間、外気に接触させることで空気を導入し、さらに180℃で撹拌した。しかし、色の変化は見られず、ガスクロマトグラフィー及びガスクロマトグラフィー−マススペクトル(GCMS)分析で酸化に由来する新たなピークの出現はなかった。
窒素雰囲気下、実施例5で得られた金色の金属光沢を有するジベンゾターフェニレン30mgをo−ジクロロベンゼン(95g)と混合し、180℃で1時間撹拌し、ジベンゾターフェニレンの山吹色溶液を調製した。14時間を要して180℃から20℃まで冷却した。析出した結晶をブフナーロートを用いて濾過し、減圧乾燥することで、ジベンゾターフェニレンの薄膜を得た(27mg)。
窒素雰囲気下、実施例5で得られた金色の金属光沢を有するジベンゾターフェニレン8mgをo−ジクロロベンゼン(25g)と混合し、180℃で1時間撹拌し、ジベンゾターフェニレンの山吹色溶液を調製した。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に1,2−ジブロモ−4,5−ジフルオロベンゼン(和光純薬工業製)2.53g(9.30mmol)及びTHF15mlを添加した。この溶液を−40℃に冷却し、イソプロピルマグネシウムブロマイド(関東化学製、0.65M)のTHF溶液15ml(9.7mmol)を滴下した。30分間熟成後、その温度で塩化亜鉛(シグマ−アルドリッチ製、1.0M)のジエチルエーテル溶液9.8ml(9.8mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、生成した白色スラリー液を減圧濃縮した。得られた白色固体に、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン2.15g(4.41mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)408mg(0.353mmol)、及びTHF30mlを添加した。60℃で6時間反応を実施した後、容器を水冷し3N塩酸(8ml)を添加することで反応を停止させた。トルエン及び食塩を添加後、分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去した。この得られた残渣をトルエン10mlに溶解させ、70%tert−ブチルハイドロパーオキサイド溶液(和光純薬工業製)(0.5ml)を添加し、室温で2時間撹拌した。この溶液を水洗浄し、有機相を減圧濃縮した。有機相をトルエン:ヘキサン=1:1に溶解させ、シリカゲルを充填したカラムを通過させた。溶出液を減圧濃縮し、得られた固体をヘキサン:トルエン=3:1の混合溶媒を用いて再結晶化を行い、目的物の白色固体を得た(1.48g,収率54%)。
MS m/z:618(M+,73%),538(M+−Br,32),458(M+−2Br,45),378(M+−3Br,4),298(M+−4Br,100).
得られた目的物の構造を下記に示した。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に1,2−ジブロモテトラフルオロベンゼン(アボカド製)446mg(1.45mmol)及びTHF5mlを添加した。この溶液を−40℃に冷却し、イソプロピルマグネシウムブロマイド(関東化学製、0.65M)のTHF溶液2.2ml(1.4mmol)を滴下した。30分間熟成後、その温度で塩化亜鉛(シグマ−アルドリッチ製、1.0M)のジエチルエーテル溶液1.4ml(1.4mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、その混合物を減圧濃縮した。得られた白色固体に、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン337mg(0.69mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)69mg(0.060mmol)、及びエチレングリコールジメチルエーテル5mlを添加した。86℃で7日間反応を実施した後、容器を水冷し3N塩酸(8ml)を添加することで反応を停止させた。トルエン及び食塩を添加後、分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去した。この得られた残渣をトルエン10mlに溶解させ、70%tert−ブチルハイドロパーオキサイド溶液(和光純薬工業製)(0.1ml)を添加し、室温で2時間撹拌した。この溶液を水洗浄し、有機相を減圧濃縮した。有機相をトルエン:ヘキサン=1:1の混合溶媒に溶解させ、シリカゲルを充填したカラムを通過させた。溶出液を減圧濃縮し、得られた固体をヘキサンを用いて再結晶化を行い、目的物の白色固体を得た(80mg,収率17%)。
MS m/z:690(M+,99%),610(M+−Br,34),530(M+−2Br,61),450(M+−3Br,3),370(M+−4Br,100).
