JPWO2007105699A1 - ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子 - Google Patents

ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2007105699A1
JPWO2007105699A1 JP2008505145A JP2008505145A JPWO2007105699A1 JP WO2007105699 A1 JPWO2007105699 A1 JP WO2007105699A1 JP 2008505145 A JP2008505145 A JP 2008505145A JP 2008505145 A JP2008505145 A JP 2008505145A JP WO2007105699 A1 JPWO2007105699 A1 JP WO2007105699A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound
dithienylcyclopentene
mmol
reaction
added
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
JP2008505145A
Other languages
English (en)
Inventor
誠也 小畠
誠也 小畠
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.)
OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Original Assignee
OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
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 OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY filed Critical OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Publication of JPWO2007105699A1 publication Critical patent/JPWO2007105699A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03CPHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00Photosensitive materials
    • G03C1/72Photosensitive compositions not covered by the groups G03C1/005 - G03C1/705
    • G03C1/73Photosensitive compositions not covered by the groups G03C1/005 - G03C1/705 containing organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D333/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom
    • C07D333/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D333/04Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom
    • C07D333/06Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to the ring carbon atoms
    • C07D333/14Radicals substituted by singly bound hetero atoms other than halogen
    • C07D333/20Radicals substituted by singly bound hetero atoms other than halogen by nitrogen atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F12/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F12/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F12/04Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F12/14Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring substituted by hetero atoms or groups containing heteroatoms
    • C08F12/30Sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F12/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F12/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F12/32Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing two or more rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K9/00Tenebrescent materials, i.e. materials for which the range of wavelengths for energy absorption is changed as a result of excitation by some form of energy
    • C09K9/02Organic tenebrescent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14Macromolecular compounds
    • C09K2211/1441Heterocyclic
    • C09K2211/1458Heterocyclic containing sulfur as the only heteroatom

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Heterocyclic Compounds Containing Sulfur Atoms (AREA)

Abstract

光照射によって生ずる2種の異性体がいずれも熱的に比較的安定であり、かつ着色状態から無着色状態に戻すのが容易な表示材料、紫外光により不可逆に反応するフォトクロミック材料、赤色に発色する新規なフォトクロミック材料、紫外光により不可逆に反応し、フォトクロミズムを示し、かつ加熱により、不可逆に消色する新規なフォトクロミック材料、固体状態でフォトクロミズムを示し、フォトクロミック成分をポリマーに均一で、高密度に含有させることができるポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子を提供する。
下記一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物あるいは、下記一般式(II)で表されるジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーである。

Description

本発明は、新規なジチエニルシクロペンテン系化合物、新規なジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、これらの化合物を含むフォトクロミック材料およびこの材料を含む光機能素子に関するものである。
(1) フォトクロミック化合物は、光照射により色が異なる2つの構造異性体を可逆的に生成する化合物である。このようなフォトクロミック化合物は、光照射によって生じた状態が、室温で熱的に安定なもの(P型フォトクロミズム)と、室温で熱的に不安定なもの(T型フォトクロミズム)とに、大別される。例えば、ジアリールエテン系化合物やフルギド系化合物は、P型フォトクロミズムを示し、スピロピランやアゾベンゼンは、T型フォトクロミズムを示す。
ジアリールエテン系化合物やフルギド系化合物は、光照射によって生ずる2種の異性体がいずれも熱的に比較的安定な化合物である。このため、光記録などの分野への応用が期待されている(たとえば、特許文献1、2参照)。
(2)フォトクロミック化合物は、光照射により色が異なる2つの構造異性体を可逆的に生成する物質である。このようなフォトクロミック化合物のうち、ジアリールエテン系化合物は、着色状態が熱的に安定で繰り返し耐久性が高く、光メモリや表示材料などへの応用が期待されている。しかし、例えば、下記化学式(III)で表されるジアリールエテン系化合物は、可視光で退色してしまう。このため、この化合物は、室内光の存在下で使用することができないという問題があった。
上記問題を解決するために、着色体が室内光でも退色せず、加熱により元の無色体に戻るジアリールエテンが合成されている。例えば、本発明者らが開発した下記化学式(IV)で表されるジアリールエテン系化合物は、可視光で退色しない(例えば、非特許文献1、特許文献3、4参照)。

(式(IV)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)

特開平10−45732号公報 特開平9−71585号公報 特開2003−255489号公報 特開2003−255490号公報 Morimitsu,Shibata,Kobatake,Irie, J. Org. Chem. 2002, 67, p.4574−4578
(1) しかし、特許文献1、2に記載の化合物は、着色状態から無着色状態に戻すのが容易でない。このため、表示材料として用いる場合に、書き換えが容易な化合物を提供する必要がある。
すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、光照射によって生ずる2種の異性体がいずれも熱的に比較的安定であり、かつ着色状態から無着色状態に戻すのが容易な表示材料を提供することにある。
また、本発明の別な目的は、紫外光により不可逆に反応するジチエニルシクロペンテン系材料を提供することにある。
現在知られている不可逆に反応するジチエニルシクロペンテン系材料は、青色に着色するものが多い。本発明のさらに別な目的は、赤色に着色する新規なジチエニルシクロペンテン系材料を提供することにある。
また、本発明の別な目的は、光により可逆にフォトクロミズムを示し、かつ着色状態を加熱により、不可逆に消色する新規なフォトクロミック材料を提供することにある。
(2) また、フォトクロミック化合物を表示材料に用いる場合、固体状態でフォトクロミズムを示す必要がある。しかし、低分子のフォトクロミック化合物は、ポリマーに高濃度で含有させることができない。また、加熱時にポリマー内で分子拡散が起こるため、ポリマー内に均一にかつ高密度に分散させることができない。
また、実際の実施にあたっては、耐熱性の高いポリマーであることが好ましい。
すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、固体状態でフォトクロミズムを示し、フォトクロミック成分をポリマーに均一で、高密度に含有させることができるポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子を提供することにある。また、本発明は、耐熱性の高いポリマーを得ることを別の目的とする。
(1)本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、特定の置換基を有するジチエニルシクロペンテンが、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
本発明は、下記一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物である。
(式中、Rは、水素(H)またはフッ素(F)原子を、Rは、水素(H)またはメチル基を、Rは、メチル基、メトキシ基、トリメチルシリル基を、RとRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい水素(H)またはプロトン化できるアミノ基を示す。)
また、本発明は、上記ジチエニルシクロペンテン系化合物を含むフォトクロミック材料である。
さらに、本発明は、上記フォトクロミック材料を含む光機能素子であってもよい。
(2) 本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、化学式(II)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物をポリマーに導入すると上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
本発明は、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有するスチレンポリマーである。

(式(II)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)
また、本発明は、上記スチレンポリマーを含むフォトクロミック材料である。
さらに、本発明は、上記フォトクロミック材料を含む光機能素子であってもよい。
(1) 本発明は、光照射によって生ずる2種の異性体がいずれも熱的に比較的安定であり、かつ着色状態から無着色状態に戻すのが容易な表示材料を提供することができる。
また、本発明によれば、紫外光により不可逆に反応するジチエニルシクロペンテン系材料を提供することができる。さらに、赤色に着色する新規なジチエニルシクロペンテン系材料を提供することができる。
本発明によれば、光により可逆にフォトクロミズムを示し、かつ加熱により、不可逆に消色する新規なフォトクロミック材料を提供することができる。
(2) また、本発明は、固体状態でフォトクロミズムを示し、フォトクロミック成分をポリマーに均一で、高密度に含有する表示材料を提供することができる。
図1は、化合物(1a−H)のアセトニトリル中での光照射による着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。 図2は、アセトニトリル中での(a)化合物(1a−H)および(b)化合物(1b−H)にトリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。 図3は、化合物(1a−H)および化合物(1b−H)に酸を添加した場合のアミノ基のプロトン化率を示す図である。 図4は、化合物(1b−H)および化合物(2b−H)の60℃における熱退色反応を示す図である。 図5は、化合物(1b−H)にトリフルオロメタンスルホン酸を3当量加えたものの、30℃、50℃、60℃において熱退色の進行を示す図である。 図6は、図5のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。 図7は、図6の一次プロットの傾きから求めた速度係数の温度依存性を表すグラフである。 図8は、化合物(1a−F)のアセトニトリル中での光照射による着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。 図9は、アセトニトリル中での化合物(1a−F)にトリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。 図10は、アセトニトリル中での化合物(1a−F)に酸を添加した場合のアミノ基のプロトン化率を示す図である。 図11は、化合物(1b−F)および化合物(2b−F)の80℃における熱退色反応を示す図である。 図12は、図11のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。 図13は、化合物(1b−F)および化合物(2b−F)の熱退色反応速度係数の温度依存性を示す図である。 図14は、化合物(1a’−H)のアセトニトリル中での光照射による着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。 図15は、本実施例のジチエニルシクロペンテン系化合物(1b’−H)および(1b−H)とジチエニルペルフルオロシクロペンテン系化合物の光安定性を比較した図である。 図16は、アセトニトリル中での化合物(1a’−H)および化合物(1b’−H)にトリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。 図17は、化合物(1b’−H)の暗所下、25℃での退色反応を示す図である。 図18は、化合物(1a’−F)のアセトニトリル中での光照射による着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。 図19は、アセトニトリル中での化合物(1a’−F)および化合物(1b’−F)にトリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。 図20は、本実施例の化合物(1a’−F)にトリフルオロメタンスルホン酸を添加後紫外光を照射し、暗所下40℃と60℃で放置したときの吸収スペクトル変化である。 図21は、化合物(1a’’’−F)のヘキサン中での光照射による着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。 図22は、化合物(1b’’’−F)のヘキサン中での50℃における熱退色反応を示す図である。 図23は、化合物(1b’’’−F)のヘキサン中での30−60℃における吸光度の減衰を示す図である。 図24は、図23のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。 図25は、図24の一次プロットの傾きから求めた熱退色反応速度係数の温度依存性を表すグラフである。 図26は、本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンモノマーを合成する概略を示す図である。 図27は、ポリマー(poly(1a−M))の示差走査熱量を測定したDSC曲線を示す図である。 図28は、ポリマー(poly(1a−M))のトルエン溶液中およびフィルム中に、紫外光を照射したときの紫外可視吸収スペクトル変化を示す図である。 図29は、ポリマー(poly(1a−M))のトルエン溶液中およびフィルム中に、紫外光を照射したときの反応率の変化を示す図である。 図30は、ポリマー(poly(1b−M))のフィルム中での、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃において熱退色の進行を示す図である。 図31は、図30のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。 図32は、図31の一次プロットの傾きから求めた熱退色反応速度係数の温度依存性を表すグラフである。 図33は、共重合体としてメタクリル酸1−アダマンチルを加えた場合のTgの変化を示す図である。 図34は、共重合体Poly((1a−M)−co−(メタクリル酸1−アダマンチル))のDSC曲線を示す図である。 図35は、共重合体Poly((1a−M)−co−(メタクリル酸1−アダマンチル))の熱重量分析曲線を示す図である。 図36は、ポリマー(Poly(1b−M))(○)と共重合体(Poly((1a−M)−co−(メタクリル酸1−アダマンチル))(●)の熱退色反応係数の温度依存性を示す図である。
A.ジチエニルシクロペンテン系化合物
[ジチエニルシクロペンテン系化合物]
本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、下記一般式(I)で表される。

