KR20200131174A - Method for manufacturing hetero cyclic compounds for electron acceptor, polymers for electron donor based on the hetero cyclic compounds, and organic semiconductor device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
전자수여성 헤테로고리 화합물의 제조방법, 헤테로고리 화합물 기반 전자공여성 고분자 및 이를 포함하는 유기반도체 소자에 관한 것이다.It relates to a method of preparing an electron accepting heterocyclic compound, an electron donating polymer based on a heterocyclic compound, and an organic semiconductor device including the same.
전 세계적으로 고유가 및 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제가 대두되면서 지속가능한 친환경 에너지원에 대한 요구가 급격히 증대되고 있다. 친환경 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 파력, 지열 등이 대표적인데, 이중 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양전지가 장소 구애가 가장 적고 무한한 전기 에너지원으로서 주목 받고 있다. 지구 표면에 도달하는 태양에너지 1.7Х105 TW로부터 실질적으로 발굴 가능한 태양에너지 양은 600 TW인 것으로 추정된다. 이때 10% 효율을 갖는 태양광 발전소를 이용할 수 있다면 약 60 TW의 전력을 공급할 수 있다. 이는 지구의 에너지 예상 요구량 2050년 28 TW인 것과 비교하면 지속가능한 에너지원에 대한 미래의 요구를 만족시키고도 남을 막대한 양이다.As the problem of environmental pollution caused by the use of high oil prices and fossil fuels emerges around the world, the demand for sustainable and eco-friendly energy sources is rapidly increasing. Representative eco-friendly energy sources include solar power, wind power, hydropower, wave power, and geothermal heat. Among them, solar cells that can generate power using solar power are attracting attention as an infinite electric energy source with the least number of places. It is estimated that the actual amount of solar energy that can be excavated from 1.7 to 10 5 TW of solar energy reaching the Earth's surface is 600 TW. At this time, if a solar power plant with 10% efficiency is available, about 60 TW of power can be supplied. This is an enormous amount to meet the future demand for sustainable energy sources compared to the Earth's estimated energy demand of 28 TW in 2050.
현재 태양전지는 무기물을 이용한 1세대 결정형 실리콘 태양전지가 태양광 발전 시장의 90%를 차지하고 있다. 그러나 이는 화석연료에 비해 발전 단가가 5~20배 이상 높아 장기간의 중·대단위 발전용으로 사용될 뿐이며, 그 응용 가치가 떨어진다. 이로 인해 실리콘을 대체하는 2세대 박막형 태양전지 기술(CdTe, CIGS 등)이 급부상하였으며 나머지 10%의 시장을 점유하고 있다. 그러나 2세대 태양전지 기술 또한 일부 소재가 귀금속으로 분류되고 소자의 제작 시 진공 및 고온 공정을 통해서 반도체 박막을 형성하기 때문에 고가의 장비가 필요하다. 이러한 문제점들을 해결할 저가의 태양전지로 유기태양전지가 있다. 이는 유기물을 사용하기 때문에 용액공정이 가능하여 태양전지의 단가를 낮추고 기계적 유연성, 디자인의 용이성, 다양성으로 의류, 휴대용 전기·전자 제품 등 응용 가능성이 무궁무진하여 차세대 태양전지로 부각되고 있다.As for solar cells, first-generation crystalline silicon solar cells using inorganic substances occupy 90% of the solar power generation market. However, this is only used for long-term medium and large-scale power generation, as its power generation cost is 5 to 20 times higher than that of fossil fuels, and its application value is low. As a result, the second-generation thin-film solar cell technology (CdTe, CIGS, etc.) that replaces silicon has emerged rapidly and occupies the remaining 10% of the market. However, the second-generation solar cell technology also requires expensive equipment because some materials are classified as precious metals and semiconductor thin films are formed through vacuum and high-temperature processes when manufacturing devices. An organic solar cell is a low-cost solar cell to solve these problems. Since it uses organic materials, it is possible to process a solution, thereby lowering the unit cost of solar cells, and due to its mechanical flexibility, ease of design, and diversity, its application possibilities are endless, such as clothing, portable electric and electronic products, and are emerging as the next generation solar cells.
유기태양전지 실용화를 위해서는 효율 향상, 수명 연장, 대면적화, 인쇄 가능한 소재 개발 및 투명전극의 확보가 선결과제이다. 이중에서도 단연, 유기태양전지의 고효율화가 반드시 이루어져야 한다. 저온 용액 공정이 가능한 고용해성 고성능(고효율 및 고안정성) 소재 개발만으로도 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있으며 기술적인 문제들을 연쇄적으로 해결 할 수 있다. 최근 유기태양전지는 광활성층용 전자 받개 물질의 종류가 풀러렌계(fullerene derivatives)에서 비풀러렌계(non-fullerene derivatives)로 한 차례 큰 패러다임이 바뀐 이후로 급속한 발전을 이뤄냈다. 현재 세계 최고 기록의 유기태양전지 효율은 풀러렌계의 경우 NREL(National Renewable Energy Laboratory) 인증 기준 11.5%(Nature Energy 2016, 1, 15027), 비풀러렌계의 경우 15.6%(Joule 2019, 3, 1-16 )이다. 지금의 수준까지 발전하는데 풀러렌계 유기태양전지가 약 15년 이상 걸린데 반해 비풀러렌계 유기태양전지는 불과 5년 채 걸리지 않았다. 또한, 유기태양전지의 안정성 측면에서도 비풀러렌계가 대체로 풀러렌계보다 우수한 것으로 보고되고 있다(Nature Communication, 2016, 7, 11585, Nature Materials, 2017, 16, 363-369). 대표적으로 풀러렌계 유기태양전지에서 세계 최고 효율을 나타내고 있는 유사 유도체, PCE11의 경우 대기 중에서 5일의 노화를 거칠 시 번-인(Burn-in) 분해가 나타나 효율이 약 39% 감소하는 것을 볼 수 있다(Nature Communications, 2017, 8, 14541). 반면 비풀러렌계의 경우 5일 노화 후에도 효율이 15% 채 감소되지 않는 문제점이 있다.For the practical use of organic solar cells, the prerequisites are improvement of efficiency, extension of life, large area, development of printable materials, and securing of transparent electrodes. Of these, by far, the high efficiency of the organic solar cell must be achieved. The development of high-solubility high-efficiency (high-efficiency and high-stability) materials capable of low-temperature solution processing can dramatically lower the production cost and solve technical problems in a chain. In recent years, organic solar cells have achieved rapid development since the large paradigm of electron acceptor materials for photoactive layers changed from fullerene derivatives to non-fullerene derivatives. Currently, the world's highest organic solar cell efficiency is 11.5% (Nature Energy 2016, 1, 15027) based on NREL (National Renewable Energy Laboratory) certification for fullerenes and 15.6% for non-fullerenes (Joule 2019, 3, 1- 16). It took about 15 years or more for fullerene-based organic solar cells to develop to the current level, whereas non-fullerene-based organic solar cells only took less than 5 years. In addition, in terms of the stability of organic solar cells, non-fullerenes are generally reported to be superior to fullerenes (Nature Communication, 2016, 7, 11585, Nature Materials, 2017, 16, 363-369). Representatively, in the case of PCE11, a similar derivative showing the world's highest efficiency in fullerene-based organic solar cells, burn-in decomposition occurs after 5 days of aging in the atmosphere, resulting in a decrease of about 39% in efficiency. Yes (Nature Communications, 2017, 8, 14541). On the other hand, in the case of the non-fullerene system, there is a problem that the efficiency does not decrease by less than 15% even after 5 days aging.
본 발명은 헤테로고리 화합물의 제조방법, 헤테로고리 화합물 기반 고분자 및 이를 포함하는 유기반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고분자의 반복단위로 활용되어 전자받개로 활용될 수 있는 헤테로고리 화합물의 제조방법, 헤테로고리 화합물 기반 고분자 및 이를 포함하는 유기반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a method for preparing a heterocyclic compound, a polymer based on a heterocyclic compound, and an organic semiconductor device including the same, and more specifically, a method for preparing a heterocyclic compound that can be used as an electron acceptor by being used as a repeating unit of a polymer An object of the present invention is to provide a heterocyclic compound-based polymer and a method of manufacturing an organic semiconductor device including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-described problems, and the problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전자수여성 헤테로고리 화합물의 제조방법을 제공할 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물의 제조방법은 a) 하기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 합성하는 단계; 및 b) 상기 a) 단계에서 합성된 화학식 1a로 나타내는 화합물을 하기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 하기 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계를 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법:In order to solve the above problems, the present invention can provide a method of preparing an electron accepting heterocyclic compound. The method for preparing the heterocyclic compound includes: a) synthesizing a compound represented by the following formula 1a; And b) reacting a compound represented by Formula 1a synthesized in step a) with a compound represented by Formula 1b to synthesize a compound represented by
[화학식 1a][Formula 1a]
[화학식 1b][Formula 1b]
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1a 및 화학식 1b에 있어서,In Formula 1a and Formula 1b,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N중에 선택된 하나이며,Z is one independently selected from CR 3 and N,
X는 각각 독립적으로 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트기 중에 선택된 하나이고,X is one independently selected from halogen and haloalkyl substituted sulfonate groups,
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되며,Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택된다.R 2 and R 3 are each independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an arylsulfoxy group; at least one is selected from the group consisting of.
또한, 본 발명은 하기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a polymer comprising a repeating unit represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, In Chemical Formula 2,
n은 1 내지 10,000의 정수이며,n is an integer from 1 to 10,000,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N중에 선택된 하나이며,Z is one independently selected from CR 3 and N,
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되고,Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되며,Each R 3 is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
D는 전자공여 단위이다.D is the unit of electron donation.
또한, 상기 D는 하기 화학식 3으로 나타내는 전자공여 단위인 고분자를 제공할 수 있다.In addition, D may provide a polymer that is an electron donating unit represented by the following Chemical Formula 3.
[화학식 3] [Formula 3]
상기 화학식 3에서 Ri는 인접하는 5 원자의 헤테로아릴 유도체와 함께 결합하여 융합 고리를 형성하거나; 단일 결합; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 원자의 단환 탄소고리 화합물에서 유도된 기; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물에서 유도된 기; 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 환원의 단환 탄소고리 화합물 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물 중 적어도 2개 이상이 융합된 다환 융합 고리 화합물로부터 유도된 기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, In
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
R은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아릴옥시기; 아릴술폭시기; 및 아민기;로 이루어진 군에서 선택되며,Each R is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Aryloxy group; Arylsulfoxy group; And an amine group; is selected from the group consisting of,
J는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택된다.J is each independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an arylsulfoxy group; at least one is selected from the group consisting of.
또한, 본 발명은 상기 서술한 고분자를 포함하는 유기반도체 소자를 제공한다. 상세하게는, 상기 고분자를 포함하는 유기 전도체, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 및 페로브스카이트 태양전지의 전하 수송층, 유기 발광 다이오드, 평면 스크린 및 터치 스크린에서 전하 주입층 및 ITO 평탄화층, 정전기 방지막, 인쇄 회로 및 커패시터 등을 제공할 수 있다.Further, the present invention provides an organic semiconductor device comprising the above-described polymer. Specifically, an organic conductor comprising the polymer, for example, a field effect transistor and a charge transport layer of a perovskite solar cell, an organic light emitting diode, a charge injection layer and an ITO planarization layer in a flat screen and a touch screen, an antistatic film, Printed circuits and capacitors, etc. can be provided.
또한, 본 발명은 특히 상기 고분자를 포함하는 유기태양전지를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can particularly provide an organic solar cell comprising the polymer.
본 발명에 따른 헤테로고리 화합물의 제조방법은 종래 기술에 비해 합성의 수를 낮춰 합성 복잡성을 개선하고 상대적으로 수율이 높으며 경제성이 우수하다.The method for preparing a heterocyclic compound according to the present invention improves synthesis complexity by lowering the number of synthesis compared to the prior art, has a relatively high yield, and is excellent in economy.
또한, 본 발명에 따른 고분자는 적절한 분자량과 용해도를 바탕으로 높은 산화 안정성, 높은 쌍극자 모멘트, 균형 잡힌 결정성과 혼화성을 가진다.In addition, the polymer according to the present invention has high oxidation stability, high dipole moment, balanced crystallinity and miscibility based on an appropriate molecular weight and solubility.
또한, 본 발명에 따른 고분자를 포함하는 유기반도체 소자는 상대적으로 높은 에너지 전환효율을 가져 우수한 성능을 나타낸다.In addition, the organic semiconductor device including the polymer according to the present invention exhibits excellent performance due to relatively high energy conversion efficiency.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 카르복실레이트-염소 바이사이오펜(BiT-COOBOCl-in)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 화합물 1-1의 1H NMR 그림이다.
도 3는 본 발명의 실시예 1에서 화합물 1-2의 1H NMR 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 화합물 1-3의 1H NMR 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 화합물 1-4의 1H NMR 그림이다.
도 6는 본 발명의 실시예 2에서 P(F-BiT)(COOBO)의 1H NMR 그림이다.
도 7는 본 발명의 실시예 3에서 P(Cl-BiT)(COOBO)의 1H NMR 그림이다.
도 8는 본 발명의 실시예 4에서 P(F-BiT)(COOBOCl-in)의 1H NMR 그림이다.
도 9은 본 발명의 실시예 5에서 카르복실레이트-염소 바이사이오펜(BiT-COORCl-out)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다.
도 10는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-1의 1H NMR 그림이다.
도 11는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-2의 1H NMR 그림이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-3의 1H NMR 그림이다.
도 13는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-4의 1H NMR 그림이다.
도 14는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-5의 1H NMR 그림이다.
도 15는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-6의 1H NMR 그림이다.
도 16는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-7의 1H NMR 그림이다.
도 17는 본 발명의 실시예 5에서 화합물 5-8의 1H NMR 그림이다.
도 18는 본 발명의 실시예 6에서 P(F-BiT)(COOBOCl-out)의 1H NMR 그림이다.
도 19는 본 발명의 실시예 7에서 P(F-BiT)(COOC8Cl-out)의 1H NMR 그림이다.
도 20는 본 발명의 실시예 8에서 P(Cl-BiT)(COOC8Cl-out)의 1H NMR 그림이다.
도 21는 본 발명의 실시예 9에서 P(Cl-BiT)(COOC10Cl-out)의 1H NMR 그림이다.
도 22는 본 발명의 실시예 10에서 P(Cl-BiT)(COOC12Cl-out)의 1H NMR 그림이다.
도 23은 본 발명의 실시예 11에서 카르복실레이트 사이아졸-사이오펜(TzT-COOBO)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다.
도 24는 본 발명의 실시예 11에서 화합물 11-1의 1H NMR 그림이다.
도 25는 본 발명의 실시예 11에서 화합물 11-2의 1H NMR 그림이다.
도 26는 본 발명의 실시예 12에서 P(F-TzT)(COOCBO)의 1H NMR 그림이다.
도 27은 본 발명의 실시예 2부터 4까지의 고분자 3종의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다: 클로로포름 용액과 필름 상태.
도 28은 본 발명의 실시예 6부터 10까지의 고분자 5종의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다: 클로로포름 용액과 필름 상태.
도 29은 본 발명의 실시예 12의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다: 클로로포름 용액과 필름 상태.
도 30은 본 발명의 실시예2부터 4까지의 고분자 3종의 CV (Cyclic voltammetry) 그래프를 나타낸 것이다:
도 31은 본 발명의 실시예 6부터 10까지의 고분자 5종의 CV (Cyclic voltammetry) 그래프를 나타낸 것이다:
도 32은 본 발명의 실시예 12의 CV (Cyclic voltammetry) 그래프를 나타낸 것이다:
도 33는 본 발명의 실시예 6과 12로서 즉, 최대 효율을 나타낸 고분자 2종의 역 구조로 제작된 유기태양전지 소자 평가 결과를 나타낸 것이다: 전류밀도-전압(J-V) 그래프.
도 34는 본 발명의 실시예 6과 12로서 즉, 최대 효율을 나타낸 고분자 2종의 역 구조로 제작된 유기태양전지 소자 평가 결과를 나타낸 것이다: IPCE 그래프.
도 35는 본 발명의 유기태양전지 소자구조로서 역 구조(또는 전형적인 구조)의 모식도를 나타낸 것이다.FIG. 1 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene (BiT-COOBOCl-in) in Example 1 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism.
2 is a 1 H NMR picture of Compound 1-1 in Example 1 of the present invention.
3 is a 1 H NMR picture of Compound 1-2 in Example 1 of the present invention.
4 is a 1 H NMR picture of Compound 1-3 in Example 1 of the present invention.
5 is a 1 H NMR picture of compound 1-4 in Example 1 of the present invention.
6 is a 1 H NMR diagram of P(F-BiT)(COOBO) in Example 2 of the present invention.
7 is a 1 H NMR diagram of P(Cl-BiT)(COOBO) in Example 3 of the present invention.
8 is a 1 H NMR diagram of P(F-BiT)(COOBOCl-in) in Example 4 of the present invention.
9 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene (BiT-COORCl-out) in Example 5 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism.
10 is a 1 H NMR picture of compound 5-1 in Example 5 of the present invention.
11 is a 1 H NMR picture of compound 5-2 in Example 5 of the present invention.
12 is a 1 H NMR picture of Compound 5-3 in Example 5 of the present invention.
13 is a 1 H NMR picture of compound 5-4 in Example 5 of the present invention.
14 is a 1 H NMR picture of compound 5-5 in Example 5 of the present invention.
15 is a 1 H NMR picture of compound 5-6 in Example 5 of the present invention.
16 is a 1 H NMR picture of Compound 5-7 in Example 5 of the present invention.
17 is a 1 H NMR picture of compound 5-8 in Example 5 of the present invention.
18 is a 1 H NMR diagram of P(F-BiT)(COOBOCl-out) in Example 6 of the present invention.
19 is a 1 H NMR diagram of P(F-BiT)(COOC8Cl-out) in Example 7 of the present invention.
20 is a 1 H NMR diagram of P(Cl-BiT)(COOC8Cl-out) in Example 8 of the present invention.
21 is a 1 H NMR diagram of P(Cl-BiT)(COOC10Cl-out) in Example 9 of the present invention.
22 is a 1 H NMR diagram of P(Cl-BiT)(COOC12Cl-out) in Example 10 of the present invention.
23 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate cyanazole-thiophene (TzT-COOBO) in Example 11 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism.
24 is a 1 H NMR picture of Compound 11-1 in Example 11 of the present invention.
25 is a 1 H NMR picture of Compound 11-2 in Example 11 of the present invention.
26 is a 1 H NMR diagram of P(F-TzT)(COOCBO) in Example 12 of the present invention.
27 shows UV-Vis absorption spectra of the three polymers of Examples 2 to 4 of the present invention: chloroform solution and film state.
28 shows UV-Vis absorption spectra of five polymers of Examples 6 to 10 of the present invention: chloroform solution and film state.
Figure 29 shows the UV-Vis absorption spectrum of Example 12 of the present invention: chloroform solution and film state.
FIG. 30 shows a CV (Cyclic voltammetry) graph of the three polymers of Examples 2 to 4 of the present invention:
FIG. 31 shows a CV (Cyclic voltammetry) graph of five polymers of Examples 6 to 10 of the present invention:
Figure 32 shows a CV (Cyclic voltammetry) graph of Example 12 of the present invention:
33 shows the evaluation results of organic solar cell devices fabricated with inverse structures of two types of polymers showing maximum efficiency as Examples 6 and 12 of the present invention: current density-voltage (JV) graph.
