TW201317242A - 縮合多環芳香族化合物,芳香族聚合物,及芳香族化合物之合成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供適用為合成具有較大溶解度之縮合多環芳香族化合物用之先驅物的縮合多環芳香族化合物,與該新穎之縮合多環芳香族化合物之合成及使用方法。該縮合多環芳香族化合物為下述式(I)所表示:□(X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X1及X2中至少1個為鹵原子,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且接鄰之2個可相互鍵結形成芳香族基)。
Description
第1及第2項本發明為,有關新穎之縮合多環芳香族化合物。又,第1及第2項本發明為,有關該新穎之縮合多環芳香族化合物之合成使用方法。
第3項本發明為,有關新穎之芳香族聚合物。又,本發明為,有關該新穎之芳香族聚合物之合成及使用方法。
第4及第5項本發明為,有關芳香族化合物之合成方法。更詳細為,本發明係有關合成下述式所表示之[1]苯并噻嗯并[3,2-b][1]苯并噻吩(以下稱為「DNTT」或「二萘并噻嗯并噻吩」)或其衍生物用之中間物芳香族化合物及其合成方法,以及包含該合成方法中DNTT或其衍生物之合成方法。
針對有機半導體化合物曾有各種運用於有機薄膜電晶體(TFT)、有機載體輸送層、有機發光裝置等之有機半導體層的研究。特別是具有由有機半導體化合物所形成之有機半導體層的薄膜電晶體係為低成本且輕量之裝置,因此而被期待為目前之矽基底電晶體之替代物。又,有機半導體層因輕量且可撓等,而特別適用於有機材料之觀點,故而被期待運用於智慧標籤、輕量顯示器等。
因此曾多次研究形成有機半導體層用之有機半導體化合物(專利文獻1至5,及非專利文獻1至3)。
已知該等有機半導體化合物中,就材料之安定性、載體之移動度之半導體特性等,較佳為縮合多環芳香族化合物,特佳為二萘并噻嗯并噻吩(DNTT)或其取代物,或具有類似構造之縮合多環芳香族材料。
但縮合多環芳香族化合物具有較強之芳香族性及較高之結晶性,故相對於有機溶劑等之溶解性極低,而難使用於塗佈法。因此使用縮合多環芳香族化合物製造有機半導體膜時一般係藉由蒸鍍法,由縮合多環芳香族化合物得有機半導體薄膜。
又,上述DNTT因縮合環數較少而使相對於有機溶劑之溶解性極低,故使用於產業上所使用之溶液法時無法達成充分溶解性(專利文獻4)。
又,已知有二辛基苯并噻嗯基苯并噻吩(C8-BTBT)般使用於溶液法時具有充分溶解性之低分子有機半導體化合物,但使用該類低分子有機半導體化合物時,會增加由溶液步驟所析出之結晶尺寸,而傾向使所得之有機半導體膜之特性不均勻。因此使用該類有機半導體膜之元件中,形成薄膜電晶體(TFT)數組時,元件間之特性會不齊。另外上述低分子有機半導體化合物使用溶液法時,因溶液之黏度較低,故不易得到充分厚度之有機半導體膜,及排水性表面不易形成半導體膜。
為了使DNTT般之縮合多環芳香族化合物可使用塗佈法製造有機半導體薄膜,曾提案使用可生成溶解度較大且能分解般縮合多環芳香族化合物之先驅物(專利文獻5、非專利文獻2及3)。
已知DNTT之合成流程的有力候補如,下述先前之合成流程(1)(專利文獻2)。
但該先前之合成流程(1)中,由2-萘醛(式(a))合成3-甲硫基-2-萘醛(式(b))之步驟中除了3位導入甲硫基(-SMe)之目的化合物(式(b))以外,也會生成1位或4位導入甲硫基之副產物。因此該步驟之目的化合物(式(b))之產率較低,且需追加去除副產物用之色譜分離及再結晶等之使用大量溶劑之精製處理。
有關該類問題曾研究不使用由2-萘醛(式(a))合成3-甲硫基-2-萘醛(式(b))之步驟,合成DNTT之方法。例如曾提案之方法為,下述先前之合成流程(2)(非專利文獻4)。
該先前之合成流程(2)中,所使用之開始原料為商業上可取得之2-甲氧基萘(化合物(d)),因此可選擇性將甲硫基導入3位,以較高產率製造3-甲硫基-2-甲氧基萘(式(e))。又曾報告該先前合成流程(2)需備有5階段之反應,但可以79%之較高產率得到DNTT。
該先前之合成流程(2)中,為了將3-甲硫基-2-二氟萘(式(g))二聚化而得反-1,2-雙(3-甲硫基萘-2-基)乙烷(式(c))之化合物,需備有有機錫偶合劑之反-1,2-雙(三丁基錫烷基)乙烷(式(h))。但合成該有機錫偶合劑需較複雜之反應(非專利文獻5),又因所使用之原料為錫,故該有機錫偶合劑為高價物(和光純藥,3萬日幣/5g)。又,合成1莫耳之DNTT需1莫耳之該有機錫偶合劑,因此使用該偶合劑會成為該先前之合成流程(2)增加合成成本之原因。
[專利文獻1] 特開2006-89413號公報
[專利文獻2] 特開2008-290963號公報
[專利文獻3] 國際公開WO2006/077888號公報
[專利文獻4] 國際公開WO2008/050726號公報
[專利文獻5] 國際公開WO2011/024804號公報
[非專利文獻1] “Facile Synthesis of Highly π-Extended Heteroarenes, Dinaphtho[2,3-b:2’,3’-f] chalcogenopheno[3,2-b]chalcogenophenes, and Their Application to Field-Effect Transistors”, Tatsuya Yamamoto, and Kazuo Takimiya, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129 (8), pp 2224-2225
[非專利文獻2] H. Uno et al., “Photoprecursor for pentacene, Tetrahedron Letters”, 2005, Vol.46, No.12, PP.1981-1983
[非專利文獻3] WANG, Y. eta1, “Synthesis, characterization, and reactionsof 6,13-disubstituted 2, 3, 9, 10-tetrakis (trimethylsily1) pentacene derivatives”, Tetrahedron, 2007, Vol. 63, No. 35, pp. 8586-8597
[非專利文獻4] Kazuki Niimi,et al. “General Synthesis of Dinaphtho[2,3-b:2’,3’-f]thieno[3,2-b]
thiophene (DNTT) Derivatives”, Organic Letters(2011), 13(13), pp. 3430-3433
[非專利文獻5] ZOU Yingping et al., “New cyano-substituted copolymers containing biphenylenevinylene and bithienylenevinylene units: synthesis, optical, and electrochemical properties”, J. Mater. Sci. 2009, 44, 4174-4180
如上述所記載,DNTT因縮合環數較少而使其相對於有機溶劑僅具有少許溶解性,故無法達成產業上使用溶液法所需之充分溶解性(專利文獻4)。
又,既使溶液法使用具有充分溶解性之低分子有機半導體化合物,也會有使用有機半導體膜之元件間之特性不齊問題。另外既使溶液法使用該類低分子有機半導體化合物,也會因溶液之黏度較低,而有不易得到充分厚度之有機半導體膜,及不易於排水性表面上形成半導體膜之問題。
因此第1及第2項本發明係提供,具有較大溶解度之縮合多環芳香族化合物,與該新穎之縮合多環芳香族化合物之合成及使用方法。又,第3項本發明係提供,可解除
至少部分上述問題之芳香族聚合物,與該新穎之芳香族聚合物之合成及使用方法。
本發明係提供,不會有上述先前合成流程之問題的DNTT或其衍生物之新穎的合成方法,特別是無需有機錫偶合劑般之高價原料的DNTT或其衍生物之新穎之合成方法。又,本發明係提供,該新穎之合成方法用之中間物芳香族化合物及其合成方法。
本發明之發明者們發現,具有DNTT類似構造之縮合多環芳香族化合物中,藉由將取代基導入接鄰於中心之雜環部分的芳香族環,可改良縮合多環芳香族化合物之溶解度,而完成第1項本發明。
第1項本發明之縮合多環芳香族化合物為下述式(I)所表示:
(Q1及Q2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且Q1及Q2中至少1個為氫原子及鹵原子以外之基,B為具有至少1個苯環部分之取代或非取代之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1及A4各自獨立為氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且接鄰之2個可相互鍵結形成芳香族基)。
該式(I)所表示之縮合多環芳香族化合物可作為有機半導體化合物用。
又,該式(I)所表示之縮合多環芳香族化合物可藉由接鄰於中心部之縮合雜環的苯環具有取代基(Q),而具有較大溶解度。推斷其因為,藉由接鄰於中心部之縮合雜環的苯環,即靠近縮合多環芳香族化合物之中心的位置上存在取代基時,可降低該化合物之結晶性,且藉由該取代基之極性可增加化合物全體之極性等。
又,專利文獻4之一般式係包含縮合苯環之氫被取代
的DNTT之物,但具體上僅揭示離中心部之縮合雜環最邊之位置被取代的DNTT,未具體揭示接鄰於中心部之縮合雜環的苯環被取代之態樣。又,專利文獻4中未揭示,接鄰於中心部之縮合雜環的苯環被取代之DNTT的具體合成方法。
又,第1項本發明係有關,使用第1項本發明之縮合多環芳香族化合物之溶液、有機半導體膜、有機半導體裝置。
本發明之發明者們發現,藉由使用特定之縮合多環芳香族化合物,易合成第1項本發明之縮合多環芳香族化合物,而完成第2項本發明。
第2項本發明之縮合多環芳香族化合物為,下述式(II)所表示:
(X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群
中所選出,且X1及X2中至少1個為鹵原子,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且接鄰之2個可相互鍵結形成芳香族基)。
第2項本發明之縮合多環芳香族化合物可作為第1項本發明之縮合多環芳香族化合物合成用之先驅物用。具體例如,第2項本發明之縮合多環芳香族化合物可藉由使用芳香族鹵化物之各種偶合方法、溝呂木‧海庫方法、根岸偶合、右田‧小杉‧史提爾偶合、薗頭偶合、鈴木‧宮浦偶合、普巴特‧哈特恩反應、熊田‧玉尾‧克留偶合、合成第1項本發明之縮合多環芳香族化合物。
又,該式(II)所表示之縮合多環芳香族化合物可藉由,接鄰於中心部之縮合雜環的苯環具有鹵原子(X),而具有較大溶解度。推斷其因為,藉由接鄰於中心部之縮合雜環之苯環,即靠近縮合多環芳香族化合物之中心的位置在鹵基,可降低該化合物之結晶性,而增加溶解度,且藉由該鹵基之極性而增加化合物全體之極性等。
又,第2項本發明係有關,第2項本發明之縮合多環芳香族化合物之合成方法及使用方法等。
本發明之發明者們發現,藉由具有2個以上DNTT類似構造之縮合多環芳香族部分的芳香族聚合物,可解除至
少部分上述問題,而完成本發明。
本發明之芳香族聚合物為,具有2個以上下述式(IV)所表示之縮合多環芳香族部分:
(G1及G2各自獨立為由鍵結、氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且G1及G2中至少1個為鍵結,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且接鄰之2個可相互鍵結形成芳香族基)。