(式中、Rは、水素(H)またはフッ素(F)原子を、Rは、水素(H)またはメチル基を、Rは、メチル基、メトキシ基、トリメチルシリル基を、RとRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい水素(H)またはプロトン化できるアミノ基を示す。
アミノ基としては、酸の存在下で、プロトン化できるものであれば、特に制限はされない。具体的には、アルキル基で置換されているアミノ基などである。好ましいアルキル基は、炭素数1〜10のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、オクチル基などが挙げられる。
上記一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物は、R〜Rを変えることにより、(1)酸の存在下で、P型フォトクロミズムとT型フォトクロミズムとをスイッチングできる化合物、(2)酸を添加することにより、加熱消色をする化合物、(3)青色〜赤色まで、着色の異なる化合物を得ることができる。
(1) 一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物において、Rがメチル基、Rがプロトン化できるアミノ基である場合には、中性条件で、光の照射により、下記反応式に示すように2つの異性体を可逆的に生成する。光化学反応により分子構造が変化し、この変化に応じて、光吸収係数、屈折率、旋光性あるいは誘電率などの光学特性を可逆的に変える性質を有する。この2つの異性体(1a−H、1b−H)は、室温で熱的に安定なP型フォトクロミズムを示す。
一般式(1b−H)で表される化合物を、酸の存在下に置くと、アミノ基がプロトン化されて、化合物(2b−H)を生成する。化合物(2b−H)は、化合物(1b−H)の光学特性とは異なる。化合物(2b−H)は、アルカリの存在下で、アミノ基が脱プロトン化され、化合物(1b−H)を生成する。化合物(2b−H)は、室温で不安定であり、加熱することにより、化合物(2a−H)を生成する。また、化合物(2a−H)と化合物(2b−H)とは、光照射により色が異なる2つの構造異性体を可逆的に生成する。また、化合物(2b−H)は、光照射によって生じた状態が、室温で熱的に不安定なT型フォトクロミズムを示す化合物である。化合物(2a−H)は、化合物(1a−H)を酸の存在下に置いて、アミノ基をプロトン化させても得ることができる。また、化合物(2a−H)は、アルカリの存在下で、アミノ基が脱プロトン化され、化合物(1a−H)を生成する。すなわち、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、下記化学式に示すように、光照射、熱処理、酸・アルカリ処理により、一連の反応を起こす。
このように、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物がP型フォトクロミズムとT型フォトクロミズムとをスイッチングできるのは、分子内にプロトン化できるアミノ基を有することによる。すなわち、本発明において、プロトン化できるアミノ基の役割が重要である。
(2) 一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物において、Rがメトキシ基、Rがプロトン化できるアミノ基である場合には、中性条件で、紫外線の照射により、下記反応式に示すように、不可逆的に反応が進行する。光化学反応により分子構造が変化し、この変化に応じて、光吸収係数、屈折率、旋光性あるいは誘電率などの光学特性を可逆的に変える性質を有する。異性体(1b’)は、可視光に安定である。
一般式(1b’)で表される化合物を、酸の存在下に置くと、アミノ基がプロトン化されて、化合物(2b’)を生成する。化合物(2b’)は、化合物(1b’)の光学特性とは異なる。化合物(2b’)は、アルカリの存在下で、アミノ基が脱プロトン化され、化合物(1b’)を生成する。化合物(2b’)は、加熱することにより、別個の化合物となり、ほぼ無色に消色される。また、化合物(2a’)に紫外線を照射すると、化合物(2b’)を不可逆的に生成する。化合物(2a’)は、化合物(1a’)を酸の存在下に置いて、アミノ基をプロトン化させても得ることができる。また、化合物(2a’)は、アルカリの存在下で、アミノ基が脱プロトン化され、化合物(1a’)を生成する。すなわち、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、下記化学式に示すように、光照射、熱処理、酸・アルカリ処理により、一連の反応を起こす。このような不可逆なフォトクロミック材料は、例えば温度センサなどに用いることができる。
(3) 一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物において、Rがメチル基、Rがメトキシ基、Rがプロトン化できるアミノ基である場合には、中性条件で、紫外線の照射により、赤色に発色する化合物(1b’’)が生成する。
(4) 一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物において、Rがトリメチルシリル基である場合には、中性条件で、光の照射により、下記反応式に示すように2つの異性体を可逆的に生成する。光化学反応により分子構造が変化し、この変化に応じて、光吸収係数、屈折率、旋光性あるいは誘電率などの光学特性を可逆的に変える性質を有する。この2つの異性体(1a’’’、1b’’’)は、フォトクロミズムを示す。また、化合物(1a’’’)は、熱的に安定であった。化合物(1b’’’)は、加熱すると別個の化合物になり、消色する。
[ジチエニルシクロペンテン系化合物の合成]
前記一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物は、実施例に示すように公知の方法で製造することができる。
本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、光反応を生じ、フォトクロミズムを示すことから、これを含む材料は例えば各種光機能素子に有用なフォトクロミック材料として使用することができる。特に、上記(1)の場合は、酸を用いることにより、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物がP型フォトクロミズムとT型フォトクロミズムとをスイッチングできるので、情報の記録・消去を容易に繰り返すことができる。
このようなメカニズムと、それに伴う光学特性の変化を利用して、光メモリ素子、光スイッチング素子などの光機能素子を作成することができる。
光スイッチング素子に使用する場合、例えば、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物を含むフォトクロミック材料を用いて薄膜を形成し、これを用いて光スイッチング素子を作製する。該フォトクロミック材料の大きな屈折率変化を利用することにより、素子の小型化が可能になるため好ましい。
また光メモリ素子に使用する場合、例えば、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物を含むフォトクロミック材料を用いて薄膜を形成し、これを記録層として光メモリ素子を作製する。該記録層へのフォトンモード記録により、記録密度の大幅な向上が可能となるため好ましく、また多光子吸収反応を利用することにより、三次元的な記録も可能となるため、記録容量の向上が可能となり更に好ましい。
また、上記(2)のジチエニルシクロペンテン系化合物の場合は、可視光より脱色されないので、不可逆の光記録素子として利用できる。上記(2)のジチエニルシクロペンテン系化合物は、加熱により脱色できるので、加熱センサとして利用できる。
また、上記(3)のジチエニルシクロペンテン系化合物の場合は、可視光により脱色されないので、不可逆の光記録素子として利用でき、従来得られなかった赤色に着色するフォトクロミック材料を得ることができる。放射線チェッカーとして利用できる。
また、上記(4)のジチエニルシクロペンテン系化合物の場合は、加熱により脱色できるので、加熱センサとして利用できる。
本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物が含まれていることは、核磁気共鳴スペクトル法、質量分析法、高速液体クロマトグラフィーなどの一般的な有機分析手法により確認することができる。
本発明において、酸を用いる場合には、酸の使用量は、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物に対して、1モル当量以上、好ましくは1〜5モル当量、さらに好ましくは2〜4モル当量である。
使用する酸としては、トリフルオロメタンスルホン酸、酢酸、塩酸などが用いられる。また、使用する塩基としては、トリエチルアミンなどが用いられる。
酸は、アセトニトリル等の溶媒に溶解した状態で用いてもよいし、溶媒を用いなくてもよい。また、酸を用いてプロトン化を行う場合には、室温ないし150℃程度まで、加熱すると、反応が促進されるので好ましい。溶媒を用いない場合に、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物と酸とを共存した状態で、光を照射すると、2つの異性体を可逆的に生成する。この反応には、酸の存在は大きな影響を与えない。酸を用いてプロトン化反応を行う場合には、加熱すればよい。加熱をすることにより、酸がフォトクロミック材料の周囲を取り囲み、アミノ基をプロトン化する。冷却すれば、酸はフォトクロミック材料から離れる。これにより、フォトクロミック材料を脱色することができる。
B.ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー
本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーは、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有するものであり、下記一般式(V)で表される化合物をラジカル重合することにより得られる。