FIG. 34 shows the evaluation results of organic solar cell devices fabricated with inverse structures of two polymers showing maximum efficiency as Examples 6 and 12 of the present invention: IPCE graph.
35 shows a schematic diagram of an inverted structure (or a typical structure) as an organic solar cell device structure of the present invention.
본 발명의 일 예에 따른 헤테로고리 화합물의 제조방법은 스테글리치 에스테르화(Steglich Esterification, DCC/DMAP) 반응을 통해 종래 기술에 비해 합성의 수를 낮춰 합성 복잡성을 개선하고 상대적으로 수율이 높으며 경제성이 우수하다.The method for preparing a heterocyclic compound according to an embodiment of the present invention improves the synthesis complexity by lowering the number of synthesis compared to the prior art through a Steglich esterification (DCC/DMAP) reaction, has a relatively high yield, and is economical. great.
또한, 본 발명에 따른 헤테로고리 화합물 기반 고분자는 높은 산화안정성, 높은 쌍극자 모멘트, 균형 잡힌 결정성과 혼화성, 적절한 분자량과 용해도 등을 장점으로 가지고 상대 전자 받개용 물질과 최적의 HOMO(High Ocuupied Molecular Orbital) level 오프셋 에너지를 가지도록 설계되었다. In addition, the heterocyclic compound-based polymer according to the present invention has advantages such as high oxidation stability, high dipole moment, balanced crystallinity and miscibility, appropriate molecular weight and solubility, and is used as a material for a relative electron acceptor and an optimal HOMO (High Ocuupied Molecular Orbital). ) It is designed to have level offset energy.
본 발명의 일 예에 따른 헤테로고리 화합물 기반 고분자는 고성능 전자주개용 고분자로서, 그의 구성은 평면성, 산화안정성 및 이동도가 우수한 수평 구조의 벤조디사이오펜 유도체를(BDT, benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene derivatives) D로 채용하고 카르복실레이트가 치환된 헤테로 고리를 A-B로 채용하여 전자적으로 push-pull이 가능한 D-A-B 형태를 기본 주쇄로 설계할 수 있다. 또한, 주쇄 고분자의 커버쳐(curvature) 및 전기화학적 특성 등을 고려하여 그 구조가 섬세하게 변형되었다. The heterocyclic compound-based polymer according to an embodiment of the present invention is a high-performance electron donor polymer, and its composition is a horizontal structure of benzodithiophene derivatives with excellent planarity, oxidation stability and mobility (BDT, benzo[1,2- b:4,5-b']dithiophene derivatives) A DAB form capable of electronically push-pull can be designed as a basic main chain by employing a hetero ring substituted with a carboxylate as D and substituted with a carboxylate. In addition, the structure was delicately modified in consideration of the curvature and electrochemical properties of the main chain polymer.
본 발명의 일 예에 따른 고분자 중에서 P(Cl-BiT)(COOBO/Cl-out)은 전자주개용으로서 그리고 전자 받개용 물질과 혼합 상으로서 박막의 배향을 보기 위해 two-dimensional grazing incidence wide-angle X-ray scattering (2D-GIWAXS)를 측정하였다. 또한, 상기 고분자를 포함하는 유기태양전지 소자를 제작하여 성능 평가를 하였다. 그 결과, P(Cl-BiT)(COOBO/Cl-out)는 최대 효율이 10.7%로 나타났다. Among the polymers according to an embodiment of the present invention, P(Cl-BiT)(COOBO/Cl-out) is a two-dimensional grazing incidence wide-angle for viewing the orientation of the thin film as an electron donor and a mixed phase with an electron acceptor material. X-ray scattering (2D-GIWAXS) was measured. In addition, an organic solar cell device containing the polymer was fabricated to evaluate its performance. As a result, the maximum efficiency of P(Cl-BiT)(COOBO/Cl-out) was 10.7%.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다."Including" a certain element throughout the specification means that other elements may be further included rather than excluding other elements unless specifically stated to the contrary.
본 명세서의 구조식에서, 원자 및/또는 기(group)를 결합하는 기호 "-"는 단일 결합, 기호 "="는 이중 결합을 의미할 수 있다. 상기 기호는 생략될 수 있으며, 결합 원자 또는 결합 위치를 특정하는 경우 등 필요한 경우 표시될 수도 있다. In the structural formulas of the present specification, the symbol "-" for bonding an atom and/or a group may mean a single bond, and the symbol “=” may mean a double bond. The above symbol may be omitted, and may be indicated if necessary, such as when specifying a bonding atom or a bonding position.
본 명세서에서 "치환되거나 비치환된"은 다른 기재가 없는 한 하나 또는 복수의 수소 원자가 다른 원자 또는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. 상기 치환기 J일 수 있고, 상기 J는 할로겐(클로로(Cl), 아이오딘화(I), 브로모(Br), 플루오로(F)), 씨아노, C1~16 알킬, C2~16 알케닐, C2~16 알키닐, 아릴, 아랄킬, N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬, N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐, N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴, 하이드록실, C1~16 알콕시, 아미노, 니트로(nitro), 티올(thiol), 티오닐, 티오에테르, 이민(imine), 시아노, 포스포나토(phosphonato), 포스핀(phosphine), 카르복시, 카르밤오일(carbamoyl), 카르밤산, 아세탈, 요소, 티오카르보닐, 설폰일, 설폰아마이드(sulfonamide), 설포네이트(sulfonate), 실릴(silyl), 케톤, 알데하이드, 에스테르, 아세틸, 이세톡시, 아마이드, 할로알킬(예를 들어, 트리플루오로메틸), 아미노아실, 아미노알킬, 알킬술폭시, 아민(일급, 이급, 또는 삼급), 아릴옥시 및 아릴술폭시 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 다시 이들 치환기 군 중에서 선택된 치환기로 치환되거나 비치환될 수 있다.In the present specification, "substituted or unsubstituted" may mean that one or more hydrogen atoms are substituted or not substituted with other atoms or substituents unless otherwise stated. It may be the substituent group J, wherein J is a halogen (chloro (Cl), iodine Chemistry (I), bromo (Br), fluoro (F)), of Seattle furnace, C 1 ~ 16 alkyl, C 2 ~ 16 alkenyl group, C 2 ~ 16 alkynyl, aryl, aralkyl, N, P, O, S, Se, and heterocyclic alkyl containing at least one heteroatom selected from Te, N, P, O, S, Se And heterocyclic alkenyl containing at least one hetero atom selected from Te, heteroaryl containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te, hydroxyl, C 1-16 alkoxy , Amino, nitro, thiol, thionyl, thioether, imine, cyano, phosphonato, phosphine, carboxy, carbamoyl, car Bamic acid, acetal, urea, thiocarbonyl, sulfonyl, sulfonamide, sulfonate, silyl, ketone, aldehyde, ester, acetyl, isetoxy, amide, haloalkyl (e.g., Trifluoromethyl), aminoacyl, aminoalkyl, alkylsulfoxy, amine (primary, secondary, or tertiary), aryloxy, and may be one or more selected from the group consisting of arylsulfoxy, but is not limited thereto. In addition, each of the above-exemplified substituents may be again substituted or unsubstituted with a substituent selected from these substituent groups.
본 명세서에서, "할로겐"은, F, Cl, Br 또는 I일 수 있다.In the present specification, "halogen" may be F, Cl, Br or I.
본 명세서에서, "알킬"은, 다른 기재가 없는 한, 직쇄 또는 분지쇄의 비고리형; 고리형; 또는 이들이 결합된 포화 탄화수소를 의미할 수 있다. 또한, "C1-8 알킬"은 탄소 원자를 1 내지 8개 포함하는 알킬을 의미할 수 있다. 비고리형 알킬은, 일 예로서, 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, 아이소프로필, 2급(sec)-부틸, 아이소부틸, 3급(tert)-부틸, 아이소펜틸, 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 4-메틸펜틸, 2,3-다이메틸부틸 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 고리형 알킬은 비융합형 알킬 및 융합형 알킬을 포함할 수 있다. 상기 비융합형 알킬은, 일 예로서, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 또는 사이클로옥틸 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 융합형 알킬은, 일 예로서, 데카하이드로나프탈렌일, 테트라데카하이드로안트라센일 또는 도데카하이드로-1H-플루오렌일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 비고리형과 고리형 알킬이 결합된 알킬은, 예를 들어, 메틸사이클로프로필, 사이클로프로필메틸, 에틸사이클로프로필, 사이클로프로필에틸, 메틸사이클로부틸, 사이클로부틸메틸, 에틸사이클로펜틸, 또는 사이클로펜틸메틸 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present specification, "alkyl", unless otherwise stated, a linear or branched acyclic type; Cyclic; Or it may mean a saturated hydrocarbon to which they are bonded. In addition, "C 1-8 alkyl" may mean an alkyl containing 1 to 8 carbon atoms. Acyclic alkyl is, for example, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, isopropyl, sec (sec)-butyl, isobutyl , Tert-butyl, isopentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 2,3-dimethylbutyl, and the like, but are not limited thereto. Cyclic alkyls can include non-fused alkyl and fused alkyl. The non-fused alkyl may include, for example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, or cyclooctyl, but is not limited thereto. In addition, the fused alkyl may include, for example, decahydronaphthalenyl, tetradecahydroanthracenyl or dodecahydro-1H-fluorenyl, but is not limited thereto. Alkyl in which acyclic and cyclic alkyl is bonded is, for example, methylcyclopropyl, cyclopropylmethyl, ethylcyclopropyl, cyclopropylethyl, methylcyclobutyl, cyclobutylmethyl, ethylcyclopentyl, or cyclopentylmethyl. It may include, but is not limited thereto.
본 명세서에서, "알케닐"은 다른 기재가 없는 한 1개 이상의 이중 결합을 갖는 직쇄, 분지쇄의 비고리형; 고리형; 또는 이들이 결합된 불포화 탄화수소를 의미할 수 있다. 또한, "C2-8 알케닐"은 탄소 원자를 2 내지 8개 포함하는 알케닐을 의미할 수 있다. 비고리형 알케닐은, 일 예로서, 에테닐, 1-프로페닐, 프로프-2-엔-1-일[-(CH2-CH=CH2)], 2-부테닐, 아이소프로페닐, 3-부테닐, 4-펜테닐, 5-헥세닐 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 고리형 알케닐은 아릴을 제외한 비융합형 알케닐 및 융합형 알케닐을 포함할 수 있다. 상기 비융합형 알케닐은, 일 예로서, 사이클로펜테닐, 사이클로헥세닐, 사이클로헥사-1,3-디엔일, 사이클로헥사-1,4-디엔일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 융합형 알케닐은, 일 예로서, 1,2,3,4,5,8-헥사하이드로나프탈렌일, 2,3,3a, 4,5,7a-헥사하이드로-1H-인덴일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비고리형과 고리형 알케닐이 결합된 알케닐은, 예를 들어, 2-비닐-1,2,3,4,5,8-헥사하이드로나프탈렌일, (E)-5-(프로프-1-에닐)-2,3,3a, 4,5,7a-헥사하이드로-1H-인덴일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, “alkenyl” refers to a linear, branched, acyclic type having one or more double bonds unless otherwise stated; Cyclic; Or it may mean an unsaturated hydrocarbon to which they are bonded. In addition, "C 2-8 alkenyl" may mean alkenyl containing 2 to 8 carbon atoms. Non-cyclic alkenyl, as an example, ethenyl, 1-propenyl, prop-2-en-1-yl[-(CH 2 -CH=CH 2 )], 2-butenyl, isopropenyl, 3-butenyl, 4-pentenyl, 5-hexenyl, and the like may be included, but are not limited thereto. Cyclic alkenyl may include non-fused alkenyl and fused alkenyl excluding aryl. The non-fused alkenyl may include, for example, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cyclohexa-1,3-dienyl, cyclohexa-1,4-dienyl, etc., but is limited thereto. no. The fused alkenyl includes, as an example, 1,2,3,4,5,8-hexahydronaphthalenyl, 2,3,3a, 4,5,7a-hexahydro-1H-indenyl, etc. It can be, but is not limited thereto. Alkenyl to which acyclic and cyclic alkenyl are bonded is, for example, 2-vinyl-1,2,3,4,5,8-hexahydronaphthalenyl, (E)-5-(prop-1 -Enyl)-2,3,3a, 4,5,7a-hexahydro-1H-indenyl, and the like, but are not limited thereto.
본 명세서에서, "알키닐"은 다른 기재가 없는 한 1개 이상의 삼중 결합을 갖는 직쇄, 분지쇄의 비고리형; 고리형; 또는 이들이 결합된 불포화 탄화수소를 의미할 수 있다. 또한, "C2-8 알키닐"은 탄소 원자를 2 내지 8개 포함하는 알키닐을 의미할 수 있다. 상기 알키닐은 에티닐, 프로피닐, 히드록시프로피닐, 부틴-1-일, 부틴-2-일, 펜틴-1-일, 3-메틸부틴-1-일, 헥신-2-일(hexyn-2-yl), 사이클로펜테닐, 사이클로헥세닐 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present specification, “alkynyl” refers to a linear, branched, acyclic type having one or more triple bonds unless otherwise stated; Cyclic; Or it may mean an unsaturated hydrocarbon to which they are bonded. In addition, "C 2-8 alkynyl" may mean an alkynyl containing 2 to 8 carbon atoms. The alkynyl is ethynyl, propynyl, hydroxypropynyl, butyn-1-yl, butyn-2-yl, pentin-1-yl, 3-methylbutyn-1-yl, hexyn-2-yl (hexyn- 2-yl), cyclopentenyl, cyclohexenyl, and the like may be included, but are not limited thereto.
본 명세서에서, "아릴"은 방향족 탄화수소 고리로부터 하나의 수소가 제거된 방향족 고리를 의미할 수 있고, 단일고리 또는 다중고리일 수 있다. "3 내지 16 원자의 아릴"은 고리를 형성하는 원자를 3 내지 16개 포함하는 아릴을 의미할 수 있으며, 일 예로서, 페닐, 나프틸, 톨릴, 크실린, 안트라센일 페난트릴, 바이페닐, 터페닐 또는 플루오렌일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "aryl" may mean an aromatic ring in which one hydrogen has been removed from an aromatic hydrocarbon ring, and may be a single ring or multiple rings. "Aryl of 3 to 16 atoms" may mean an aryl including 3 to 16 atoms forming a ring, as an example, phenyl, naphthyl, tolyl, xylline, anthracenyl phenanthryl, biphenyl, Terphenyl or fluorenyl may be included, but the present invention is not limited thereto.
본 명세서에서, "아랄킬(아르알킬)"은 -(알킬-아릴)을 의미할 수 있으며, 여기서, 알킬 및 아릴은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "3 내지 8 원자의 아랄킬"은 탄소 원자를 3 내지 8개 포함하는 아랄킬을 의미할 수 있다. In the present specification, "aralkyl (aralkyl)" may mean -(alkyl-aryl), where alkyl and aryl are as defined above. In addition, "aralkyl of 3 to 8 atoms" may mean aralkyl containing 3 to 8 carbon atoms.
본 명세서에서, "탄소고리 화합물에서 유도된 기"는 상기 고리형 알킬 또는 비고리형과 고리형 알킬이 결합된 알킬; 고리형 알케닐 또는 비고리형과 고리형 알케닐이 결합된 알케닐; 고리형 알키닐 또는 비고리형과 고리형 알키닐이 결합된 알키닐; 아릴; 및 아랄킬을 모두 포함할 수 있다.In the present specification, "a group derived from a carbon ring compound" refers to the cyclic alkyl or alkyl in which acyclic and cyclic alkyl are bonded; Cyclic alkenyl or alkenyl in which acyclic and cyclic alkenyl are bonded; Cyclic alkynyl or alkynyl in which acyclic and cyclic alkynyl are bonded; Aryl; And aralkyl.
본 명세서에서, "헤테로(hetero) 원자"는 유기 화합물에서 수소 및 탄소 이외의 원자를 가리키는 것으로서, N, P, O, S, Se 및 Te을 포함할 수 있다.In the present specification, "hetero atom" refers to an atom other than hydrogen and carbon in an organic compound, and may include N, P, O, S, Se, and Te.
본 명세서에서, "헤테로고리형 알킬"은 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 고리형 알킬을 의미할 수 있으며, 여기서 고리형 알킬은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "3 내지 16 원자의 헤테로고리형 알킬"은 고리를 형성하는 원자를 3 내지 16개 포함하는 헤테로고리형 알킬을 의미할 수 있다. 헤테로고리형 알킬은, 일 예로서, 피롤리딘일, 피페리딘일, 이미다졸리딘일, 피라졸리딘일, 부티로락탐일, 발레로락탐일, 이미다졸리딘온일, 하이단토인일, 다이옥솔란일, 1,4-다이옥산일, 모폴린일, 티오모폴린일, 티오모폴린-S-옥사이드일, 피페라진일, 티오모폴린-S,S-옥사이드일, 퀴누클리딘일, 트로판일, 2-아자스피로[3.3]헵탄일 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "heterocyclic alkyl" may mean a cyclic alkyl comprising at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te, wherein cyclic alkyl is defined above. As shown. In addition, "a 3 to 16 membered heterocyclic alkyl" may mean a heterocyclic alkyl including 3 to 16 atoms forming a ring. Heterocyclic alkyl is, for example, pyrrolidinyl, piperidinyl, imidazolidinyl, pyrazolidinyl, butyrolactamyl, valerolactamyl, imidazolidinoneyl, hydantoinyl, dioxolane Yl, 1,4-dioxanyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, thiomorpholine-S-oxideyl, piperazinyl, thiomorpholine-S,S-oxideyl, quinuclidinyl, tropanyl, 2 -Azaspiro[3.3]heptanyl may be included, but is not limited thereto.
본 명세서에서, "헤테로고리형 알케닐"은 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 고리형 알케닐(헤테로아릴을 포함하지 않음)을 의미할 수 있으며, 여기서 고리형 알케닐은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "3 내지 16 원자의 헤테로고리형 알케닐"은 고리를 형성하는 원자를 3 내지 16개 포함하는 헤테로고리형 알케닐을 의미할 수 있다. 헤테로고리형 알케닐은, 일 예로서, 피리미딘-2,4(1H,3H)-다이온일, 피란일, 피리돈일, 3-피롤린일, 티오피란일, 피론일, 테트라하이드로퓨란일, 테트라하이드로티오펜일을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "heterocyclic alkenyl" may mean a cyclic alkenyl (not including heteroaryl) including one or more heteroatoms selected from N, P, O, S, Se and Te, and , Wherein cyclic alkenyl is as defined above. In addition, "3 to 16-membered heterocyclic alkenyl" may mean a heterocyclic alkenyl including 3 to 16 atoms forming a ring. Heterocyclic alkenyl is, for example, pyrimidine-2,4(1H,3H)-dioneyl, pyranyl, pyridonyl, 3-pyrrolinyl, thiopyranyl, pyronyl, tetrahydrofuranyl, It may include tetrahydrothiophenyl, but is not limited thereto.