得られた目的物の構造を下記に示した。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に、実施例9で合成した4,5,4”,5”−テトラフルオロ−2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニル506mg(0.818mmol)及びTHF28mlを添加した。この懸濁溶液を−80℃に冷却し、sec−ブチルリチウム(関東化学製0.98M)のシクロヘキサン溶液5.9ml(5.8mmol)を滴下した。20分間撹拌後、−75℃で塩化銅(II)(和光純薬工業製)981mg(7.30mmol)を一気に投入した。徐々に昇温し、7時間かけて−20℃まで反応温度を上げた。飽和食塩水及びトルエンを添加した後、分相し、さらに有機相を飽和食塩水で洗浄した。減圧濃縮し、得られた残渣にヘキサンを添加し撹拌後、静置し、上澄み液を取り除き、減圧乾燥した。残渣をトルエンから再結晶化し、2,3,7,8−テトラフルオロターフェニレンの赤色結晶を得た(56mg,収率23%)。
MS m/z:298(M+,100%),149(M+/2,38).
得られた目的物の構造を下記に示した。
窒素雰囲気下、20mlシュレンク容器にo−ジクロロベンゼン2.0gを添加し、凍結(液体窒素)−減圧−窒素置換−融解から成るサイクルを3回繰り返すことで溶存酸素を除去した。そこへ実施例11で得られた2,3,7,8−テトラフルオロターフェニレンの赤色固体4.5mgを添加し、22℃で撹拌すると赤橙色溶液となった。次にこのシュレンク容器の上部の栓を開け、1分間、外気に接触させることで空気を導入し、さらに22℃で撹拌した。しかし、溶液の色の変化は見られず、ガスクロマトグラフィー及びガスクロマトグラフィー−マススペクトル(GCMS)分析で酸化物に由来する新たなピークの出現はなかった。
〔比較例1〕
ペンタセンを用いて耐酸化性を評価した。
〔比較例2〕
参考例1で得られた、全部の置換基が水素であるターフェニレンを用いて耐酸化性を評価した。
窒素雰囲気下、実施例11で得られた2,3,7,8−テトラフルオロターフェニレン5.2mgをトルエン(10g)と混合し、80℃で1時間撹拌し、2,3,7,8−テトラフルオロターフェニレンの赤色溶液を調製した。
〔合成例3〕
1,2−ジブロモ−4,5−ジヨードベンゼンを「シンレット」、2003年、29−34頁に従い合成した。
〔合成例4〕
窒素雰囲気下、200mlシュレンク反応容器に合成例3で合成した1,2−ジブロモ−4,5−ジヨードベンゼン3.074g(6.30mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)600mg(0.519mmol)、及びフェニルボロン酸(和光純薬工業製)1.920mg(15.7mmol)を添加した。さらにトルエン50ml、エタノール13ml、及び炭酸ナトリウム4.007g(37.8mmol)と水16mlからなる水溶液を添加した。82℃に加熱し、24時間撹拌した。室温まで冷却後、トルエン及び水を添加し分相した。有機相を濃縮し、得られた残渣をトルエン26mlに溶解後、70%tert−ブチルハイドロパーオキサイド溶液(和光純薬工業製)1.0mlを添加し、室温で2時間撹拌した。このトルエン溶液を水で2回洗浄後、有機相を減圧濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製後(溶媒、ヘキサン)、1,2−ジブロモ−4,5−ジフェニルベンゼンの白色固体を得た(1.953g、収率80%)。
MS m/z:388(M+,100%),308(M+−Br,23),228(M+−2Br,53).
〔合成例5〕
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例4で合成した1,2−ジブロモ−4,5−ジフェニルベンゼン755mg(1.95mmol)及びTHF12mlを添加した。この溶液を−100℃に冷却し、n−ブチルリチウム(関東化学製、1.59M)のヘキサン溶液1.3ml(2.lmmol)を滴下した。30分間熟成後、その温度でホウ酸トリイソプロピル(東京化成工業製)472mg(2.51mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、3N塩酸を添加し、分相した。有機相を減圧濃縮し、770mgの白色固体を得た。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例5で合成した2−フェニル−5−ブロモ−4−ビフェニルボロン酸770mg、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン476mg(0.976mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)90.1mg(0.078mmol)、トルエン7.6ml、及びエタノール1.8mlを添加した。さらに炭酸ナトリウム625mg(5.90mmol)と水2.3mlからなる溶液を添加し、この混合物を85℃で30時間反応を実施した。室温まで冷却させた後、トルエン及び食塩水を添加分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去した。得られた固体をトルエン:ヘキサン=7:3の混合溶媒を用いて再結晶化を行い、目的物の白色固体を得た(467mg、収率56%)。