(式(II)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)


(式(V)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)
本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーは、一般式(V)で表される化合物を、ラジカル重合開始剤である2,2’−アゾビスイソブチルニトリル(AIBN)存在下でラジカル重合することにより得られる。重合に使用する溶媒としては、シクロヘキサン、トルエンなどが挙げられる。本発明の高分子フォトクロミック材料の数平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000であり、より好ましくは10,000〜40,000であり、多分散度(重量平均分子量と数平均分子量との比)は、1.6〜2.1程度であり、ガラス転移温度(Tg)は、104℃である。
本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーは、光の照射により、下記反応式(VI)に示すように2つのポリマー(Poly(1a−M)、Poly(1b−M))を可逆的に生成する。光化学反応により分子構造が変化し、この変化に応じて、光吸収係数、屈折率、旋光性あるいは誘電率などの光学特性を可逆的に変える性質を有する。また、Poly(1b−M)を100℃より高い温度で加熱することで、Poly(1a−M)を生成する。すなわち、本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーは、光照射、熱処理により可逆な反応を起こす。
(式(VI)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)
本発明の高分子フォトクロミック材料は、フォトクロミズムを阻害しない範囲で他の共重合成分を含んでいてもよい。このように他の共重合成分を含むことにより、Tgの高いポリマーを得ることができる。通常、他の共重合モノマーを含むと本発明のフォトクロミック材料のフォトクロミズムは低下する傾向があるので、他の共重合成分の含有量は、フォトクロミズムとTgとのバランスにより適宜調整すればよい。
例えば、本発明のジチエニルシクロペンテンとメタクリル酸1−アダマンチル、N−1−アダマンチルマレイミドなどとを共重合させると、Tgの高いポリマーを得ることができる。
本発明の光記録媒体は、基板上に、本発明の一般式(II)で表される繰返単位を有する高分子フォトクロミック材料を含む記録層を形成することにより得ることができる。基板は、使用する光に対し透明でも不透明であってもよく、通常使用されているものから適宜選ばれる。基板の具体的な材質としては、ガラス、プラスチック、紙、板状又は箔状のアルミニウム等の金属が挙げられるが、これらの中、プラスチックが種々の点から好適である。プラスチックとしては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ニトロセルロース、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリサルホン樹脂等が挙げられる。
基板上への記録層の形成は、本発明の高分子フォトクロミック材料を、必要に応じバインダー樹脂と共に適当な溶媒に溶解し、ドクターブレード法、キャスト法、スピナー法、浸漬法等の手段により、膜厚2nm〜50μm、好ましくは10nm〜30μmの薄膜となるように塗布する。使用するバインダー樹脂としては、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸メチルなどの(メタ)アクリル系樹脂などが挙げられるが、バインダー樹脂の使用は、一般的にジアリールエテン構造の濃度低下をもたらすため、好ましくは重量比で
本発明の高分子フォトクロミック材料と同量以下、より好ましくは半量以下で使用され、バインダー樹脂を使用しないのが最も望ましい。また、溶媒としてはトルエン、キシレン、クロロベンゼン、メチルエチルケトン、エチルアセテートなどが挙げられる。
成膜された記録層中における本発明の高分子フォトクロミック材料の含有量は、特に制限されるものではないが、該物質の吸光度や発光の強度等を考慮して適宜決められる。記録層は、基板の片面だけに設けても両面に設けても良い。また、記録層の上には、耐候性を向上させる目的で紫外線硬化樹脂等の保護膜を設けることも出来る。本発明の光記録媒体への記録は、基板上に設けられた記録層に収束した光を照射することによりおこなわれる。
(実施例1)
1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)シクロペンテンは、合成例1と合成例2の方法によって合成できる。
[合成例1]
アルゴン雰囲気下で、1,2−ビス(2−メチル−5−クロロ−3−チエニル)シクロペンテン 0.50g(1.5mmol)を無水テトラヒドロフラン(THF) 4mLに溶かした。そこに、1.6mol/L n−ブチルリチウムヘキサン溶液3.0mL(4.8mmol)をゆっくりと滴下した。室温で30分間撹拌した後、ホウ酸トリ−n−ブチル1.3mL(1.1g;4.8mmol)を一気に加えた。室温で1時間撹拌して、反応を終えた。この溶液に、p−ヨード−N,N−ジエチルアニリン 0.84g(3.0mmol)とTHF3.5mLを加え、そこにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0) 0.10g(0.083mmol)を加えて、2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液とエチレングリコール3滴加えて撹拌した。3時間還流を行い、室温に戻した後、水とジエチルエーテルを加えて有機層を取り出し、さらにジエチルエーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過した後に溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて、ヘキサン:酢酸エチル(95:5(体積比))の混合溶液によって、分子の片方の末端にジエチルアミノ基を有する1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)シクロペンテン (1a−H)を分離精製した。収量は、0.083g、収率は、10%であった。
H−NMR (400 MHz,CDCl3,TMS) δ=1.16(t,J=7.2Hz, 6H), 1.95(s,3H), 1.98(s,3H),2.05(quintet,J=7.6Hz,2H),2.83(t,J=7.6Hz,4H),3.35(q,J=7.2Hz,4H),6.62(d,J=8.8Hz 2H),6.85(s,1H),7.05(s,1H),7.2−7.6(m,7H)
アルゴン雰囲気下で、1,2−ビス(2−メチル−5−クロロ−3−チエニル)シクロペンテン 1.0g(3.0mmol)を無水テトラヒドロフラン(THF)20mLに溶かした。そこに、1.6mol/L n−ブチルリチウムヘキサン溶液1.9mL(3.0mmol)をゆっくりと滴下した。室温で30分間撹拌した後、ホウ酸トリ−n−ブチル1.3mL(1.1g;4.8mmol)を一気に加えた。室温で1時間撹拌して、反応を終えた。この溶液に、ヨードベンゼン0.62g(3.0mmol)とTHF 15mLを加え、そこにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0) 0.10g(0.083mmol)を加えて、2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液12mLとエチレングリコール3滴加えて撹拌した。3時間還流を行い、室温に戻した後、水とジエチルエーテルを加えて有機層を取り出し、さらにジエチルエーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過した後に溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて、ヘキサン:酢酸エチル(95:5(体積比))の混合溶液によって、1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−クロロ−3−チエニル)シクロペンテンを分離精製した。収量は、0.73gで、収率は、65%であった。

H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.88(s,3H),1.99(s,3H),2.05(quintet,J =7.6Hz,2H),2.75(t,J =7.6Hz,2H),2.81(t,J=7.6Hz,2H),6.62(s,1H),6.99(s,1H),7.2−7.6(m,5H)
アルゴン雰囲気下で、1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−クロロ−3−チエニル)シクロペンテン 0.35g(0.94mmol)を無水テトラヒドロフラン(THF) 6mLに溶かした。そこに、1.46mol/L t−ブチルリチウムペンタン溶液0.66mL(0.96mmol)をゆっくりと滴下した。0℃で1時間撹拌した後、ホウ酸トリ−n−ブチル0.38mL(0.32g;1.4mmol)を一気に加えた。室温で1時間撹拌して、反応を終えた。この溶液に、p−ヨード−N,N−ジエチルアニリン 0.26g(0.94mmol)とTHF 15mLを加え、そこにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0) 0.032g(0.026mmol)を加えて、2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液4mLとエチレングリコール数滴加えて撹拌した。2時間還流を行い、室温に戻した後、水とジエチルエーテルを加えて有機層を取り出し、さらにジエチルエーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過した後に溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて、ヘキサン:酢酸エチル(95:5(体積比))の混合溶液によって、1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)シクロペンテン (1a−H)を分離精製した。収量は、0.030gで、収率は、6.6%であった。

