KR101892836B1 - 유기 전자기기를 위한 헤테로아센 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 X1 및 X2가 서로 독립적으로 O, S 또는 Se인 하기 화학식 1의 화합물, 및 반도체 물질로서 상기 화합물을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
<화학식 1>
<화학식 1>
Description
유기 반도체 물질은 전자 장치, 예컨대 유기 광기전 장치 (OPV), 유기 전계-효과 트랜지스터 (OFET), 유기 발광 다이오드 (OLED), 및 유기 전기변색 장치 (ECD)에서 사용될 수 있다.
효율적이고 장기 지속되는 성능을 위해, 유기 반도체 물질-기재 장치는 높은 전하 캐리어 이동도뿐만 아니라, 특히 공기에 의한 산화에 대해 높은 안정성을 나타내는 것이 바람직하다.
더욱이, 유기 반도체 물질은 액체 처리 기법, 예컨대 스핀 코팅과 적합성인 것이 바람직한데, 그 이유는 액체 처리 기법이 가공성의 관점에서 편리하고, 따라서 저비용의 유기 반도체 물질-기재 전자 장치의 제조를 가능하게 하기 때문이다. 게다가, 액체 처리 기법은 또한 플라스틱 기판과 상용적이고, 따라서 경량이고 기계적으로 유연성인 유기 반도체 물질-기재 전자 장치의 제조를 가능하게 한다.
유기 반도체 물질은 p-유형 또는 n-유형 둘 중 어느 하나의 유기 반도체 물질일 수 있다. 유기 반도체 물질의 두 유형 모두가 전자 장치의 제조에 이용가능한 것이 바람직하다.
전자 장치에서 p-유형 반도체 물질로서의 티에노 단위를 함유하는 헤테로아센 화합물의 용도는 관련 기술분야에 공지되어 있다.
US 2011/0220883은 최대 2 cm2/V s의 전하 캐리어 이동도를 갖는 용액-기재 OFET로서의 알킬화된 피센을 개시한다.
문헌 [Shinamura, S.; Osaka, I.; Miyazaki, E.; Nakao, A.; Yamagishi M.; Takeya, J.; Takimiya K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5024-5035]에는 반도체로서 다음의 화합물 중 하나를 포함하는 OFET가 기술되어 있다:
상기 식에서, R은 H, n-C8H17 또는 페닐이다.
문헌 [Gao, J.; Li, R.; Li, L.; Meng, Q.; Jiang, H.; Li, H.; Hu, W. Adv. Mater. 2007, 19 (19), 3008 -3011]에는 반도체로서 다음의 화합물을 포함하는 OFET가 기술되어 있다.
OFET는 0.51 cm2/V s의 전하 캐리어 이동도 및 4.5 x 106의 온/오프 비를 나타낸다.
문헌 [Miyata, Y.; Yoshikawa, E.; Minari, T.; Tsukagoshi, K.; Yamaguchi, S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 7715-7717]에는 반도체로서 다음의 화합물을 포함하는 OFET가 기술되어 있다.
OFET 중 하나는 3.1 cm2/V s의 전하 캐리어 이동도 및 105의 온/오프 비를 나타낸다.
문헌 [Xiao, K; Liu, Y.; Qi, T.; Zhang, W.; Wang, F.; Gao, J.; Qiu, W.; Ma, Y.; Cui, G.; Chen, S.; Zhan, X.; Yu, G.; Qin, J.; Hu, W.; Zhu, D. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13281-13286]에는 반도체로서 다음의 화합물을 포함하는 OFET가 기술되어 있다.
OFET 중 하나는 0.045 cm2/V s의 전하 캐리어 이동도 및 103의 온/오프 비를 나타낸다.
US 2011/0210319에는 다음의 π-연장 S-함유 헤테로아렌 화합물을 함유하는 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET)가 기술되어 있다.
이들 OFET는 다음의 전하 캐리어 이동도: 1.2 (화합물 167), 1.8 (화합물 250), 2.0 (화합물 638), 1.7 (화합물 881) cm2/V s, 및 다음의 온-오프 비: 2 x 106 (화합물 167), 3 x 106 (화합물 250), 4 x 105 (화합물 638) 및 3 x 106 (화합물 881)를 나타낸다.
US 2013/0245282에는 다음의 화학식의 화합물, 및 OFET에서의 그의 용도가 기술되어 있다.
상기 식에서, X는 O, S 또는 Se이다.
본 발명의 목적은 개선된 유기 반도체 물질을 제공하는 것이었다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 화합물, 제8항의 전자 장치, 및 제10항의 용도에 의해 해결된다.
본 발명의 유기 반도체 물질은 하기 화학식 1의 화합물이다.
<화학식 1>
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,
R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
할로겐은 F, Cl, Br 및 I일 수 있다.