得られた4,5,4”,5”−テトラフェニル−2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ターフェニルの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例4で合成した1,2−ジブロモ−4,5−ジフェニルベンゼン411mg(1.06mmol)及びTHF5mlを添加した。この溶液を−105℃に冷却し、n−ブチルリチウム(関東化学製、1.59M)のヘキサン溶液0.70ml(1.1mmol)を滴下した。5分間熟成後、その温度で塩化亜鉛(シグマ−アルドリッチ製、1.0M)のジエチルエーテル溶液9.8ml(9.8mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、生成した白色スラリー液を減圧濃縮した。得られた白色固体に、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン173mg(0.355mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)29.0mg(0.025mmol)、及びエチレングリコールジメチルエーテル5mlを添加した。80℃で50時間反応を実施した後、容器を水冷し3N塩酸(5ml)を添加することで反応を停止させた。トルエン及び食塩を添加後分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去した。この得られた残渣をトルエン10mlに溶解させ、70%tert−ブチルハイドロパーオキサイド溶液(和光純薬工業製)(0.05ml)を添加し、室温で2時間撹拌した。この溶液を水洗浄し、有機相を減圧濃縮した。有機相をトルエンに溶解させ、シリカゲルを充填したカラムを通過させた。溶出液を減圧濃縮し、得られた固体をトルエンを用いて再結晶化を行い、目的物の白色固体を得た(27mg、収率9%)。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例2で合成した2−ブロモ−3−ヨードナフタレン333mg(1.00mmol)及びTHF20mlを添加した。この溶液を−65℃に冷却し、イソプロピルマグネシウムブロマイド(東京化成工業、0.80M)のTHF溶液1.3ml(1.04mmol)を滴下した。30分間熟成後、その温度で塩化亜鉛(シグマ−アルドリッチ製、1.0M)のジエチルエーテル溶液1.1ml(1.1mmol)を滴下した。徐々に室温まで昇温した後、生成した白色スラリー液を減圧濃縮した。得られた白色固体に、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン488mg(1.00mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)83mg(0.072mmol)、及びTHF3mlを添加した。60℃で6時間反応を実施した後、容器を水冷し3N塩酸4mlを添加することで反応を停止させた。トルエン及び食塩を添加後、分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去した。さらに加熱真空乾燥した後、得られた残渣に合成例5と同様の方法で合成した2−フェニル−5−ブロモ−4−ビフェニルボロン酸222mg、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)41mg(0.035mmol)、トルエン5.2ml、及びエタノール1.2mlを添加した。さらに炭酸ナトリウム349mg(3.29mmol)と水1.7mlからなる溶液を添加し、この混合物を85℃で6時間反応を実施した。室温まで冷却させた後、トルエン及び食塩水を添加し分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去し、さらに真空乾燥した。この得られた残渣をトルエンに溶解させ、70%tert−ブチルハイドロパーオキサイド溶液(和光純薬工業製)(0.06ml)を添加し、室温で2時間撹拌した。この溶液を水洗浄し、有機相を減圧濃縮した。残渣をヘキサン及びクロロホルムを用いて溶解させ、シリカゲルを充填したカラムを通過させた。溶出液を減圧濃縮し、得られた粗固体をヘキサンで洗浄し、目的物を得た(292mg,収率62.1%)。
MS m/z:748(M+,100%),668(M+−Br,10%),588(M+−2Br,24%),508(M+−3Br,14%),428(M+−4Br,29%).
得られた4,5−ジフェニル−2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ベンゾターフェニルの構造式を下記に示す。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に合成例5と同様の方法で合成した2−フェニル−5−ブロモ−4−ビフェニルボロン酸156mg、合成例1で合成した1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼン194mg(0.40mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(東京化成工業製)32mg(0.028mmol)、トルエン3.1ml、及びエタノール0.7mlを添加した。さらに炭酸ナトリウム253mg(2.39mmol)と水0.9mlからなる溶液を添加し、この混合物を85℃で5時間反応を実施した。室温まで冷却させた後、トルエン及び食塩水を添加し分相し、有機相を食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し溶媒を留去し、さらに加熱真空乾燥し、中間物を得た。
窒素雰囲気下、100mlシュレンク反応容器に、実施例17で合成した4,5−ジフェニル−2,2’,5’,2”−テトラブロモ−1,1’,4’,1”−ベンゾターフェニル103mg(0.138mmol)及びTHF6mlを添加した。この懸濁溶液を−75℃に冷却し、sec−ブチルリチウム(関東化学製0.98M)のシクロヘキサン溶液0.95ml(0.93mmol)を滴下した。30分間撹拌後、−75℃で塩化銅(II)(和光純薬工業製)188mg(1.40mmol)を一気に投入した。徐々に昇温し、14時間かけて0℃まで反応温度を上げた。3N塩酸及びトルエンを添加した後分相し、さらに有機相を飽和食塩水で洗浄した。有機相を減圧濃縮し、得られた残渣にヘキサンを添加し撹拌後静置し、上澄み液を取り除き、減圧乾燥した。残渣をトルエンから再結晶化し、2,3−ジフェニルベンゾターフェニレンのオレンジ色結晶を得た(23mg、収率38.9%)。
MS m/z:428(M+,100%),213((M+/2)−1,34%).