H−NMR(400MHz,CDCl3,TMS) δ=1.16(t,J=7.2Hz,6H),1.95(s,3H),1.98(s,3H),2.05(quintet,J=7.6Hz,2H),2.83(t,J=7.6Hz,4H),3.35(q,J=7.2Hz,4H),6.62(d,J=8.8Hz,2H),6.85(s,1H),7.05(s,1H),7.2−7.6(m,7H)
上記合成した分子の片方の末端にジエチルアミノ基を有する1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)シクロペンテン (1a−H)は、下記の化学式に示す反応をする。以下に、下記化学式に基づいて、実験例を説明する。
[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成した分子の片方の末端にジエチルアミノ基を有するジチエニルシクロペンテン(1a−H)を中性のアセトニトリル溶液中において、熱的に安定なフォトクロミズムを示した。無色の(1a−H)の溶液に紫外光を照射すると、溶液は紫色に着色(1b−H)し、540nmに吸収極大を持つスペクトルへと変化した。
図1は、着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。この結果から、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、紫外線照射により着色反応を起こし、可視光照射により退色反応を起こす通常のフォトクロミズムを示すことがわかった。
[酸添加によるスペクトル変化]
図2は、アセトニトリル中で、トリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。この図から、化合物(1a−H)に対して、約3当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、スペクトル変化がなくなることがわかる。
図3は、酸を添加した場合のアミノ基のプロトン化率を示す図である。この図から、アセトニトリル中では、約3当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、アミノ基がほぼプロトン化していることがわかった。
図4は、60℃における熱退色反応を示す図である。図中1bのグラフは、トリフルオロメタンスルホン酸を無添加のもので、2bは、トリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えたものである。この図から、化合物(1a−H)に紫外線を照射して得られた化合物(1b−H)にトリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えたものは、暗所下60℃で2時間放置すると溶液はほぼ無色に戻っており、その吸収スペクトルは281nmに吸収極大を持つ(2a−H)の吸収スペクトルと一致した。また、2bは暗所下室温で三日間放置しても溶液は無色に戻った。すなわち、(2b−H)は室温で熱戻り反応を示すことがわかった。一方、中性条件下において化合物(1b−H)は、室温はもちろん、60℃においても熱戻り反応を示さなかった。この結果から、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は酸の添加によって、P型フォトクロミズムとT型フォトクロミズムをスイッチングできることが明らかとなった。
[退色速度係数]
図5は、化合物(1b−H)にトリフルオロメタンスルホン酸を3当量加えたものの、30℃、50℃、60℃において熱退色の進行を示す図である。この図から、加温すれば、熱退色の進行が促進されることがわかる。また、図6は、図5のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。図7は、図6の一次プロットの傾きから求めた熱退色反応速度係数の温度依存性を表すグラフである。この図から、加熱により熱退色速度が速くなり、120℃では、数秒(6秒程度)で退色することが、推定された。
(実施例2)
[合成例]
酢酸230mLと水10mLの混合溶液に2−メチルチオフェン27g(0.27mol)を加えた。室温で臭素28mL(0.55mol)をゆっくりと滴下し、8時間撹拌した。水酸化ナトリウム水溶液で中和し、エーテルで抽出した。チオ硫酸ナトリウム水溶液で有機層を洗い、硫酸マグネシウムで乾燥させた。ろ過により硫酸マグネシウムを除去し、エバポレーターで溶媒を留去した。減圧蒸留により、2,4−ジブロモ−5−メチルチオフェンを75℃/0.5KPaの留分として単離した。
収量56g、収率80%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS): δ=2.33(s,3H),6.85(s,1H)


次に、アルゴン雰囲気下、−78℃で2,4−ジブロモ−5−メチルチオフェン 5.0g(19.6mmol)をテトラヒドロフラン(THF)50mLに溶かし、1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液 12.8mL(20.5mmol)をゆっくりと滴下し、2時間撹拌した。そこに、ホウ酸トリブチル 7.9mL(20.4mmol)をゆっくりと滴下し、−78℃で2時間撹拌した。水でクエンチし、テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム(0) 0.64g(0.56mmol)、ヨードベンゼン 4.0g(19.6mmol)、2mol/L炭酸ナトリウム水溶液 5mL、テトラヒドロフラン 150mLを加えた。80℃で7.5時間還流した。その後、塩酸を加えて中和し、エーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、ろ過し、濃縮した3−ブロモ−2−メチル−5−フェニルチオフェンはヘキサンを展開溶媒としたシリカゲルカラムを用いて単離した(R=0.53)。
収量3.0g、収率56.3%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=2.42(s,3H),7.11(s,1H),7.25−7.52(m,5H)

次に、アルゴン雰囲気下、−78℃で3−ブロモ−2−メチル−5−フェニルチオフェン 1.0g(4.0mmol)をテトラヒドロフラン 100mLに溶かし、1.6mol/L n−ブチルリチウムヘキサン溶液 2.7mL(4.4mmol)をゆっくり滴下した。−95℃に冷却し、オクタフルオロシクロペンテン 0.6mL(4.3mmol)を一気に加えた。1.5時間撹拌した後、室温に戻し、水でクエンチした。エーテルで抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過し、有機層を濃縮した。1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)ヘプタフルオロシクロペンテンはヘキサンを展開溶媒としたシリカゲルカラムで精製した(R=0.58)。さらに、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により再度精製を行った。
収量0.76g、収率52%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=2.48(s,3H), 7.24−7.56(m,6H)

アルゴン雰囲気下、−78℃で2,4−ジブロモ−5−メチルチオフェン 2.8g(11mmol)をテトラヒドロフラン 100mLに溶かし、1.6mol/L n−ブチルリチウムヘキサン溶液 7.1mL(11mmol)をゆっくりと滴下し、1時間撹拌した。そこに、ホウ酸トリブチル 5.0mL(13mmol)をゆっくりと滴下し、−78℃で1時間撹拌した。水でクエンチし、テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム(0) 0.35g(0.56mmol)、p−ヨード−N,N−ジエチルアミノベンゼン 3.0g(11mmol)、2mol/L炭酸ナトリウム水溶液 2.5mL、テトラヒドロフラン 100mLを加えた。80℃で3時間還流した。その後、塩酸を加えて中和し、エーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、ろ過し、濃縮した3−ブロモ−2−メチル−5−(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)チオフェンはヘキサンから再結晶することにより精製した。
収量1.3g、収率37%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.18(t,J=7.2Hz,6H),2.38(s,3H),3.37(d,J=7.2Hz,4H),6.65(d,J=8.8Hz,2H),6.90(s,1H),7.35(d,J=8.8Hz,2H)

アルゴン雰囲気下、−78℃で3−ブロモ−2−メチル−5−(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)チオフェン 0.50g(1.5mmol)をテトラヒドロフラン 10mLに溶かし、1.6mol/L n−ブチルリチウムヘキサン溶液 1.1mL(1.8mmol)をゆっくり滴下し、1時間撹拌した。ここに、1−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)ヘプタフルオロシクロペンテン 0.56g(1.5mmol)とテトラヒドロフラン 5mlの混合溶液を−78℃に保った状態でゆっくり滴下し、3時間撹拌した。水でクエンチし、エーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過で除去し、有機層を濃縮した。1−(2−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メチル−5−フェニル−3−チエニル)オクタフルオロシクロペンテンはヘキサンを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより分離精製した(R=0.2)。さらに、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により再度精製した。
収量0.43g、収率49%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.18(t,J=7.2Hz,6H),1.92(s,3H),1.95(s,3H),3.37(q,J=7.2Hz,4H),6.65(d,8.8Hz,2H),7.08(s,1H),7.29−7.40(m,6H),7.54(d,J=7.2Hz,2H)
FAB−MS m/z=591(M