본 명세서에서, "헤테로아릴"은 고리를 형성하는 원자로 N, O, S, Se 및 Te로부터 1개 이상의 헤테로 원자 함유하는 방향족 고리를 의미할 수 있고, 단일고리 또는 다중고리일 수 있다. 또한, "3 내지 16 원자의 헤테로아릴"은 고리를 형성하는 원자를 3 내지 16개 포함하는 헤테로아릴을 의미할 수 있으며, 일 예로서, 티에닐기, 티오펜일, 퓨릴, 피롤릴, 피라졸릴, 이미다졸릴, 티아졸릴, 옥사졸릴, 아이소티아졸릴, 옥사다이아졸릴, 트리아졸릴, 피리디닐, 비피리딜, 피리미딜, 트리아지닐, 트리아졸릴, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐, 퀴놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 페녹사질리닐, 프탈라지닐, 피리미디닐, 피리도 피리미디닐, 피리도 피라지닐, 피라지노 피라지닐, 아이소퀴놀리닐, 인돌일, 카르바졸일, 이미다조피리다지닐, 프탈이미드일, 이미다조피리디닐, 이미다조피리미디닐, 피라졸로피리미디닐, 이미다조피라지닐, 피라졸로피리디닐, N-아릴카바졸, N-헤테로아릴카바졸, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸일, 벤조이미다졸일, 벤조티아졸일, 벤조카바졸일, 벤조티오펜일, 다이벤조티오페닐일, 티에노티오펜일, 벤조퓨라닐, 페난트롤리닐, 아이소옥사졸릴, 옥사다이아졸릴, 티아다이아졸릴, 벤조티아졸릴, 테트라졸릴, 페노티아지닐, 다이벤조실롤 또는 다이벤조퓨라닐 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "heteroaryl" may mean an aromatic ring containing at least one hetero atom from N, O, S, Se and Te as an atom forming the ring, and may be a single ring or a multi-ring. In addition, "heteroaryl of 3 to 16 atoms" may mean a heteroaryl including 3 to 16 atoms forming a ring, as an example, thienyl group, thiophenyl, furyl, pyrrolyl, pyrazolyl , Imidazolyl, thiazolyl, oxazolyl, isothiazolyl, oxadiazolyl, triazolyl, pyridinyl, bipyridyl, pyrimidyl, triazinyl, triazolyl, acridyl group, pyridazinyl group, pyrazinyl, Quinolinyl, quinazolinyl, quinoxalinyl, phenoxazolinyl, phthalazinyl, pyrimidinyl, pyrido pyrimidinyl, pyrido pyrazinyl, pyrazino pyrazinyl, isoquinolinyl, indole, car Bazolyl, imidazopyridazinyl, phthalimideyl, imidazopyridinyl, imidazopyrimidinyl, pyrazolopyrimidinyl, imidazopyrazinyl, pyrazolopyridinyl, N-arylcarbazole, N- Heteroarylcarbazole, N-alkylcarbazole group, benzooxazolyl, benzoimidazolyl, benzothiazolyl, benzocarbazolyl, benzothiophenyl, dibenzothiophenylyl, thienothiophenyl, benzofuranyl, phenanthroli Neil, isoxazolyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, benzothiazolyl, tetrazolyl, phenothiazinyl, dibenzosilol, dibenzofuranyl, and the like may be included, but are not limited thereto.
본 명세서에서, "헤테로고리 화합물에서 유도된 기"는 상기 헤테로고리형 알킬; 헤테로고리형 알케닐; 및 헤테로아릴을 모두 포함할 수 있다. In the present specification, "a group derived from a heterocyclic compound" refers to the heterocyclic alkyl; Heterocyclic alkenyl; And heteroaryl.
본 명세서에서, "알콕시"는 알킬 에테르기로 -(O-알킬)을 의미할 수 있고, 여기서 알킬은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "C1-8 알콕시"는 C1-8 알킬을 함유하는 알콕시, 즉, -(O-C1-8알킬)을 의미할 수 있으며, 일 예로서, C1-8 알콕시는 메톡시(methoxy), 에톡시(ethoxy), n-프로폭시(n-propoxy), 아이소프로폭시(isopropoxy), n-부톡시(n-butoxy), 아이소-부톡시(iso-butoxy), sec-부톡시(secbutoxy), tert-부톡시(tert-butoxy), n-펜톡시(n-pentoxy) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present specification, "alkoxy" may mean -(O-alkyl) as an alkyl ether group, where alkyl is as defined above. In addition, "C 1-8 alkoxy" may mean alkoxy containing C 1-8 alkyl, that is, -(OC 1-8 alkyl), and as an example, C 1-8 alkoxy is methoxy ), ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, n-butoxy, iso-butoxy, sec-butoxy ( secbutoxy), tert-butoxy, n-pentoxy, and the like, but are not limited thereto.
본 명세서에서, "알킬아미노"는 -(NR′R″)을 의미할 수 있으며, 여기서 R′ 및 R″은 각각 독립적으로 수소, 및 C1-8 알킬 이루어진 군 중에서 선택될 수 있으며, 상기 선택된 R′및 R″은 각각 독립적으로 치환되거나 비치환될 수 있다. 또한, "C1-8 알킬아미노"는 C1-8 알킬을 함유하는 아미노, 즉, -N-H(C1-8알킬) 또는 -N-(C1-8알킬)2을 의미할 수 있으며, 다이메틸아미노, 다이에틸아미노, 메틸에틸아미노, 메틸프로필아미노, 또는 에틸프로필아미노를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "alkylamino" may mean -(NR′R″), where R′ and R″ may each independently be selected from the group consisting of hydrogen, and C 1-8 alkyl, and the selected R′ and R″ may each independently be substituted or unsubstituted. In addition, "C 1-8 alkylamino" may mean amino containing C 1-8 alkyl, that is, -NH(C 1-8 alkyl) or -N-(C 1-8 alkyl) 2 , Dimethylamino, diethylamino, methylethylamino, methylpropylamino, or ethylpropylamino may be included, but is not limited thereto.
본 명세서에서, "하이드록시"는 -OH를 의미할 수 있다.In the present specification, "hydroxy" may mean -OH.
본 명세서에서, "카보닐"은 -(C=(O))-을 의미할 수 있고, 고리형 알킬, 아릴, 헤테로사이클로알킬이 카보닐로 치환된 경우, 수소 원자가 (=O)로 치환되는 경우를 의미할 수 있다. In the present specification, "carbonyl" may mean -(C=(O))-, and when a cyclic alkyl, aryl, or heterocycloalkyl is substituted with carbonyl, a hydrogen atom is substituted with (=O) It can mean the case.
본 명세서에서, "알킬카보닐"은 -(C(=O)-알킬)을 의미할 수 있으며, 여기서 알킬은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "C1-8 알킬카보닐"은 C1-8 알킬을 함유하는 카보닐, 즉, -(C(=O)-C1-8알킬)을 의미할 수 있으며, 일 예로서, 메틸카르보닐(아세틸, -(C=(O)-CH3)), 에틸카르보닐, n-프로필카르보닐, 아이소-프로필카르보닐, n-부틸카르보닐, sec-부틸카르보닐, 아이소부틸카르보닐, tert-부틸카르보닐, n-옥틸카르보닐, 사이클로프로필카르보닐, 사이클로부틸카르보닐, 사이클로펜틸카르보닐, 또는 사이클로헥실카르보닐 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present specification, "alkylcarbonyl" may mean -(C(=O)-alkyl), where alkyl is as defined above. In addition, "C 1-8 alkylcarbonyl" may mean a carbonyl containing C 1-8 alkyl, that is, -(C(=O)-C 1-8 alkyl), as an example, methyl Carbonyl (acetyl, -(C=(O)-CH 3 )), ethylcarbonyl, n-propylcarbonyl, iso-propylcarbonyl, n-butylcarbonyl, sec-butylcarbonyl, isobutylcarbonyl , tert-butylcarbonyl, n-octylcarbonyl, cyclopropylcarbonyl, cyclobutylcarbonyl, cyclopentylcarbonyl, cyclohexylcarbonyl, and the like, but are not limited thereto.
본 명세서에서, "알케닐카보닐"은 -(C(=O)-알케닐)을 의미할 수 있으며, 여기서 알케닐은 상기에서 정의된 바와 같다. 또한, "C2-8 알케닐카보닐"은 C2-8 알케닐을 함유하는 카보닐, 즉, -(C(=O)- C2-8알케닐)을 의미할 수 있다. In the present specification, "alkenylcarbonyl" may mean -(C(=O)-alkenyl), where alkenyl is as defined above. In addition, "C 2-8 alkenylcarbonyl" may mean a carbonyl containing C 2-8 alkenyl, that is, -(C(=O)- C 2-8 alkenyl).
본 명세서에서, "시아노"는 -(CN)을 의미할 수 있다.In the present specification, "cyano" may mean -(CN).
본 명세서에서, "아민"은 암모니아의 유도체로서, 특별한 기재가 없는 한 수소 원자가 들어갈 자리에 알킬, 아릴, 아랄킬 또는 헤테로아릴 등과 같은 치환기로 대체된 형태를 의미할 수 있고, 상기 암모니아에서 하나의 수소가 치환기로 대체된 경우를 1차 아민, 두 개의 수소가 치환기로 대체된 경우를 2차 아민, 세 개의 수소가 치환기로 대체된 경우를 3차 아민이라고 한다. 일 예로서, 메틸아민, 디메틸아민, 아닐린(aniline), 3-나이트로아닐린 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, "amine" is a derivative of ammonia, and unless otherwise specified, it may mean a form in which a hydrogen atom is substituted with a substituent such as alkyl, aryl, aralkyl, or heteroaryl. In the ammonia, one When hydrogen is replaced by a substituent, it is called a primary amine, when two hydrogens are replaced by a substituent, it is called a secondary amine, and when three hydrogens are replaced by a substituent, it is called a tertiary amine. As an example, methylamine, dimethylamine, aniline, 3-nitroaniline, and the like may be included, but the present invention is not limited thereto.
본 명세서에서 사용된 용어인 융합(fuse)은 2개 이상의 단환 고리 화합물을 통해 다환 고리 화합물을 형성하는 것을 의미하며, 상기 2개 이상의 단환 고리 화합물을 융합한 다환 고리 화합물은 융합된 화합물(fused compounds)라고 할 수 있다.The term fuse as used herein refers to forming a polycyclic compound through two or more monocyclic compounds, and a polycyclic compound in which the two or more monocyclic compounds are fused is a fused compound. ) Can be said.
헤테로고리 화합물의 제조방법Method for preparing heterocyclic compound
본 발명은 헤테로고리 화합물의 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a method for preparing a heterocyclic compound.
상기 헤테로고리 화합물의 제조방법은 a) 하기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 합성하는 단계; 및 b) 상기 a) 단계에서 합성된 화학식 1a로 나타내는 화합물을 하기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 하기 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for preparing the heterocyclic compound includes: a) synthesizing a compound represented by the following formula 1a; And b) reacting the compound represented by Formula 1a synthesized in step a) with the compound represented by Formula 1b to synthesize a compound represented by
[화학식 1a][Formula 1a]
[화학식 1b][Formula 1b]
[화학식 1][Formula 1]
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나일 수 있다.Each Q may be independently selected from O, S, Se, and Te.
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N중에 선택된 하나 일 수 있다.Each Z may be independently selected from CR 3 and N.
X는 각각 독립적으로 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트기 중에 선택된 하나일 수 있다. 상기 할로알킬이 치환된 설포네이트기는 트리플루오로알칸설포네이트, 트리클로로알칸설포네이트 등을 포함하며 이에 제한되지 않는다. 상기 트리플루오로알칼설포네이트는, 일 예로, OTf(trifluoromethanesulfonate) 등이 있다. Each of X may independently be one selected from halogen and haloalkyl-substituted sulfonate groups. The haloalkyl-substituted sulfonate groups include, but are not limited to, trifluoroalkanesulfonate, trichloroalkanesulfonate, and the like. The trifluoroalkalsulfonate is, for example, trifluoromethanesulfonate (OTf).
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
R1은 높은 산화 안정성, 높은 쌍극자 모멘트, 균형 잡힌 결정성과 혼화성을 을 가지는 고분자를 수득하기 위해, 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; 및 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상이 선택되는 것이 바람직하다. 또한, R1은 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; 및 C2~16 알키닐기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상이 선택되는 것이 더 바람직하다. 또한, R1은 각각 독립적으로 C1~16 알킬기로 선택되는 것이 더 바람직하며, C1~16 알킬기 중 직쇄 또는 분지쇄의 C1~16 비고리형 알칼기인 것이 가장 바람직하다.R 1 is each independently a halogen group to obtain a polymer having high oxidation stability, high dipole moment, balanced crystallinity and miscibility; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; And a heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; it is preferable that at least one is selected from the group consisting of. In addition, R 1 is each independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; And C 2 to 16 alkynyl group; it is more preferable that at least one is selected from the group consisting of. In addition, R 1 are each independently C is more preferably selected from 1 to 16 alkyl group and, C 1 to 16 and most preferably a straight chain or branched C 1-16 acyclic alkaline group of the chain of the alkyl group.
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.R 2 and R 3 are each independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
R2는 헤테로고리 화합물의 제조방법에 따라 진행되는 합성의 원활성을 고려하면, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; 및 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 또한, R2는 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; 및 C2~16 알키닐기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되는 것이 더 바람직하며, R2는 수소; 또는 C1~16 알킬기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되는 것이 가장 바람직하다.R 2 is each independently hydrogen, considering the smoothness of the synthesis proceeding according to the method for preparing the heterocyclic compound; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; And a heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; it is preferable that at least one is selected from the group consisting of. In addition, R 2 is hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; And C 2 to 16 alkynyl group; more preferably one or more selected from the group consisting of, R 2 is hydrogen; Or C 1 ~ 16 alkyl group; most preferably one or more selected from the group consisting of.
R3는 상기 화학식 1로 나타내는 화합물이 우수한 전자받개로 활용되는 것을 고려하면, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; 및 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 또한, R3는 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; 및 C2~16 알키닐기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되는 것이 더 바람직하며, 특히 R3는 할로겐기로 선택되는 것이 가장 바람직하다.R 3 is each independently hydrogen, considering that the compound represented by
a) 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 합성하는 단계a) synthesizing the compound represented by Formula 1a
상기 화학식 1a로 나타내는 화합물은 카르복실레이트가 치환된 헤테로고리 화합물이다. 예를 들어, 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물은 R1 및 R2로 치환 또는 비치환된 5-브로모사이오펜-3-카르복실레이트, R1 및 R2로 치환 또는 비치환된 2-브로모사이아졸-4-카르복실레이트 또는 R1 및 R2로 치환 또는 비치환된 5-브로모-4-사이오펜-3-카르복실레이트일 수 있다.The compound represented by Formula 1a is a heterocyclic compound substituted with a carboxylate. For example, a compound represented by the formula 1a, R 1 and R 2 as a substituted or unsubstituted 5-bromo-thiophene-3-carboxylate mosayi, R 2- bromo mosayi substituted or unsubstituted by 1 and R 2 azole It may be -4-carboxylate or 5-bromo-4-thiophene-3-carboxylate unsubstituted or substituted with R 1 and R 2 .
상기 화학식 1a로 나타내는 화합물은 하기 화학식 1a-1 내지 1a-6으로 나타내는 화합물 중 하나일 수 있다.The compound represented by Formula 1a may be one of the compounds represented by Formulas 1a-1 to 1a-6 below.
상기 화학식 1a-1 내지 1a-6에서, R1은 전술한 내용과 동일하다.In Formulas 1a-1 to 1a-6, R 1 is the same as described above.
또한, R은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, each R is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
화학식 1a로 나타내는 화합물을 합성하는 본 단계는, ⅰ) 하기 화학식 1a-ⅰ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트 중 하나 이상과 반응시켜 하기 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 수득하는 단계 및 ⅱ) 상기 수득한 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 하기 화학식 1a'로 나타나는 화합물과 반응시켜 상기 화학식 1a으로 나타내는 화합물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.In this step of synthesizing a compound represented by Formula 1a, i) a compound represented by Formula 1a-ii is obtained by reacting a compound represented by Formula 1a-i below with at least one of a sulfonate substituted with halogen and haloalkyl in a solvent. And ii) reacting the obtained compound represented by Formula 1a-ii with the compound represented by Formula 1a' in a solvent to obtain a compound represented by Formula 1a.
[화학식 1a-ⅰ][Formula 1a-i]
[화학식 1a-ⅱ][Formula 1a-ii]
[화학식 1a'][Formula 1a']
상기 화학식 1a-ⅰ 및 화학식 1a-ⅱ에서,In Formulas 1a-i and 1a-ii,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나일 수 있다.Each Q may be independently selected from O, S, Se, and Te.
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N중에 선택된 하나 일 수 있다.Each Z may be independently selected from CR3 and N.
X는 각각 독립적으로 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트기 중에 선택된 하나일 수 있다.Each of X may independently be one selected from halogen and haloalkyl-substituted sulfonate groups.
상기 화학식 1a-ⅰ, 화학식 1a-ⅱ 및 화학식 1a'에서,In Formula 1a-i, Formula 1a-ii, and Formula 1a',
R1은 전술한 내용과 동일하다. 또한, R2 및 R3도 전술한 내용과 동일하다.R 1 is the same as described above. In addition, R 2 and R 3 are also the same as described above.
ⅰ) 상기 화학식 1a-ⅰ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트 중 하나 이상과 반응시켜 하기 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 수득하는 단계에서는, 극성 비양자성(polar aprotic) 용매, 비극성(nonpolar) 용매 및 이들의 혼합용매(예를 들면, 톨루엔과 디메틸포름아마이드를 1:10 vol%로 혼합한 혼합용매) 중에서 선택된 하나 이상을 용매로 사용할 수 있다. 상기 극성 비양자성 용매는, 일 예로, 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 아세톤(acetone) 또는 아세토니트릴(acetonitrile) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비극성 용매는, 일 예로, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride, DCM), 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 헥산(hexane), 디에틸에테르(diethyl ether) 또는 1,4-디옥세인(1,4-dioxane) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.I) In the step of reacting the compound represented by Formulas 1a-i with at least one of halogen and haloalkyl-substituted sulfonates in a solvent to obtain a compound represented by Formulas 1a-ii below, polar aprotic One or more selected from a solvent, a nonpolar solvent, and a mixed solvent thereof (eg, a mixed solvent of 1:10 vol% of toluene and dimethylformamide) may be used as the solvent. The polar aprotic solvent is, for example, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetone, acetonitrile, and the like, and the like, but is not particularly limited thereto. The non-polar solvent is, for example, methylene chloride (DCM), chloroform, toluene, benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, Hexane, diethyl ether, or 1,4-dioxane, and the like, but are not particularly limited thereto.
또한, 용해도를 향상시키고 원활한 반응을 위해 산성 물질을 더 첨가할 수 있다. 상기 산성 물질은 유기산(organic acid) 및 무기산(inorganic acid)을 포함하고 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 유기산은 카르복실산(carboxylic acid), 설포닉산(sulfonic acid), 페놀(phenol) 기를 포함하는 산, 사이올(thiol) 기를 포함하는 산, 엔올(enol) 기를 포함하는 산 등일 수 있으며 상기 무기산은 염산, 황산, 질산, 인산 등일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 화학식 1a-ⅰ로 나타내는 화합물과의 용해도를 고려하면 메틸렌 클로라이드 또는 아세틱 엑시드(acetic acid)를 사용하는 것이 바람직하다. In addition, it is possible to add more acidic substances to improve the solubility and smooth reaction. The acidic substance includes an organic acid and an inorganic acid, and the type is not particularly limited. The organic acid may be a carboxylic acid, a sulfonic acid, an acid containing a phenol group, an acid containing a thiol group, an acid containing an enol group, and the like, and the inorganic acid Silver may be hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and the like. However, it is not limited thereto. Considering the solubility of the compound represented by Formula 1a-i, it is preferable to use methylene chloride or acetic acid.