C1-10-알킬, C1-20-알킬 및 C1-30-알킬은 분지형 또는 비분지형일 수 있다. C1 -10-알킬의 예에는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸, tert-부틸, n-펜틸, 네오펜틸, 이소펜틸, n-(1-에틸)프로필, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-(2-에틸)헥실, n-노닐 및 n-데실이 있다. C1 -20-알킬의 예에는 C1-10-알킬 및 n-운데실, n-도데실, n-운데실, n-도데실, n-트리데실, n-테트라데실, n-펜타데실, n-헥사데실, n-헵타데실, n-옥타데실, n-노나데실 및 n-이코실 (C20)이 있다. C1-30-알킬의 예에는 C1-20-알킬 및 n-도코실 (C22), n-테트라코실 (C24), n-헥사코실 (C26), n-옥타코실 (C28) 및 n-트리아콘틸 (C30)이 있다.
C2-10-알케닐, C2-20-알케닐 및 C2-30-알케닐은 분지형 또는 비분지형일 수 있다. C1-20-알케닐의 예에는 비닐, 프로페닐, 시스-2-부테닐, 트랜스-2-부테닐, 3-부테닐, 시스-2-펜테닐, 트랜스-2-펜테닐, 시스-3-펜테닐, 트랜스-3-펜테닐, 4-펜테닐, 2-메틸-3-부테닐, 헥세닐, 헵테닐, 옥테닐, 노네닐 및 도세닐이 있다. C2 -20-알케닐의 예에는 C2-10-알케닐 및 리놀레일 (C18), 리놀레닐 (C18), 올레일 (C18), 및 아라키도닐 (C20)이 있다. C2 -30-알케닐의 예에는 C2-20-알케닐 및 에루실 (C22)이 있다.
C2-10-알키닐, C2-20-알키닐 및 C2-30-알케닐은 분지형 또는 비분지형일 수 있다. C2-10-알키닐의 예에는 에티닐, 2-프로피닐, 2-부티닐, 3-부티닐, 펜티닐, 헥시닐, 헵티닐, 옥티닐, 노니닐 및 데시닐이 있다. C2 -20-알키닐 및 C2-30-알케닐의 예에는 운데시닐, 도데시닐, 운데시닐, 도데시닐, 트리데시닐, 테트라데시닐, 펜타데시닐, 헥사데시닐, 헵타데시닐, 옥타데시닐, 노나데시닐 및 이코시닐 (C20)이 있다.
C6-10-아릴의 예에는 페닐, 나프틸, 안트라세닐 및 페난트레닐이 있다.
C6-14-아릴의 예에는 C6-10-아릴 및 테트라세닐 및 크리세닐이 있다.
5원 내지 10원 헤테로아릴의 예에는
이 있으며,
상기 식에서, R100은 각각 발생하며 C1-6-알킬 또는 페닐이다.
5원 내지 14원 헤테로아릴의 예에는 5원 내지 10원 헤테로아릴에 대해 주어진 예 및
이 있으며,
상기 식에서, R100은 각각 발생하며 C1-6-알킬 또는 페닐이다.
바람직하게는, X1 및 X2는 서로 독립적으로 O 또는 S이다. 보다 바람직하게는, X1 및 X2는 둘 다 S이다.
바람직하게는, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
보다 바람직하게는, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, C1-30-알킬, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, R2 및 R3은 H이고, R1 및 R4는 서로 독립적으로 H 또는 C1-30-알킬이며,
여기서,
C1-30-알킬은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
가장 바람직하게는, R2 및 R3은 H이고, R1 및 R4는 서로 독립적으로 H 또는 C1-30-알킬이다.
하기 화학식 1의 화합물이 바람직하다.
<화학식 1>
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 O 또는 S이고,
R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
하기 화학식 1의 화합물이 보다 바람직하다.
<화학식 1>
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 O 또는 S이고,
R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, C1-30-알킬, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
하기 화학식 1의 화합물이 더욱 더 바람직하다.
<화학식 1>
상기 식에서,
X1 및 X2는 둘 다 S이고,
R2 및 R3은 H이고, R1 및 R4는 서로 독립적으로 H 또는 C1-30-알킬이며,
여기서,
C1-30-알킬은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
하기 화학식 1의 화합물이 가장 바람직하다.
<화학식 1>
상기 식에서,
X1 및 X2는 둘 다 S이고,
R2 및 R3은 H이고, R1 및 R4는 서로 독립적으로 H 또는 C1-30-알킬이다.
다음의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 1의 화합물은 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 화학식 1의 화합물은 하기 개략된 바와 같이 화학식 3의 화합물로부터 제조될 수 있다:
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,
R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
화학식 2의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 3의 화합물은 염기, 예컨대 KOtBu의 존재 하에 (메톡시메틸)트리페닐포스포늄 클로라이드로 처리될 수 있다. 화학식 2의 화합물은 통상적으로 화학식 2의 화합물의 이성질체와 함께 수득된다. 반응은 통상적으로 적합한 용매, 예컨대 에테르, 예를 들어 테트라히드로푸란 또는 디에틸에테르에서 수행된다. 반응은 통상적으로 저온, 예를 들어 -80 내지 -15℃, 바람직하게는 -60 내지 -30℃에서 수행된다.