上記合成した分子の片方の末端にジエチルアミノ基を有するジチエニルシクロペンテン(1a−F)は、下記の化学式に示す反応をする。以下に、下記化学式に基づいて、実験例を説明する。
[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成した分子の片方の末端にジエチルアミノ基を有するジチエニルシクロペンテン(1a−F)を中性のアセトニトリル溶液中において、熱的に安定なフォトクロミズムを示した。無色の(1a−F)の溶液に紫外光を照射すると、溶液は紫色に着色(1b−F)し、630nmに吸収極大を持つスペクトルへと変化した。
図8は、着色反応と脱色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。この結果から、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は、紫外線照射により着色反応を起こし、可視光照射により退色反応を起こす通常のフォトクロミズムを示すことがわかった。
[酸添加によるスペクトル変化]
図9は、アセトニトリル中で、トリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。この図から、化合物(1a−F)に対して約3当量、化合物(1b−F)にたいして約6当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、スペクトル変化がなくなることがわかる。
図10は、酸を添加した場合のアミノ基のプロトン化率を示す図である。この図から、ジチエニルシクロペンテン中では、約6当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、化合物(1a−F)、(1b−F)ともにアミノ基がほぼプロトン化していることがわかった。
図11は、80℃における熱退色反応を示す図である。図中白丸のグラフは、トリフルオロメタンスルホン酸を無添加のもの(1b−F)で、黒丸はトリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えたもの(2b−F)である。この図から、化合物(1a−F)に紫外線を照射して得られた化合物(1b−F)にトリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えたもの(2b−F)は、暗所下80℃で10時間放置すると溶液はほぼ無色に戻っており、その吸収スペクトルは293nmに吸収極大を持つ(1a−F)の吸収スペクトルと一致した。一方、中性条件下において化合物(1b−F)は、室温はもちろん、60℃においても熱戻り反応を示さなかった。この結果から、本発明のジチエニルシクロペンテン系化合物は酸の添加によって、加熱再生機能を有することが明らかとなった。
[退色速度係数]
図12は、図11のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。図13は、化合物(1b−F)とトリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えたもの(2b−F)のさまざまな温度で速度係数を求め、対数でプロットしたものである。この図から、化合物(1b−F)は30℃で数年間安定であり、トリフルオロメタンスルホン酸を10当量加えると、加熱により熱退色速度が速くなり、160℃では、数10秒程度で退色することが、推定された。
(実施例3)
[合成例3]
フラスコに2−メトキシ−4−メチルチオフェン 12g(0.092mol)、ヘキサン 200mL、酢酸 20mLを加え、氷水浴で0℃に冷却した。N−クロロコハク酸イミド 13.5g(0.10mol)を少しずつ加え、氷水浴中で3時間撹拌した。反応終了後、水酸化ナトリウム水溶液で中和し、その後エーテルで抽出し、有機層を塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過後濃縮させて、2−クロロ−3−メチル−5−メトキシチオフェンを合成した。H−NMRで不純物がほとんど認められず、更なる精製をせずに次の反応に用いた。収量は、12gで、収率は、82%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=2.08(s,3H,CH),3.82(s,1H,OCH),5.87(s,1H,thienyl H).
乾燥 二硫化炭素 10mLに塩化アルミニウム 1.6g(12mmol)を加え、氷水浴で冷却した。ここに、2−クロロ−3−メチル−5−メトキシチオフェン 1.0g(6.0mmol)、ペンタジオン酸クロリド 0.52g(3.1mmol)、二硫化炭素2mLの溶液を0℃で滴下し、その後室温で1時間撹拌して、1,5−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)ペンタン−1,5−ジオンを合成した。反応後、水を加え、エーテルで抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過後濃縮させた。1,5−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)ペンタン−1,5−ジオンはアセトンから再結晶により精製した。収量は、39mgで、収率は、3.0%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=2.01(quintet,J=7.2Hz,2H,CH),2.27(s,6H,CH),2.87(t,J=7.2Hz,4H,CH),3.99(s,6H,OCH
アルゴン雰囲気下、1,5−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)ペンタン−1,5−ジオン 96mg(0.23mmol)、亜鉛粉末 50mg(0.76mmol)、TiCl(THF) 180mg(0.49mmol)、dry THF 5mLをフラスコにいれ、40℃で1時間撹拌し、1,2−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)シクロペンテンを合成した。得られた1,2−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)シクロペンテンは、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン)で精製し、さらにHPLC(ヘキサン:酢酸エチル=99:1)で精製を行い、無色のアモルファス状固体として得た。収量は、37mgで、収率は、42%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.84(s,6H,CH),2.02(quintet,J=7.2Hz,2H,CH),2.68(t,J=7.2Hz,4H,CH),3.64(s,6H,OCH
MS m/z=388(M
アルゴン雰囲気下、1,2−ビス(2−クロロ−3−メチル−5−メトキシ−4−チエニル)シクロペンテン 37mg(0.095mmol)とdry THF 2mLをフラスコに入れ、1.6M n−BuLi ヘキサン溶液 (0.17mL,0.29mmol)を0℃で滴下後、室温で2時間撹拌した。B(OBu)(0.1mL,0.38mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。
P−ヨード−N,N−ジエチルアニリン (57mg,0.19mmol)、THF 2mL、Pd(PPh (0.7mg)、2M NaCO水溶液(0.5mL)、エチレングリコール2滴を加え、3.5時間還流した。室温に戻し、水とエーテルを加えて有機層を取り出した。硫酸マグネシウムで乾燥させ、溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン:酢酸エチル=9:1)によって精製した。さらに、HPLC(溶離液:ヘキサン:酢酸エチル=95:5)により分離精製を行い、無色アモルファス上の固体として、1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)シクロペンテン (1a’−H)を得た。収量は、3.6mgで、収率は、7.0%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.17(t,J=7.2Hz,6H,CH ),1.93(s,3H,CH),1.96(s,3H,CH),2.07(quintet,J=7.6Hz,2H,CH),2.80(t,J=7.6Hz,4H,CH),3.36(quartet,J=7.2Hz,4H,C CH),3.68(s,3H,OCH),3.70(s,3H,OCH),6.65(d,J=7.2Hz,2H,Ar),7.19−7.35(m,7H,Ar). MSm/z=543(M
[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成した1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)シクロペンテンのヘキサン溶液に313nmの紫外光を照射すると、赤色に着色し、524nmに吸収極大を示す吸収バンドが現れた(図14(a))。図14に、吸収スペクトル変化を示す。着色した状態は通常の室内光程度の可視光では非常に安定であるが、光量の強い可視光を照射すると、次第に退色し、元の開環体に戻った(図14(b))。このように、紫外光/可視光によって可逆に異性化するフォトクロミズムが観測された。
[1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)シクロペンテンの閉環体の光安定性]
ジチエニルペルフルオロシクロペンテンの2−位にメトキシ基を導入すると、閉環体が可視光に安定になることが報告されている[(1)K.Shibata,S.Kobatake,M.Irie,Chem.Lett.,618−619(2001)、(2)特開2005−82507,特願2003−313990]。
図15は、本実施例のジチエニルシクロペンテン系化合物(1b’’−H)とジチエニルペルフルオロシクロペンテン系化合物の光安定性を比較したものである。従来のジチエニルペルフルオロシクロペンテン系が青色に着色する(図中の△)のに対して、本実施例のジチエニルシクロペンテン系化合物は赤色に着色する(図中の○)。図中の●は、可視光で可逆反応をする実施例1のジチエニルシクロペンテン系化合物(1b−H)である。また、従来のジチエニルペルフルオロシクロペンテン系化合物に比べて、本実施例のジチエニルシクロペンテン系化合物の光安定性は10倍程度向上している。
[酸添加による吸収スペクトル変化]
図16は、アセトニトリル中で、トリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。この図から、1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)シクロペンテン(図16(a))およびこの紫外光照射物(図16(b))に対して、2〜3当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、スペクトル変化がなくなることがわかる。
[退色反応]
図17は、1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)シクロペンテンにトリフルオロメタンスルホン酸を添加後紫外光を照射し、暗所下25℃で放置したときの吸収スペクトル変化である。徐々に退色しているが、スペクトルは、長波長シフトしており、開環体へは戻っていない。退色後の溶液は光安定である。温度を上昇させると、退色反応は増加した。
以上から、本実施例のジチエニルシクロペンテン系化合物は発色後に光安定性を有することがわかる。また、熱により退色するので、加熱センサへの応用も、可能であることがわかった。
(実施例4)
[合成例4]
アルゴン雰囲気下、2,4−ジブロモ−3−メチル−5−メトキシチオフェン1.2g(4.2mmol)をdry THF 30mLに溶かし、−78℃に冷却した。そこに、n−BuLiヘキサン溶液(1.6M) 2.9mL(4.6mmol)をシリンジから滴下し、1時間撹拌した。B(OBu) 1.8mL(6.6mmol)をシリンジから滴下し、1.5 時間撹拌したのち、室温に戻して水でクエンチした。Pd(PPh 180mg(0.15mmol)、20%−NaCOaqを8mL、P−ヨード−N,N−ジエチルアニリン1.2g(4.2mmol)を加え、70℃で2時間還流した。
エーテルで抽出、有機層を合わせて飽和食塩水で洗浄、MgSO4で乾燥、ろ過、濃縮後、吸着カラム(ヘキサン:酢エチ=9:1)で精製、淡黄色の固体として3−ブロモ−2−メトキシ−4−メチル−5−(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)チオフェンを得た。
収量は、0.64gで、収率は、43%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.17(t,J=7.2Hz,6H,CH ),2.21(s,3H,CH),3.36(q,J=7.2Hz,4H,C CH),3.96(s,3H,OCH),6.67(d,J=8.8Hz,2H,Ar),7.22(d,J=8.8Hz,2H,Ar).
アルゴン雰囲気下、3−ブロモ−2−メトキシ−4−メチル−5−(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)チオフェン 360mg(1.0mmol)をdry THF 8mLに溶かし、−78℃に冷却した。1.6M n−BuLiヘキサン溶液(0.70mL,1.1mmol)をシリンジから滴下し、1時間撹拌した。1−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)オクタフルオロシクロペンテン 400mg(1.0mmol)を5mLのdryTHFに溶かしたものをシリンジから滴下し、−78℃で2時間撹拌した。その後、室温に戻してから水でクエンチした。エーテルで抽出を行って、有機層を合わせて塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ヘキサン:酢酸エチル=8:2)で分離精製した。さらに、HPLC(ヘキサン:酢酸エチル=9:1)で精製し、淡黄色のアモルファス状固体として、本実施例の1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテンを得た。
収量は、210mgで、収率は、32%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.18(t,J=7.2Hz,6H,CH ),2.06(s,3H,CH),2.08(s,3H,CH),3.36(q,J=7.2Hz,4H,C CH),3.74(s,3H,OCH),3.77(s,3H,OCH),6.66(d,J=8.8Hz,2H,Ar),7.19−7.38(m,7H,Ar). MS m/z=651.1705(M