本發明之芳香族聚合物中,縮合多環芳香族部分可藉由與接鄰於中心部之縮合雜環的苯環具有鍵結等,提供縮合多環芳香族部分較大之溶解度。推斷其因為,藉由縮合多環芳香族部分之接鄰於中心部之縮合雜環的苯環,即靠近縮合多環芳香族部分之中心的位置存在鍵結等,可降低該部分之結晶性,而增加溶解度,且藉由該鍵結等之極性可增加該部分之極性等。
又,專利文獻4之一般式係包含縮合苯環之氫被取代
的DNTT之物,但具體上僅揭示離中心部之縮合雜環最遠之位置被取代的DNTT,未具體揭示接鄰於中心部之縮合雜環的苯環被取代之態樣。又,專利文獻4中未揭示,接鄰於中心部之縮合雜環的苯環被取代之DNTT的具體合成方法。
又,本發明係有關,本發明之芳香族聚合物之合成方法及使用方法等。又,本發明係有關,含有本發明之芳香族聚合物之溶液、有機半導體膜、有機半導體裝置等。
經本發明者們專心檢討後發現,下述DNTT或其衍生物之新穎之合成方法,與該新穎之合成方法用之中間物芳香族化合物及其合成方法。
藉由本發明可於無上述先前之合成流程(1)及(2)之問題下合成DNTT或其衍生物。具體上本發明可藉由新穎之合成方法,合成可作為上述先前合成流程(1)之中間物用的3-甲硫基-2-萘醛(式(b)),且可於無上述先前之合成流程(1)及(2)之問題下合成DNTT或其衍生物。
本說明書中為了簡化內容,而將「碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔
基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、碳原子數1至20之硫化物基,及碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基」記載為「烷基等」。
此時之「碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基」中之「芳香族基」可為苯系芳香族基、雜環基、或非苯系芳香族基。具體之苯系芳香族基如,苯基及萘基。又,具體之雜環基如,呋喃基、噻吩基、吡咯基及咪唑基。又,具體之非苯系芳香族基如,輪烯及薁。該等芳香族基被取代時,其取代基如,烷基、烯基、炔基、芳香族基、酮基、胺基、醯胺基、醯亞胺基、硫化物基。
例如,「碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基」為取代或非取代之噻吩基時,該噻吩基較佳為如下述再被取代或非取代之噻吩基取代:
(u為0至4之整數)。
又,被噻吩基等之芳香族基取代時之取代基較佳為鹵原子、烷基、烯基、炔基、取代或非取代之芳香族基、酮基、胺基、醯胺基、醯亞胺基、硫化物基及烷基矽烷基炔基等。
又,「碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基」較佳為碳原子數1至40之三烷基矽烷基炔基,特佳為具有下述式之三烷基矽烷基炔基:
(R1至R3各自獨立為碳原子數1至10之烷基,特別是由甲基、乙基、異丙基、n-丁基、sec-丁基、t-丁基所成群中所選出之基)。
本說明書中所記載之「硫屬」係指氧、硫、硒、鍗及釙,特佳為硫及硒,最佳為硫。
本說明書中所記載之「鹵素」係指氟、氯、溴、碘及砹,特佳為氯、溴、碘,最佳為溴。
本說明書中所記載之接鄰的2個基可相互鍵結形成之「碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基」較佳如,具有下述構造之取代或非取代之芳香族基。
本說明書中所記載之「親二烯型烯附加於苯環之碳原子數2至20之取代基(D)」中,親二烯型烯可參考專利文獻5。將該類親二烯型烯附加於縮合多環芳香族化合物之苯環之方法可參考專利文獻5。
又,如專利文獻5所記載,縮合多環芳香族化合物之苯環附加該親二烯型烯時,可藉由降低縮合多環芳香族化合物之結晶性,而增加具有該類縮合多環芳香族部分之本發明之縮合多環芳香族化合物的溶解度。又,溶液法係使用該類縮合多環芳香族化合物製造半導體膜時,藉由加熱含有該化合物溶液之塗膜的同時由溶液去除溶劑,可脫離去除親二烯型烯。
具體之「親二烯型烯附加於苯環之碳原子數2至20之取代基(D)」如,下述式(B-1a)及(B-2a),特佳如下述式(B-1b)及(B-2b),最佳如下述式(B-1c)及(B-2c)之化合物:
(Ra、Rb、Rc及Rd各自獨立為由鍵結、氫、鹵素、羥基、醯胺基、巰基、氰基、碳原子數1至10之烷基、碳原子數2至10之烯基、碳原子數2至10之炔基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數4至10之取代或非取代之芳香族基、碳原子數1至10之酯基、碳原子數1至10之醚基、碳原子數1至10之酮基、碳原子數1至10之胺基、碳原子數1至10之醯胺基、碳原子數1至10之醯亞胺基、及碳原子數1至10之硫化物基所成群中所選出。
Ra及Rb可相互鍵結形成環,Rc及Rd可相互鍵結形成環,n為1至5之整數,又,Z為由鍵結(-)、氧(-O-)、甲烯性碳(-C(Rr)2-)、乙烯性碳(-C(Rr)=)、羰基(-C(=O)-)、氮(-N(Rr)-)、及硫(-S)所成群中所選出,且n為2或大於2時可各自相異(Rr各自獨立為由氫、鹵素、碳原子數1至10之烷基、碳原子數2至10之烯基、碳原子數2至10之炔基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數4至10之取代或非取代之芳香族基、碳原子數1至10之酯基、碳原子數1至10之醚基、碳原子數1至10之酮基、碳原子數1至10之胺基、碳原子數1至10之醯胺基、碳原子數1至10之醯亞胺基、及碳原子數1至10之硫化物基所成群中所選出))。
更具體之親二烯型烯如下述式(B-1-1)至(B-2-3)之化合物:
(R及Rr各自獨立為由氫、鹵素、羥基、醯胺基、巰基、氰基、碳原子數1至10之烷基、碳原子數2至10之烯基、碳原子數2至10之炔基、碳原子數1至10之烷氧基、碳原子數4至10之取代或非取代之芳香族基、碳原子數1至10之酯基、碳原子數1至10之醚基、碳原子數1至10之酮基、碳原子數1至10之胺基、碳原子數1至10之醯胺基、碳原子數1至10之醯亞胺基、及碳原子數1至10之硫化物基所成群中所選出)。
(第1項本發明-縮合多環芳香族化合物)
第1項本發明之縮合多環芳香族化合物為,下述式(I)所表示:
(Q1及Q2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且Q1及Q2中至少1個為氫原子及鹵原子以外之基,B為具有至少1個苯環部分之取代或非取代之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
第1項本發明之縮合多環芳香族化合物如下述式(I-1)所表示:
(Q1至Q4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且Q1至Q4中至少1個為氫原子及鹵原子外之基,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(I-1)之化合物如,Q2及Q3各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且Q2及Q3中至少1個為氫原子及鹵原子以外之基,Q1及Q4為氫原子。
該式(I-1)之化合物特佳為下述式(I-1-1)所表示之化合物:
(R1至R3各自獨立為碳原子數1至10之烷基)。
第1項本發明之縮合多環芳香族化合物如下述式(I-2)所表示:
(Q1及Q2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且Q1及Q2中至少1個為氫原子及鹵原子以外之基,D為親二烯型烯附加於苯環之碳原子數2至20之取代基,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(I-2)之化合物如,Q1及Q2各自獨立為由烷基等所成群中所選出。
該式(I-2)之化合物特佳為下述式(I-2-1)所表示之化合物:
(R1至R3各自獨立為碳原子數1至10之烷基,Rr同上述記載)。
式(I)中,特別是式(I-1)或(I-2)之化合物中A1、A4、A5及A8特佳為,A1至A8為氫原子。又,式(I)中,特別是式(I-1)或(I-2)之化合物中,Y較佳為硫原子。
(第1項本發明-含有縮合多環芳香族化合物之溶液)
第1項本發明之含有縮合多環芳香族化合物之溶液為,含有有機溶劑,及至少部分溶解於該有機溶劑之第1項本發明之縮合多環芳香族化合物。
該含有縮合多環芳香族化合物之溶液可為,以任意濃度含有第1項本發明之縮合多環芳香族化合物,例如可以0.01至10質量%、0.05至5質量%、0.1至3質量%之濃度含有第1項本發明之縮合多環芳香族化合物。
此時可使用之有機溶劑如,不會使第1項本發明之縮合多環芳香族化合物變質下可溶解之任意有機溶劑。具體上該有機溶劑如,N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、乙腈、乙酸乙酯等之非質子性極性溶劑;二乙基醚、四氫呋喃、二異丙基醚、二乙二醇二甲基醚、1,4-二噁烷等之醚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、(即1,3,5-三甲基苯)等之芳香族烴類;己烷、庚烷等之脂肪族烴類;及二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之含鹵溶劑。
(第1項本發明-有機半導體膜之製造方法)
製造有機半導體膜之第1項本發明之方法為,包含將第1項本發明之含有縮合多環芳香族化合物之溶液塗佈於基材的步驟,及由塗佈於基材上之上述溶液去除有機溶劑之步驟。
將溶液塗佈於基材時,可以任意樣式進行,例如可藉由鑄造法、旋塗法、印刷法等進行等。又,將溶液塗佈於基材時,可單純將溶液滴落於基材上進行。
由溶液去除有機溶劑可與塗佈步驟同時進行。
由溶液去除有機溶劑時,可藉由加熱促成。此時可以實質上不會分解第1項本發明之縮合多環芳香族化合物之
任意溫度,例如80℃以上、100℃以上、120℃以上或140℃以上,且由200℃以下、220℃以下、240℃以下、260℃以下之溫度進行加熱。該加熱例如可藉由,將已塗佈溶液之基材直接接觸已加熱電熱器等之已加熱物體、或導入已加熱烤爐等之已加熱領域、或照射紅外線、微波等之電磁波等而達成。
為了脫離加成化合物以構成有機半導體膜的第1項本發明之化合物,例如式(I-2)之化合物,可於去除有機溶劑的同時脫離去除D所表示之取代基。該脫離反應可藉由加熱促成。
(第1項本發明-有機半導體裝置之製造方法)
製造有機半導體裝置之第1項本發明之方法為,包含藉由製造有機半導體膜之第1項本發明之方法製造有機半導體膜的步驟。
又,該方法另包含,隨意於有機半導體膜之上側或下側形成電極層及/或介電體層之步驟。
(第1項本發明之有機半導體裝置)
第1項本發明之有機半導體裝置為,具有含有第1項本發明之縮合多環芳香族化合物的有機半導體膜。
此時有機半導體膜含有第1項本發明之化合物係指,有機半導體膜含有至少可驗知之量的第1項本發明之化合物。
因此,例如直接以該形式構成有機半導體膜時,第1項本發明之化合物,例如式(I-1)之化合物係為,以該化合物構成有機半導體膜之實質部分,即實質上有機半導體膜係由第1項本發明之化合物構成。