화학식 1의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 2의 화합물 (통상적으로 화학식 2의 화합물의 이성질체와의 혼합물)은 강산, 예컨대 메탄술폰산으로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 비활성 유기 용매, 예컨대 디클로로메탄에서 수행된다. 반응은 통상적으로 -25 내지 10℃의 온도에서, 바람직하게는 0℃에서 수행된다.
화학식 3의 화합물은 하기 개략된 바와 같이 화학식 8의 화합물로부터 제조될 수 있다:
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,
R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
화학식 10의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 8 및 13의 화합물의 혼합물은 염기, 예컨대 CsF의 존재 하에 팔라듐 촉매, 예컨대 Pd(PtBu3)2로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 1,4-디옥산과 물의 혼합물에서 수행된다. 반응은 통상적으로 15 내지 120℃, 바람직하게는 50 내지 100℃의 온도에서 수행된다.
화학식 11의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 10의 화합물은 적합한 할로겐화제, 예컨대 N-브로모숙신이미드로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 디클로로메탄에서 수행된다. 반응은 통상적으로 -25 내지 5℃의 온도에서, 바람직하게는 0℃에서 수행된다.
화학식 3의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 11 및 12의 화합물의 혼합물은 염기, 예컨대 CsF의 존재 하에 팔라듐 촉매, 예컨대 Pd(PtBu3)2로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 1,4-디옥산과 물의 혼합물에서 수행된다. 반응은 통상적으로 15 내지 120℃, 바람직하게는 50 내지 100℃의 온도에서 수행된다.
화학식 3의 대칭 화합물은 하기 개략된 바와 같이 제조될 수 있다:
상기 식에서,
X1 및 X2는 동일하고 O, S 또는 Se이며,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
R4 = R1이고,
R3 = R2이다.
화학식 4의 화합물을 수득하기 위해, 화합물 5와 화합물 6의 혼합물은 팔라듐 촉매, 예를 들어 Pd(PPh3)4로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 디메틸포름아미드에서 수행된다. 반응은 통상적으로 30 내지 120℃, 바람직하게는 70 내지 110℃의 온도에서 수행된다.
화합물 3을 수득하기 위해, 화합물 4는 POCl3의 존재 하에 디메틸포름아미드로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 디클로로메탄에서 수행된다. 반응은 통상적으로 -25 내지 60℃의 온도에서 수행된다.
화학식 3의 대칭 화합물은 또한 하기 개략된 바와 같이 제조될 수 있다:
상기 식에서,
X1 및 X2는 동일하고 O, S 또는 Se이며,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
R4 = R1이고,
R3 = R2이다.
화학식 3의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 8의 화합물과 화학식 9의 화합물의 혼합물은 염기, 예컨대 CsF의 존재 하에 팔라듐 촉매, 예컨대 Pd(PtBu3)2로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 1,4-디옥산과 물의 혼합물에서 수행된다. 반응은 통상적으로 15 내지 120℃, 바람직하게는 50 내지 100℃의 온도에서 수행된다.
화학식 6 및 8의 출발 화합물은 하기 개략된 바와 같이 제조될 수 있다:
상기 식에서,
X1은 O, S 또는 Se이며,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, C1-30-알킬, C2-30-알케닐, C2-30-알키닐, C6-14-아릴 또는 5원 내지 14원 헤테로아릴이며,
여기서,
C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐은 C6-10-아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고; C1-30-알킬, C2-30-알케닐 및 C2-30-알키닐의 하나 이상의 CH2-기이되, 인접 CH2-기가 아닌 하나 이상의 CH2-기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
C6-14-아릴 및 5원 내지 14원 헤테로아릴은 C1-20-알킬, C2-20-알케닐, C2-20-알키닐, ORa, OC(O)-Ra, C(O)-ORa, C(O)-Ra, NRaRb, NRa[C(O)Rb], N[C(O)Ra][C(O)Rb], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Ra 및 Rb는 H, C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
C1-20-알킬, C2-20-알케닐 및 C2-20-알키닐은 페닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있고,
C6-10-아릴 및 5원 내지 10원 헤테로아릴은 C1-10-알킬, C2-10-알케닐, C2-10-알키닐, ORc, OC(O)-Rc, C(O)-ORc, C(O)-Rc, NRcRd, NRc[C(O)Rd], N[C(O)Rc][C(O)Rd], 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있으며,
여기서,
Rc 및 Rd는 H, C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며,
여기서,
C1-10-알킬, C2-10-알케닐 및 C2-10-알키닐은 할로겐, CN 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 내지 5개의 치환기로 치환될 수 있다.
화학식 6의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 7의 화합물은 강염기, 예컨대 리튬디이소프로필아미드로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 테트라히드로푸란에서 수행된다. 반응은 통상적으로 -25 내지 50℃, 바람직하게는 -5 내지 30℃의 온도에서 수행된다.