[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成した1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテンのアセトニトリルおよびヘキサン溶液に313nmの紫外光を照射すると、青緑色に着色し、それぞれ666nmおよび644nmに吸収極大を示す吸収バンドが現れた。図18には、吸収スペクトル変化を示す。着色した状態は通常の室内光程度の可視光では非常に安定であるが、光量の強い可視光を照射すると、次第に退色し、元の開環体に戻った。このように、紫外光/可視光によって可逆に異性化するフォトクロミズムが観測された。
[酸添加による吸収スペクトル変化]
図19は、アセトニトリル中で、トリフルオロメタンスルホン酸を添加したときのスペクトル変化を示す図である。この図から、1−(2−メトキシ−4−メチル−5−p−N,N−ジエチルアミノフェニル−3−チエニル)−2−(2−メトキシ−4−メチル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテンに対して、2〜3当量のトリフルオロメタンスルホン酸を添加すれば、スペクトル変化がなくなることがわかる。
[退色反応]
図20は、本実施例のジチエニルシクロペンテンにトリフルオロメタンスルホン酸を添加後紫外光を照射し、暗所下60℃で放置したときの吸収スペクトル変化である。退色反応が進行しているが、開環体へは戻っていない。退色後の溶液は光安定である。
以上、実施例3、4から、これらのジチエニルシクロペンテン系化合物は、中性条件、酸性条件において、可視光では可逆反応を起こさないことがわかる。また、酸性条件下で熱退色をさせると、異なる物質に変化することがわかる。
(実施例5)
[合成例5]
トリメチルシリル基を有するジアリールエテンは以下のスキームにしたがって合成した。
アルゴン雰囲気下、フラスコに無水テトラヒドロフラン(THF)150mL、ジイソプロアミン2.3g(27mmol)を加え、−30℃で1.6M n-ブチルリチウムヘキサン溶液13mL(21mmol)をゆっくり滴下し、1時間撹拌した。−78℃で無水THF30mLに溶かした2−ブロモ−5−フェニルチオフェン4.0g(17mmol)を一気に加え、2時間撹拌した。さらに、無水THF 30mLに溶かしたトリメチルシリルクロリド2.6mL(21mmol)を加え、30分撹拌した。反応溶液を室温に戻し、エーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサン/酢酸エチル(95:5)を展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製して、3−ブロモ−5−フェニル−2−トリメチルシリルチオフェンを得た(Rf=0.71)。収量は3.9g、収率は75%であった。
H−NMR(400 MHz,CDCl,TMS)δ=0.42(s,9H,TMS),7.28(s,1H,Ar),7.3−7.6(m,5H,Ar).MS m/z=310(M
アルゴン雰囲気下、フラスコに、3-ブロモ-5-フェニル-2-トリメチルシリルチオフェン 0.91g(2.9mmol)、無水エーテル11mLを加え、−80℃で1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液2.0mL(3.2mmol)をゆっくり滴下した。−80℃で1時間撹拌後、オクタフルオロシクロペンテン0.20mL(1.5mmol)をゆっくり滴下し、4時間撹拌した。水でクエンチし、室温に戻し、エーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサンを展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製して、1,2-ビス(2−トリメチルシリル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテンを得た(Rf=0.20)。収量は、0.46g、収率は49%であった。
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=0.10(s,18H,TMS),7.3−7.6(m,12H,Ar).MS m/z =636(M).
[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成した1,2-ビス(2−トリメチルシリル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテンのヘキサン溶液に313nmの紫外光を照射すると、溶液は青色に着色し、図21に示すように、615nmに吸収極大を持つ吸収ピークが現れた。2分間照射すると、スペクトル変化が見られなくなり、光定常状態となった。青色に着色したのは閉環体が生成したためである。そこに、460nm以上の可視光を照射すると、溶液は次第に退色し、3分程度照射すると無色になった。図に示すように、退色した溶液の吸収スペクトルは開環体のスペクトルと一致し、開環体に戻ったことが確かめられた。このように、紫外光および可視光照射による光可逆なフォトクロミック反応が確認された。
[熱安定性]
本実施例の1,2-ビス(2−トリメチルシリル−5−フェニル−3−チエニル)ペルフルオロシクロペンテン (1a’’’−F)のヘキサン溶液を60℃で8時間加熱し、熱安定性を調べた。吸収スペクトルは加熱前後で変化が見られず、開環体は熱的に安定であることが確かめられた。
一方、紫外光照射後の溶液を60℃で加熱すると、1時間後には無色の溶液となった。開環体へと熱的に戻ったのか、他の化合物に変化したのかを調べるために、吸収スペクトルで反応を追跡した。図22には、50℃でのスペクトル変化を示す。加熱時間の経過とともに615nmの吸収ピークは減少し、2時間程度で完全にピークは消失した。退色後の吸収スペクトルは開環体のものとは異なっており、異なる物質に反応したことが明らかとなった。無色の物質に紫外光を照射しても着色は認められず、フォトクロミズムは観測されなかった。熱退色生成物をHPLCで分取し、マススペクトルを測定したところ、m/z=564であり、開環体および閉環体のm/z=636よりも72小さいことが明らかとなった。これはトリメチルシリル基の脱離を示唆しており、脱離を伴い光安定な化合物に変化したものと考えられた。
[退色温度係数]
着色状態からの熱退色反応定数を求めるために、さまざまな温度で反応速度を測定し、その反応速度定数を決定した。図23には、30−60℃における吸光度の減衰を示す。これらのデータから一次プロットをすると、図24に示すように直線関係が認められた。これは反応が一次で進行していることを意味している。なお、これらの実験は空気(酸素)存在下および不在下において顕著な差は認められなかった。図24の一次プロットの傾きからそれぞれの温度における反応速度定数を決定した。さらに、図25に示すように反応速度定数のArrhenius plotは直線関係が認められ、活性化エネルギー
(E)および頻度因子(A)は101 kJ/molおよび1.7 × 1013-1と求まった。
これらの値を用いて様々な温度での半減期を計算すると、表1のようになった。すなわち、−10℃以下の低温では数ヶ月間は安全に退色することはなく、また30℃以上では数時間で退色する。このような性質を有する材料は温度変化の生じる可能性のある場所での温度管理を目的とした温度センサとして利用可能である。たとえば、長期にわたる冷凍保存(1ヶ月)が必要であるような場合に、低温で紫外光を照射し着色させる。冷凍保存が保たれていれば、退色することはないが、一旦数時間30℃以上になってしまうと退色してしまう。このように、冷凍保存が長期にわたって保たれているかどうかの温度センサとして利用できる。
(実施例6)
以下に示す本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーを合成する概略を図26に示す。
[合成例6]
2−ヨードチオフェンの合成

酢酸350ml、硫酸75ml、水350mlにチオフェン 66g(0.78mol)、オルト過ヨウ素酸25g(0.11mol),I85g(0.33mol)を加え一晩撹拌した。反応溶液を氷浴で冷却しつつ、水酸化ナトリウム水溶液で中和した。ジエチルエーテルで抽出し、食塩水、チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、減圧蒸留を行い、47℃/0.7KPaの留分を単離した。
収量120g、収率75%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=6.80(dd,J=4 and 6Hz,1H,Aromatic H),7.25(d,J=4Hz, 1H,Aromatic H),7.36(d,J=6Hz,1H,Aromatic H)
2−シクロヘキシルオキシチオフェンの合成

アルゴン雰囲気のフラスコにシクロヘキサノール120ml、ナトリウム4gを加え、120℃に加熱してナトリウムを完全に溶解させた。CuBr0.35g(0.095mol)を加え、2−ヨードチオフェン 20g(0.095mol)をゆっくり滴下し、125℃で4時間撹拌した。反応溶液を室温に戻し、吸引ろ過で固形物を取り除いた。ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を減圧蒸留で留去(35℃/1.4KPa)後、残りにヘキサンを加え、吸引ろ過によりヘキサンに可溶な成分を集めた。ろ液中の溶媒を留去後、ヘキサンを展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(R=0.25)。
収量1.08g、収率6.2%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexylH),4.06(sep,J=4Hz,1H,OCH),6.24(d,J=4Hz,1H,Aromatic H),6.56(d,J=6Hz,1H,Aromatic H),6.70(dd,J=4 and 6Hz,1H,Aromatic H)
3,5−ジブロモ−2−シクロヘキシルオキシチオフェンの合成


フラスコに2−シクロヘキシルオキシチオフェン 1.58g(8.66mmol),ジクロロメタン25.0mlを加え、氷浴上で撹拌しながら、N−ブロモこはく酸イミド3.14g(17.6mmol)をゆっくり加えた。その後、氷浴を外して一晩撹拌した。反応溶液を氷浴で冷却し、ろ過により固形物を除いた。ろ液をCHClで抽出し、重そう水、食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサンを展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.59)。
収量2.37g、収率80.3%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexyl H),4.05(sep,J=
4Hz,1H,OCH),6.73(s,1H,Aromatic H)
4−(4−ブロモ−5−シクロヘキシルオキシチオフェン−2−イル)ベンズアルデヒドの合成

アルゴン雰囲気のフラスコに、無水テトラヒドロフラン(THF)45ml、3,5−ジブロモ−2−シクロヘキシルオキシチオフェン 2.37g(6.97mmol)を加え、−78℃で1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液4.5ml(7.5mmol)をゆっくり滴下した。−78℃で1時間撹拌後、ボロン酸トリブチル2.74ml(10.3mmol)をゆっくり滴下し、1時間半撹拌した。水でクエンチした後、室温に戻し、4−ブロモベンズアルデヒド1.29g(6.97mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム0.34g(0.29mmol)、20%の炭酸水素ナトリウム水溶液(16ml)を加え、62℃で7.5時間還流した。塩酸を加えて中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサン:酢酸エチル=9:1を展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.33)。
収量1.50g、収率58.8%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexyl H),4.2(sep,J=4Hz,1H,OCH),7.15(s,1H,Aromatic H),7.6−7.9(m,4H,Aromatic H),10.0(s,1H,CHO)
2−[4−(4−ブロモ-5−シクロヘキシルチオフェン−2−イル)フェニル]−1,3−ジオキソランの合成

p−トルエンスルホン酸1水和物3.15mg(1.10×10−2mmol)をトルエン46mlに溶かし、4−(4−ブロモ−5−シクロヘキシルオキシチオフェン−2−イル)ベンズアルデヒド 0.46g(1.26mmol)、エチレングリコール0.85g(13.7mmol)を加え、150℃のオイルバスを用いて、Dean−Starkコンデンサーで2.5時間還流した。炭酸水素ナトリウム水溶液で中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサンで再結晶した。
収量0.40g、収率77.5%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexyl H),4.0−4.2(m,5H,OCH and CH2),5.81(s,1H,CH),6.98(s,1H,Aromatic H),7.45−7.47(m,4H,Aromatic H)
3−ブロモ−2−シクロヘキシルオキシ−5−フェニルチオフェンの合成