又,為了脫離加成化合物以構成有機半導體膜的第1項本發明之化合物,例如式(I-2)之化合物係為,以該附加加成化合物之化合物作為有機半導體所含有之微量成分。此時,該附加加成化合物之化合物的莫耳比可為,超過1 ppm、超過10 ppm、超過100 ppm、超過1,000 ppm、或超過10,000 ppm(1%)。又,該附加加成化合物之化合物之比例可為10 mol%以下、5 mol%以下、3 mol%以下、1 mol%以下、0.1 mol%以下或0.01 mol%以下。
特別是本發明之有機半導體裝置為,具有源電極、汲電極、柵電極、柵絕緣膜及有機半導體膜之薄膜電晶體中,藉由柵絕緣膜使源電極及汲電極與柵電極絕緣,且藉由施加於柵電極之電壓,控制由源電極經有機半導體通往汲電極之電流的薄膜電晶體。又,特別是本發明之有機半導體裝置為,以有機半導體膜作為活性層之太陽電池。又,有關本發明之「有機半導體裝置」係指,具有有機半導體膜之裝置,其中電極層及介電體層等之其他層可由無機材料製作,或由有機材料製作。
(第2項本發明之縮合多環芳香族化合物)
第2項本發明之縮合多環芳香族化合物為,如下述式(II)所表示:
(X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X1及X2中至少1個為鹵原子,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4由接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
第2項本發明之縮合多環芳香族化合物如下述式(II-1)所表示:
(X1至X4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X1至X4中至少1個為鹵原子,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(II-1)之化合物如,X2及X3各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X2及X3中至少1個為鹵原子,X1及X4為氫原子。
該式(II-1)之化合物特佳為下述式(II-1-1)所表示之化合物。
又,該式(II-1)之化合物特佳為下述式(II-1-2)所表示之化合物:
第2項本發明之縮合多環芳香族化合物如下述式(II-2)所表示:
(X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X1及X2中至少1個為鹵原子,D為親二烯型烯附加於苯環之碳原子數2至20之取代基,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(II-2)之化合物如,X1及X2均為鹵原子。
該式(II-2-1)之化合物特佳下述式(I-2-1)所表示之化合物:
(Rr同上述所記載)。
式(I),特別是式(I-1)或(I-2)之化合物中,A1、A4、A5及A8特佳為,A1至A8為氫原子。又,式(I),特別是式(I-1)或(I-2)之化合物中,Y較佳為硫原子。
(第2項本發明-第2項本發明之縮合多環芳香族化合物之合成方法)
合成第2項本發明之縮合多環芳香族化合物之方法為,包含下述步驟:
(a)提供含有有機溶劑及下述式(III)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物的步驟:
(E1及E2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且E1及E2中至少1個為氫原子,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出。且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
(b)將鹵素加入上述組成物之步驟。
此時可使用之有機溶劑如,可溶解及/或分散下述式(III)所表示之縮合多環芳香族化合物的任意有機溶劑。具體之該有機溶劑如,N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、乙腈、乙酸乙酯等之非質子性極性溶劑;二乙基醚、四氫呋喃、二異丙基醚、二乙二醇二甲基醚、1,4-二噁烷等之醚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、(即1,3,5-三甲基苯)等之芳香族烴類;己烷、庚烷等之脂肪族烴類;及二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之含鹵素溶劑。
將鹵素加入含有式(III)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物中,可以任意方法進行,例如氟或氯可藉由沸騰轉化,溴、碘及砹可以固體或液體狀添加。又,為了促進式(III)所表示之化合物與鹵素之反應,可加熱進行。
上述式(III)之化合物如下述式(III-1)所表示:
(E1至E4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且E1至E4中至少1個為氫原子,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(III-1)之化合物如,E1至E4均為氫原子。
上述式(III)之化合物如下述式(III-2)所表示:
(E1及E2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且E1及E2中至少1個為氫原子,D為親二烯型烯附加於苯環之碳原子數2至20之取代基,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時式(III-2)之化合物如,E1及E2均為氫。
該式(III-2)之化合物特佳為下述式(III-2-1)所表示之化合物:
(Rr同上述所記載)
(第2項本發明-第2項本發明之化合物之使用方法(第1項本發明之縮合多環芳香族化合物之合成方法))
第2項本發明之使用方法,即由第2項本發明合成第1項本發明之縮合多環芳香族化合物之方法為,包含下述步驟:
(a)提供含有有機溶劑及第2項本發明之縮合多環芳香族化合物之組成物的步驟,
(b)藉由烷基等所成群中所選出之取代基,取代X1至X4中至少1個鹵原子之步驟。
此時可使用之有機溶劑如,可溶解及/或分散第2項本發明之化合物,即式(II)之化合物之任意有機溶劑。具體之該有機溶劑如,N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、乙腈、乙酸乙酯等之非質子性極性溶劑;二乙基醚、四氫呋
喃、二異丙基醚、二乙二醇二甲基醚、1,4-二噁烷等之醚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、(即1,3,5-三甲基苯)等之芳香族烴類;己烷、庚烷等之脂肪族烴類;及二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之含鹵素溶劑。
藉由烷基等所群中所選出之取代基,取代式(II)所表示之化合物之X1至X4中至少1個鹵原子的反應,可藉由使用芳香族鹵化物之各種偶合方法、溝呂木‧海庫方法、根岸偶合、右田‧小杉‧史提爾偶合、薗頭偶合、鈴木‧宮浦偶合、普巴特‧哈特恩反應、熊田‧玉尾‧克留偶合方法進行。為了促進該偶合反應可加熱進行。
又,各自之偶合反應之概略如下所述(Ar為芳香族部分,X為鹵素,R為氫、烷基等):
(1)溝呂木‧海庫反應Ar-X+H2C=CHR(+Pd觸媒) → Ar-HC=CHR
(2)根岸偶合Ar-X+R-Zn-X(+Pd觸媒) → Ar-R
(3)右田‧小杉‧史提爾偶合Ar-X+R-Sn-R’3(+Pd觸媒) → Ar-R
(4)薗頭偶合Ar-X+R-C≡C-H(+Pd觸媒)+鹼 → Ar-C≡C-R
(5)鈴木‧宮浦偶合Ar-X+R-B(OH)2(+Pd觸媒)+鹼 → Ar-R
(6)普巴特‧哈特恩反應Ar-X+R-NH2(+Pd觸媒)+鹼 → Ar-NHR
(7)熊田‧玉尾‧克留偶合Ar-X+R-Mg-X(+Ni觸媒) → Ar-R
(第3項本發明-芳香族聚合物)
第3項本發明之芳香族聚合物為,具有2個以上下述式(IV)所表示之縮合多環芳香族部分:
(G1及G2各自獨立為由鍵結、氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且G1及G2中至少1個為鍵結,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
此時縮合多環芳香族部分如下述式(IV-1)所表示。
此時式(IV-1)之縮合多環芳香族部分如,G2及G3為鍵結,且G1及G4為氫原子。
該式(IV-1)之縮合多環芳香族部分特佳為下述式(IV-1-1)所表示之部分。
縮合多環芳香族部分如下述式(IV-2)所表示。
此時式(IV-2)之縮合多環芳香族部分如,G1及G2均為鍵結。
該式(IV-2)之縮合多環芳香族部分特佳為下述式(IV-2-1)所表示之化合物:
(G1及G3為鍵結,且Rr同上述所記載)。
第3項本發明之芳香族聚合物如,具有下述式(V)之重覆單位:-{(TT)-(QQ)}- (V)(TT為上述縮合多環芳香族部分,又,QQ為鍵結,或二價之基)。
又,第3項本發明之芳香族聚合物如,具有下述式(V-1)之重覆單位:
(G1及G4各自獨立為由鍵結、氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,Y各自獨立為由硫屬中所選出,A1至A8各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基,又,QQ為鍵結,或二價之基)。
又,QQ之鍵結可為,能與接鄰之單位鍵結之物無特別限定,例如單鍵、雙鍵、三鍵中任何物。
又,QQ之二價之基可為,能與接鄰之單位鍵結之物無特別限定,例如可伴隨氧、氮等之雜原子的碳原子數1至40之炔基,特別是可由碳原子數1至20之伸烷基、碳
原子數2至20之伸烯基、碳原子數2至20之伸炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之二價芳香族基、碳原子數2至10之二價酮基、碳原子數1至20之二價胺基、碳原子數1至20之二價醯胺基、碳原子數1至20之二價醯亞胺基、碳原子數1至20之二價硫化物基、及碳原子數1至40之二價烷基矽烷基炔基所成群中所選出。
此時「碳原子數4至20之取代或非取代之二價芳香族基」之「芳香族基」可為苯系芳香族基、雜環基、或非苯環系芳香族基。具體之苯系芳香族基如,苯基、及萘基。又,具體之雜環基如,呋喃基、噻吩基、吡咯基、及咪唑基。又,具體之非苯系芳香族基如,輪烯、及薁。該等芳香族基被取代時,其取代基如,烷基、烯基、炔基、芳香族基、酮基、胺基、醯胺基、醯亞胺基、硫化物基。
例如「碳原子數4至20之取代或非取代之二價芳香族基」為取代或非取代之噻吩基時,該噻吩基如下所示,可再被取代或非取代之噻吩基取代:
(u為0至4之整數)。
又,噻吩基等之芳香族基被取代時之取代基較佳為鹵原子、烷基、烯基、炔基、取代或非取代之芳香族基、酮基、胺基、醯胺基、醯亞胺基、硫化物基及烷基矽烷基炔
基等。
第3項本發明之芳香族聚合物如,藉由凝膠滲透色譜法(GPC)以聚苯乙烯換算所得之分子量較佳為1,000以上、2,000以上、3,000以上、4,000以上或5,000以上。又,第3項本發明之芳香族聚合物如,藉由GPC以聚苯乙烯換算所得之分子量較佳為500,000以下、100,000以下、50,000以下或30,000以下。
(第3項本發明-合成方法)
合成第3項本發明之芳香族聚合物之方法為,包含下述步驟:(a)提供含有有機溶劑,及下述式(II)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物的步驟:
(X1及X2各自獨立為氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且X1及X2中至少1個為鹵原子,B為具有至少1個苯環部分之縮合環,
Y各自獨立為由硫屬中所選出,又,A1至A4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基);(b)將具有2個以上可取代X1及X2中至少1個鹵原子之部分的鍵結化合物,加入上述組成物中,使2個以上之上述縮合多環芳香族化合物相互鍵結之步驟。
步驟(b)所使用之鍵結化合物的可取代鹵原子之部分,即可取代芳香族鹵化物之鹵素之部分,已知有各樣式之部分。使用該部分之反應可為已知之溝呂木‧海庫反應、根岸偶合、右田‧小杉‧史提爾偶合、薗頭偶合、鈴木‧宮浦偶合、普巴特‧哈特恩反應、熊田‧玉尾‧克留偶合等之偶合反應。為了促進該偶合反應,可加熱進行。
此時可使用之有機溶劑如,可溶解及/或分散式(II)所表示之縮合多環芳香族化合物之任意有機溶劑。該有機溶劑之具體例如,N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、乙腈、乙酸乙酯等之非質子性極性溶劑;二乙基醚、四氫呋喃、二異丙基醚、二乙二醇二甲基醚、1,4-二噁烷等之醚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、(即1,3,5-三甲基苯)等之芳香族烴類;己烷、庚烷等之脂肪族烴類;及二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之含鹵素溶劑。
將鍵結化合物加入含有式(II)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物時,可以任意方法進行,例如直接添加鍵結化合物、或預先以有機溶劑稀釋鍵結化合物再添加
等。又,為了促進式(II)所表示之化合物與鍵結化合物之反應,可加熱進行。
又,合成第3項本發明之芳香族聚合物之方法所使用的上述式(II)之化合物,可參考有關第2項本發明之上述記載。
(第3項本發明-含有芳香族聚合物之溶液)
第3項本發明之含有芳香族聚合物之溶液為,含有有機溶劑,及至少部分溶解於該有機溶劑之第3項本發明之芳香族聚合物。
該含有芳香族聚合物之溶液可以任意濃度含有第3項本發明之芳香族聚合物,例如可以0.01至10質量%、0.05至5質量%、0.1至3質量%之濃度含有第3項本發明之芳香族聚合物。
此時可使用之有機溶劑如,不會使第3項本發明之芳香族聚合物變質下可溶解之任意有機溶劑。該有機溶劑之具體例如,N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、乙腈、乙酸乙酯等之非質子性極性溶劑;二乙基醚、四氫呋喃、二異丙基醚、二乙二醇二甲基醚、1,4-二噁烷等之醚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、(即1,3,5-三甲基苯)等之芳香族烴類;己烷、庚烷等之脂肪族烴類;及二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之含鹵素溶劑。
(第3項本發明-有機半導體膜之製造方法)
製造有機半導體膜之第3項本發明之方法為,包含將第3項本發明之含有芳香族聚合物之溶液塗佈於基材之步驟,及由塗佈於基材上之上述溶液去除有機溶劑之步驟。
將溶液塗佈於基材時,可以任意樣式進行,例如藉由鑄造法、旋塗法、印刷法等進行。又,將溶液塗佈於基材時,也可以單純將溶液滴落基材方式進行。
由溶液去除有機溶劑可與塗佈步驟同時進行。
由溶液去除有機溶劑可藉由加熱促成。此時可以實質上不會分解第3項本發明之芳香族聚合物之任意溫度,例如80℃以上、100℃以上、120℃以上或140℃以上,且200℃以下、220℃以下、240℃以下、260℃以下之溫度進行加熱。該加熱例如可藉由,將已塗佈溶液之基材,直接接觸已加熱電熱器等之已加熱物體、或導入已加熱烤爐等之已加熱領域、或照射紅外線、微波等之電磁波等而達成。
為了脫離加成化合物以構成有機半導體膜,第3項本發明之芳香族聚合物,例如式(IV-2)之芳香族聚合物可於去除有機溶劑的同時脫離去除D所表示之取代基。該脫離反應可藉由加熱促成。
(有機半導體裝置之製造方法)
製造有機半導體裝置之第3項本發明之方法為,包含藉由製造有機半導體膜之第3項本發明之方法,製造有機半導體膜之步驟。
又,該方法另包含,隨意於有機半導體膜之上側或下側,形成電極層及/或介電體層之步驟。
(第3項本發明之有機半導體裝置)
第3項本發明之有機半導體裝置為,具有含有第3項本發明之芳香族聚合物之有機半導體膜。
此時有機半導體膜含有第3項本發明之芳香族聚合物係指,有機半導體膜含有至少可驗知之量的第3項本發明之芳香族聚合物。
因此,例如為了直接以該形式構成有機半導體膜,第3項本發明之芳香族聚合物,例如式(IV-1)之芳香族聚合物係為,以該芳香族聚合物構成有機半導體之實質部分,即有機半導體膜係實質由第3項本發明之芳香族聚合物構成。
特別是第3項本發明之有機半導體裝置為,具有源電極、汲電極、柵電極、柵絕緣膜及半導體膜之薄膜電晶體中,係藉由柵絕緣膜使源電極及汲電極與柵電極絕緣,且藉由施加於柵電極之電壓,控制由源電極通過有機半導體流至汲電極之電流的薄膜電晶體。又,特別是第3項本發明之有機半導體裝置為,以有機半導體膜作為活性層之太陽電池。又,有關本發明之「有機半導體裝置」係指,具有有機半導體膜之裝置,其中電極層及介電體層等之其他層可以無機材料製作,或以有機材料製作。
合成下述式(b)之化合物的第4項本發明之方法,即合成可作為DNTT或其衍生物合成用之中間物的下述式(b)化合物之第4項本發明之方法為,包含將下述式(i)之化合物之氰基還原的步驟。
(式中,A1至A4、X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
該還原可藉由,能將式(i)之化合物之氰基(-CN)還原為醛基(-CHO)之任意還原劑進行。
該還原劑可考慮硼烷、二硼烷等之硼化合物;肼、氫化二異丁基鋁、氫化鋁鋰、氫化硼鈉、氫化硼鋰等之金屬氫化物;金屬氫化物與路易斯酸之組合,特別是氫化二異丁基鋁(DIBAL)。
又,該還原用之溫度、時間及還原劑量可依所欲達成之還原反應而選擇。例如所使用之還原劑為氫化二異丁基鋁時,反應溫度為-100至25℃,較佳為-80至0℃,特佳為-78至-50℃。
又,該還原反應可於不妨礙還原反應之溶劑中進行。該溶劑可考慮二氯甲烷、氯仿、三氯乙烯等之氯系溶劑;己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯、枯烯等之烴系溶劑;二丁基醚、二乙二醇二乙基醚等之醚系溶劑;乙腈等之腈系溶劑,特別是二氯甲烷。
<式(i)之化合物之合成>
又,合成上述式(b)之化合物的第4項本發明之方法可包含,藉由以氰基取代式(g)之化合物之三氟甲磺酸酯基,而合成上述式(i)之化合物之步驟。
該氰化反應可藉由,能使氰基(-CN)取代式(g)之化合物之三氟甲磺酸酯基(-OTf)的任意氰化物進行。
該氰化物可考慮氰化氫、金屬氰化物、氰醇化合物、氰化醯酯、及鹵化氰。具體之金屬氰化物可考慮氰化鈉、氰化鉀等之鹼金屬之氰化物;氰化鈣等之鹼土類金屬之氰化物;氰化銅等之過渡金屬氰化物。又,氰醇化合物可考慮羥基乙腈、乳腈、丙酮氰醇等之α-氰醇化合物。又,氰化醯酯可考慮氰化乙醯酯、氰化丙醯酯等之氰化脂肪醯酯;氰化苯醯酯等之氰化芳香族醯酯。又,鹵化氰可考慮氯化氰及溴化氰。
為了該氰化反應,可添加捕捉已脫離之三氟甲磺酸酯基(-OTf)因而促進反應之活性劑。該活性劑可考慮四-n-丁基銨、碘化物。
該氰化反應可藉由過渡金屬觸媒,較佳為貴金屬觸媒,特佳為鈀觸媒促進反應。該觸媒可考慮1,1’-雙(二苯基膦基)二茂鐵(DPPF)與雙(二亞苄基丙酮)鈀之組合。
<式(g)之化合物之合成>
合成式(g)之化合物可參考非專利文獻4,具體例如,可藉由下述反應合成。
上述反應式之開始原料的式(d)之化合物可由商業上取得各樣式之物。
又,上述反應式中,由式(d)之化合物合成式(e)之反應中,拔除萘環之3位之氫用的強鹼為n-丁基鋰(n-BuLi),但可考慮使用其他強鹼,例如其他烷基鋰。
合成下述式(b)之化合物的第5項本發明之方法,即可作為,DNTT或其衍生物合成用之中間物用的下述式(b)之化合物的第5項本發明之方法為,包含將下述式
(n)之化合物之羥基部分氧化而得醛基之步驟。
(式中,A1至A4、X1及X2各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
該氧化可藉由,能將式(n)之化合物之羥基(-OH)部分氧化而得醛基(-CHO)之任意氧化劑進行。
該氧化如,可藉由已知之斯瓦恩(Swern)氧化反應,即以二甲基亞碸(DMSO)為氧化劑的乙醇之氧化反應而達成。該氧化反應中,活性劑可使用草醯氯、乙酸酐、
SO3-吡啶、二氯己基碳二醯亞胺等。又,必要時可併用三乙基胺、三氟乙酸等。
該氧化反應用之溫度、時間及溶劑可依達成所希望之氧化反應而選擇。例如該氧化反應用之溶劑可為,將式(i)之化合物還原為式(b)之化合物時所列舉之溶劑用之溶劑,即二氯甲烷等。
<式(n)之化合物之合成>
又,合成上述式(b)之化合物的第5項本發明之方法中,可包含藉由使式(m)之化合物的酯基還原為羥基,合成上述式(n)之化合物之步驟。
(式中,R為由烷基等所成群中所選出)。
該還原可藉由,能將式(m)之化合物之酯基(-COOR)還原為羥基(-OH)之任意還原劑進行。
該還原劑可考慮,將式(i)之化合物還原為式(b)
之化合物時所使用之還原劑,特別是氫化鋁鋰般之強力還原劑。又,該還原反應用之溫度、時間及溶劑可依達成所希望之氧化反應而選擇。該等條件可考慮,將式(i)之化合物還原為式(b)之化合物時之條件。
<式(m)之化合物之合成>
又,合成上述式(b)之化合物的第5項本發明之方法中,可包含藉由以硫甲基取代式(1)之化合物之三氟甲磺酸酯基,合成上述式(m)之化合物之步驟。
該取代反應可藉由,能使硫甲基(-SCH3)取代式(1)之化合物之三氟甲磺酸酯基(-OTf)之任意硫甲氧化物化合物進行。
該硫甲氧化物化合物可考慮鹼金屬硫甲氧化物,特別是鈉硫甲氧化物。
<式(1)之化合物之合成>
又,合成上述式(b)之化合物的第5項本發明之方法中,可包含藉由以三氟甲磺酸酯基取代式(k)之化合物之羥基,合成上述式(1)之化合物之步驟。
該取代反應可藉由,能使三氟甲酸酸酯基(-OTf)取代式(k)之化合物之羥基(-OH)的任意三氟甲磺酸酯化合物進行。
該三氟甲磺酸酯化合物可考慮三氟甲烷磺酸酐。又,該取代反應可使用吡啶、4,4-二甲基胺吡啶(DMAP)等促進。
又,該反應所使用之原料的式(k)之化合物可由商業上取得之各樣式之物。
合成下述式(x)之化合物的本發明之方法為,包含藉由第4或第5項本發明之方法合成上述式(b)之化合物,再縮合該式(b)之化合物2分子之步驟。
(式中,A1至A8及X1至X4各自獨立為由氫原子、鹵原子、烷基等所成群中所選出,且A1至A8、及X1至X4中接鄰之2個可相互鍵結形成碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基)。
由該式(b)之化合物合成式(x)之化合物可參考專利文獻2等,具體例如,可藉由下述反應合成。
因此例如使用合成式(b)之化合物的第4項本發明之方法時,合成DNTT之本發明之方法中,可以下述流程合成DNTT。
又,例如使用合成式(b)之化合物的第5項本發明
之方法時,合成DNTT之本發明之方法中,可以下述流程合成DNTT。