또한, 원활한 반응을 위해 산화제(oxidizing agent)를 더 첨가할 수 있다. 상기 산화제는, 일 예로, Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O 또는 아세트산 납(ⅵ) 등이 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.In addition, an oxidizing agent may be further added for smooth reaction. Examples of the oxidizing agent include Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, or lead acetate (vi), and the type is not particularly limited.
또한, 반응 종결제를 사용하여 반응을 종결시킨 후 정제하는 단계를 더 포함하여 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 수득할 수 있다.In addition, it is possible to obtain a compound represented by Formula 1a-ii by further comprising the step of purifying after terminating the reaction using a reaction terminator.
ⅱ) 상기 수득한 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 하기 화학식 1a'로 나타나는 화합물과 반응시켜 상기 화학식 1a으로 나타내는 화합물을 수득하는 단계는 상기 ⅰ) 단계와 마찬가지로 용매와 산성 물질을 사용할 수 있다. 화학식 1a-ⅱ 나타내는 화합물과의 용해도를 고려하면 메틸렌 클로라이드 또는 아세틱 엑시드(acetic acid)를 사용하는 것이 바람직하다. Ii) In the step of obtaining the compound represented by Formula 1a by reacting the obtained compound represented by Formula 1a-ii with the compound represented by Formula 1a' in a solvent, a solvent and an acidic substance may be used as in step i). have. Considering the solubility with the compounds represented by Formulas 1a-ii, it is preferable to use methylene chloride or acetic acid.
또한, 본 단계에 상기 ⅰ) 및 ⅱ) 단계는 촉매를 사용하여 반응시킬 수 있다. 상기 사용되는 촉매는 친핵성 촉매(nucleophilic catalyst) 및 착화합물 촉매로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 친핵성 촉매는 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, DMAP)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 착화합물 촉매는 팔라듐 아세테이트(Pd(OAc)2), 팔라듐 트리플르우로아세테이트(Pd(TFA)2), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 비스(디벤질아이덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3) 및 아세트산 구리(Cu(OAc)2)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 단계는 상기 촉매 활성을 향상시키기 위해서 조촉매가 더 첨가될 수 있다. 상기 조촉매는 Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O, P(o-tolyl)3(tris(o-tolyl)phosphine), PPh3(triphenylphosphine) 및 Pcy3HBF4(tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) 중 하나 이상을 선택할 수 있으며, 특별히 이에 제한되지 않는다. 상기 화학식 1a으로 나타내는 화합물을 보다 빠르게 수득하기 위해서는 친핵성 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, steps ii) and ii) in this step may be reacted using a catalyst. The catalyst to be used may be used by selecting one or more from the group consisting of a nucleophilic catalyst and a complex compound catalyst. The nucleophilic catalyst includes N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP), but is not particularly limited thereto. The complex compound catalyst is palladium acetate (Pd(OAc) 2 ), palladium trifluroacetate (Pd(TFA) 2 ), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd(PPh 3 ) 4 ), bis(dibenzylidene) Acetone) palladium (Pd(dba) 2 ), tris(dibenzylideneacetone)dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ) and copper acetate (Cu(OAc) 2 ), and are not particularly limited thereto. In addition, in this step, a cocatalyst may be further added to improve the catalytic activity. The cocatalyst is Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, P(o-tolyl) 3 (tris( o -tolyl)phosphine), PPh 3 (triphenylphosphine) and Pcy 3 One or more of HBF 4 (tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) may be selected, but is not particularly limited thereto. In order to obtain the compound represented by Formula 1a more quickly, it is preferable to use a nucleophilic catalyst.
또한, 반응 종결제를 사용하여 반응을 종결시킨 후 정제하는 단계를 더 포함하여 화학식 1a로 나타내는 화합물을 수득할 수 있다.In addition, the compound represented by Formula 1a may be obtained by further comprising the step of purifying after terminating the reaction using a reaction terminating agent.
b) 상기 a) 단계에서 합성된 화학식 1a로 나타내는 화합물을 하기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 하기 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계b) synthesizing a compound represented by the following
상기 화학식 1b로 나타내는 화합물은 할로겐 또는 할로알킬이 치환된 설포네이트기를 포함하는 헤테로고리 화합물이다. 예를 들어, 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물은 R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모-3-클로로사이오펜, R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모-3플루오르사이오펜, R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모-4-클로로사이오펜, R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모 셀레노펜, R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모 사이아졸, R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모 사이아디아졸 또는 R2 및 R3로 치환 또는 비치환된 2-브로모-3-시아노사이오펜일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물을 합성하기 위해서는 상기 화학식 1b에서 X가 치환되지 않은 전구체에 N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide) 및 N-클로로숙신이미드(N-chlorosuccinimide)을 포함하는 할로젠 라디칼 공급 화합물이 사용될 수 있다.The compound represented by Formula 1b is a heterocyclic compound containing a sulfonate group substituted with halogen or haloalkyl. For example, a compound represented by Formula 1b is R 2 and R 3 as substituted or unsubstituted 2-bromo-3-chloro-thiophene-between, R 2 and R 3 is substituted or unsubstituted 2-bromo -3 to ring Using the method of fluorine in between, R 2 and R 3 substituted or unsubstituted 2-bromo-4-chloro-thiophene-between, R 2 and R 3 is substituted or unsubstituted 2-bromo-selenide nopen, R 2 and R 3 as a ring a substituted or unsubstituted 2-bromo-substituted or unsubstituted between the parent azole, R 2 and R 3 as substituted or unsubstituted 2-bromo between adipic azole or R 2 and R 3 ring 2-bromo-3-cyano It may be a nothiophene. In addition, in order to synthesize the compound represented by Formula 1b, the precursor containing N-bromosuccinimide and N-chlorosuccinimide in the precursor where X is not substituted in Formula 1b. Halogen radical feeding compounds can be used.
상기 화학식 1b로 나타내는 화합물은 하기 화학식 1b-1 내지 1b-18로 나타내는 화합물 중 하나일 수 있다.The compound represented by Formula 1b may be one of the compounds represented by Formulas 1b-1 to 1b-18 below.
본 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계는, 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 용매 내에서 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of synthesizing the compound represented by
본 단계에서는, 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 용해시키기 위해 극성 비양자성(polar aprotic) 용매, 비극성(nonpolar) 용매 및 이들의 혼합용매(예를 들면, 톨루엔과 디메틸포름아마이드를 1:10 vol%로 혼합한 혼합용매) 중에서 선택된 하나 이상을 용매로 사용할 수 있다. 상기 극성 비양자성 용매는, 일 예로, 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 아세톤(acetone) 또는 아세토니트릴(acetonitrile) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비극성 용매는, 일 예로, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride, DCM), 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 헥산(hexane), 디에틸에테르(diethyl ether) 또는 1,4-디옥세인(1,4-dioxane) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.In this step, in order to dissolve the compound represented by Formula 1a, a polar aprotic solvent, a nonpolar solvent, and a mixed solvent thereof (e.g., toluene and dimethylformamide are 1:10 vol%). A mixed solvent) may be used as a solvent. The polar aprotic solvent is, for example, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetone, acetonitrile, and the like, and the like, but is not particularly limited thereto. The non-polar solvent is, for example, methylene chloride (DCM), chloroform, toluene, benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, Hexane, diethyl ether, or 1,4-dioxane, and the like, but are not particularly limited thereto.
또한, 용해도를 향상시키고 원활한 반응을 위해 산성 물질을 더 첨가할 수 있다. 상기 산성 물질은 유기산(organic acid) 및 무기산(inorganic acid)을 포함하고 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 유기산은 카르복실산(carboxylic acid), 설포닉산(sulfonic acid), 페놀(phenol) 기를 포함하는 산, 사이올(thiol) 기를 포함하는 산, 엔올(enol) 기를 포함하는 산 등일 수 있으며 상기 무기산은 염산, 황산, 질산, 인산 등일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 화학식 1a-ⅰ로 나타내는 화합물과의 용해도를 고려하면 메틸렌 클로라이드 또는 아세틱 엑시드(acetic acid)를 사용하는 것이 바람직하다. In addition, it is possible to add more acidic substances to improve the solubility and smooth reaction. The acidic substance includes an organic acid and an inorganic acid, and the type is not particularly limited. The organic acid may be a carboxylic acid, a sulfonic acid, an acid containing a phenol group, an acid containing a thiol group, an acid containing an enol group, and the like, and the inorganic acid Silver may be hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and the like. However, it is not limited thereto. Considering the solubility of the compound represented by Formula 1a-i, it is preferable to use methylene chloride or acetic acid.
또한, 원활한 반응을 위해 산화제(oxidizing agent)를 더 첨가할 수 있다. 상기 산화제는, 일 예로, Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O 또는 아세트산 납(ⅵ) 등이 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.In addition, an oxidizing agent may be further added for smooth reaction. Examples of the oxidizing agent include Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, or lead acetate (vi), and the type is not particularly limited.
화학식 1a로 나타내는 화합물과의 용해도를 고려하면, 상기 용매는 극성 비양자성 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용하는 것이 더 바람직하다.Considering the solubility with the compound represented by Formula 1a, the solvent is preferably a polar aprotic solvent, and at least one from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone It is more preferable to select and use.
또한, 본 단계에서는 촉매를 사용하여 반응시킬 수 있다. 상기 촉매는 친핵성 촉매(nucleophilic catalyst) 및 착화합물 촉매로 이루어진 군에서 하나 이상이 선택될 수 있다. 상기 친핵성 촉매는 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, DMAP)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 착화합물 촉매는 팔라듐 아세테이트(Pd(OAc)2), 팔라듐 트리플르우로아세테이트(Pd(TFA)2), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 비스(디벤질아이덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3) 및 아세트산 구리(Cu(OAc)2)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 단계는 상기 촉매 활성을 향상시키기 위해서 조촉매가 더 첨가될 수 있다. 상기 조촉매는 Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O, P(o-tolyl)3(tris(o-tolyl)phosphine), PPh3(triphenylphosphine) 및 Pcy3HBF4(tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) 중 하나 이상을 선택할 수 있으며, 특별히 이에 제한되지 않는다. 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 보다 빠르게 수득하기 위해서는 착화합물 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in this step, it can be reacted using a catalyst. The catalyst may be one or more selected from the group consisting of a nucleophilic catalyst and a complex compound catalyst. The nucleophilic catalyst includes N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP), but is not particularly limited thereto. The complex compound catalyst is palladium acetate (Pd(OAc) 2 ), palladium trifluroacetate (Pd(TFA) 2 ), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd(PPh 3 ) 4 ), bis(dibenzylidene) Acetone) palladium (Pd(dba) 2 ), tris(dibenzylideneacetone)dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ) and copper acetate (Cu(OAc) 2 ), and are not particularly limited thereto. In addition, in this step, a cocatalyst may be further added to improve the catalytic activity. The cocatalyst is Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, P(o-tolyl) 3 (tris( o -tolyl)phosphine), PPh 3 (triphenylphosphine) and Pcy 3 One or more of HBF 4 (tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) may be selected, but is not particularly limited thereto. In order to obtain the compound represented by
또한, 본 단계의 반응온도는 0 내지 180 ℃에서 수행될 수 있으며, 특히 상온에서도 수행될 수 있다.In addition, the reaction temperature in this step may be carried out at 0 to 180 °C, and in particular, it may be carried out at room temperature.
또한, 반응 종결제를 사용하여 반응을 종결시킨 후 정제하는 단계를 더 포함하여 화학식 1로 나타내는 화합물을 수득할 수 있다.In addition, the compound represented by
본 단계를 통해 수득 가능한 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-4로 나타내는 화합물 중 하나일 수 있다.The compound represented by
상기 화학식 1-1 내지 1-4에서, R1 및 R은 전술한 내용과 동일하다.In Formulas 1-1 to 1-4, R 1 and R are the same as described above.
본 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계는, 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 용매 내에서 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 촉매 반응물을 수득하는 단계 및 상기 촉매 반응물에 할로겐 염(halogen salt)을 첨가하여 화학식 1로 나타내는 화합물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다. The step of synthesizing the compound represented by
상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 용매 내에서 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 촉매 반응물을 수득하는 단계는 전술한 내용과 동일할 수 있다. 상기 할로겐 염은, 일 예로, 염화 리튬, 염화 소듐, 불화 리튬, 불화 소듐, 브롬화 리튬 등이 있으며, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.The step of reacting the compound represented by Formula 1a with the compound represented by Formula 1b in a solvent to obtain a catalytic reactant may be the same as described above. Examples of the halogen salt include lithium chloride, sodium chloride, lithium fluoride, sodium fluoride, and lithium bromide, and are not particularly limited thereto.
또한, 본 단계의 반응온도는 0 내지 180 ℃에서 수행될 수 있으며, 특히 상온에서도 수행될 수 있다.In addition, the reaction temperature in this step may be carried out at 0 to 180 °C, and in particular, it may be carried out at room temperature.
또한, 반응 종결제를 사용하여 반응을 종결시킨 후 정제하는 단계를 더 포함하여 화학식 1로 나타내는 화합물을 수득할 수 있다.In addition, the compound represented by
본 단계를 통해 수득 가능한 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 하기 화학식 1-5 내지 1-8로 나타내는 화합물 중 하나일 수 있다.The compound represented by
상기 화학식 1-5 내지 1-8에서, R 및 R1은 상기 화학식 1-1 내지 1-4에서 서술한 R 및 R1과 동일하다.In Formulas 1-5 to 1-8, R and R 1 are the same as R and R 1 described in Formulas 1-1 to 1-4.
헤테로고리 화합물 기반 고분자Heterocyclic compound-based polymer
본 발명은 헤테로고리 화합물 기반 고분자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a heterocyclic compound-based polymer.
상기 헤테로고리 화합물 기반 고분자는 하기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함할 수 있다.The heterocyclic compound-based polymer may include a repeating unit represented by
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, In
n은 1 내지 10,000 사이의 정수일 수 있다.n may be an integer between 1 and 10,000.
D는 전자공여 단량체로부터 유도된 전자공여 단위일 수 있다. 상기 전자공여 단량체는, 일 예로, 벤조디티오펜(BDT, benzodithiophene)과 그의 유도체, 벤조디티에노티오펜(BDTT, benzodithienothiophene)과 그의 유도체, 나프토디티오펜(NDT, naphthodithiophene)과 그의 유도체, 티에노티오펜(TT, thienothiophene)과 그의 유도체 및 바이티오펜(BiT, bithiophene)과 그의 유도체 등이 있으며, 특별히 이에 제한되지 않는다.D may be an electron donating unit derived from an electron donating monomer. The electron donating monomer is, for example, benzodithiophene (BDT, benzodithiophene) and its derivatives, benzodithienothiophene (BDTT, benzodithienothiophene) and its derivatives, naphthodithiophene (NDT, naphthodithiophene) and its derivatives, thienothione. Opene (TT, thienothiophene) and derivatives thereof, and bithiophene (BiT, bithiophene) and derivatives thereof, and the like, but are not particularly limited thereto.
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나일 수 있다.Each Q may be independently selected from O, S, Se, and Te.
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N 중에 선택된 하나일 수 있다.Z is each independently CR 3 and It may be one selected from N.
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.Each R 3 is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자는 상기 화학식 1로 나타내는 헤테로고리 화합물과 상기 전자공여 단위인 D와 결합한 것일 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1로 나타내는 헤테로고리 화합물은 전술한 바와 동일하다.The polymer including the repeating unit represented by
상기 화학식 2에서, D는 하기 화학식 3으로 나타내는 전자공여 단위일 수 있다.In
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 3에서 Ri는 인접하는 5 원자의 헤테로아릴 유도체와 함께 결합하여 융합 고리를 형성하거나; 단일 결합; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 원자의 단환 탄소고리 화합물에서 유도된 기; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물에서 유도된 기; 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 환원의 단환 탄소고리 화합물 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물 중 적어도 2개 이상이 융합된 다환 융합 고리 화합물로부터 유도된 기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나일 수 있다.Each Q may be independently selected from O, S, Se, and Te.
또한, R은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아릴옥시기; 아릴술폭시기; 및 아민기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In addition, each R is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Aryloxy group; Arylsulfoxy group; And an amine group; may be selected from the group consisting of.
또한, J는 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, J is a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
상기 D는 구체적으로 벤조디티오펜(BDT, benzodithiophene)과 그의 유도체, 벤조디티에노티오펜(BDTT, benzodithienothiophene)과 그의 유도체, 나프토디티오펜(NDT, naphthodithiophene)과 그의 유도체, 티에노티오펜(TT, thienothiophene)과 그의 유도체 및 바이티오펜(BiT, bithiophene)과 그의 유도체에서 유래된 단위 중 선택된 하나일 수 있다.Specifically, D is benzodithiophene (BDT, benzodithiophene) and its derivatives, benzodithienothiophene (BDTT, benzodithienothiophene) and its derivatives, naphthodithiophene (NDT, naphthodithiophene) and its derivatives, thienothiophene (TT, thienothiophene) and derivatives thereof, and units derived from bithiophene (BiT, bithiophene) and derivatives thereof.
또한 상기 D로는 레지오레귤러(Regioregular)를 갖는 유도체를 선택하는 것이 주쇄 고분자의 커버쳐에 영향을 최소화하기 때문에 매우 중요하며, 이를 고려하면 D는 하기 화학식 3-1 내지 3-8로 표시되는 화합물 중 하나인 것이 바람직하다.In addition, as the D, it is very important to select a derivative having a regioregular because it minimizes the influence on the coverage of the main chain polymer, and considering this, D is among the compounds represented by the following formulas 3-1 to 3-8. It is preferable to be one.
상기 화학식 3-1 내지 3-8에서, Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 하나일 수 있다. R'는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아릴옥시기; 아릴술폭시기; 및 아민기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In Formulas 3-1 to 3-8, Q may each independently be one of O, S, Se, and Te. Each R'is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Aryloxy group; Arylsulfoxy group; And an amine group; may be selected from the group consisting of.
또한, 상기 R'는 각각은 다시 이들 치환기 군 중에서 선택된 치환기로 치환되거나 비치환될 수 있다.In addition, each of R'may be unsubstituted or substituted with a substituent selected from these substituent groups.
또한, R'는 하기 화학식 4-1 내지 4-4로 표시되는 화합물 중 하나일 수 있다.In addition, R'may be one of the compounds represented by the following Chemical Formulas 4-1 to 4-4.
상기 화학식 4-1 내지 4-4에서, Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 하나일 수 있다. R4 내지 R8은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.In Formulas 4-1 to 4-4, each of Q may independently be one of O, S, Se, and Te. R 4 to R 8 are each independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
D는 더 구체적으로 하기 화학식 3-ⅰ 내지 3-ⅹⅹⅲ로 나타내는 화합물 중 하나일 수 있다.More specifically, D may be one of the compounds represented by the following Chemical Formulas 3-i to 3-xxiii.
상기 화학식 화학식 3-ⅰ 내지 3-ⅹⅹⅲ에서, Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 하나일 수 있다. R4 내지 R7은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.In Chemical Formulas 3-i to 3-xiiiiii, each Q may independently be one of O, S, Se, and Te. R 4 to R 7 are each independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; may be selected from one or more of the group consisting of.