アルゴン雰囲気のフラスコに、無水THF 50ml、3,5−ジブロモ−2−シクロヘキシルオキシチオフェン2.3g(6.8mmol)を加え、−78℃で1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液4.5ml(7.2mmol)をゆっくり滴下した。−78℃で1時間撹拌後、ボロン酸トリブチル2.3ml(8.6mmol)をゆっくり滴下し、1時間半撹拌した。水でクエンチした後、室温に戻し、ヨードベンゼン1.4g(6.9mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム0.32g(0.28mmol)、20%の炭酸水素ナトリウム水溶液(27ml)を加え、62℃で7.5時間還流した。塩酸を加えて中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサンを展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.28)。
収量1.36g、収率59%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexyl H),4.15(sep,J=4Hz,1H,OCH),6.96(s,1H,Aromatic H),7.2−7.5(m,5H,Aromatic H)
1−(2−シクロヘキシルオキシ−5−フェニル−3−チエニル)ヘプタフルオロシクロペンテンの合成

アルゴン雰囲気のフラスコに、3−ブロモ−2−シクロヘキシルオキシ−5−フェニルチオフェン0.39g(1.16mmol)、無水THF25mlを加え、−78℃で1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液0.87ml(1.38mmol)をゆっくり滴下した。−78℃で1時間半撹拌した後、オクタフルオロシクロペンテン0.27ml(1.9mmol)を一気に加え、1時間半撹拌した。水でクエンチし、室温に戻した後、炭酸水素ナトリウム水溶液で中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサンを展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.47)。
収量0.42g、収率80.5%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.3−2.1(m,10H,cyclohexyl H),4.28(sep,J=4 Hz,1H,OCH),7.15(s,1H,Aromatic H),7.25−7.50(m,5H,Aromatic H);MS(FAB)m/z(M) 450
ジチエニルシクロペンテン−1,3−ジオキソラン体の合成

アルゴン雰囲気のフラスコに、2−[4−(4−ブロモ-5−シクロヘキシルチオフェン−2−イル)フェニル]−1,3−ジオキソラン 1.5g(3.66mmol)、無水テトラヒドロフラン5mlを加え、−78℃で1.6M n−ブチルリチウムヘキサン溶液2.5ml(3.95mmol)をゆっくり滴下した。−78℃で1時間半撹拌した後、無水THF5mlに溶かした1−(2−シクロヘキシルオキシ−5−フェニル−3−チエニル)ヘプタフルオロシクロペンテン1.0g(2.22mmol)をゆっくり滴下し、6時間半撹拌した。水でクエンチし、室温に戻した後、炭酸水素ナトリウム水溶液で中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去後、ヘキサン:酢酸エチル=8:2を展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.38)。
収量0.84g、収率50.0%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.0−2.1(m,20H,cyclohexyl H),4.0−4.2(m,6H,OCH and CH),5.81(s,1H,CH),7.1−7.5(m,11H,Aromatic H)
ジチエニルシクロペンテン−ホルミル体の合成

フラスコにアセトン5ml、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム(p−TAPS)0.18g(0.7mmol)、ジチエニルシクロペンテン−1,3−ジオキソラン体 0.16g(0.21mmol)を加え、2時間還流した。反応溶液を室温に戻し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去した。
収量0.15g、収率100%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.0−2.1(m,20H,cyclohexyl H),4.05(sep,J=4 Hz,2H,OCH),7.1−7.9(m,11H,Aromatic H),10.0(s,1H,CHO)
ジチエニルシクロペンテン−ヒドロキシメチル体の合成

フラスコに、ジチエニルシクロペンテン−ホルミル体 0.154g(0.215mmol)とエタノール7mlを加えた。水素化ホウ素カリウム1.16×10−2g(0.215mmol)をエタノール1mlと水1mlの混合溶媒に溶かし、ゆっくりシリンジで滴下し、1時間撹拌した。ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒を留去した。
収量0.151g、収量98.1%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.0−2.1(m,21H,cyclohexyl H and OH),4.03(sep,J=4Hz,2H,OCH),4.7(s,2H,HOC ),7.1−7.5(m,11H,Aromatic H)
ジチエニルシクロペンテンモノマー (1a−M)の合成

アルゴン雰囲気のフラスコに、ジチエニルシクロペンテン−ヒドロキシメチル体 0.15g(0.21mmol)、p−ビニル安息香酸62.3mg(0.42mmol)、ジシクロヘキシルカルボジイミド94.3mg(0.46mmol)、4−ジメチルアミノピリジン27.6mg(0.23mmol)を無水THF4.6mlに溶かし、室温で、24時間撹拌した。炭酸水素ナトリウム水溶液で中和し、ジエチルエーテルで抽出後、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別し、4−tert−ブチルカテコール(1片)加え、溶媒を留去した。ヘキサン:酢酸エチル=8:2を展開溶媒としたカラムクロマトグラフィーで精製した(Rf=0.68)。不純物が残っていたため、HPLCにより再度精製した。
収量0.151g、収率84.8%
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.0−2.1(m,20H,cyclohexyl H),4.03(sep,J=4Hz,2H,OCH),5.36(s,2H,CH),5.39(d,1H,J=11Hz,Vinyl H),5.86(d,1H,J=18Hz,Vinyl H),6.74(dd,1H,J=11,18Hz,Vinyl H),7.1−7.5(m,13H,Aromatic H),8.0−8.05(m,2H,Aromatic H);
HR−MS(FAB) m/z=848.2438,Calculated for C4742 m/z=848.2429(M
モノマー1a−Mの単独重合

モノマー1a−M 0.151g(0.178mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.57mg(9.68×10−3mmol)、トルエン(0.50ml)をガラスチューブに入れ、脱気封管後、60℃で10時間重合した。重合混合物はメタノールに沈殿させ、ポリマーを単離した。少量のクロロホルムに溶かし、再沈殿させることにより精製した。
収量79mg、収率52.3%
数平均分子量Mn=21000、多分散度Mw/Mn=1.85
H−NMR(400MHz,CDCl,TMS) δ=1.0−1.8(br,23H,Vinyl H and cyclohexyl H),4.0(br,2H,CH),5.18(br,2H,CH),6.35(br,2H,Aromatic H),7.0−7.7(br,15H,Aromatic H)
[ガラス転移点]
示差走査熱量(DSC)計を用いて、上記得られたポリマーの示差走査熱量変化からガラス転移点(Tg)を求めた。結果を図27に示す。この測定により、上記得られたポリマーのTgが104℃であることがわかった。
[フォトクロミズムに伴う吸収スペクトルの変化]
上記合成したポリマーをトルエン溶液中、および上記合成したポリマーを用いて製造したフィルム(ポリマーをトルエンに溶かし、石英基板上にキャストしたもの)に、紫外光を照射すると、650nmに吸収極大を持つスペクトルへと変化した。図28は、トルエン溶液中およびフィルム中での着色反応のスペクトル変化の状態を示す図である。この結果から、本発明のジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマーは紫外線照射により着色反応を起こすことがわかった。
次に、トルエン溶液中およびフィルム中の上記ポリマーに、紫外光を照射して、光定常状態まで反応させると、溶液中では90%、フィルム中では60%まで反応した。結果を図29に示す。
[退色反応]
次に、紫外光を照射したポリマー(Poly(1b−M))は、室内光で比較的安定であったが、100℃以上の高温に加熱すると、退色が見られた。また、退色したフィルムに紫外光を照射すると再び着色し、光着色・加熱再生のフォトクロミズムは繰り返し可能であることが認められた。
[退色速度係数]
図30は、ポリマー(Poly(1b−M))の、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃において熱退色の進行を示す図である。この図から、加温すれば、熱退色の進行が促進されることがわかる。この図から、150℃では10分以内で完全に退色したことがわかる。また、図31は、図30のデータから吸収スペクトルの変化を対数でプロットしたものである。図32は、図31の一次プロットの傾きから、速度係数を求めたグラフである。この図から、式lnk=−Ea/R×1/T+lnAを用いて、それぞれの温度における速度定数のアレニウスプロットから活性化エネルギーを求めると、Ea=125kJ/molとなり、ジアリールエテン低分子の溶液中およびポリマーに分散させたものとほぼ同じ値となった。以上のことから、光着色・加熱再生機能を有するジチエニルシクロペンテン色素を、低分子での性質を失わずに、高密度でポリマーに導入することができた。
[合成例13]
1a−Mとメタクリル酸1−アダマンチルの共重合

モノマー1a−Mとメタクリル酸1−アダマンチルの共重合は下記表2に示す条件下で行った。その一例として、表2のentry 2について実験方法を記述する。
ジチエニルシクロペンテンモノマー(1a−M)99.7mg(0.12mmol)、メタクリル酸1−アダマンチル26.1mg(0.12mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)2.03mg(12.5×10−3mmol)、トルエン0.67mlをガラスチューブに入れ、脱気封管後、60℃で5時間重合した。重合混合物はメタノールに沈殿させ、ポリマーを単離した。少量のクロロホルムに溶かし、再沈殿させることにより精製した。
図33から、メタクリル酸1−アダマンチルを添加すると、Tgが上昇することがわかった。
収量81.6mg、収率64.9%
数平均分子量Mn=29000、多分散度Mw/Mn=1.94
共重合体中の1a−M の量=61モル%