下述實施例中,目的化合物之構造於必要時,可藉由1H核磁共振光譜(1H-NMR光譜)、質量分析光譜(MS)、單結晶構造解析、及凝膠滲透色譜法(GPC)決定。
所使用之機器如下所述。
1H-NMR(實施例A及B):JEOL ECA-500(500MHz)
1H-NMR(實施例C):BLUKER AVANCE500
MS(實施例A及B):Bruker AutoflexIII(MALDI)
單結晶構造解析(實施例A):Rigaku RAXIS RAPIDS
GPC(實施例A):日本分析工業股份公司LC-9101(管柱:JAIGEL-2H、JAIGEL-1H)
GPC(實施例B):日本分析工業股份公司LC-9101(管柱:JAIGEL-6H、JAIGEL-5H)
(實施例A-1)
藉由專利文獻2(特開2008-290963號公報(日本化藥股份公司,廣島大學))所示之方法,合成二萘并噻嗯并噻吩(DNTT(Dinaphthothienothiophene))(下述構造式,MW=340.46)。
將溴(Br2,MW=159.8)2341 mg(14.65 mmol)放入含有上述DNTT 1000 mg(2.93 mmol)之(即1,3,5三甲基苯)100 mL中,反應溫度保持於40℃下4小時後,於冷得溴2取代二萘并噻嗯并噻吩(Br2取代DNTT)(下述構造式,Mw=498.25、1431 mg、2.87 mmol、產率98.1%)。又,藉由氯仿精製反應物。
又,Br2取代DNTT中溴之取代位置係藉由,來自實施例A-2中TIPS2取代DNTT之單結晶構造解析的三異丙基矽烷基(TIPS)基之位置判斷。
所得之Br2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.47(d,J=8.3Hz,2H),8.44(s,2H),7.97(d,J=8.3Hz,2H),7.66(t,J=8.3Hz,2H),7.59(t,J=8.3Hz,2H)
MS(m/z):497.513(正離子觀測)(ExactMass:495.86)
(實施例A-1A)
實施例A-1A所合成之DNTT 100.7 mg(0.296 mmol)與氯化鋁17.7 mg(0.133 mmol)加入燒瓶中,進行3次氮取代。其次加入氯仿5.0 ml,冷卻至0℃後加入N-氯琥珀醯亞胺78.7 mg(0.589 mmol),攪拌1.5小時。
以質量分析光譜(MS)確認原料N-氯琥珀醯亞胺消失後,加入水5.0 ml結束反應。過濾反應生成物後,得氯2取代二萘并噻嗯并噻吩(Cl2取代DNTT)(下述構造式,Mw=409.35、116.0 mg、0.28 mmol、產率95.8%)。又,藉由氯仿精製反應物。
所得之Cl2取代DNTT之MS結果如下所述。
MS(m/z):407.822(正離子觀測)(ExactMass:407.96)
(實施例A-2)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗頭偶合法導入三異丙基矽烷(TIPS)基。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)500 mg(1.0 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)191.3 mg、CuI(Mw=190.45)134.1 mg、二異丙基胺(Mw=101.20)0.706 mL、CsCO3(Mw=325.82)791.6 mg、三異丙基矽烷乙炔(Mw=182.38)1.698 mL後,進行3次
減壓脫氣與氮取代,其次導入N,N=二甲基甲醯胺(N,N-DMF)35 mL,再度進行3次減壓脫氣與氮取代,120℃下攪拌20小時進行反應。
由此得三異丙基矽烷基乙炔2取代二萘并噻嗯并噻吩(TIPS2取代DNTT,下述構造式)(Mw=701.19)479.1 mg(68.3 mmol、產率68.0%)。所得之TIPS2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.2 wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯為實質上不會溶解。
所得之TIPS2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ 8.61(d,J=8.0Hz,2H),8.41(s,2H),7.97(d,J=8.0Hz,2H),7.63(dd,J=8.0Hz,8.0Hz2H),7.57(dd,J=8.0Hz,8.0Hz,2H),1.40~1.47(m,6H),1.34(d,J=6.9Hz,36H)
MS(m/z):700.3(ExactMass:700.30)
所得之TIPS2取代DNTT之單結晶構造解析結果如下所述。
a=8.2044(5)Å
b=8.4591(6)Å
c=14.488(1)Å
α=88.475(4)°
β=89.336(3)°
γ=89.555(4)°
V=1005.1(1)Å3
又,該TIPS2取代DNTT基於單結晶構造解析之分子構造ORTEP(Oak Ridge Thermal Ellipsoid Plot)圖及結晶排列(立體)圖,各自如圖1及圖2所示。
(實施例A-2A)
將實施例A-2所合成之三異丙基矽烷基乙炔2取代DNTT(TIPS2取代DNTT)氫還原,合成三異丙基矽烷基
乙烷2取代DNTT。
具體為,將三異丙基矽烷基乙炔2取代DNTT(Mw=70.18)304.6 mg(0.43 mmol)、甲苯60 ml、10% Pd/C 79.2 mg加入200 ml燒瓶中,進行3次氫取代。氫環境下,以60℃攪拌15小時進行反應。
由此得三異丙基矽烷基乙烷2取代DNTT(下述構造式,Mw=709.37、296.1 mg、0.42 mmol、產率96.1%)。所得之三異丙基矽烷基乙烷2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.51 wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為實質上不會溶解。
所得之三異丙基矽烷基乙烷2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.33(s,2H),7.26(d,J=8.6Hz,2H),7.97(d,J=8.6Hz,2H),7.57(dd,J=8.6Hz,8.6Hz,2H),7.53(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),3.76-3.72(m,8H),1.39-1.32(m,6H),1.30-1.19(m,36H)
MS(m/z):708.322(正離子觀測)(ExactMass:708.367)
(實施例A-3)
以0.2 wt%之濃度將實施例A-2所得之TIPS2取代DNTT(Mw=701.19)溶解於氯仿中,調整半導體元件製作用溶液。
其次相對於300 nm之附SiO2氧化膜之矽膠電路板(面電阻1-10Ω‧cm)進行UV臭氧處理2分鐘(IUV-臭氧洗淨裝置OC-250615-D+A,艾回拉股份公司)。又,調整1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷((HMDS)1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane)10 mmol/甲苯溶液,其次將經UV臭氧處理之矽基板浸泡於該溶液中24小時,再進行矽基板之排水化處理。其後藉由真空蒸鍍法(三洋電子,電阻加熱方式蒸鍍裝置:SVC-700TM/700-2),製作通道寬50 μm及通道長1.5 mm之源/汲金電極。
以40℃加熱矽基板的同時,將半導體元件製作用溶液滴入通道部分再揮發溶劑,由TIPS2取代DNTT形成薄層。真空下以70℃加熱處理所製作之元件1小時,乾燥去除氯仿後,製作有機半導體元件。
測定所得有機半導體元件之有機半導體特性,結果為p型半導體。又,該有機半導體元件之載體移動度為1×10-3cm2/Vs、開/關比為105、且閥值電壓為-26V。該有機半導體元件之FET特性之傳達特性如圖3所示。該圖3為,汲電壓(VD)為-80V時之汲電流(ID(A)或ID 1/2(A1/2))(縱軸)與柵電極(VG(V))(橫軸)之關
係圖。
(實施例A-4)
同實施例A-1合成二萘并噻嗯并噻吩(DNTT(Dinaphthothienothiophene))(MW=340.46)。
將N-苯基馬來醯亞胺(MW=173.17)12.68 g(73.25 mmol)加入上述含有DNTT 5000 mg(14.65 mmol)之(即1,3,5三甲基苯)500 mL後,將反應溫度保持於160℃下4小時,再放冷,分取精製後,得DNTT附加1個N-苯基馬來醯亞胺之二萘并噻嗯并噻吩-N-苯基馬來醯亞胺1加成物(DNTT-PIM1加成物,立體異構體之Endo及Exo體之混合物)(下述構造式,Mw=513.63)、376 mg(0.73 mmol、產率4.9%)。又,反應物藉由HPLC分取立體異構體,得Endo體132 mg及Exo體151 mg。
將溴(Br2,MW=159.8)235 mg(1.47 mmol)加入上述含有DNTT-PMI1加成物(Exo體)151 mg(0.29 mmol)之500 mL後,將反應溫度保持於40℃下1小時,再放冷,得溴2取代二萘并噻嗯并噻吩-N-苯基馬來醯亞胺1加成物(Br2取代DNTT-PMI1加成物)(下述構造式,Mw=673.44)186 mg(0.276 mmol、產率95.2%)。
所得之Br2取代DNTT-PMI1加成物之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ 8.39(d,J=7.7Hz,1H),8.29(d,J=7.7Hz,1H),7.67(dd,J=7.7Hz,1H),7.64(dd,J=7.7Hz,1H),7.41~7.44(m,2H),7.31~7.32(m,3H),7.27~7.29(m,2H),6.52~6.54(m,2H),5.25(d,J=3.2Hz,1H),5.23(d,J=3.2Hz,1H),3.59(dd,J=3.2Hz,8.3Hz,1H),3.55(dd,J=3.2Hz,8.3Hz,1H)
MS(m/z):497.513(ExactMass:670.92)
又,由MS推斷,可觀測到由Br2取代DNTT-PMI1加成物脫離N-苯基馬來醯亞胺之Br2取代DNTT(ExactMass:497.86)。
(實施例A-5)
藉由薗頭偶合法,對實施例A-4所合成之Br2取代DNTT-PMI1加成物進行三異丙基矽烷(TIPS)基導入。
具體為,相對於Br2取代DNTT-PMI1加成物(Mw=673.44)100 mg(0.148 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)28.1 mg、CuI(Mw=190.45)20.0 mg、二異丙基胺(Mw=101.20)0.11 mL、三異丙基矽烷基乙炔(Mw=182.38)0.1 mL後,進行3次減壓脫氣與氮取代,其次導入N,N-二甲基甲醯胺(N,N-DMF)7 mL,再度進行3次減壓脫氣與氮取代,其後以120℃攪拌20小時進行反應。
由此得三異丙基矽烷基乙炔2取代二萘并噻嗯并噻吩-苯基馬來醯亞胺1加成物(exo體)(TIPS2取代DNTT-PMI1加成物(exo體)(下述構造式,Mw=876.37)74.9 mg(85.4 mmol、產率57.7%)。