상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자의 수평균 분자량은 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만 바람직하게는 500 Da 내지 100 kDa일 수 있고 더 바람직하게는, 1 kDa 내지 90 kDa일 수 있으며 가장 바람직하게는 5 kDa 내지 70 kDa일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만 바람직하게는, 1 kDa 내지 250 kDa일 수 있고 더 바람직하게는, 10 kDa 내지 200 kDa일 수 있으며 가장 바람직하게는 50 kDa 내지 150 kDa일 수 있다. 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자의 다분산지수는 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만 바람직하게는, 1.0 내지 100일 수 있고 더 바람직하게는, 1.10 내지 30일 수 있으며 가장 바람직하게는, 1.25 내지 5.0일 수 있다. 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자의 열분해온도는 250 ℃ 내지 500 ℃일 수 있다. 바람직하게는 280 ℃ 내지 480 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 300 ℃ 내지 420 ℃일 수 있다.Containing the repeating unit represented by
헤테로고리 화합물 기반 고분자의 제조방법 Method for preparing polymer based on heterocyclic compound
본 발명은 헤테로고리 화합물 기반 고분자의 제조방법을 제공할 수 있다. 이 때, 헤테로고리 화합물은 전술한 헤테로고리 화합물의 제조방법에 따라 수득할 수 있다. 상기 고분자의 제조방법은 a') 상기 헤테로고리 화합물의 제조방법에 따라 수득한 화학식 1로 나타내는 화합물 및 전자공여 단위인 D를 용매에 내에서 중합시키는 단계; 및b') 상기 중합으로 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 고분자를 수득하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, c') 상기 b') 단계에서 수득한 고분자를 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전자공여 단위 D는 상기 화학식 3으로 나타내는 전자공여 단위일 수 있다.The present invention can provide a method for producing a heterocyclic compound-based polymer. In this case, the heterocyclic compound can be obtained according to the method for preparing the heterocyclic compound described above. The method for preparing the polymer includes a') polymerizing the compound represented by
화학식 1로 나타내는 화합물 및 전자공여 단위인 D는 용매에 용해될 수 있다. 상기 용매는 극성 비양자성(polar aprotic) 용매, 비극성(nonpolar) 용매 및 이들의 혼합용매(예를 들면, 톨루엔과 디메틸포름아마이드를 1:10 vol%로 혼합한 혼합용매) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 극성 비양자성 용매는, 일 예로, 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 아세톤(acetone) 또는 아세토니트릴(acetonitrile) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비극성 용매는, 일 예로, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride, DCM), 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 헥산(hexane), 디에틸에테르(diethyl ether) 또는 1,4-디옥세인(1,4-dioxane) 등이 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.The compound represented by
또한, 용해도를 향상시키고 원활한 반응을 위해 산성 물질을 더 첨가할 수 있다. 상기 산성 물질은 유기산(organic acid) 및 무기산(inorganic acid)을 포함하고 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 유기산은 카르복실산(carboxylic acid), 설포닉산(sulfonic acid), 페놀(phenol) 기를 포함하는 산, 사이올(thiol) 기를 포함하는 산, 엔올(enol) 기를 포함하는 산 등일 수 있으며 상기 무기산은 염산, 황산, 질산, 인산 등일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, it is possible to add more acidic substances to improve the solubility and smooth reaction. The acidic substance includes an organic acid and an inorganic acid, and the type is not particularly limited. The organic acid may be a carboxylic acid, a sulfonic acid, an acid containing a phenol group, an acid containing a thiol group, an acid containing an enol group, and the like, and the inorganic acid Silver may be hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and the like. However, it is not limited thereto.
또한, 원활한 반응을 위해 산화제(oxidizing agent)를 더 첨가할 수 있다. 상기 산화제는, 일 예로, Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O 또는 아세트산 납(ⅵ) 등이 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.In addition, an oxidizing agent may be further added for smooth reaction. Examples of the oxidizing agent include Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, or lead acetate (vi), and the type is not particularly limited.
화학식 1로 나타내는 화합물 및 전자공여 단위인 D의 용해도를 고려하면, 용매로 비극성 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene) 및 이들의 혼합용매(예를 들면, 톨루엔과 디메틸포름아마이드를 1:10 vol%로 혼합한 혼합용매) 중에서 선택된 1종 이상인 것이 더 바람직하다.Considering the solubility of the compound represented by
화학식 1로 나타내는 화합물 및 전자공여 단위인 D를 상기 용매에 넣고 용해시켜 혼합 용액을 수득할 수 있고, 상기 혼합 용액에 촉매를 첨가하여 중합시킬 수 있다. The compound represented by
상기 촉매는 친핵성 촉매(nucleophilic catalyst) 및 착화합물 촉매로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 촉매로 사용할 수 있다. 상기 친핵성 촉매는 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, DMAP)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 착화합물 촉매는 팔라듐 아세테이트(Pd(OAc)2), 팔라듐 트리플르우로아세테이트(Pd(TFA)2), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 비스(디벤질아이덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3) 및 아세트산 구리(Cu(OAc)2)을 포함하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 단계는 상기 촉매 활성을 향상시키기 위해서 조촉매가 더 첨가될 수 있다. 상기 조촉매는 Al2O3, K2O, CaO, MgO, Ag2O, Cu2O, P(o-tolyl)3(tris(o-tolyl)phosphine), PPh3(triphenylphosphine) 및 Pcy3HBF4(tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) 중 하나 이상을 선택할 수 있으며 이외에도 특별히 제한되지 않는다. 중합 시간을 고려하면 착화합물 촉매 또는 착화합물 촉매 및 조촉매의 혼합물로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 착화합물 촉매 중 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 비스(디벤질아이덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2) 및 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3)으로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하는 것이 바람직하고, 상기 조촉매 중 P(o-tolyl)3(tris(o-tolyl)phosphine), PPh3(triphenylphosphine) 및 Pcy3HBF4(tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) 중 하나 이상을 선택하는 것이 바람직하다. 중합은 공정 효율성을 고려하면 80 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.The catalyst may be used as a catalyst by selecting one or more from the group consisting of a nucleophilic catalyst and a complex compound catalyst. The nucleophilic catalyst includes N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP), but is not particularly limited thereto. The complex compound catalyst is palladium acetate (Pd(OAc) 2 ), palladium trifluroacetate (Pd(TFA) 2 ), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd(PPh 3 ) 4 ), bis(dibenzylidene) Acetone) palladium (Pd(dba) 2 ), tris(dibenzylideneacetone)dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ) and copper acetate (Cu(OAc) 2 ), and are not particularly limited thereto. In addition, in this step, a cocatalyst may be further added to improve the catalytic activity. The cocatalyst is Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, MgO, Ag 2 O, Cu 2 O, P(o-tolyl) 3 (tris( o -tolyl)phosphine), PPh 3 (triphenylphosphine) and Pcy 3 One or more of HBF 4 (tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) may be selected, and there is no particular limitation. Considering the polymerization time, it is preferable to use it as a complex compound catalyst or a mixture of a complex compound catalyst and cocatalyst. In addition, among the complex compound catalysts, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ), bis (dibenzylideneacetone) palladium (Pd (dba) 2 ) and tris (dibenzylideneacetone) dipalladium ( It is preferable to select one or more from the group consisting of Pd 2 (dba) 3 ), and among the cocatalysts, P(o-tolyl) 3 (tris( o -tolyl)phosphine), PPh 3 (triphenylphosphine) and Pcy 3 HBF It is preferable to select at least one of 4 (tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate). The polymerization is preferably carried out at a temperature of 80 ℃ to 180 ℃ considering the process efficiency.
또한, 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함한 고분자를 수득하기 위해 중합반응을 종결시키는 중합 종결제를 사용할 수 있다. 상기 중합 종결제는 엔드-캡핑제(end-capping agent)일 수 있으며, 2-브로모사이오펜, 2-(트리부틸스탠닐)사이오펜, 2-브로모벤젠 및 20페닐보로닉 엑시드로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택할 수 있다. 다만, 엔드-캡핑제는 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, a polymerization terminating agent for terminating the polymerization reaction may be used to obtain a polymer including the repeating unit represented by
상기 고분자를 정제하는 단계는 속슬렛 추출기를 통해 중합된 고분자의 불순물 및 올리고머를 제거하고, SPE(solid phase extraction)를 통해 중합반응 시 사용했던 촉매를 제거하고 고분자를 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of purifying the polymer may further include removing impurities and oligomers of the polymerized polymer through a Soxhlet extractor, removing the catalyst used in the polymerization reaction through solid phase extraction (SPE), and purifying the polymer. have.
상기 속슬렛 추출은 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로판, 클로로포름 및 클로로벤젠 순서로 수행될 수 있다.The Soxhlet extraction may be performed in the order of methanol, acetone, hexane, ethyl acetate, dichloromethane, dichloropropane, chloroform and chlorobenzene.
상기 SPE는 용해도에 따라서 수행되지 않을 수 있다.The SPE may not be performed depending on the solubility.
헤테로고리 화합물 기반 고분자를 포함하는 유기반도체 소자와 이의 제조방법Organic semiconductor device containing heterocyclic compound-based polymer and method for manufacturing the same
본 발명은 헤테로고리 화합물 기반 고분자를 포함하는 유기반도체 소자와 이의 제조방법을 제공할 수 있다. 이 때, 헤테로고리 화합물 기반 고분자는 전술한 헤테로고리 화합물의 제조방법에 따라 수득할 수 있다.The present invention can provide an organic semiconductor device including a heterocyclic compound-based polymer and a method for manufacturing the same. In this case, the heterocyclic compound-based polymer can be obtained according to the method for preparing the heterocyclic compound described above.
본 발명에 따른 고분자는 유기반도체 소자에 포함될 수 있다. 상세하게는, 상기 고분자를 포함하는 유기 전도체, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 및 페로브스카이트 태양전지의 전하 수송층, 유기 발광 다이오드, 평면 스크린 및 터치 스크린에서 전하 주입층 및 ITO 평탄화층, 정전기 방지막, 인쇄 회로 및 커패시터 등으로 사용될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer according to the present invention may be included in an organic semiconductor device. Specifically, an organic conductor comprising the polymer, for example, a field effect transistor and a charge transport layer of a perovskite solar cell, an organic light emitting diode, a charge injection layer and an ITO planarization layer in a flat screen and a touch screen, an antistatic film, It may be used as a printed circuit and a capacitor, but is not limited thereto.
하나의 예로서, 본 발명은 특히 전자주개 재료로서 상기 서술한 헤테로고리 화합물 기반 고분자를 포함하는 유기태양전지를 제공할 수 있다.As an example, the present invention may particularly provide an organic solar cell including the above-described heterocyclic compound-based polymer as an electron donor material.
구체적으로, 상기 고분자를 포함한 유기태양전지 제조방법은 a'') 제1 전극을 준비하는 단계; b'') 상기 고분자의 제조방법에 따라 제조된 고분자와 비풀러렌계 유도체를 용매에 넣어 혼합용액을 제조하는 단계; c'') 제1 전극 위에 상기 혼합용액을 코팅하고 건조하여 광활성층을 형성하는 단계; d'') 광활성층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the method of manufacturing an organic solar cell including a polymer comprises the steps of: a'') preparing a first electrode; b'') preparing a mixed solution by putting the polymer and the non-fullerene derivative prepared according to the method for producing the polymer into a solvent; c'') coating the mixed solution on the first electrode and drying to form a photoactive layer; d'') forming a second electrode on the photoactive layer.
상기 각 단계 사이에는 정공수송층 및 전자수송층을 제조 및 코팅하고 건조하여 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 유기태양전지 소자 구조는 전형적인 구조(Conventional structure) 또는 역 구조(Inverted structure) 모두 가능하다.Between each of the above steps, a step of forming a layer by preparing, coating and drying a hole transport layer and an electron transport layer may be included. The organic solar cell device structure may be a conventional structure or an inverted structure.
상기 혼합용액을 제조하는 b'') 단계에서, 상기 광활성층은 상기 화학식 2로 표시되는 헤테로고리 화합물 기반 고분자와 ITIC(CAS No. 16694293-06-4), ITIC-M(또는 IT-M 또는 m-ITIC)(CAS No. 2047352-80-5), ITIC-Th(CAS No. 1889344-13-1), IDIC(CAS No. 1883441-92-6), IT-4F(또는 ITIC-4F)(CAS No. 2097998-59-7) 등 다양한 비풀러렌 유도체와 벌크 헤테로 정션(Bulk hetero junction)으로 광활성층이 형성될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 광활성층은 인다세노디티오펜(indacenodithiophene) 유도체 및 인다세노디티에노티오펜(indacenodithienothiophene) 유도체 중 하나 이상 포함하는 비풀러렌 유도체를 더 포함하는 유기태양전지롤 제조할 수 있다.In step b'') of preparing the mixed solution, the photoactive layer is a heterocyclic compound-based polymer represented by
구체적으로, 상기 비풀러렌 유도체는 인다세노디티오펜(indacenodithiophene) 유도체 및 인다세노디티에노티오펜(indacenodithienothiophene) 유도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 비풀러렌 유도체로 인다세노디티오펜 유도체 및 인다세노디티에노티오펜 유도체로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택한 것일 수 있다.Specifically, the bifullerene derivative may include indacenodithiophene derivatives and indacenodithienothiophene derivatives. In addition, the bifullerene derivative may be one or more selected from the group consisting of indacenodithiophene derivatives and indacenodithienothiophene derivatives.
상기 인다세노디티오펜 유도체는 예를 들면 IDIC(2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile) 등일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 인다세노디티에노티오펜 유도체는 예를 들면 ITIC(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC-Th(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC-M(3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6/7-methyl)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC-4F(3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6,7-difluoro)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), IEICO-4F((2,2'-((2Z,2'Z)-(((4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl)-4,9-dihydro-sindaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile) 및 IEICO-4Cl(2,2-((2Z,2Z)-(((4,4,9-tris(4-hexylphenyl)-9-(4-pentylphenyl)-4,9-dihydro-sindaceno[1,2-b:5,6-b dithiophene-2,7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene- 5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile) 등일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.The indacenodithiophene derivative is, for example, IDIC(2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1, 2-b:5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile) etc. May be, but is not limited thereto. In addition, the indacenodithienothiophene derivative is, for example, ITIC(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis (4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC(3,9- bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'- d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC-Th(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone) ))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6- b']dithiophene), ITIC-M(3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6/7-methyl)-indanone))-5,5,11,11 -tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), ITIC-4F( 3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6,7-difluoro)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[ 2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene), IEICO-4F((2,2'-((2Z, 2'Z)-(((4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl)-4,9-dihydro-sindaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene-2,7- diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)o xy)thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile) and IEICO- 4Cl(2,2 -((2Z,2 Z)-(((4,4,9-tris(4-hexylphenyl)-9-(4-pentylphenyl)-4,9-dihydro-sindaceno[1,2-b:5,6-b dithiophene-2, 7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene- 5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H- indene-2,1-diylidene)) dimalononitrile), and the like, but is not limited thereto.
상기 광활성층은 비풀러렌 유도체를 포함하는 전자받개 화합물 및 상기 서술한 고분자를 포함할 수 있다. 광활성층은 상기 고분자 및 상기 전자받개 화합물의 혼합 비가 1:0.5 내지 1:2, 1:0.8 내지 1:2, 1:0.9 내지 1:2, 1:1.0 내지 1:2, 1:1.1 내지 1:2, 1:1.2 내지 1:2, 1:1.25 내지 1:2, 1:1.3 내지 1:2, 1:1.4 내지 1:2, 1:1.5 내지 1:2, 1:0.5 내지 1:1.5, 1:0.8 내지 1:1.5, 1:0.9 내지 1:1.5, 1:1.0 내지 1:1.5, 1:1.1 내지 1:1.5, 1:1.2 내지 1:1.5, 1:1.25 내지 1:1.5, 1:1.3 내지 1:1.5, 1:1.4 내지 1:1.5, 1:0.5 내지 1:1.3, 1:0.8 내지 1:1.3, 1:0.9 내지 1:1.3, 1:1.0 내지 1:1.3, 1:1.1 내지 1:1.3, 1:1.2 내지 1:1.3, 1:1.25 내지 1:1.3, 1:0.5 내지 1:1.2, 1:0.8 내지 1:1.2, 1:0.9 내지 1:1.2, 1:1.0 내지 1:1.2, 1:1.1 내지 1:1.2 또는 1:0.5 내지 1:0.8일 수 있다.The photoactive layer may include an electron acceptor compound including a non-fullerene derivative and the polymer described above. In the photoactive layer, the mixing ratio of the polymer and the electron acceptor compound is 1:0.5 to 1:2, 1:0.8 to 1:2, 1:0.9 to 1:2, 1:1.0 to 1:2, 1:1.1 to 1 :2, 1:1.2 to 1:2, 1:1.25 to 1:2, 1:1.3 to 1:2, 1:1.4 to 1:2, 1:1.5 to 1:2, 1:0.5 to 1:1.5 , 1:0.8 to 1:1.5, 1:0.9 to 1:1.5, 1:1.0 to 1:1.5, 1:1.1 to 1:1.5, 1:1.2 to 1:1.5, 1:1.25 to 1:1.5, 1 :1.3 to 1:1.5, 1:1.4 to 1:1.5, 1:0.5 to 1:1.3, 1:0.8 to 1:1.3, 1:0.9 to 1:1.3, 1:1.0 to 1:1.3, 1:1.1 To 1:1.3, 1:1.2 to 1:1.3, 1:1.25 to 1:1.3, 1:0.5 to 1:1.2, 1:0.8 to 1:1.2, 1:0.9 to 1:1.2, 1:1.0 to 1 :1.2, 1:1.1 to 1:1.2 or 1:0.5 to 1:0.8.
또한, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 상기 서술한 고분자를 전자주개 재료로 정공수송층에 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 페로브스카이트 태양전지는 정공수송층으로서 상기 고분자가 사용될 수 있으며, 페로브스카이트에서 대표적으로 사용되는 spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetrakis-(N,Ndi-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene)을 대체할 수 있다.In addition, the perovskite solar cell according to the present invention may include the above-described polymer as an electron donor material in the hole transport layer. Specifically, the perovskite solar cell may use the polymer as a hole transport layer, and spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetrakis-(N,Ndi-) typically used in perovskite 4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene) can be replaced.
더욱이 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터는 상기 서술한 고분자를 유기반도체층에 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 전계효과 트랜지스터는 활성반도체층으로서 상기 고분자가 사용될 수 있으며, 실리콘이나 금속산화물 무기반도체를 유기물로 대체할 수 있다.Moreover, the field effect transistor according to the present invention may include the above-described polymer in the organic semiconductor layer. Specifically, in the field effect transistor, the polymer may be used as an active semiconductor layer, and silicon or inorganic metal oxide semiconductor may be replaced with an organic material.
또한, 본 발명에 따른 유기발광다이오드는 상기 서술한 고분자를 정공운송층 또는 정공주입층에 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기발광 다이오드는 정공운송층 또는 정공주입층으로서 상기 고분자가 사용될 수 있으며, 단분자를 대체할 수 있다.In addition, the organic light emitting diode according to the present invention may include the above-described polymer in a hole transport layer or a hole injection layer. Specifically, in the organic light emitting diode, the polymer may be used as a hole transport layer or a hole injection layer, and a single molecule may be substituted.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and a person skilled in the art who understands the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. However, other embodiments included within the scope of the present invention may be easily proposed, but this will also be said to be within the scope of the present invention.