ジチエニルシクロペンテンモノマー (1a−M)とN−1−アダマンチルマレイミド (AdMI)の共重合

ジチエニルシクロペンテンモノマー(1a−M) 76.3mg(0.090mmol)、N−1−アダマンチルマレイミド(AdMI)20.9mg(0.090mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.83mg(5.0×10−3mmol)、トルエン0.5mlをガラスチューブに入れ、脱気封管後、60℃で10時間重合した。重合混合物はメタノールに沈殿させ、ろ過によりポリマーを単離した。少量のクロロホルムに溶かし、再沈殿させることにより精製した。
収量71.5mg、収率73.6%
数平均分子量Mn=36000、多分散度Mw/Mn=2.39
共重合体中の1a−Mの量=49モル%
[ガラス転移点]
示差走査熱量(DSC)計を用いて、上記得られたポリマーの示差走査熱量変化からガラス転移点(Tg)を求めた。結果を図34に示す。この測定により、上記得られたポリマーのTgでは、230℃以下にはガラス転移点がないことがわかった。
[熱分解]
上記得られたポリマー(Poly((1a−M)−co−14))の熱重量分析から熱分解開始温度を調べた。結果を図35に示す。この測定により、分解開始温度は240℃付近であることがわかった。
[熱退色速度]
図36は、ポリマー(Poly(1b−M))と共重合体(Poly((1b−M)−co−14))の熱退色反応係数の温度依存性を示す図である。この図から、Poly(1b−M)とPoly((1b−M)−co−14)の熱退色速度がほぼ等しいことがわかる。以上のことから、光着色・加熱再生機能を有するジチエニルシクロペンテン色素を高密度でポリマーに導入し、かつガラス転移点が200℃以上であるポリマーを合成することができた。
(1)本発明は、光照射によって生ずる2種の異性体がいずれも熱的に比較的安定であり、かつ着色状態から無着色状態に戻すのが容易な表示材料を提供することができる。
また、本発明によれば、紫外光により付加逆に反応するフォトクロミック材料を提供することができる。さらに、赤色に発色する新規なフォトクロミック材料を提供することができる。
本発明によれば、紫外光により付加逆に反応し、フォトクロミズムを示し、かつ加熱により、付加逆に消色する新規なフォトクロミック材料を提供することができる。
(2) また、本発明は、固体状態でフォトクロミズムを示し、フォトクロミック成分をポリマーに均一で、高密度に含有する表示材料を提供することができる。

Claims (6)

  1. 本発明は、下記一般式(I)で表されるジチエニルシクロペンテン系化合物である。
    (式中、Rは、水素(H)またはフッ素(F)原子を、Rは、水素(H)またはメチル基を、Rは、水素(H)またはメチル基を、RとRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい水素(H)またはプロトン化できるアミノ基を示す。)
  2. 請求項1に記載のジチエニルシクロペンテン系化合物を含むフォトクロミック材料。
  3. 請求項2に記載のフォトクロミック材料を含む光機能素子。
  4. 下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有するスチレンポリマー。

    (式(II)中、Rは、シクロヘキシルオキシ基を示す。)
  5. 請求項4に記載のスチレンポリマーを含むフォトクロミック材料。
  6. 請求項5に記載のフォトクロミック材料を含む光機能素子。
JP2008505145A 2006-03-11 2007-03-12 ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子 Pending JPWO2007105699A1 (ja)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006066830 2006-03-11
JP2006066830 2006-03-11
JP2006129196 2006-05-08
JP2006129196 2006-05-08
JP2006242034 2006-09-06
JP2006242034 2006-09-06
JP2006242242 2006-09-07
JP2006242242 2006-09-07
PCT/JP2007/054868 WO2007105699A1 (ja) 2006-03-11 2007-03-12 ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2007105699A1 true JPWO2007105699A1 (ja) 2009-07-30

Family

ID=38509519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008505145A Pending JPWO2007105699A1 (ja) 2006-03-11 2007-03-12 ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2007105699A1 (ja)
WO (1) WO2007105699A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7655366B2 (en) 2007-06-13 2010-02-02 Xerox Corporation Inkless reimageable printing paper and method
US7718325B2 (en) 2007-06-13 2010-05-18 Xerox Corporation Photochromic material, inkless reimageable printing paper, and methods
US7666558B2 (en) 2007-06-13 2010-02-23 Xerox Corporation Inkless reimageable printing paper and method
US7645558B2 (en) 2007-06-13 2010-01-12 Xerox Corporation Inkless reimageable printing paper and method
US7867672B2 (en) 2007-06-13 2011-01-11 Xerox Corporation Reimageable paper protected against UV light
US7852366B2 (en) 2007-06-13 2010-12-14 Xerox Corporation System and method for printing reimageable transient documents
US7645560B1 (en) 2008-09-08 2010-01-12 Xerox Corporation Inkless reimageable printing paper and method
JP5920780B2 (ja) * 2012-07-10 2016-05-18 公立大学法人大阪市立大学 ジアリールエテン化合物を含むフォトクロミック材料および光機能素子
US9708528B2 (en) 2014-06-13 2017-07-18 The University Of Hong Kong Robust photochromic compounds with silicon- or phosphorus-containing heterocyclic ring and the production thereof
JP7364202B2 (ja) * 2016-08-25 2023-10-18 公立大学法人大阪 ジアリールエテン化合物
US10451195B2 (en) * 2016-10-25 2019-10-22 International Business Machines Corporation Hose with tunable flexibility using cyclizable, photochromic molecules
JP7337364B2 (ja) * 2018-03-05 2023-09-04 公立大学法人大阪 ジアリールエテン化合物、フォトクロミック材料、及び表示媒体

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06122873A (ja) * 1992-03-10 1994-05-06 Masahiro Irie 多色フォトクロミック材料
JP2003064354A (ja) * 2001-03-05 2003-03-05 Masahiro Irie フォトクロミック材料
JP2005082507A (ja) * 2003-09-05 2005-03-31 Mitsubishi Chemicals Corp ジアリールエテン化合物、フォトクロミック材料、カラー線量計および光メモリ素子

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3404156B2 (ja) * 1994-11-11 2003-05-06 京セラミタ株式会社 ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料、光記録媒体及び光記録方法
JP3526929B2 (ja) * 1994-11-15 2004-05-17 京セラミタ株式会社 ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料及び光記録媒体
KR100285794B1 (ko) * 1998-08-17 2001-04-16 김충섭 디아릴에텐이 치환된 스티렌계 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광기록 박막
JP2001048875A (ja) * 1999-05-28 2001-02-20 Kyocera Corp フォトクロミック化合物およびそれを用いた光機能素子
JP3390921B2 (ja) * 2000-12-08 2003-03-31 大阪大学長 新規化合物及び該化合物を用いた光学的素子
JP4153756B2 (ja) * 2002-08-30 2008-09-24 欣吾 内田 フォトクロミック材料
JP2005250463A (ja) * 2004-02-05 2005-09-15 Mitsubishi Chemicals Corp 光学記録媒体及び光学記録方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06122873A (ja) * 1992-03-10 1994-05-06 Masahiro Irie 多色フォトクロミック材料
JP2003064354A (ja) * 2001-03-05 2003-03-05 Masahiro Irie フォトクロミック材料
JP2005082507A (ja) * 2003-09-05 2005-03-31 Mitsubishi Chemicals Corp ジアリールエテン化合物、フォトクロミック材料、カラー線量計および光メモリ素子

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012048937; Journal of Organic Chemistry Vol.60, No.25, 1995, p.8305-8309 *
JPN6012048938; Bulletin of the Chemical Society of Japan Vol.73, No.10, 2000, p.2385-2388 *
JPN6012048940; Journal of Physical Chemistry A Vol.106, No.37, 2002, p.8498-8507 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007105699A1 (ja) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2007105699A1 (ja) ジチエニルシクロペンテン系化合物、ジチエニルシクロペンテンを有するスチレンポリマー、フォトクロミック材料および光機能素子
JP6480997B2 (ja) ジアリールエテン化合物およびそれらの使用
WO2002070624A1 (fr) Matière photochrome
JP2000219686A (ja) クロメン化合物
KR100501829B1 (ko) 디아릴에텐 유도체와 이를 이용한 광변색 박막
Giménez et al. Synthesis, thermal and optical properties of liquid crystalline terpolymers containing azobenzene and dye moieties
JPH08245579A (ja) ジアリールエテン系フォトクロミック化合物および該化合物を用いた光学記録材料
Kobatake et al. Synthesis of photochromic diarylethene polymers for a write-by-light/erase-by-heat recording system
JP5674305B2 (ja) フォトクロミック材料
JP4814454B2 (ja) フォトクロミック材料の製造方法
Saravanan et al. Click chemistry‐assisted triazole‐substituted azobenzene and fulgimide units in the pendant‐based copoly (decyloxymethacrylate) s for dual‐mode optical switches
CN101851232A (zh) 光致变色异噁唑噻吩混联型全氟环戊烯化合物及合成方法和应用
CA2365585C (en) Organic material undergoing light-induced phase transition
JP3526929B2 (ja) ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料及び光記録媒体
JPH07173151A (ja) ジアリールエテン系化合物及びこのジアリールエテン系化合物を用いた光記録媒体の光記録・再生法
US20060097225A1 (en) Optical recording material
Jin et al. Efficient One‐step Synthesis and Properties of Photochromic Diarylethenes Having an Indene Bridging Unit
Gao et al. An ultraviolet light-responsive polyacrylate film with high fatigue resistance
KR20000014038A (ko) 디아릴에텐이 치환된 스티렌계 공중합체 조성물 제조방법 및 광기록 박막의 제조 방법
JP3404156B2 (ja) ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料、光記録媒体及び光記録方法
JP2992424B2 (ja) ベンゾチオフェン・インドール置換マレイミド誘導体、フォトクロミック材料及びそれを用いた光記録材料
JP4785773B2 (ja) 光記録媒体用組成物および記録/表示媒体
JP3358682B2 (ja) ベンゾチオフェン−チオフェン型ジアリールマレイミド誘導体、フォトクロミック材料及び光記録媒体
KR100333578B1 (ko) 디아릴에텐 화합물
JP2003321467A (ja) フォトクロミック材料

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100311

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100602

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110114

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110117

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120925

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130212