所得之TIPS2取代DNTT-PMI1加成物(exo體)之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ 8.52~8.54(m,1H),8.43~8.45(m,1H),7.60~7.64(m,2H),7.43~7.46(m,2H),7.31~7.33(m,3H),7.25~7.29(m,2H),6.52~6.54(m,2H),5.29(d,J=3.4Hz,1H),5.21(d,J=3.4Hz,1H),3.62(dd,J=3.4Hz,8.3Hz,1H),3.56(dd,J=3.4Hz,8.3Hz,1H),1.36
~1.43(m,6H),1.31(d,J=2.9Hz,12H),1.30(d,J=4.0Hz,24H)
MS(m/z):873.078(Exact Mass:875.37)
(實施例A-6)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗頭偶合法使1-癸炔反應,合成1-癸炔2取代DNTT。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)1000 mg(2.01 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)761.1 mg(1.08 mmol)、CuI(Mw=190.45)577 mg(3.03 mmol)、Cs2CO3(Mw=325.8)3.20 g(9.82 mmol)後,進行5次減壓脫氣與氮取代。
其後加入二甲基甲醯胺70 ml、二異丙基胺(Mw=101.2、d=0.72 g/cm3)1.41 ml(10.0 mmol)、1-癸炔(Mw=138.25、d=0.77 g/cm3)2.78 ml(15.4 mmol),再度進行5次減壓脫氣與氮取代,以120℃攪拌15.5小時進行反應。
由此得1-癸炔2取代DNTT(下述構造式,Mw=612.93、20.5 mg、0.033 mmol、產率1.6%)。所得之1-癸炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為2.3wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為實質上不會溶解。
所得之1-癸炔2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.45(d,J=8.3Hz,2H),8.25(s,2H),7.86(d,J=8.3Hz,2H),7.54(dd,J=8.3Hz,6.9Hz,2H),7.48(dd,J=8.3Hz,6.9Hz,2H),2.81(t,J=7.2Hz,4H),1.90(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,4H),1.65(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,4H),1.31-1.48(m,16H),0.89(t,J=7.2Hz,6H)
MS(m/z):612.284(正離子觀測)(ExactMass:612.288)
(實施例A-7)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗
頭偶合法使1-十四炔反應,合成1-十四炔2取代DNTT。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)1000 mg(2.01 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)830.0 mg(1.17 mmol)、CuI(Mw=190.45)590.0 mg(3.12 mmol)、Cs2CO3(Mw=325.8)1.62 g(4.98 mmol)後,進行5次減壓脫氣與氮取代。
其後加入二甲基甲醯胺70 ml、二異丙基胺(Mw=101.2、d=0.72 g/cm3)14.1 ml(10.0 mmol)、1-十四炔(Mw=194.36、d=0.79 g/cm3)4.19 ml(17.0 mmol),再度進行5次減壓脫氣與氮取代,以120℃攪拌12小時進行反應。
由此得1-十四炔2取代DNTT(下述構造式,Mw=612.93、156.04 mg、0.207 mmol、產率10.3%)。所得之1-十四炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為6.5wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為實質上不會溶解。
所得之1-十四炔2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.38(d,J=8.3Hz,2H),8.14(s,2H),7.78(d,J=8.3Hz,2H),7.48(dd,J=8.3Hz,6.6Hz,2H),7.42(dd,J=8.3Hz,6.6Hz,2H),2.76(t,J=7.2Hz,4H),1.86(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,4H),1.62(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,4H),1.24-1.46(m,32H),0.86(t,J=7.2Hz,6H)
MS(m/z):724.411(正離子觀測)(ExactMass:724.414)
(實施例A-7A)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,以根岸偶合法取代實施例A-7所使用之薗頭偶合法,使1-十四
炔反應,合成1-十四炔2取代DNTT。
具體為,將1-十四炔(Mw=194.36、d=0.79 g/cm3)0.21 ml(0.85 mmol)、甲苯3.5 ml加入10 ml燒瓶中,進行3次減壓脫氣與氮取代。冷卻至0℃後,加入n-BuLi之己烷溶液0.53 ml(0.859 mmol),再升溫至室溫。
加入ZnCl2(TMEDA)(Mw=252.50)215.3 mg(0.853 mmol)、Br2取代DNTT(Mw=498.25)50 mg(0.10 mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)35.2 mg(0.05 mmol)後,進行3次減壓脫氣與氮取代。以100℃攪拌12小時進行反應。
由此得1-十四炔2取代DNTT(上述構造式,Mw=612.93、8.9 mg、0.012 mmol、產率12.2%)。
(實施例A-8)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗頭偶合法使1-十八炔反應,合成1-十八炔2取代DNTT。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)1010 mg(2.02 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)820.0 mg(1.17 mmol)、CuI(Mw=190.45)590.0 mg(3.12 mmol)、Cs2CO3(Mw=325.8)1.58 g(4.85 mmol)後,進行5次減壓脫氣與氮取代。
其後加入二甲基甲醯胺70 ml、二異丙基胺(Mw=101.2、d=0.72 g/cm3)1.41 ml(10.0 mmol)、1-十八炔(Mw=250.46、d=0.79 g/cm3)5.34 ml(16.8 mmol)
,再度進行5次減壓脫氣與氮取代,以120℃攪拌14小時進反應。
由此得1-十八炔2取代DNTT(下述構造式,Mw=836.54、54.2 mg、0.064 mmol、產率3.2%)。
(實施例A-8A)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,以根岸偶合法取代實施例A-8之薗頭偶合法,使1-十八炔反應,合成1-十八炔2取代DNTT。
具體為,將1-十八炔(Mw=250.46、d=0.80 g/cm3)0.26 ml(0.85 mmol)、甲苯3.5 ml加入10 ml燒瓶中,進行3次減壓脫氣與氮取代。冷卻至0℃後,加入n-BuLi之己烷溶液0.53 ml(0.859 mmol),再升溫至室溫。
加入ZnCl2(TMEDA)(Mw=252.50)216.1 mg(
0.856 mmol)、Br2取代DNTT(Mw=498.25)49.7 mg(0.10 mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)35.6 mg(0.05 mmol)後,進行3次減壓脫氣與氮取代。以100℃攪拌12小時進行反應。
由此得1-十八炔2取代DNTT(上述構造式,Mw=836.54、3.8 mg、0.004 mmol、產率4.5%)。所得之1-十四炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為1.67wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為,實質上不會溶解。
所得之1-十八炔2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.48(d,J=8.3Hz,2H),8.30(s,2H),7.89(d,J=8.3Hz,2H),7.56(dd,J=8.3Hz,6.6Hz,2H),7.51(dd,J=8.3Hz,6.6Hz,2H),2.83(t,J=7.2Hz,4H),1.91(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,2H),1.66(tt,J=7.2Hz,7.2Hz,2H),1.24-1.46(m,48H),0.87(t,J=7.2Hz,6H)
MS(m/z):836.539(正離子觀測)(ExactMass:836.537)
(實施例A-9)
相對於實施例1所合成之Br2取代DNTT,藉由根岸偶合法使三甲基矽烷基乙炔(TMS),合成TMS2取代DNTT。
將三甲基矽烷基乙炔(Mw=98.22、d=0.70 g/cm3)1.68 g(17.10 mmol)、甲苯70 ml加入200 ml燒瓶中,進行3次減壓脫氣與氮取代。冷卻至0℃後,加入n-BuLi之己烷溶液10.3 ml(16.68 mmol),再升溫至室溫。
加入ZnCl2(TMEDA)(Mw=252.50)4.31 g(17.06 mmol)、Br2取代DNTT(Mw=498.25)1.0 g(2.00 mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)702.5 mg(1.00 mmol)後,進行3次減壓脫氣與氮取代。以100℃攪拌12小時進行反應。
由此得三甲基矽烷基乙炔2取代DNTT(TMS2取代DNTT)(下述構造式,Mw=532.87、536.30 mg、1.00 mmol、產率50.1%)。所得之三甲基矽烷基乙炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.05wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為,實質上不會溶解。
所得之TMS2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.53(d,J=8.3Hz,2H),8.43(s,2H),7.96(d,J=8.3Hz,2H),7.63(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),7.57(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),0.52(s,18H)