화학식 8의 화합물을 수득하기 위해, 화학식 6의 화합물은 강염기, 예컨대 리튬 디이소프로필아미드의 존재 하에 포르밀화제, 예컨대 1-포르밀-피페리딘으로 처리될 수 있다. 반응은 통상적으로 적합한 용매 또는 용매 혼합물, 예컨대 테트라히드로푸란에서 수행된다. 반응은 통상적으로 -25 내지 50℃, 바람직하게는 -5 내지 30℃의 온도에서 수행된다.
또한, 본 발명의 부분은 화학식 1의 화합물을 포함하는 전자 장치이다. 바람직하게는, 전자 장치는 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET)이다.
통상적으로, 유기 전계 효과 트랜지스터는 유전체 층, 반도체 층 및 기판을 포함한다. 게다가, 유기 전계 효과 트랜지스터는 통상적으로 게이트 전극 및 소스/드레인 전극을 포함한다.
바람직하게는, 반도체 층은 화학식 1의 화합물을 포함한다. 반도체 층은 5 내지 500 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm, 보다 바람직하게는 20 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있다.
유전체 층은 유전체 물질을 포함한다. 유전체 물질은 이산화규소 또는 산화알루미늄, 또는, 유기 중합체, 예컨대 폴리스티렌 (PS), 폴리(메틸메타크릴레이트) (PMMA), 폴리(4-비닐페놀) (PVP), 폴리(비닐 알콜) (PVA), 벤조시클로부텐 (BCB), 또는 폴리이미드 (PI)일 수 있다. 유전체 층은 10 내지 2000 nm, 바람직하게는 50 내지 1000 nm, 보다 바람직하게는 100 내지 800 nm의 두께를 가질 수 있다.
유전체 층은 유전체 물질 이외에 유기 실란 유도체 또는 유기 인산 유도체의 자체-회합된 단층을 포함할 수 있다. 유기 실란 유도체의 예에는 옥틸트리클로로실란이 있다. 유기 인산 유도체의 예에는 옥틸데실인산이 있다. 유전체 층에 포함된 자체-회합된 단층은 통상적으로 반도체 층과 접촉된다.
소스/드레인 전극은 임의의 적합한 소스/드레인 물질, 예를 들어 금 (Au) 또는 탄탈 (Ta)로부터 제조될 수 있다. 소스/드레인 전극은 1 내지 100 nm, 바람직하게는 20 내지 70 nm의 두께를 가질 수 있다.
게이트 전극은 임의의 적합한 게이트 물질, 예컨대 고도로 도핑된 규소, 알루미늄 (Al), 텅스텐 (W), 인듐 주석 산화물, 금 (Au) 및/또는 탄탈 (Ta)로부터 제조될 수 있다. 게이트 전극은 1 내지 200 nm, 바람직하게는 5 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
기판은 임의의 적합한 기판, 예컨대 유리, 또는 플라스틱 기판, 예컨대 폴리-에테르술폰, 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)일 수 있다. 유기 전계 효과 트랜지스터의 디자인에 따라, 게이트 전극, 예를 들어 고도로 도핑된 규소가 또한 기판으로서 기능할 수 있다.
유기 전계 효과 트랜지스터는 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 저부-게이트 상부-접촉부 유기 전계 효과 트랜지스터는 다음과 같이 제조될 수 있다: 유전체 물질, 예를 들어 Al2O3 또는 이산화규소는 적합한 침착 방법, 예컨대 원자 층 증착 또는 열 증발에 의해 기판으로서 또한 기능하는 게이트 전극, 예컨대 고도로 도핑된 규소 웨이퍼 상에 층으로서 적용할 수 있다. 유기 인산 유도체 또는 유기 실란 유도체의 자체-회합된 단층은 유전체 물질의 층에 적용할 수 있다. 예를 들어, 유기 인산 유도체 또는 유기 실란 유도체는 용액 침착 기법을 사용하여 용액으로부터 적용할 수 있다. 반도체 층은 유기 인산 유도체 또는 유기 실란 유도체의 자체-회합된 단층 상에서 화학식 1의 화합물의 진공에서의 용액 침착 또는 열 증발 둘 중 어느 하나에 의해 형성시킬 수 있다. 소스/드레인 전극은 섀도우 마스크를 통해 반도체 층 상에 적합한 소스/드레인 물질, 예를 들어 탄탈 (Ta) 및/또는 금 (Au)을 침착시킴으로써 형성시킬 수 있다. 채널 폭 (W)은 전형적으로 50 μm이고 채널 길이 (L)는 전형적으로 1000 μm이다.
또한, 본 발명의 부분은 반도체 물질로서의 화학식 1의 화합물의 용도이다.
화학식 1의 화합물은 주변 조건 하에, 높은 전하 캐리어 이동도 및 특히 산화에 대해 높은 안정성을 나타낸다. 더욱이 화학식 1의 화합물은 액체 처리 기법과 상용적이다.
도 1은 -5V의 드레인-소스 전압 Vd에서 그리고 120℃의 온도에서 측정된 반도체로서 화합물 1a를 포함하는 실시예 6의 OFET의 이동 곡선을 나타낸다.