得られた目的物の構造を下記に示した。
Claims (22)
- 下記一般式(1)で示されるターフェニレン誘導体。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。
なお、l=0、m=0及びn=0である時、l=1、m=0及びn=0である時、並びにl=0、m=1及びn=0である時は、置換基R1〜R14の内の少なくとも1つは水素原子ではない。) - 置換基R1〜R14が、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、及び炭素数1〜20のアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の置換基であり、且つ置換基R1〜R14の内の少なくとも1つは水素原子ではないことを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- 置換基R3、R4、R10及びR11が、同一又は異なって、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、及び炭素数8〜30のジアリールアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基であり、且つ置換基R1、R2、R5〜R9、R12〜R14が、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子及び塩素原子からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の基であることを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- 置換基R3とR4が結合して不飽和環を形成し且つ置換基R10とR11が結合して不飽和環を形成している、若しくは置換基R3とR4又は置換基R10とR11のいずれか一方のみが結合して不飽和環を形成していることを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- mが0であることを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- m及びlが共に0であることを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- m、l及びnが共に0であることを特徴とする、請求項1に記載のターフェニレン誘導体。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のターフェニレン誘導体を含む耐酸化性有機半導体材料。
- 請求項8に記載の耐酸化性有機半導体材料を用いた有機薄膜。
- 有機薄膜が基板上に形成されたことを特徴とする請求項9に記載の有機薄膜。
- 下記一般式(2)で示されるテトラハロターフェニル誘導体をリチオ化剤を用いてテトラリチオ化し、銅化合物で処理することを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載のターフェニレン誘導体の製造方法。
置換基R1〜R14は同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数3〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数8〜30のジアリールアミノ基を示す。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。)
なお、一般式(2)の表記は、一般式(2)が下記一般式(3)及び一般式(4)で示されるパラ位置異性体及びメタ位置異性体を総称するものである。
- リチオ化剤がアルキルリチウムである請求項11に記載のターフェニレン誘導体の製造方法。
- リチオ化剤を一般式(2)で示されるテトラハロターフェニル誘導体に対し3〜20当量用いる請求項11に記載のターフェニレン誘導体の製造方法。
- 下記一般式(2)で示されるテトラハロターフェニル誘導体。
置換基R1〜R14は同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数4〜30のアリール基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数8〜30のジアリールアミノ基を示す。
なお、R1〜R6の内、任意の二以上のものは互いに結合することができ、R8〜R13の内、任意の二以上のものは互いに結合することができる。
l、m及びnは、各々0又は1の整数である。)
なお、一般式(2)の表記は、一般式(2)が下記一般式(3)及び一般式(4)で示されるパラ位置異性体及びメタ位置異性体を総称するものである。
- 一般式(2)で示されるテトラハロターフェニル誘導体が、一般式(3)で示されるパラ位置異性体のテトラハロターフェニル誘導体である、請求項14に記載のテトラハロターフェニル誘導体。
- mが0であることを特徴とする、請求項14に記載のテトラハロターフェニル誘導体。
- m及びlが0であることを特徴とする、請求項14に記載のテトラハロターフェニル誘導体。
- 下記一般式(6)で示されるテトラハロアレーンと、下記一般式(7)及び下記一般式(8)で示される2−ハロアリール金属試薬から選ばれる少なくとも1つを、パラジウム触媒及びニッケル触媒から選ばれる少なくとも1つの存在下で反応させることを特徴とする請求項14に記載のテトラハロターフェニル誘導体の製造方法。
- 一般式(6)で示されるテトラハロアレーンにおいて、X5及びX6がパラ位に配置されたヨウ素原子であり、X2及びX3が臭素原子及び塩素原子から選ばれる少なくとも1つの原子である、請求項19に記載のテトラハロターフェニル誘導体の製造方法。
- 一般式(7)又は一般式(8)のMがZnCl又はB(OH)2である請求項19に記載のテトラハロターフェニル誘導体の製造方法。
- 触媒がテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムである請求項19に記載のテトラハロターフェニル誘導体の製造方法。
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