MS(m/z):532.008(正離子觀測)(ExactMass:532.111)
(實施例A-10)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由根
岸偶合法使三乙基矽烷基乙炔(TES)反應,合成TES2取代DNTT。
將三乙基矽烷基乙炔(Mw=140.30、d=0.78 g/cm3)2.25 g(16.03 mmol)、甲苯70 ml加入200 ml燒瓶中,進行3次減壓脫氣與氮取代。冷卻至0℃後,加入n-BuLi之己烷溶液10.3 ml(16.68 mmol),再升溫至室溫。
加入ZnCl2(TMEDA)(Mw=252.50)4.31 g(17.06 mmol)、Br2取代DNTT(Mw=498.25)1.0 g(2.00 mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)704.8 mg(1.00 mmol)後,進行3次減壓脫氣與氮取代。以100℃攪拌12小時進行反應。
由此得三乙基矽烷基乙炔2取代DNTT(TES2取代DNTT)(下述構造式,Mw=617.03、321.40 mg、0.52 mmol、產率26.0%)。所得之三乙基矽烷基乙炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.10wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為,實質上不會溶解。
所得之TES2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.56(d,J=8.3Hz,2H),8.42(s,2H),7.96(d,J=8.3Hz,2H),7.63(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),7.57(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),1.25(t,J=8.0Hz,18H),0.94-0.98(m,12H)
MS(m/z):616.057(正離子觀測)(ExactMass:616.211)
(實施例A-11)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由史提爾偶合法使噻吩反應,合成噻吩2取代DNTT。
將Br2取代DNTT(Mw=498.25)500 mg(1.00 mmol)、PdCl2(PPh3)2(Mw=701.90)351.6 mg(0.501 mmol)、三丁基(2-噻嗯基)錫(Mw=373.18)3.23 g(8.64 mmol)、乾燥甲苯35 ml加入100 ml燒瓶中,進行3次氮取代後,以100℃攪拌整夜。
藉由MALDI確認Br2取代DNTT之峰消失後,冷卻至室溫。加入氯仿及水後,過濾沈澱出。由濾液餾去溶劑後,藉由MS僅由濾液確認目的物峰值,以醚10 ml洗淨黑色油狀物質2次後,過濾固體,得暗綠色固體。其後以管柱精製該暗綠色固體,得黃色固體狀之生成物。
得噻吩2取代DNTT(下述構造式,Mw=504.71、158.80 mg、0.31 mmol、產率31.4%)。所得之三乙基矽烷基乙炔2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.13wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為,實質上不會溶解。
所得之噻吩2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.31(s,2H),7.92(d,J=6.5,2H),7.87(d,J=7.0Hz,2H),7.76(dd,J=1.0Hz,1.0Hz,2H),7.52-7.49(m,2H),7.47-7.46(m,2H),7.43-7.41(m,2H),7.28-7.26(m,2H)
MS(m/z):503.838(正離子觀測)(ExactMass:504.013)
(實施例A-12)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由根岸偶合法使1-溴癸烷反應,合成癸烷2取代DNTT。
具體為,將鎂548.2 mg(22.5 mmol)加入10 ml燒瓶中,進行3次減壓脫氣與氮取代。加入THF 2.5 ml、1-
溴癸烷(Mw=221.18、d=1.07 g/cm3)4.39 ml(21.3 mmol)後,攪拌的同時以60℃回流1小時。
冷卻至室溫後,加入甲苯100 ml、ZnCl2(TMEDA)(Mw=252.50)5.32 g(21.31 mmol),再攪拌10分鐘。加入Br2取代DNTT(Mw=498.25)1.25 g(2.50 mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)881.5 mg(1.25 mmol)、甲苯77.5 ml後,進行3次減壓脫氣與氮取代。以100℃攪拌12小時進行反應。
由此得癸烷2取代DNTT(下述構造式,Mw=620.99、44.3 mg、0.089 mmol、產率2.8%)。所得之癸烷2取代DNTT相對於氯仿之溶解度為0.05wt%。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為實質上不會溶解。
所得之癸烷2取代DNTT之1H-NMR及MS結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.33(s,2H),8.26(d,J=8.30Hz,2H),7.95(d,J=8.3Hz,2H),7.56(dd,J=8.3Hz,8.3Hz,2H),7.53(dd,
J=8.3Hz,8.3Hz,2H),3.67-3.64(m,4H),1.93-1.86(m,4H),1.76-1.71(m,4H),1.49-1.45(m,4H),1.41-1.29(m,20H),0.88(t,J=6.8Hz,6H)
MS(m/z):620.083(正離子觀測)(ExactMass:620.288)
(實施例B-1)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗頭偶合法使1,6-庚二炔反應,進行DNTT之聚合物化。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)200 mg(0.41 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)110 mg(0.15 mmol)、CuI(Mw=190.45)60 mg(0.31 mmol)、Cs2CO3(Mw=325.8)170 mg(0.53 mmol)後,進行5次減壓脫氣與氮取代。其次加入二異丙基胺(Mw=101.2、d=0.72 g/cm3)0.14 ml(1.00 mmol)、二甲基甲醯胺14 ml、1,6-庚二炔(Mw=92.14、d=0.81 g/cm3)0.20 ml)(1.70 mmol),再度進行5次減壓脫氣與氮取代,以120℃攪拌12小時進行反應。
由此得1,6-庚二炔鍵結二萘并噻嗯并噻吩聚合物(下述構造式)。藉由凝膠滲透色譜法(GPC)之聚苯乙烯換算之分子量為5,000以上(聚苯乙烯換算)。所得之聚合物相對於氯仿之溶解度為0.1wt%以上。又,作為原料用之DNTT相對於氯仿為實質上不溶解。
(實施例B-2)
相對於實施例A-1所合成之Br2取代DNTT,藉由薗頭偶合法使1,9-癸二炔反應,進行DNTT之聚合物化。
具體為,相對於Br2取代DNTT(Mw=498.25)200 mg(0.41 mmol),加入Pd(PPh3)2Cl2(Mw=701.90)100 mg(0.14 mmol)、CuI(Mw=190.45)60 mg(0.31 mmol)、Cs2CO3(Mw=325.8)170 mg(0.53 mmol)後,進行
5次減壓脫氣與氮取代。其次加入二異丙基胺(Mw=101.2、d=0.72 g/cm3)0.14 ml(1.00 mmol)、二甲基甲醯胺14 ml、1,9-癸二炔(Mw=134.22、d=0.82 g/cm3)0.28 ml(1.70 mmol),再度進行5次減壓脫氣與氮取代,以120℃攪拌12小時進行反應。
由此得1,9-癸二炔鍵結二萘并噻嗯并噻吩聚合物(下述構造式)。藉由凝膠滲透色譜法(GPC)之聚苯乙烯換算之分子量為5,000以上(聚苯乙烯換算)。所得之聚合物相對於氯仿之溶解度為0.1wt%以上。
(實施例C-1)
使用下述反應流程,如下述(A)至(C)所示,合成3-甲硫基-2-萘醛(式(b))。
(A)合成3-甲硫基-2-萘基-三氟甲烷磺酸酯
以非專利文獻4所記載之方法,如下所示,由可自商業上取得之2-甲氧基萘(式(d))合成3-甲硫基-2-萘基-三氟甲烷磺酸酯(式(g))。
(B)合成3-甲硫基-2-氰基萘
如下所示,由3-甲硫基-2-萘-三氟甲烷磺酸酯(式(
g))合成3-甲硫基-2-氰基萘(式(i))。
具體為,混合3-甲硫基-2-萘基-三氟甲烷磺酸酯(式(g))(Mw=322.32)102.2 mg(0.317 mmol)、1,1’-雙(二萘基膦基)二茂鐵(DPPF)(Mw=164.32)14.4 mg(0.088 mmol)、雙(二亞苄基丙酮)鈀(Pd(dba)2)(Mw=701.9)9.6 mg(0.014 mmol)、四-n-丁基銨碘化物(TBAI:Mw=369.38)117.1 mg(0.317 mmol)、CuCN 90 mg(1.00 mmol)後,進行5次氮取代。
加入二噁烷1.0 ml後,以80℃攪拌7小時。冷卻至室溫後,加入氯仿再過濾,去除灰色固體後,將水及鹽酸加入濾液中進行稀釋。
以己烷及乙酸乙酯之混合溶液(己烷/乙酸乙酯=10/1之比例)作為溶離液用,以矽膠管柱精製稀釋後之濾液2次,得3-甲硫基-2-氰基萘(式(i))(Mw=199.27、27.4 mg、0.137 mmol、產率42.8%)。
所得之3-甲硫基-2-氰基萘(式(i))之1H-NMR結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,27℃):δ 8.18(s,1H),7.82(d,J=8.0Hz,1H),7.78(d,J=8.0Hz,1H),7.66(s,1H),7.61(dd,J=7.0Hz,8.0Hz,1H),
7.51(dd,J=7.0Hz,8.0Hz,1H),2.64(s,1H)
(C)合成3-甲硫基-2-萘醛
如下所示,由3-甲硫基-2-氰基萘(式(i))合成3-甲硫基-2-萘醛(式(b))。
具體為,將3-甲硫基-2-氰基萘(式(i))(Mw=199.27)21.3 mg(0.107 mmol)、二氯甲烷1.0 ml加入30 ml燒瓶中,冷卻至-78℃。其次將氫化二異丁基鋁(Mw=142.22)之己烷溶液0.1 ml(0.122 mmol)加入該燒瓶中,以-70℃攪拌30分鐘。加入氯化銨水溶液1.0 ml及1N鹽酸後,以二氯甲烷萃取。餾去溶劑後,得黃色油狀物質之3-甲硫基-2-萘醛(式(b))(Mw=207.27)。