도 2는 -5V의 드레인-소스 전압 Vd에서 그리고 60℃의 온도에서 측정된 반도체로서 화합물 1c를 포함하는 실시예 6의 OFET의 이동 곡선을 나타낸다.
실시예
실시예 1
화합물 1a의 제조
화합물 6a의 제조:
상업적으로 입수가능한 리튬 디이소프로필아미드 (LDA) 용액 (2 M, 34.6 mL, 69.2 mmol)을 0℃에서 THF (350 mL) 용액에서 희석시켰다. THF (50 mL) 중 화합물 7a (12.7 g, 46 mmol)의 용액을 0℃에서 60 분에 걸쳐 적가 깔대기를 사용하여 희석된 LDA 용액에 적가하였다. 생성된 혼합물을 점차 실온으로 가온하고 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 물 (150 mL)로 켄칭하고 Et2O (3 x 100 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 염수로 세척하고 농축하여 갈색 오일을 제공하였으며, 이를 황색 오일을 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 100% 헥산을 사용하여 정제하여 사용하여 황색 오일로서 화합물 6a를 제공하였다 (10.6 g, 84%). 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.99 (s, 1H), 6.70 (s, 1H), 2.77 (t, 2H, J = 7.6 Hz), 1.65 (q, 2H, J = 8 Hz), 1.34 - 1.28 (m, 10H), 0.89 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
화합물 4a의 제조:
화합물 5 (1.07 g, 2.61 mmol), 화합물 6a (2.01 g, 7.30 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.30 g, 0.26 mmol)의 용액을 DMF (13 mL)에서 혼합시키고 90℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 생성된 현탁액을 MeOH (50 mL)로 희석하고 고체를 진공 여과에 의해 단리하고, MeOH (20 mL)에 이어서 헥산 (3 x 20 mL)으로 철저히 세척하여 화합물 4a를 황색 고체로서 수득하였다 (0.92 g, 75%). 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.13 (s, 2H), 7.05 (s, 2H), 6.98 (s, 2H), 2.80 (t, 4H, J = 7.6 Hz), 1.69 (q, 4H, J = 7.2 Hz), 1.38-1.28 (m, 20H), 0.88 (t, 6H, J = 7.6 Hz).
화합물 3a의 제조:
CH2Cl2 (15 mL) 중 화합물 4a (0.92 g, 1.95 mmol)의 용액을 0℃에서 30 분에 걸쳐 CH2Cl2 중 POCl3와 DMF의 혼합물에 적가하였다. 생성된 혼합물을 실온으로 점차 가온하고 40℃ 고온 수조에서 2 시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 CH2Cl2로 희석하고 얼음 (100 mL)에 붓고 교반하였다. KOAc (4.2 g)를 저온 용액에 분할 적가하고 철저히 혼합시켰다. 유기 층을 분리하고 농축하여 조 생성물을 제공하였다. 생성된 고체를 여과에 의해 수집하고 MeOH (3 x 20 mL) 및 헥산 (3 x 20 mL)으로 철저히 세척하여 화합물 3a를 오렌지색 고체로서 수득하였다 (0.96 g, 93%). 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.10 (s, 2H), 7.28 (s, 2H), 7.00 (s, 2H), 2.87 (t, 4H, J = 7.8 Hz), 1.73 (m, 4H), 1.40-1.28 (m, 20H), 0.88 (t, 6H, J = 7.2 Hz).
화합물 2a의 제조:
THF (33 mL) 중 화합물 3a (0.96 g, 1.82 mmol)의 용액을 드라이 아이스-아세토니트릴 배스에서 - 50℃에서 THF (40 mL) 중 (메톡시메틸)트리페닐포스포늄 클로라이드 (3.75 g, 10.94 mmol)와 KOtBu (1.23 g, 10.94 mmol)의 혼합물에 적가하였다. 생성된 혼합물을 이러한 온도에서 5 시간 동안 교반하여 두었다. 반응 혼합물을 디에틸 에테르 (100 mL) 및 염수 (100 mL)로 희석하였다. 유기 층을 분리하고 수성 층을 추가로 CH2Cl2 (3 x 50 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 농축하고 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 헥산/CH2Cl2 (v/v 1:1)를 사용하여 정제하여 화합물 2a를 2a의 이성질체와 함께 황색 오일로서 제공하였다 (1.0 g, 94%). 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.03 (s, 2H), 6.96 (m, 1H), 6.77 (s, 2H), 6.25 (d, 1H, J = 11.2 Hz), 6.13 (d, 1H, J = 6.4 Hz), 5.98 (m, 1H), 3.83 (s, 3H), 3.68 (s, 3H), 2.76 - 2.72 (m, 4H), 1.66-1.55 (m, 4H), 1.43 - 1.27 (m, 20H), 0.87 (t, 6H, J = 6.8 Hz).