본 발명의 실시예에서, 헤테로고리 화합물의 일 예인 카르복실레이트-할로겐 바이사오펜 유닛을 일반적으로 설계 가능한 합성 방법들과 본 기술에서 제안하는 합성 방법을 반응 단계 수와 전체 수율에 대해서 비교(비교 실험을 진행하지 않은 부분들은 문헌으로 갈음 또는 추정)하여 나타냈다. In the examples of the present invention, the synthesis methods that can generally design a carboxylate-halogen bisaophene unit, which is an example of a heterocyclic compound, and the synthesis method proposed in the present technology are compared with respect to the number of reaction steps and the total yield. The parts that did not proceed with the experiment were shown by replacing or prescribing to the literature.
또한 본 발명의 실시예에서, 헤테로고리 화합물의 일 예인 카르복실레이트-할로겐 바이사오펜 유닛, 총 8종(유사 구조 포함)을 합성하였다(도 1 내지 4 참고). 또한, 본 발명의 실시예에서는 스틸 커플링(Stille coupling)을 통해 카르복실레이트로 치환된 헤테로고리 화합물 기반 유기반도체 고분자, 총 8종을 합성하였다(도 5 내지 12 참고). 모든 반응은 질소 분위기 하에서 수행되었다. In addition, in the examples of the present invention, a carboxylate-halogen bisaophene unit, which is an example of a heterocyclic compound, was synthesized in total of 8 types (including similar structures) (see FIGS. 1 to 4). In addition, in the embodiment of the present invention, a total of 8 types of organic semiconductor polymers based on a heterocyclic compound substituted with a carboxylate were synthesized through Still coupling (see FIGS. 5 to 12). All reactions were carried out under a nitrogen atmosphere.
고분자 합성에 필요한 전구체인 EH-F-2DBDT는 상업적인 화학 회사(Sunatech Inc.)로부터 EH-Cl-2DBDT(Nano Energy 40 (2017) 214-223, Adv. Mater. 2018, 30, 1800868)는 참고 문헌을 따라 합성하여 사용되었다. 이외의 달리 언급되지 않는 한, 모든 화학물질들은 Aldrich, TCI, Alfaaesar 등으로부터 구입되어 정제 없이 사용되었다.EH-F-2DBDT, a precursor required for polymer synthesis, is EH-Cl-2DBDT (Nano Energy 40 (2017) 214-223, Adv. Mater. 2018, 30, 1800868) from a commercial chemical company (Sunatech Inc.). It was synthesized and used according to. Unless otherwise stated, all chemicals were purchased from Aldrich, TCI, Alfaaesar, etc. and used without purification.
<실시예 1> 카르복실레이트-염소 바이사이오펜 유닛(BiT-COOBOCl-in)의 합성(도 1 참고)<Example 1> Synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene unit (BiT-COOBOCl-in) (see FIG. 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 카르복실레이트-염소 바이사이오펜(BiT-COOBOCl-in)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다. 동일한 최종 화합물(2-뷰틸옥틸 5,5'-디브로모-3'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트)을 합성하기 위해서, 종래에 가능했던 합성 루트 1(synthetic route 1)은 최종 수율이 40.5%를 나타냈으나 다섯 단계를 거쳐 합성 과정이 복잡했고, 다른 합성 루트인 합성 루트 2(synthetic route 2)는 네 단계를 거쳤으나 최종 수율이 12.4%로서 상대적으로 낮았다. 본 발명에 따른 헤테로고리 화합물의 제조방법은 네 단계를 거치면서 합성 과정을 단순화 하였고, 최종 수율이 60.4%로 종래 알려진 합성 루트에 비해서 높은 수율을 보였다.FIG. 1 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene (BiT-COOBOCl-in) in Example 1 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism. In order to synthesize the same final compound (2-
1-1: 5-브로모사이오펜-3-카르복실릭 엑시드(2-bromothiophene-3-carboxylic acid)의 합성1-1: Synthesis of 5-bromothiophene-3-carboxylic acid
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 3.3 g (23.41 mmol)의 화합물 사이오펜-3-카르복실릭 엑시드(thiophene-3-carboxylic acid)를 24 mL의 아세틱 엑시드(acetic acid)에 녹이고 진공 및 질소 치환한다. 1.34 mL (25.75 mmol)의 화합물 브롬(bromine)를 천천히 적가하여 넣고 상온에서 1시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC(thin layer chromatography)로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 소듐카보네이트(sodium carbonate) 포화 수용액으로 반응을 종결한다. 이어서 여과장치를 설치하여 필터하고 상부 물질을 뜨거운 물로 재결정하여 4.12 g의 하얀색 고체(수율 85%)를 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ(ppm), 13.02-13.0 (s, 1H)8.31-8.26 (d, 1H), 7.52-7.48 (d, 1H) (도 2 참고). Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 3.3 g (23.41 mmol) of the compound thiophene-3-carboxylic acid was dissolved in 24 mL of acetic acid, followed by vacuum and nitrogen substitution. 1.34 mL (25.75 mmol) of bromine was slowly added dropwise and reacted at room temperature for 1 hour. The degree of the reaction is checked through thin layer chromatography (TLC), and when the reaction is complete, the reaction is terminated with a saturated aqueous solution of sodium carbonate. Subsequently, a filtering device was installed to filter, and the upper material was recrystallized with hot water to obtain 4.12 g of a white solid (yield 85%). 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm), 13.02-13.0 (s, 1H) 8.31-8.26 (d, 1H), 7.52-7.48 (d, 1H) (see Fig. 2).
1-2: 2-뷰틸옥틸 5-브로모사이오펜-3-카르복실레이트(2-butyloctyl2-bromothiophene-3-carboxylate)의 합성1-2: Synthesis of 2-butyloctyl2-bromothiophene-3-carboxylate
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 3.5 g (16.90 mmol)의 화합물 1-1를 50 mL의 메틸렌클로라이드(methylenechloride)에 녹이고 degassing 및 질소 치환한다. 이어서 724 mg (5.92 mmol)의 DMAP과 4.8 g (25.40 mmol)의 2-뷰틸옥탄-1-올(2-butyloctan-1-ol)을 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후, 3.86 g (18.60 mmol)의 DCC를 넣고 48시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC(thin layer chromatography)로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 6.03 g의 무색 오일(수율 95%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.97 (s, 1H), 7.45 (s, 1H), 4.17-4.16(d, 2H), 1.74-1.73 (m, 1H), 1.35-1.28 (m, 16H), 0.92-0.87 (m, 6H)(도 3참조). Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 3.5 g (16.90 mmol) of compound 1-1 was dissolved in 50 mL of methylenechloride, and degassed and nitrogen substituted. Then, 724 mg (5.92 mmol) of DMAP and 4.8 g (25.40 mmol) of 2-butyloctan-1-ol were added thereto, followed by stirring at room temperature for 15 minutes, and then 3.86 g (18.60 mmol). ) Of DCC and reacted for 48 hours. The degree of reaction is checked by TLC (thin layer chromatography), and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent from hexane vs. methylene chloride. After column purification in a volume ratio of 1:1, 6.03 g of colorless oil (95% yield) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.97 (s, 1H), 7.45 (s, 1H), 4.17-4.16 (d, 2H), 1.74-1.73 (m, 1H), 1.35-1.28 (m, 16H), 0.92-0.87 (m, 6H) (see Fig. 3).
1-3: 2-뷰틸옥틸 5,5'-디브로모-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(2-butyloctyl 5,5'-dibromo-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성1-3: 2-
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.6 g (1.60 mmol)의 화합물 1-2를 10 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이후, 상기 바이알에 22 mg (0.098 mmol)의 Pd(OAc)2, 990 mg (4.27 mmol)의 Ag2O, 0.326 g의 2-브로모사이오펜(2-bromothiophene)을 넣고 상기 바이알 뚜껑을 앤드-캐핑(Capping) 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반한 후 10시간 리플럭스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC(thin layer chromatography)로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.76 g의 노란색 오일(수율 88%)을 수득하였다. 1H NMR (400- 20 -MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.40 (s, 1H), 7.10 (s, 1H), 7.00 (s, 1H), 4.14-4.12 (d,2H), 1.66 (m, 1H), 1.27 (m, 16H), 0.90-0.87 (m, 6H) (도 4 참고). Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.6 g (1.60 mmol) of compound 1-2 is dissolved in 10 mL of dimethylsulfoxide. Thereafter, 22 mg (0.098 mmol) of Pd(OAc)2, 990 mg (4.27 mmol) of Ag 2 O, and 0.326 g of 2-bromothiophene were added to the vial, and the vial lid was and- After capping, vacuum and nitrogen are replaced. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and then reacted with reflux for 10 hours. The degree of reaction is checked by TLC (thin layer chromatography), and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent from hexane vs. methylene chloride. After column purification in a volume ratio of 1:1, 0.76 g of yellow oil (88% yield) was obtained. 1 H NMR (400-20 -MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.40 (s, 1H), 7.10 (s, 1H), 7.00 (s, 1H), 4.14-4.12 (d,2H), 1.66 ( m, 1H), 1.27 (m, 16H), 0.90-0.87 (m, 6H) (see Fig. 4).
1-4: 2-뷰틸옥틸 5,5'-디브로모-3'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트( 2 - butyloctyl-5,5'-dibromo-3'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성1-4: 2-
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.536 g (1.0 mmol)의 화합물 1-3를 15 mL의 클로로포름(chloroform)에 녹인다. 이후, 상기 바이알에 1.33 g(3.0 mmol)의 아세트산 납(lead tetraacetate)을 넣고 degassing 및 강하게 질소 치환한다. 이어서 63.6 mg (1.5 mmol)의 염화 리튬(lithium chloride)를 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후 10시간 리플럭스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC(thin layer chromatography)로 확인하고 (반응이 다 진행되지 않았다면 상황에 따라 염화 리튬을 30분 간격으로 첨가해줌) 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.49 g의 노란색 오일(수율 85%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.50 (s,1H), 7.01-6.97 (s, 1H), 4.09-4.07 (d, 2H), 1.60 (m, 1H), 1.25-1.20 (m,16H), 0.90-0.87 (m, 6H) (도 5 참고). Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.536 g (1.0 mmol) of compound 1-3 is dissolved in 15 mL of chloroform. Thereafter, 1.33 g (3.0 mmol) of lead tetraacetate was added to the vial, followed by degassing and strong nitrogen substitution. Then, 63.6 mg (1.5 mmol) of lithium chloride was added and stirred at room temperature for 15 minutes, followed by a reflux reaction for 10 hours. The degree of reaction is checked by TLC (thin layer chromatography) (if the reaction has not been completed, lithium chloride is added every 30 minutes depending on the situation). When the reaction is complete, a filtration device is installed to remove celite. After crushing and filtering with methylene chloride, the lower material was purified by column with a volume ratio of hexane to methylene chloride 1:1 by removing the solvent under reduced pressure, and then 0.49 g of yellow oil (yield 85%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.50 (s,1H), 7.01-6.97 (s, 1H), 4.09-4.07 (d, 2H), 1.60 (m, 1H), 1.25-1.20 (m,16H), 0.90-0.87 (m, 6H) (see Fig. 5).
<실시예 2> P(F-BiT)(COOBO)의 합성<Example 2> Synthesis of P(F-BiT) (COOBO)
2.1: EH-F-2DBDT와 1-3의 중합2.1: Polymerization of EH-F-2DBDT and 1-3
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 53.64 mg(0.10 mmol)의 화합물 1-3과 94.5 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-F-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 85.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 6과 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 53.64 mg (0.10 mmol) of compound 1-3 and 94.5 mg (0.10 mmol) of compound EH-F-2DBDT were added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 3> P(Cl-BiT)(COOBO)의 합성<Example 3> Synthesis of P(Cl-BiT) (COOBO)
3.1: EH-Cl-2DBDT와 1-3의 중합3.1: Polymerization of EH-Cl-2DBDT and 1-3
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 53.64 mg(0.10 mmol)의 화합물 1-3과 97.3 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-Cl-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 87.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 7과 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 53.64 mg (0.10 mmol) of compound 1-3 and 97.3 mg (0.10 mmol) of compound EH-Cl-2DBDT were added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 4> P(F-BiT)(COOBOCl-in)의 합성<Example 4> Synthesis of P(F-BiT) (COOBOCl-in)
4.1: EH-F-2DBDT와 1-4의 중합4.1: Polymerization of EH-F-2DBDT and 1-4
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 57.1 mg(0.10 mmol)의 화합물 1-4와 94.5 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-F-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 74.0%의 수율로 밝은 붉은색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 8과 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 57.1 mg (0.10 mmol) of compound 1-4 and 94.5 mg (0.10 mmol) of compound EH-F-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 5> 카르복실레이트-염소 바이사이오펜 유닛(BiT-COORCl-out)의 합성(R: BO, C8, C10, C12)(도 9 참고)<Example 5> Synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene unit (BiT-COORCl-out) (R: BO, C8, C10, C12) (see FIG. 9)
도 9는 본 발명의 실시예 5에서 카르복실레이트-염소 바이사이오펜(BiT-COORCl-out)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다. 동일한 최종 화합물(2-뷰틸옥틸-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트)을 합성하기 위해서, 종래에 가능했던 합성 루트는 일곱 단계를 거쳐 합성 과정이 매우 복잡했고, 최종 수율이 35.7%로 다소 낮았다. 본 발명에 따른 헤테로고리 화합물의 제조방법은 네 단계를 거치면서 합성 과정을 비약적으로 단순화 하였고, 최종 수율이 65.4%로 종래 알려진 합성 루트에 비해서 높은 수율을 보였다. 또한, 상기 2-뷰틸옥틸-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트 뿐만 아니라, 옥틸-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(수율: 64.6%), 데실-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(수율: 61.9%), 도데실-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(수율: 59.8%)의 제조에서도 합성의 수를 낮춰 합성 복잡성을 개선하고 상대적으로 수율이 높은 것을 확인하였다.9 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate-chlorine bithiophene (BiT-COORCl-out) in Example 5 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism. In order to synthesize the same final compound (2-butyloctyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate), the synthetic route previously possible is The synthesis process was very complicated through seven steps, and the final yield was somewhat low at 35.7%. The method for preparing the heterocyclic compound according to the present invention dramatically simplifies the synthesis process through four steps, and the final yield is 65.4%, which is higher than the conventional synthetic route. In addition, not only the 2-butyloctyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate, but also octyl-5,5'-dibromo- 4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (yield: 64.6%), decyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene -3-carboxylate (yield: 61.9%), dodecyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (yield: 59.8%) In the manufacture of, it was confirmed that the number of synthesis was reduced to improve the synthesis complexity and relatively high yield.
5-1: 2-옥틸-5-브로모사이오펜-3-카르복실레이트(octyl-2-bromothiophene-3-carboxylate의 합성5-1: Synthesis of 2-octyl-5-bromothiophene-3-carboxylate
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 3.5 g (16.90 mmol)의 화합물 1-1를 50 mL의 메틸렌클로라이드(methylenechloride)에 녹이고 degassing 및 질소 치환한다. 이어서 724 mg (5.92 mmol)의 DMAP과 3.3 g (25.40 mmol)의 옥탄-1-올(octan-1-ol)을 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후, 3.86 g (18.60 mmol)의 DCC를 넣고 48시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 5.23 g의 무색 오일(수율 97%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H),1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (도 10 참고).Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 3.5 g (16.90 mmol) of compound 1-1 was dissolved in 50 mL of methylenechloride, and degassed and nitrogen substituted. Then, 724 mg (5.92 mmol) of DMAP and 3.3 g (25.40 mmol) of octan-1-ol (octan-1-ol) were added and stirred at room temperature for 15 minutes, followed by 3.86 g (18.60 mmol) of DCC. React for 48 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 5.23 g of colorless oil (yield 97%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H), 1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (see Fig. 10).
5-2: 2-데실-5-브로모사이오펜-3-카르복실레이트(decyl-2-bromothiophene-3-carboxylate)의 합성5-2: Synthesis of 2-decyl-5-bromothiophene-3-carboxylate
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 3.5 g (16.90 mmol)의 화합물 1-1를 50 mL의 메틸렌클로라이드(methylenechloride)에 녹이고 degassing 및 질소 치환한다. 이어서 724 mg (5.92 mmol)의 DMAP과 4.0 g (25.40 mmol)의 데칸-1-올(decan-1-ol)을 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후, 3.86 g (18.60 mmol)의 DCC를 넣고 48시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 5.40 g의 무색 오일(수율 92%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H),1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (도 11 참고). Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 3.5 g (16.90 mmol) of compound 1-1 was dissolved in 50 mL of methylenechloride, and degassed and nitrogen substituted. Subsequently, 724 mg (5.92 mmol) of DMAP and 4.0 g (25.40 mmol) of decan-1-ol were added, followed by stirring at room temperature for 15 minutes, followed by 3.86 g (18.60 mmol) of DCC. React for 48 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 5.40 g of a colorless oil (92% yield) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H), 1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (see Fig. 11).
5-3: 2-도데실-5-브로모사이오펜-3-카르복실레이트(dodecyl-2-bromothiophene-3-carboxylate)의 합성5-3: Synthesis of 2-dodecyl-5-bromothiophene-3-carboxylate
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 3.5 g (16.90 mmol)의 화합물 1-1를 50 mL의 메틸렌클로라이드(methylenechloride)에 녹이고 degassing 및 질소 치환한다. 이어서 724 mg (5.92 mmol)의 DMAP과 4.7 g (25.40 mmol)의 도데칸-1-올(dodecan-1-ol)을 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후, 3.86 g (18.60 mmol)의 DCC를 넣고 48시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 5.90 g의 무색 오일(수율 93%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H),1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (도 12 참고). Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 3.5 g (16.90 mmol) of compound 1-1 was dissolved in 50 mL of methylenechloride, and degassed and nitrogen substituted. Then, 724 mg (5.92 mmol) of DMAP and 4.7 g (25.40 mmol) of dodecan-1-ol were added and stirred at room temperature for 15 minutes, followed by 3.86 g (18.60 mmol) of DCC. And react for 48 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 5.90 g of colorless oil (yield 93%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.98 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 4.27-4.23 (d, 2H), 1.72-1.70 (m, 2H), 1.33-1.28 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (see Fig. 12).
5-4: 2-브로모-3-클로로사이오펜(2-bromo-3-chlorothiophene)의 합성5-4: Synthesis of 2-bromo-3-chlorothiophene
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 6.52 g (55.0 mmol)의 3-클로로사이오펜(3-chlorothiophene)을 30 mL의 클로로포름(chloroform)과 30 mL의 아세틱 엑시드(aectic acid)에 녹인다. 이후, 상온에서 9.80 g (55.0 mmol)의 N-브로모숙신이미드(N-Bromosuccinimide)를 1/10으로 나누어서 넣고 1시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 (반응이 다 진행되지 않았다면 상황에 따라 N-브로모숙신이미드를 소량 더 첨가해줌) 반응이 다 이루어지면, 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 포화 수용액으로 반응을 종결하고, 클로로포름으로 추출 및 감압 하에 용매를 제거한 후 헥산으로 컬럼 정제하여 9.78 g의 무색의 오일(수율 90%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.27-7.26 (d, 1H), 6.89-6.87 (d, 1H) (도 13 참고).Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 6.52 g (55.0 mmol) of 3-chlorothiophene is dissolved in 30 mL of chloroform and 30 mL of acetic acid. Thereafter, 9.80 g (55.0 mmol) of N-Bromosuccinimide was divided by 1/10 and reacted with reflux for 1 hour at room temperature. Check the degree of the reaction by TLC (if the reaction has not been completed, add a small amount of N-bromosuccinimide depending on the situation). When the reaction is complete, the reaction is terminated with a saturated aqueous solution of sodium carbonate. , Extraction with chloroform, removal of the solvent under reduced pressure, and column purification with hexane to give 9.78 g of colorless oil (yield 90%). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.27-7.26 (d, 1H), 6.89-6.87 (d, 1H) (see FIG. 13).