화합물 1a의 제조:
이전의 단계에서 수득된 CH2Cl2 (30 mL) 중 화합물 2a와 화합물 2a의 이성질체의 혼합물 (1.0 g, 1.71 mmol)을 0℃에서 암흑에서 메탄술폰산 (0.05 mL)으로 적가 처리하였다. 생성된 혼합물을 16 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응 혼합물을 건조 상태로 농축하고 생성된 침전물을 MeOH로 분말화하고, 이어서 여과에 의해 분리하였다. 잔류물을 메탄올 및 헥산으로 세척하였다. 조 생성물을 EtOH/CHCl3로부터 재결정화하여 화합물 1a를 황색 고체로서 제공하였다 (0.66 g, 69%). 1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 8.06 (d, 2H, J = 7.2 Hz), 7.88 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.28 (s, 2H), 3.00 (t, 4H, J = 7.6 Hz), 1.82 - 1.80 (m, 4H), 1.46-1.30 (m, 20H), 0.90 (t, 6H, J = 6.8 Hz).
실시예 2
화합물 1b의 제조
화합물 1b를 화합물 1a와 유사하게 그러나 화합물 7a 대신에 하기 화합물 7b로 시작하여 백색 고체로서 제조하였다.
1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 8.05 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 7.87 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 7.28 (s, 2H), 3.00 (t, 4H, J = 8.0 Hz), 1.82-1.80 (m, 4H), 1.46-1.27 (m, 29H), 0.88 (t, 6H, J = 6.8 Hz).
실시예 3
화합물 1c의 제조
화합물 1c를 화합물 1a와 유사하게 그러나 화합물 7a 대신에 하기 화합물 7c로 시작하여 백색 고체로서 제조하였다.
1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 8.07 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 7.88 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 7.28 (s, 2H), 3.00 (t, 4H, J = 8.0 Hz), 1.82-1.80 (m, 4H), 1.46-1.27 (m, 36H), 0.88 (t, 6H, J = 6.8 Hz).
실시예 4
화합물 1d의 제조
화합물 8a의 제조:
상업적으로 입수가능한 리튬 디이소프로필아미드 (LDA) 용액 (2 M, 27 mL, 53.4 mmol)을 0℃에서 THF (100 mL) 용액에서 희석하였다. THF (5 mL) 중 화합물 6d (5.0 mL, 53.4 mmol)의 용액을 0℃에서 60 분에 걸쳐 적가 깔대기를 사용하여 희석된 LDA 용액에 적가하였다. 반응 혼합물을 0℃에서 30 분 동안 교반시켰다. 30 분 후, 1-포르밀-피페리딘을 반응 혼합물에 적가하였다. 생성된 혼합물을 점차 실온으로 가온하고 실온에서 2 시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 NH4Cl (150 mL)로 켄칭하고 Et2O (3 x 100 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 염수로 세척하고 농축하여 황색 오일을 제공하였으며, 이를 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 DCM: 헥산 (v/v 1:1)을 사용하여 정제하여 화합물 8a를 황색 오일로서 수득하였다 (8.7 g, 85%). 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 9.99 (s, 1H), 7.71 (d, 1H, J = 5.2 Hz), 7.15 (d, 1H, J = 5.2 Hz).
화합물 3d의 제조
무수 1,4-디옥산 (28 mL) 및 물 (1.1 mL) 중 화합물 9 (2.3 g, 6.92 mmol), 화합물 8a (2.9 g, 15.23 mmol), CsF (4.2 g, 27.70 mmol) 및 Pd(PtBu3)2 (70.8 mg, 0.14 mmol)의 용액을 85℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 생성된 현탁액을 H2O (50 mL)로 희석하고 고체를 진공 여과에 의해 단리하고, MeOH (20 mL)에 이어서 헥산 (3 x 20 mL)으로 철저히 세척하여 화합물 3d를 갈색 고체로서 수득하였다 (2.02 g, 96%). 1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 10.18 (s, 2H), 7.81 (d, 2H, 5.2 Hz), 7.35-7.33 (m, 4H).
화합물 2d의 제조:
THF (30 mL) 중 화합물 3d (2.02 g, 6.64 mmol)의 용액을 드라이 아이스-아세토니트릴 배스에서 -50℃에서 THF (100 mL) 중 (메톡시메틸)트리페닐포스포늄 클로라이드 (13.7 g, 39.85 mmol)와 KOtBu (4.5 g, 39.85 mmol)의 혼합물에 적가하였다. 생성된 혼합물을 이러한 온도에서 5 시간 동안 교반하여 두었다. 반응 혼합물을 에틸 아세테이트 (100 mL) 및 염수 (100 mL)로 희석하였다. 유기 층을 분리하고 수성 층을 추가로 에틸 아세테이트 (3 x 50 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 농축하고 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 헥산/에틸 아세테이트 (v/v 19:1)를 사용하여 정제하여 화합물 2d를 화합물 2d의 이성질체와 함께 갈색 오일로서 제공하였다 (1.8 g, 76%). 1H NMR (400 MHz, CD2Cl2) δ 7.21 (d, 1H, J = 5.6 Hz), 7.14-7.02 (m, 5H), 6.30 - 6.25 (m, 3H), 6.03 (d, 1H, J = 6.8 Hz), 3.85 (s, 2H), 3.71 (s, 3H).