5-5: 2-뷰틸옥틸-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트 (2-butyloctyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성5-5: 2-butyloctyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (2-butyloctyl-5,5'-dibromo-4 Synthesis of'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.3 g (0.8 mmol)의 화합물 1-2를 5 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이어서 11 mg (0.049 mmol)의 Pd(OAc)2, 495 mg (2.14 mmol)의 Ag2O, 0.20 g의 화합물 5-4를 넣고 앤드-캡핑 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반하고 10 시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.41 g의 노란색 오일(수율 90%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.42 (s, 1H), 7.14 (s, 1H), 4.15-4.13 (d, 2H), 1.67 (m, 1H), 1.27-1.20 (m, 16H), 0.90-0.83 (m, 6H) (도 14 참고). Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.3 g (0.8 mmol) of Compound 1-2 is dissolved in 5 mL of dimethylsulfoxide. Then, 11 mg (0.049 mmol) of Pd(OAc) 2 , 495 mg (2.14 mmol) of Ag 2 O, and 0.20 g of compound 5-4 were added thereto, followed by end-capping, followed by vacuum and nitrogen substitution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and subjected to reflux for 10 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification in a ratio, 0.41 g of yellow oil (90% yield) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.42 (s, 1H), 7.14 (s, 1H), 4.15-4.13 (d, 2H), 1.67 (m, 1H), 1.27-1.20 (m) , 16H), 0.90-0.83 (m, 6H) (see Fig. 14).
5-6: 옥틸-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(octyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성5-6: octyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (octyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2 ,2'-bithiophene-3-carboxylate)
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.26 g (0.8 mmol)의 화합물 5-1을 5 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이어서 11 mg (0.049 mmol)의 Pd(OAc)2, 495 mg (2.14 mmol)의 Ag2O, 0.20 g의 화합물 5-4를 넣고 앤드-캡핑 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반하고 10 시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.36 g의 노란색 오일(수율 87%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm),7.44 (s, 1H), 7.15 (s, 1H), 4.25-4.21 (d, 2H), 1.69 (m, 2H), 1.31-1.25 (m, 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (도 15 참고).Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.26 g (0.8 mmol) of compound 5-1 is dissolved in 5 mL of dimethylsulfoxide. Then, 11 mg (0.049 mmol) of Pd(OAc) 2 , 495 mg (2.14 mmol) of Ag 2 O, and 0.20 g of compound 5-4 were added thereto, followed by end-capping, followed by vacuum and nitrogen substitution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and subjected to reflux for 10 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 0.36 g of yellow oil (yield 87%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ(ppm),7.44 (s, 1H), 7.15 (s, 1H), 4.25-4.21 (d, 2H), 1.69 (m, 2H), 1.31-1.25 (m , 10H), 0.90-0.87 (m, 3H) (see Fig. 15).
5-7: 데실-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(decyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성5-7: decyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (decyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2 ,2'-bithiophene-3-carboxylate)
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.28 g (0.8 mmol)의 화합물 5-2를 5 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이어서 11 mg (0.049 mmol)의 Pd(OAc)2, 495 mg (2.14 mmol)의 Ag2O, 0.20 g의 화합물 5-4를 넣고 앤드-캡핑 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반하고 10 시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.38 g의 노란색 오일(수율 88%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.43 (s, 1H), 7.15 (s, 1H), 4.24-4.21 (d, 2H), 1.68-1.66 (m, 2H),1.31-1.27 (m, 12H), 0.90-0.86 (m, 3H) (도 16 참고).Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.28 g (0.8 mmol) of compound 5-2 is dissolved in 5 mL of dimethylsulfoxide. Then, 11 mg (0.049 mmol) of Pd(OAc) 2 , 495 mg (2.14 mmol) of Ag 2 O, and 0.20 g of compound 5-4 were added thereto, followed by end-capping, followed by vacuum and nitrogen substitution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and subjected to reflux for 10 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 0.38 g of yellow oil (88% yield) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.43 (s, 1H), 7.15 (s, 1H), 4.24-4.21 (d, 2H), 1.68-1.66 (m, 2H),1.31-1.27 (m, 12H), 0.90-0.86 (m, 3H) (see Fig. 16).
5-8: 도데실-5,5'-디브로모-4'-클로로-2,2'-바이사이오펜-3-카르복실레이트(dodecyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate)의 합성5-8: dodecyl-5,5'-dibromo-4'-chloro-2,2'-bithiophene-3-carboxylate (dodecyl-5,5'-dibromo-4'-chloro- 2,2'-bithiophene-3-carboxylate) synthesis
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.3 g (0.8 mmol)의 화합물 5-3를 5 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이어서 11 mg (0.049 mmol)의 Pd(OAc)2, 495 mg (2.14 mmol)의 Ag2O, 0.20 g의 화합물 5-4를 넣고 앤드-캡핑 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반하고 10 시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:1의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.38 g의 노란색 오일(수율 84%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.68 (s, 1H), 7.21 (s, 1H), 4.28-4.04 (d, 2H), 1.70-1.66 (m, 2H), 1.31-1.27 (m, 14H), 0.77-0.70 (m, 3H) (도 17 참고). Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.3 g (0.8 mmol) of compound 5-3 is dissolved in 5 mL of dimethylsulfoxide. Then, 11 mg (0.049 mmol) of Pd(OAc) 2 , 495 mg (2.14 mmol) of Ag 2 O, and 0.20 g of compound 5-4 were added thereto, followed by end-capping, followed by vacuum and nitrogen substitution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and subjected to reflux for 10 hours. After checking the degree of reaction by TLC, and when the reaction is complete, a filtration device is installed to spread celite, filter with methylene chloride, and remove the solvent under reduced pressure to remove the solvent in a volume of hexane vs. methylene chloride 1:1. After column purification by ratio, 0.38 g of yellow oil (84% yield) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.68 (s, 1H), 7.21 (s, 1H), 4.28-4.04 (d, 2H), 1.70-1.66 (m, 2H), 1.31-1.27 (m, 14H), 0.77-0.70 (m, 3H) (see Fig. 17).
<실시예 6> P(F-BiT)(COOBOCl-out)의 합성<Example 6> Synthesis of P(F-BiT) (COOBOCl-out)
6.1: EH-F-2DBDT와 5-5의 중합6.1: Polymerization of EH-F-2DBDT and 5-5
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 57.1 mg(0.10 mmol)의 화합물 5-5와 94.5 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-F-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 89.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 18과 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 57.1 mg (0.10 mmol) of compound 5-5 and 94.5 mg (0.10 mmol) of compound EH-F-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 7> P(F-BiT)(COOC8Cl-out)의 합성<Example 7> Synthesis of P(F-BiT)(COOC8Cl-out)
7.1: EH-F-2DBDT와 5-6의 중합7.1: Polymerization of EH-F-2DBDT and 5-6
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 51.5 mg(0.10 mmol)의 화합물 5-6와 94.5 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-F-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 89.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 19와 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 51.5 mg (0.10 mmol) of compound 5-6 and 94.5 mg (0.10 mmol) of compound EH-F-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 8> P(Cl-BiT)(COOC8Cl-out)의 합성<Example 8> Synthesis of P(Cl-BiT)(COOC8Cl-out)
8.1: EH-Cl-2DBDT와 5-6의 중합8.1: Polymerization of EH-Cl-2DBDT and 5-6
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 51.5 mg(0.10 mmol)의 화합물 5-6과 97.3 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-Cl-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 88.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 20와 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 51.5 mg (0.10 mmol) of compound 5-6 and 97.3 mg (0.10 mmol) of compound EH-Cl-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 9> P(Cl-BiT)(COOC10Cl-out)의 합성<Example 9> Synthesis of P(Cl-BiT)(COOC10Cl-out)
9.1: EH-Cl-2DBDT와 5-7의 중합9.1: Polymerization of EH-Cl-2DBDT and 5-7
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 54.3 mg(0.10 mmol)의 화합물 5-7과 97.3 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-Cl-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 82.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 21와 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 54.3 mg (0.10 mmol) of compound 5-7 and 97.3 mg (0.10 mmol) of compound EH-Cl-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 10> P(Cl-BiT)(COOC16Cl-out)의 합성<Example 10> Synthesis of P(Cl-BiT)(COOC16Cl-out)
10.1: EH-Cl-2DBDT와 5-8의 중합10.1: Polymerization of EH-Cl-2DBDT and 5-8
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 57.1 mg(0.10 mmol)의 화합물 5-8과 97.3 mg (0.10 mmol)의 화합물 EH-Cl-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 8.0 mg (0.00693mmol, 6.925 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 3 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.3 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 82.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 22와 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 57.1 mg (0.10 mmol) of compound 5-8 and 97.3 mg (0.10 mmol) of compound EH-Cl-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 8.0 mg (0.00693 mmol, 6.925 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 3 mL of anhydrous toluene and 0.3 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<실시예 11> 카르복실레이트 사이아졸-사이오펜(TzT) 유닛 (TzT-COOBO)의 합성(도 23 참고)<Example 11> Synthesis of carboxylate cyazole-thiophene (TzT) unit (TzT-COOBO) (see FIG. 23)
도 23은 본 발명의 실시예 11에서 카르복실레이트 사이아졸-사이오펜(TzT-COOBO)의 합성 설계도 및 합성 메커니즘에 대한 그림이다. 종래에 가능했던 합성 루트는 네 단계를 거쳤고 최종 수율이 65.9%로 나타났으나, 본 발명에 따른 헤테로고리 화합물의 제조방법은 두 단계를 거쳐 합성 과정을 단순화 하였고 최종 수율이 76.4%로 종래 알려진 합성 루트에 비해서 높은 수율을 보였다.23 is a schematic diagram of the synthesis of carboxylate cyanazole-thiophene (TzT-COOBO) in Example 11 of the present invention and a diagram of the synthesis mechanism. The synthesis route that was previously possible went through four steps and the final yield was 65.9%, but the method for preparing the heterocyclic compound according to the present invention simplified the synthesis process through two steps, and the final yield was 76.4%. The yield was higher than that of the root.
11-1: 2-뷰틸옥틸-2-브로모사이아졸-4-카르복실레이트(2-butyloctyl-2-bromothiazole-4-carboxylate)의 합성11-1: Synthesis of 2-butyloctyl-2-bromothiazole-4-carboxylate
100 mL 2구 플라스크를 준비한다. 상기 플라스크 안에서 1.76 g (8.45 mmol)의 2-브로모사이아졸-4-카르복실릭 엑시드(2-bromothiazole-4-carboxylic acid)를 25 mL의 메틸렌클로라이드(methylenechloride)에 녹이고 degassing 및 질소 치환한다. 이어서 362 mg (2.96 mmol)의 DMAP과 2.4 g (16.70 mmol)의 2-뷰틸옥탄-1-올(2-butyloctan-1-ol)을 넣고 상온에서 15분 동안 교반한 후, 1.93 g (9.30 mmol)의 DCC를 넣고 48시간 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:2의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 3.12 g의 무색 오일(수율 98%)을 수득하였다. 1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 8.06 (s, 1H), 4.26-4.25 (d, 2H), 1.79 (m, 2H), 1.37-1.29 (m, 16H), 0.91-0.86 (m, 6H) (도 24 참고). Prepare a 100 mL 2-neck flask. In the flask, 1.76 g (8.45 mmol) of 2-bromothiazole-4-carboxylic acid was dissolved in 25 mL of methylenechloride, followed by degassing and nitrogen substitution. Then, 362 mg (2.96 mmol) of DMAP and 2.4 g (16.70 mmol) of 2-butyloctan-1-ol were added and stirred at room temperature for 15 minutes, followed by 1.93 g (9.30 mmol). ) Of DCC and reacted for 48 hours. The degree of reaction was checked by TLC, and when the reaction was completed, a filtration device was installed to spread celite, filtered with methylene chloride, and the lower material was removed under reduced pressure to remove the solvent, and the volume of hexane vs. methylene chloride 1:2. After column purification by ratio, 3.12 g of colorless oil (yield 98%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 8.06 (s, 1H), 4.26-4.25 (d, 2H), 1.79 (m, 2H), 1.37-1.29 (m, 16H), 0.91-0.86 (m, 6H) (see Fig. 24).
11-2: 2-뷰틸옥틸-2-브로모-5-(5-브로모사이오펜-2-일)사이아졸-4-카르복실레이 트( 2 - butyloctyl-2-bromo-5-(5-bromothiophen-2-yl)thiazole-4-carboxylate)의 합성11-2: 2-butyloctyl-2-bromo-5-(5-bromothiophen-2-yl)cyazole-4-carboxylate (2-butyloctyl-2-bromo-5-(5- Synthesis of bromothiophen-2-yl)thiazole-4-carboxylate)
10~20 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 상기 바이알 안에서 0.3 g (0.80 mmol)의 화합물 5-3를 5 mL의 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에 녹인다. 이어서 11 mg (0.049 mmol)의 Pd(OAc)2, 495 mg (2.14 mmol)의 Ag2O, 0.20 g의 화합물 5-4를 넣고 앤드-캡핑 후 진공 및 질소 치환한다. 이후, 상온에서 15분 동안 교반하고 10 시간 동안 리플러스(reflux) 반응시킨다. 반응의 정도를 TLC로 확인하고 반응이 다 이루어지면, 여과장치를 설치하여 셀라이트(celite)를 깔고 메틸렌 클로라이드로 필터한 후 하부 물질을 감압 하에 용매를 제거하여 헥산 대 메틸렌 클로라이드 1:2의 부피 비로 컬럼 정제한 후, 0.38 g의 노란색 오일(수율 78%)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm), 7.13-7.12 (d,1H), 7.04-7.03 (d, 1H), 4.23-4.22 (d, 2H), 1.74 (m, 1H), 1.27 (m, 16H),0.89-0.88 (m, 6H) (도 25 참고). Prepare a 10-20 mL vial. In the vial, 0.3 g (0.80 mmol) of compound 5-3 is dissolved in 5 mL of dimethylsulfoxide. Then, 11 mg (0.049 mmol) of Pd(OAc) 2 , 495 mg (2.14 mmol) of Ag 2 O, and 0.20 g of compound 5-4 were added thereto, followed by end-capping, followed by vacuum and nitrogen substitution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes and subjected to reflux for 10 hours. The degree of reaction was checked by TLC, and when the reaction was completed, a filtration device was installed to spread celite, filtered with methylene chloride, and the lower material was removed under reduced pressure to remove the solvent, and the volume of hexane vs. methylene chloride 1:2. After column purification by ratio, 0.38 g of yellow oil (yield 78%) was obtained. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm), 7.13-7.12 (d,1H), 7.04-7.03 (d, 1H), 4.23-4.22 (d, 2H), 1.74 (m, 1H), 1.27 (m, 16H), 0.89-0.88 (m, 6H) (see Fig. 25).
<실시예 12> P(F-TzT)(COOBO)의 합성<Example 12> Synthesis of P(F-TzT) (COOBO)
12.1: EH-F-2DBDT와 11-2의 중합12.1: Polymerization of EH-F-2DBDT and 11-2
2~5 mL의 바이알(vial)을 준비한다. 50.0 mg (0.093 mmol)의 화합물 11-2과 87.5 mg (0.093 mmol)의 화합물 EH-F-2DBDT를 상기 바이알에 넣는다. 이어서 7.4 mg (0.00644mmol, 6.435 몰%)의 Pd(PPh3)4를 넣고 상기 바이알의 뚜껑을 캡핑(Capping)한다. 이후, 진공상태에서 30분 동안 교반한다. 질소 치환 후에 2.8 mL의 무수 톨루엔(Toluene)과 0.28 mL의 무수 디메틸아마이드(dimethylamide)를 넣고 버블링(Bubbling)이 생기지 않을 때까지 약 10분 동안 진공을 잡는다. 질소 치환 후 상기 바이알 내 혼합물을 100 °C에서 3시간 반응시킨다(흔들어보았을 때 버블링과 석출된 부분이 발견되면, 즉시 0.1 mL의 2-브로모사이오펜을 넣고 1시간 30분 동안 앤드-캡핑함). 이후, 0.2 mL의 2-(트리뷰틸스탠닐)사이오펜을 넣고 1시간30분 동안 앤드-캡핑한다. 이후, 온도를 내리고 6 mL의 메탄올을 첨가한 후 30분 동안 교반한다. 이후, 상기 바이알의 캡을 제거하여 골무(Thimble)에 바이알 내에 있던 반응된 고분자를 옮겨 놓고 메탄올, 아세톤, 헥산, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디클로로프로펜 및 클로로포름 순으로 속슬렛 추출을 통해 각각 12시간 이상 정제한다. 클로로포름 분획에서의 용해된 물질은 감압 하에서 농축되고, SPE 정제하고, 클로로벤젠으로 고농축으로 녹인 후 차가운 메탄올로 재침전 시킨다. 이후, 부흐너 판넬을 이용하여 여과 후 물질을 수거한다. 수거된 물질은 진공 오븐에서 50℃로 24시간 동안 건조한 후, 88.0%의 수율로 붉은 분홍색을 나타내는 입자(powder)를 수득한다. 1H NMR (400 MHz, CDCl3)은 도 26와 같이 나타났다.Prepare a 2-5 mL vial. 50.0 mg (0.093 mmol) of compound 11-2 and 87.5 mg (0.093 mmol) of compound EH-F-2DBDT are added to the vial. Subsequently, 7.4 mg (0.00644 mmol, 6.435 mol%) of Pd(PPh 3 ) 4 was added and the cap of the vial was capped. Then, the mixture is stirred for 30 minutes in a vacuum state. After nitrogen replacement, add 2.8 mL of anhydrous toluene and 0.28 mL of anhydrous dimethylamide, and hold a vacuum for about 10 minutes until no bubbling occurs. After nitrogen substitution, the mixture in the vial is reacted for 3 hours at 100 °C (if bubbling and precipitated portions are found when shaking, 0.1 mL of 2-bromothiophene is immediately added and end-capped for 1
<시험예 1> 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 물리적 및 광학적·전기화학적 특성 분석<Test Example 1> Analysis of physical, optical and electrochemical properties of polymers based on heterocyclic compounds
1. 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 물적 특성1. Physical properties of polymers based on heterocyclic compounds
상기 합성된 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 구조적 변화에 따른 물적 특성 분석을 하였다. 수평균분자량(Number average molecular weight, Mn), 중량평균분자량(Weight average moelcular weight, Mw) 및 다분산지수(Polydispersity index, PDI)와 같은 분자량 분석은 클로로포름을 사용한 GPC(Gel permeation chromatography) 측정(NS-4000, FUTECS)으로 수행되었다. 열분해 온도(Thermal decomposition temperature, Td)는 TGA(Thermogravimetric analysis) 측정(NETZSCH 209 F3)으로 수행되었다(표 1 참고). Physical properties were analyzed according to structural changes of the synthesized heterocyclic compound-based polymers. Molecular weight analysis such as number average molecular weight (M n ), weight average molecular weight (M w ) and polydispersity index (PDI) is performed by GPC (Gel permeation chromatography) measurement using chloroform. (NS-4000, FUTECS). Thermal decomposition temperature (T d ) was performed by TGA (Thermogravimetric analysis) measurement (NETZSCH 209 F3) (see Table 1).