화합물 1d의 제조:
이전의 단계에서 수득된 CH2Cl2 (80 mL) 중 화합물 2d와 화합물 2d의 이성질체의 혼합물 (1.8 g, 5.02 mmol)을 0℃에서 암흑에서 메탄술폰산 (0.05 mL)으로 적가 처리하였다. 생성된 혼합물을 16 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응 혼합물을 건조 상태로 농축하고 생성된 침전물을 MeOH로 분말화하고, 이어서 여과에 의해 분리하였다. 잔류물을 메탄올 및 헥산으로 세척하여 화합물 1d를 크림 백색 고체로서 수득하였다 (1.30 g, 87%). 1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 8.18 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 8.02 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.70 (d, 2H, J = 5.2 Hz), 7.65 (d, 2H, J = 5.2 Hz).
실시예 5
화합물 1e의 제조
화합물 10a의 제조:
무수 1,4-디옥산 (13 mL) 및 물 (0.5 mL) 중 화합물 13 (697 mg, 3.32 mmol), 화합물 8b (1.3 g, 3.98 mmol), CsF (2.0 g, 13.27 mmol) 및 Pd(PtBu3)2 (33.9 mg, 0.07 mmol)의 용액을 85℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 생성된 현탁액을 H2O (50 mL)로 희석하고 에틸 아세테이트 (3 x 50 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 염수로 세척하고 농축하여 황색 오일을 제공하였으며, 이를 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 디클로로메탄/헥산 (50/50)을 사용하여 정제하여 화합물 10a를 황색 오일로서 수득하였다 (0.90 g, 81%). 1H NMR (400 MHz, CD2Cl2) δ 10.03 (s, 1H), 7.48 (m, 1H), 7.29 (m, 1H), 7.16 (m, 1H), 7.00 (s, 1H), 2.85 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 1.72-1.70 (m, 3H), 1.37 - 1.27 (m, 13H), 0.89 (m, 3H).
화합물 11a의 제조:
N-브로모숙신이미드 (59.6 mg, 0.33 mmol)에 이어서 아세트산 (1 mL)을 0℃에서 무수 CH2Cl2 중 화합물 10a (112 mg, 0.33 mmol)의 용액에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 점차 실온으로 가온하고 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 물로 켄칭하고 CH2Cl2 (50 mL x 3)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 염수로 세척하고 농축하여 오렌지색 오일을 제공하였으며, 이를 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 에틸 아세테이트/헥산 (20/80)을 사용하여 정제하여 화합물 11a를 오렌지색 오일로서 수득하였다 (70 mg, 51%). 1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 9.97 (s, 1H), 7.12 (d, 1H, J = 3.6 Hz), 7.04 (d, 1H, J = 4.0 Hz), 6.93 (s, 1H), 2.84 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 1.73-1.69 (3H, m), 1.36 - 1.27 (m, 13H), 0.88 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
화합물 3e의 제조:
무수 1,4-디옥산 (4 mL) 및 물 (0.5 mL) 중 화합물 12a (99.8 mg, 0.42 mmol), 화합물 11a (173.3 mg, 0.42 mmol), CsF (254.6 mg, 1.68 mmol), Pd(PtBu3)2 (4.3 mg, 0.01 mmol)의 용액을 85℃에서 2 시간 동안 가열하였다. 반응 혼합물을 물로 켄칭하고 CH2Cl2 (50 mL x 3)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 염수로 세척하고 농축하여 오렌지색 고체를 제공하였으며, 이를 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 에틸 아세테이트/헥산 (20/80)을 사용하여 정제하여 화합물 3e를 오렌지색 고체로서 수득하였다 (0.12 g, 66%). 1H NMR (400 MHz, 1,1,2,2-테트라클로로에탄-d2) δ 10.18 (s, 1H), 10.08 (s, 1H), 7.80 (d, 1H, J = 4.8 Hz), 7.34 - 7.32 (m, 3H), 7.04 (s, 1H), 2.88 (t, 2H, J = 6.8 Hz), 1.76 - 1.72 (m, 3H), 1.40-1.27 (m, 13H), 0.88 (t, 3H, J = 5.2 Hz).
화합물 2e의 제조:
THF (5 mL)를 화합물 3e (0.12 g, 0.28 mmol)의 용액을 드라이 아이스-아세토니트릴 배스에서 - 50℃에서 THF (6 mL) 중 (메톡시메틸)트리페닐포스포늄 클로라이드 (0.57 g, 1.67 mmol)와 KOtBu (0.19 g, 1.67 mmol)의 혼합물에 적가하였다. 생성된 혼합물을 이러한 온도에서 5 시간 동안 교반하여 두었다. 반응 혼합물을 에틸 아세테이트 (20 mL) 및 염수 (20 mL)로 희석하였다. 유기 층을 분리하고 수성 층을 추가로 에틸 아세테이트 (3 x 50 mL)로 추출하였다. 배합된 유기 층을 농축하고 컬럼 크로마토그래피에 의해 실리카 겔 상에서 헥산/에틸아세테이트 (90/10)를 사용하여 정제하여 화합물 2e를 화합물 2e의 이성질체와 함께 황색 오일로서 제공하였다.
화합물 1e의 제조:
이전의 단계에서 수득된 CH2Cl2 (80 mL) 중 화합물 2e와 화합물 2e의 이성질체의 혼합물 (1.8 g, 5.02 mmol)을 0℃에서 암흑에서 메탄술폰산 (0.05 mL)으로 적가 처리하였다. 생성된 혼합물을 16 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응 혼합물을 건조 상태로 농축하고 생성된 침전물을 MeOH로 분말화하고, 이어서 여과에 의해 분리하였다. 잔류물을 메탄올 및 헥산으로 세척하여 화합물 1e를 크림 백색 고체로서 수득하였다 (1.30 g, 87%).
실시예 6
반도체로서 화합물 1a, 1b, 1c를 각각 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 제조
고도로 도핑된 규소 웨이퍼를 원자 층 증착에 의해 Al2O3로 코팅하고 (30 nm) 아세톤 및 이소프로판올로 철저히 세정하고 짧은 산소 플라즈마 처리 후 용액으로부터의 옥틸데실인산 단층으로 기능화하였다. 고도로 도핑된 규소를 기판 및 백 게이트 전극으로서 사용하였으며, 옥틸데실인산 처리된 Al2O3는 게이트 유전체로서 작용하였다. 화합물 1a, 1b, 1c를 각각 높은 진공에서 열 증발시키면서 기판을 규정된 온도로 유지시켰다. 금 소스-드레인 접촉부를 섀도우 마스크로 규정하였다. 채널 폭 (W)은 전형적으로 200 μm였고 채널 길이 (L)는 100 μm였다.
실시예 7
반도체로서 화합물 1c를 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 제조
200 nm-두께의 열 성장 이산화규소 (SiO2)를 갖는 고도로 도핑된 p-유형 규소 (100) 웨이퍼를 기판으로서 사용하였다. 화합물 1c의 침착 전에, Si/SiO2 표면을 옥틸트리클로로실란 (OTS) 처리 공정을 통해 개질하였다. 화합물 1c 층은 용액 침착 기법에 의해 제작하였다 (클로로벤젠, 1 mg/mL, 70℃에서 드롭 캐스팅). 이어서, 소스 및 드레인 전극을 위한 50 nm-두께 Au 층을 섀도우 마스크를 통해 침착하여 상부-접촉 OFET 장치를 제공하였다. 채널 폭 (W)은 1500 μm였고 채널 길이 (L)는 75 μm였다.
실시예 8
실시예 6 및 7에서 제조된 전계 효과 트랜지스터의 이동 곡선의 측정
실시예 6 및 7의 트랜지스터의 게이트-소스 전압 Vg에 관한 드레인 전류 Id (상부 이동 곡선)및 게이트-소스 전압 Vg에 관한 드레인 전류 Id 1 /2 (저부 이동 곡선)를 키슬리(Keithley) 4200 SCS 상에서 공기 중에서 다양한 드레인-소스 전압 Vd에서 그리고 다양한 온도에서 측정하였다.
도 1은 -5V의 드레인-소스 전압 Vd에서 그리고 120℃의 온도에서 측정된 반도체로서 화합물 1a를 포함하는 실시예 6의 OFET의 이동 곡선을 나타낸다.
도 2는 -5V의 드레인-소스 전압 Vd에서 그리고 60℃의 온도에서 측정된 반도체로서 화합물 1c를 포함하는 실시예 6의 OFET의 이동 곡선을 나타낸다.
화합물 1a, 1b 및 1c는 p-유형 반도체 물질의 전형적인 거동을 나타내었다.
전하-캐리어 이동도는 제곱근 드레인 전류 Id 1 /2 대 게이트-소스 전압 Vg의 경사로부터 포화 구간에서 발췌하였다. 임계 전압 Vth은 다음의 식을 사용하여 수득하였으며: μ = 2 Id / {(W/L)Ci (Vg-Vth)2}, 상기 식에서 Ci는 유전체 층의 커패시턴스였다.
화합물 1a, 1b 및 1c를 각각 포함하는 실시예 6의 유기 전계 효과 트랜지스터에 대한, 그리고 반도체 물질로서 화합물 1c를 포함하는 실시예 7의 유기 전계 효과 트랜지스터에 대한 전하 캐리어 이동도 μ, I온/I오프 비 및 임계 전압 Vth의 평균 값은 표 1에 주어져 있다.
<표 1>
Claims (10)
- 제1항에 있어서, X1 및 X2가 서로 독립적으로 O 또는 S인 화합물.
- 제1항에 있어서, X1 및 X2가 둘 다 S인 화합물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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