2. 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 광학적·전기화학적 특성2. Optical and electrochemical properties of polymers based on heterocyclic compounds
상기 합성된 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 구조적 변화에 따른 광학적·전기화학적 특성 분석을 하였다. HOMO(Highest occupied molecular orbital), LUMO(Lowest occupied molecular orbital) 및 밴드갭(Eg opt)과 같은 분석들은 UV(HP Agilent 8453 UV-Vis spectrophotometer)와 CV(Znahner IM6eX electrochemical workstation) 측정으로 수행되었다. 상기 합성된 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 광학적 밴드갭은 1239/λonset을 통해 계산하였다. 페로센 반파준위(E1/2, ferrocene)는 0.49 eV로 측정되었다. 이를 다음의 전기화학식[EHOMO = -4.8-(Eonset -E1/2, ferrocene)]에 측정된 산화 onset 에너지(Eonset) 값과 함께 도입하여 상기 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 HOMO 에너지 준위들을 각각 구하였다. LUMO 에너지 준위들은 각각의 광학적 밴드갭을 이용하여 화학적 HOMO 에너지 준위의 차로 계산되었다(표 2 및 도 27 내지 32 참고). Optical and electrochemical properties were analyzed according to structural changes of the synthesized heterocyclic compound-based polymers. Analysis such as Highest occupied molecular orbital (HOMO), Lowest occupied molecular orbital (LUMO), and bandgap (E g opt ) were performed with UV (HP Agilent 8453 UV-Vis spectrophotometer) and CV (Znahner IM6eX electrochemical workstation) measurements. The optical band gap of the synthesized heterocyclic compound-based polymers was calculated through 1239/λonset. The ferrocene half-wave level (E 1/2 , ferrocene ) was measured to be 0.49 eV. This is introduced together with the measured oxidation onset energy (E onset ) value in the following electrochemical formula [E HOMO = -4.8-(E onset -E 1/2 , ferrocene )] to determine the HOMO energy levels of the heterocyclic compound-based polymers. Each was obtained. The LUMO energy levels were calculated as the difference between the chemical HOMO energy levels using each optical bandgap (see Table 2 and FIGS. 27 to 32).
<실시예 13> 헤테로고리 화합물 기반 고분자가 포함된 유기태양전지 소자 제작<Example 13> Fabrication of organic solar cell device containing heterocyclic compound-based polymer
상기 헤테로고리 화합물 기반 고분자가 포함된 역 구조 유기태양전지 소자를 제작하여 성능을 평가하였다. 역 구조 유기태양전지는 ITO/ZnO/고분자:IT-4F=1:1/MoO3/Ag와 같이 제작되었다(도 35 참고). 제작 방법으로 자세하게는 다음과 같다. 우선, 패턴화된 ITO 유리 기판을 세척제(Alconox), 아세톤, 아이소프로판올(Isopropanol, IPA), 초순수 순서로 세척했다. 건조 후, UV-오존 처리로 표면을 하이드로필릭(Hydrophilic) 특성으로 개질했다. 그 다음 졸-겔 법으로 ZnO 전구체 용액을 제조하여 약 30-40 nm의 두께를 갖는 ZnO 박막을 형성했다. 상기 박막은 대기 중에서 200°C로 1시간 동안 가열했다. 이 후 과정들은 글러브박스 내 질소 분위기 하에서 수행했다. 광활성층은 각 용액의 조건에 따라 90-100 nm 두께로 스핀 코팅했다. 최종적으로 5 nm의 MoO3/100 nm Ag 막의 전극 상부가 고 진공(10-6 Torr 미만) 하에서 열적으로 증착되었다. 제조된 소자의 광활성 면적은 0.04 내지 0.12 cm2 였다. 솔라 시뮬레이터(Newport Oriel, 1000 W)는 대기 질량(Air mass: AM) 1.5G 필터로 특성화되었다. 솔라 시뮬레이터의 세기는 AIST-인증된 실리콘 기준 소자를 이용하여 100 mW·cm-2으로 맞추었다.The performance was evaluated by fabricating an inverted structure organic solar cell device containing the heterocyclic compound-based polymer. The reverse structure organic solar cell was manufactured as ITO/ZnO/polymer:IT-4F=1:1/MoO 3 /Ag (see FIG. 35). The production method is as follows in detail. First, the patterned ITO glass substrate was washed with a cleaning agent (Alconox), acetone, isopropanol (Isopropanol, IPA), and ultrapure water in that order. After drying, the surface was modified to hydrophilic properties by UV-ozone treatment. Then, a ZnO precursor solution was prepared by a sol-gel method to form a ZnO thin film having a thickness of about 30-40 nm. The thin film was heated at 200 °C for 1 hour in the air. Subsequent processes were performed in a nitrogen atmosphere in the glove box. The photoactive layer was spin coated to a thickness of 90-100 nm according to the conditions of each solution. Finally, the MoO 3/100 nm Ag film of 5 nm and an upper electrode were thermally deposited in a vacuum (less than 10 -6 Torr). The photoactive area of the manufactured device was 0.04 to 0.12 cm 2 . The solar simulator (Newport Oriel, 1000 W) was characterized with an air mass (AM) 1.5G filter. The intensity of the solar simulator was set to 100 mW·cm -2 using an AIST-certified silicon reference element.
<시험예 2> 헤테로고리 화합물 기반 고분자가 포함된 유기태양전지 소자 평가 <Test Example 2> Evaluation of an organic solar cell device containing a heterocyclic compound-based polymer
전류-전압 거동은 Keithley 2400 SMU를 이용하여 측정되었다. EQE(External quantum efficiency) 거동은 Polaronix K3100 IPCE 측정 시스템 (McScience Inc.)을 이용하여 측정되었다. Current-voltage behavior was measured using a Keithley 2400 SMU. EQE (External quantum efficiency) behavior was measured using a Polaronix K3100 IPCE measurement system (McScience Inc.).
상기 구조적 변화에 따라 합성된 헤테로고리 화합물 기반 고분자들의 특성 분석을 토대로 상기 역 구조 유기태양전지 소자를 제작하여 평가하였다. 효율 최적화를 위해서 광활성층 용액은 Chlorobeznene(CB)에 Diiodooctane(DIO)를 0.5% 소량 첨가하였으며, 1.2-1.5 wt% 농도를 사용하였다(표 3, 도 33 및 34 참고). Adv.Funct. Mater. 2018, 28, 1706517의 유사 구조의 고분자 P(BDT-S-TC)(비교예 1)보다도 우수한 성능이다.The reverse structure organic solar cell device was fabricated and evaluated based on the analysis of the properties of the polymers based on the heterocyclic compound synthesized according to the structural change. For efficiency optimization, a small amount of Diiodooctane (DIO) was added to Chlorobeznene (CB) in a small amount of 0.5%, and a concentration of 1.2-1.5 wt% was used (see Table 3, FIGS. 33 and 34). Adv.Funct. Mater. It is superior to the polymer P (BDT-S-TC) of similar structure of 2018, 28, 1706517 (Comparative Example 1).
=1:1Comparative Example 1: ITIC
=1:1
또한, 실시예 12:IT-4F=1:1로 하여 제작한 유기태양전지 소자를 상기와 동일한 방법으로 평가하였더니, Voc는 0.798V, Jsc는 13.9 mA/cm2, FF는 41.1% 및 PCE는 4.6%로 나타났다. 사이아졸-사이오펜(TzT)을 포함하는 고분자는 프론티어 에너지 수준(frontier energy level)과 결합 쌍극자 모멘트(dipole moment) 방향의 변화 정도가 높으므로 전하가 잘 흐를수 없었으나, 실시예 12를 포함한 유기태양전지는 활용 가능한 수준으로 나타났다.In addition, when the organic solar cell device fabricated in Example 12: IT-4F=1:1 was evaluated in the same manner as above, V oc was 0.798V, J sc was 13.9 mA/cm 2 , FF was 41.1% and PCE was 4.6%. Cyazole-thiophene (TzT)-containing polymer had a high degree of change in the frontier energy level and the direction of the bonding dipole moment, so that the electric charge could not flow well. Solar cells appeared to be at a usable level.
본 발명에서는 상술한 바와 같이 상기 실시예를 통하여 고성능 고분자들의 제조하는 방법을 설명하였으나, 고분자들의 제조방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 상기 반응식 들을 만족하는 어떠한 제조방법도 무방하다. In the present invention, a method of manufacturing high-performance polymers has been described through the above examples as described above, but the method of manufacturing the polymers is not particularly limited, and any manufacturing method that satisfies the above reaction equations may be used.
또한, 본 발명의 유기태양전지 소자는 상술한 바와 같이 애노드/정공수송층/광전변환층/전자수송층/캐소드의 순으로 제조될 수도 있고, 그 반대의 순서, 즉 캐소드/전자수송층/광전변환층/정공수송층/애노드의 순으로 제조하여도 무방하다.In addition, the organic solar cell device of the present invention may be manufactured in the order of anode/hole transport layer/photoelectric conversion layer/electron transport layer/cathode as described above, and the reverse order, that is, cathode/electron transport layer/photoelectric conversion layer/ It may be manufactured in the order of hole transport layer/anode.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art, and therefore, such changes or modifications are found to belong to the appended claims.
101: 캐소드/애노드; ITO(Indium Tin Oxide) 유리 기판
102: 캐소드/애노드 버퍼층; ZnO
103: 광활성층
104: 애노드/캐소드 버퍼층; MoO3
105: 애노드/캐소드; Ag101: cathode/anode; Indium Tin Oxide (ITO) glass substrate
102: cathode/anode buffer layer; ZnO
103: photoactive layer
104: anode/cathode buffer layer; MoO 3
105: anode/cathode; Ag
Claims (19)
b) 상기 a) 단계에서 합성된 화학식 1a로 나타내는 화합물을 하기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 하기 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하는 단계를 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법:
[화학식 1a]
[화학식 1b]
[화학식 1]
상기 화학식 1a 및 화학식 1b에 있어서,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N 중에 선택된 하나이며,
X는 각각 독립적으로 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트기 중에 선택된 하나이고,
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되며,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택된다.
a) synthesizing a compound represented by the following formula 1a; And
b) A method for preparing a heterocyclic compound comprising the step of synthesizing a compound represented by the following Formula 1 by reacting the compound represented by Formula 1a synthesized in step a) with a compound represented by Formula 1b
[Formula 1a]
[Formula 1b]
[Formula 1]
In Formula 1a and Formula 1b,
Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
Z is each independently selected from CR 3 and N,
X is one independently selected from halogen and haloalkyl substituted sulfonate groups,
Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
R 2 and R 3 are each independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an arylsulfoxy group; at least one is selected from the group consisting of.
상기 a) 단계는, ⅰ) 하기 화학식 1a-ⅰ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 할로겐 및 할로알킬이 치환된 설포네이트 중 하나 이상과 반응시켜 하기 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 수득하는 단계 및 ⅱ) 상기 수득한 화학식 1a-ⅱ로 나타내는 화합물을 용매 내에서 하기 화학식 1a'로 나타나는 화합물과 반응시켜 상기 화학식 1a으로 나타내는 화합물을 수득하는 단계를 더 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법:
[화학식 1a-ⅰ]
[화학식 1a-ⅱ]
[화학식 1a']
The method of claim 1,
The step a) comprises: i) reacting a compound represented by the following formulas 1a-i with at least one of a sulfonate substituted with halogen and haloalkyl in a solvent to obtain a compound represented by the following formulas 1a-ii, and ii) A method for producing a heterocyclic compound further comprising the step of reacting the obtained compound represented by Formula 1a-ii with a compound represented by Formula 1a' in a solvent to obtain a compound represented by Formula 1a:
[Formula 1a-i]
[Formula 1a-ii]
[Formula 1a']
상기 용매는 극성 비양자성(polar aprotic) 용매, 비극성(nonpolar) 용매 및 이들의 혼합용매 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 2,
The solvent is a method for producing a heterocyclic compound comprising at least one selected from a polar aprotic solvent, a nonpolar solvent, and a mixed solvent thereof.
상기 반응에는 촉매가 사용되며, 상기 촉매는 친핵성 촉매(nucleophilic catalyst) 및 착화합물 촉매로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 2,
A catalyst is used for the reaction, and the catalyst is a method for producing a heterocyclic compound comprising at least one selected from the group consisting of a nucleophilic catalyst and a complex compound catalyst.
상기 친핵성 촉매는 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, DMAP)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 4,
The nucleophilic catalyst is a hetero containing at least one selected from the group consisting of N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, DCC) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP) Method for producing a cyclic compound.
상기 b) 단계는 용매 내에서 수행되는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
The step b) is a method for producing a heterocyclic compound performed in a solvent.
상기 용매는 극성 비양자성 용매인 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 6,
The solvent is a polar aprotic solvent, a method for producing a heterocyclic compound.
상기 반응에는 촉매가 사용되며, 상기 촉매는 팔라듐 아세테이트(Pd(OAc)2), 팔라듐 트리플르우로아세테이트(Pd(TFA)2), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 비스(디벤질아이덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3) 및 아세트산 구리(Cu(OAc)2)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 6,
A catalyst is used in the reaction, and the catalyst is palladium acetate (Pd(OAc) 2 ), palladium trifluroacetate (Pd(TFA) 2 ), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd(PPh 3 ) 4 ), bis (dibenzylideneacetone) palladium (Pd(dba) 2 ), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ) and copper acetate (Cu(OAc) 2 ) selected from the group consisting of Method for producing a heterocyclic compound containing one or more.
상기 b) 단계는 상기 화학식 1a로 나타내는 화합물을 용매 내에서 상기 화학식 1b로 나타내는 화합물과 반응시켜 반응물을 수득하는 단계 및 상기 반응물에 할로겐 염(halogen salt)을 첨가하여 화학식 1로 나타내는 화합물을 수득하는 단계를 포함하는 헤테로고리 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step b), the compound represented by Formula 1a is reacted with the compound represented by Formula 1b in a solvent to obtain a reactant, and a halogen salt is added to the reactant to obtain a compound represented by Formula 1 Method for producing a heterocyclic compound comprising the step.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
n은 1 내지 10,000 사이의 정수이며,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,
Z는 각각 독립적으로 CR3 및 N 중에 선택된 하나이며,
R1는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되고,
R3는 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택되며,
D는 전자공여 단위이다.
Polymer containing a repeating unit represented by the following formula (2):
[Formula 2]
In Chemical Formula 2,
n is an integer between 1 and 10,000,
Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
Z is each independently selected from CR 3 and N,
Each R 1 is independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
Each R 3 is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an aryl sulfoxy group; is selected at least one from the group consisting of,
D is the unit of electron donation.
상기 D는 하기 화학식 3으로 나타내는 전자공여 단위인 고분자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서 Ri는 인접하는 5 원자의 헤테로아릴 유도체와 함께 결합하여 융합 고리를 형성하거나; 단일 결합; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 원자의 단환 탄소고리 화합물에서 유도된 기; 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물에서 유도된 기; 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 5 내지 6 환원의 단환 탄소고리 화합물 및 치환기 J로 치환 또는 비치환된 N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 5 내지 6 원자의 단환 헤테로고리 화합물 중 적어도 2개 이상이 융합된 다환 융합 고리 화합물로부터 유도된 기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며,
Q는 각각 독립적으로 O, S, Se 및 Te 중에 선택된 하나이고,
R은 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아릴옥시기; 아릴술폭시기; 및 아민기;로 이루어진 군에서 선택되며,
J는 각각 독립적으로 할로겐기; 씨아노기; C1~16 알킬기; C2~16 알케닐기; C2~16 알키닐기; 아릴기; 아랄킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알킬기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리형 알케닐기; N, P, O, S, Se 및 Te로부터 선택된 1개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴기; 하이드록실기; C1~16 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 티올기; 티오닐기; 티오에테르기; 이민기; 시아노기; 포스포나토기; 포스핀기; 카르복시기; 카르밤오일기; 카르밤산기; 아세탈기; 요소기; 티오카르보닐기; 설포닐기; 설폰아마이드기; 설포네이트기; 실릴기; 케톤기; 알데하이드기; 에스테르기; 아세틸기; 이세톡시기; 아마이드기; 할로알킬기; 아미노아실기; 아미노알킬기; 알킬술폭시기; 아민기; 아릴옥시기; 및 아릴술폭시기;로 이루어진 군 중에서 하나 이상 선택된다.
The method of claim 10,
D is a polymer which is an electron donating unit represented by the following formula (3):
[Formula 3]
In Chemical Formula 3, Ri is bonded with an adjacent 5-membered heteroaryl derivative to form a fused ring; Single bond; A group derived from a 5 to 6 membered monocyclic carbocyclic compound unsubstituted or substituted with a substituent J; A group derived from a 5 to 6 membered monocyclic heterocyclic compound including at least one selected from N, P, O, S, Se and Te substituted or unsubstituted with a substituent J; And 5 to 6 atoms including at least one selected from 5 to 6 reduced monocyclic carbocyclic compounds substituted or unsubstituted with substituent J and N, P, O, S, Se and Te substituted or unsubstituted with substituent J A group derived from a polycyclic fused ring compound in which at least two or more of the monocyclic heterocyclic compounds are fused; and at least one selected from the group consisting of,
Q is each independently one selected from O, S, Se and Te,
Each R is independently hydrogen; Halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Aryloxy group; Arylsulfoxy group; And an amine group; is selected from the group consisting of,
J is each independently a halogen group; Cyanogi; C 1-16 alkyl group; 2 ~ C 16 alkenyl group; C 2 ~ 16 alkynyl group; Aryl group; Aralkyl group; A heterocyclic alkyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heterocyclic alkenyl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; A heteroaryl group containing at least one hetero atom selected from N, P, O, S, Se and Te; Hydroxyl group; C 1-16 alkoxy group; Amino group; Nitro group; Thiol group; Thionyl group; Thioether group; Lee Min-ki; Cyano group; Phosphonato group; Phosphine group; Carboxyl group; Carbam oil group; Carbamic acid group; Acetal group; Urea; Thiocarbonyl group; Sulfonyl group; Sulfonamide group; Sulfonate group; Silyl group; Ketone group; Aldehyde group; Ester group; Acetyl group; Isetoxy group; Amide group; Haloalkyl group; Aminoacyl group; Aminoalkyl group; Alkyl sulfoxy group; Amine group; Aryloxy group; And an arylsulfoxy group; at least one is selected from the group consisting of.
고분자의 수평균 분자량은 500 Da 내지 100 kDa인 고분자.
The method of claim 10,
The polymer has a number average molecular weight of 500 Da to 100 kDa.
고분자의 다분산지수(PDI)는 1.0 내지 100인 고분자.
The method of claim 10,
The polymer has a polydispersity index (PDI) of 1.0 to 100.
An organic solar cell comprising the polymer according to any one of claims 10 to 13 as a photoactive layer.
상기 광활성층은 인다세노디티오펜(indacenodithiophene) 유도체 및 인다세노디티에노티오펜(indacenodithienothiophene) 유도체 중 하나 이상 포함하는 비풀러렌 유도체를 더 포함하는 유기태양전지.
The method of claim 14,
The photoactive layer is an organic solar cell further comprising a non-fullerene derivative including at least one of an indacenodithiophene derivative and an indacenodithienothiophene derivative.
A perovskite solar cell comprising the polymer according to any one of claims 10 to 13 as a charge transport layer.
A field effect transistor comprising the polymer according to any one of claims 10 to 13.
An organic light-emitting diode comprising the polymer according to any one of claims 10 to 13.
A flat or touch screen comprising the polymer according to any one of claims 10 to 13 as a charge injection layer.
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