所得之3-甲硫基-2-萘醛之1H-NMR結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,27℃):δ 10.3(s,1H),8.31(s,1H),7.92(d,J=8.0Hz,1H),7.78(d,J=8.0Hz,1H),7.62-7.59(m,1H),7.60(s,1H),7.49-7.46(m,1H),2.58(s,3H)
(實施例C-2)
使用下述反應流程,如下述(A)至(D)所示,合
成3-甲硫基-2-萘醛(式(b))。
(A)合成2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯
如下所示,由3-羥基-2-萘酸甲酯(k)合成2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯(1)。
具體為,將3-羥基-2-萘酸甲酯(Mw=199.25)2.01 g(10.0 mmol)、二氯甲烷25 ml及吡啶(Mw=79.10、d=0.98 g/cm3)2.39 ml(29.67 mmol)之混合物冷卻至0℃再攪拌。
將三氟甲烷磺酸酐(Tf2O:Mw=282.14、d=1.72 g/cm3)1.78 ml(10 mmol)滴入該冷卻後之混合液中。以室溫攪拌75分鐘後,加入冷水及4N之鹽酸再分液,得紅色油狀之2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯。
所得之2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯之1H-NMR結
果如下所述:
1H-NMR(500MHz,CDCl3,50℃):δ 8.66(s,1H),7.99(d,J=8.5Hz,1H),7.89(d,J=8.5Hz,1H),7.74(s,1H),7.70-7.67(m,1H),7.65-7.62(m,1H)1.54(s,3H)
(B)合成3-甲硫基-2-萘酸甲酯
如下所示,由上述(A)所得之2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯(1)合成3-甲硫基-2-萘酸甲酯(m)。
具體為,將2-萘酸甲基-3-三氟甲烷磺酸酯(Mw=334.25)740 mg(2.2 μ mol)、DPPF(Mw=554.38)136 mg(0.24 μ mol)、Pd(dba)2(Mw=575.00)126 mg(0.22 μ mol)、及脫水甲苯30 ml加入50 ml之燒瓶中,進行3次氮取代。其後加入甲氧化硫鈉(CH3SNa)433 mg(3.1 μ mol)及脫水甲苯6 ml、甲醇6 ml。
進行3次氮取代後,以85℃攪拌整夜。冷卻至室溫後,使用乙酸乙酯與水進行萃取。其後以氯仿及己烷之混合液(氯仿/己烷=7/3)作為溶離液,供給管柱。乾燥後得固體142 mg。
由NMR判定該固體為目的物之3-甲硫基-2-萘酸甲酯(式(m))。產率為27.6%。
所得之3-甲硫基-2-萘酸甲酯(式(m))之1H-NMR結果如下所述:
1H-NMR(500MHz,CDCl3,27℃):δ 8.54(s,1H),7.85(d,J=8.5Hz,1H),7.76(d,J=8.0Hz,1H),7.57(s,1H),7.56(t,J=8.0Hz,1H),7.44(t,J=7.5Hz,1H)2.57(s,3H)1.54(s,3H)
(C)合成3-甲硫基-2-萘酸甲醇
如下所示,由3-甲硫基-2-萘酸甲酯(式(m))合成3-甲硫基-2-萘酸甲醇(式(n))。
具體為,加入氫化鋁鋰(LiAlH4、Mw=37.95)40.1 mg(1.05 mmol)、四氫呋喃(THF)3 ml後,以0℃攪拌。其次加入3-甲硫基-2-萘酸甲酯(Mw=232.30)0.14 g、THF 3ml,以室溫攪拌1.5小時再冷卻至0℃。過濾後,以飽和食鹽水洗淨2次,再餾去溶劑。
得黃白色油狀目的物之3-甲硫基-2-萘甲醇(式(n))。產率為82.3%。
所得之3-甲硫基-2-萘酸甲醇(式(n))之1H-NMR結果如下所述。
1H-NMR(500MHz,CDCl3,27℃):δ 7.83(s,1H
),7.79(d,J=8.0Hz,1H),7.75(d,J=8.0Hz,1H),7.61(s,1H),7.48-7.41(m,2H),4.90(d,J=6.0Hz,2H)2.57(s,3H)
(D)合成3-甲硫基-2-萘醛
如下所示,由3-甲硫基-2-萘酸甲醇(n)合成3-甲硫基-2-萘醛(b)。
將30 ml燒瓶冷卻至-80℃後,加入草醯氯((COCl)2、Mw=126.93、d=1.48 g/cm3)0.13 g(1.0 mmol)、二氯甲烷3.2 ml、二甲基亞碸(DMSO、Mw=78.13、d=2.66 g/cm3)0.105 g,攪拌15分鐘。其後加入3-甲硫基-2-萘甲醇(式(n),Mw=204.29)0.103 g(0.5 mmol)及二氯甲烷1 ml,再攪拌15分鐘。
徐徐升溫的同時攪拌2小時,再加入三乙基胺(Mw=101.19、d=0.73 g/cm3)0.37 g(3.67 mmol),以0℃攪拌20分鐘,加入氯化銨後,以乙酸乙酯萃取2次,再以硫酸鎂乾燥,其後餾去溶劑。
以己烷/乙酸乙酯=8/2作為溶離液,以矽膠管柱精製粗體,得黃色油狀生成物。由NMR確認得3-甲硫基-2-萘醛(Mw=202.27)。
所得之3-甲硫基-2-萘醛之1H-NMR結果如下所述:
1H-NMR(500MHz,CDCl3,27℃):δ 10.3(s,1H),8.31(s,1H),7.92(d,J=8.0Hz,1H),7.78(d,J=8.0Hz,1H),7.62-7.59(m,1H),7.60(s,1H),7.49-7.46(m,1H),2.58(s,3H)
圖1為,實施例A-2所得之TIPS2取代物DNTT的基於單結構造解析之分子構造ORTEP圖。
圖2為,實施例A-2所得之TIPS2取代DNTT的結晶填料(立體)圖。
圖3為,實施例A-3所得之有機半導體元件的FET特性之傳達特性圖。
Claims (58)
- 一種縮合多環芳香族化合物,其為下述式(I)所表示:
- 如申請專利範圍第1項之化合物,其為下述式(I-1)所表示:
- 如申請專利範圍第2項之化合物,其中Q2及Q3各自獨立為由氫原子、鹵原子、碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、碳原子數1至20之硫化物基、及碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基所成群中所選出,且Q2及Q3中至少1個為氫原子及鹵原子以外之基,又,Q1及Q4為氫原子。
- 如申請專利範圍第2項之化合物,其為下述式(I-1-1)所表示:
- 如申請專利範圍第1至3項中任何一項之化合物,其中Q1至Q4中至少1個為,由下述式所表示之取代或非取代之芳香族基所成群中所選出:
- 如申請專利範圍第5項之化合物,其為下述式(I-1-2)所表示;
- 如申請專利範圍第1項之化合物,其為下述式(I-2)所表示:
- 如申請專利範圍第7項之化合物,其中Q1及Q2各自獨立為由碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、碳原子數1至20之硫化物基、及碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基所成群中所選出。
- 如申請專利範圍第7項之化合物,其為下述式( I-2-1)所表示:
- 一種含有縮合多環芳香族化合物之溶液,其為含有有機溶劑,及至少部分溶解於前述有機溶劑之如申請專 利範圍第1至9項中任何一項之化合物。
- 一種有機半導體膜之製造方法,其為包含將如申請專利範圍第10項之溶液塗佈於基材之步驟,由塗佈於基材上之前述溶液去除前述有機溶劑之步驟。
- 一種有機半導體裝置之製造方法,其為包含藉由如申請專利範圍第11項之方法製造有機半導體膜之步驟。
- 一種有機半導體裝置,其為具有含有如申請專利範圍第1至9項中任何一項之化合物之有機半導體膜。
- 一種縮合多環芳香族化合物,其為下述式(II)所表示:
- 如申請專利範圍第14項之化合物,其為下述式(II-1)所表示:
- 如申請專利範圍第15項之化合物,其中X2及X3各自獨立為由氫原子、鹵原子、碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、碳原子數1至20之硫化物基、及碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基所成群中所選出,且X2及X3中至少1個為鹵原子,且 X1及X4為氫原子。
- 如申請專利範圍第15項之化合物,其為下述式(II-1-1)所表示;
- 如申請專利範圍第15項之化合物,其為下述式(II-1-2)所表示,
- 如申請專利範圍第14項之化合物,其為如下述式(II-2)所表示:
- 如申請專利範圍第19項之化合物,其中X1及X2均為鹵原子。
- 如申請專利範圍第19項之化合物,其為下述式(II-2-1)所表示:
- 一種如申請專利範圍第14至21項中任何一項之縮合多環芳香族化合物之合成方法,其為包含(a)提供含有有機溶劑及下述式(III)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物的步驟:
- 如申請專利範圍第22項之方法,其中前述式(III)之化合物為下述式(III-1)所表示:
- 如申請專利範圍第23項之方法,其中E1至E4均為氫原子。
- 如申請專利範圍第23項之方法,其中前述式(III-1)之化合物為下述式(III-1-1)所表示,
- 如申請專利範圍第22項之方法,其中前述式(III)之化合物為下述式(III-2)所表示:
- 如申請專利範圍第26項之方法,其中E1及E3均為氫。
- 如申請專利範圍第26項之方法,其中前述式(III-2)之化合物為下述式(III-2-1)所表示:
- 一種下述式(I)所表示之縮合多環芳香族化合物之合成方法,其為包含(a)提供含有有機溶劑及如申請專利範圍第14至21項中任何一項之化合物之組成物的步驟,(b)藉由碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、及碳原子數1至20之硫化物基所成群中所選出之取代基,取代X1至X4中至少1個鹵原子之步驟:
- 一種芳香族聚合物,其為具有2個以上之下述式(IV)所表示之縮合多環芳香族部分:
- 如申請專利範圍第30項之化合物,其中前述縮合多環芳香族部分為下述式(IV-1)所表示:
- 如申請專利範圍第31項之化合物,其中G2及G3為鍵結,且G1及G4為氫原子。
- 如申請專利範圍第30至32項中任何一項之聚合物,其中前述縮合多環芳香族部分為下述式(IV-1-1)所表示:
- 如申請專利範圍第30至33項中任何一項之芳香族聚合物,其中具有下述式(V)之重覆單位:-{(TT)-(QQ)}- (V)(TT為前述縮合多環芳香族部分,且QQ為鍵結,或二價之基)。
- 如申請專利範圍第30項之芳香族聚合物,其中具有下述式(V-1)之重覆單位:
- 如申請專利範圍第30至35項中任何一項之聚合物,其中分子量為1,000以上。
- 一種如申請專利範圍第30至36項中任何一項之芳香族聚合物之合成方法,其為包含(a)提供含有有機溶劑及下述式(II)所表示之縮合多環芳香族化合物之組成物的步驟:
- 如申請專利範圍第37項之方法,其中步驟(b)之反應可藉由溝呂木‧海庫反應、根岸偶合、右田‧小杉‧史提爾偶合、薗頭偶合、鈴木‧宮浦偶合、普巴特‧哈特恩反應、熊田‧玉尾‧克留偶合所成群中所選出之偶合反應而達成。
- 如申請專利範圍第37或38項之方法,其中前述縮合多環芳香族化合物為下述式(II-1)所表示:
- 如申請專利範圍第39項之方法,其中X2及X3各自獨立為由氫原子、鹵原子、碳原子數1至20之烷基、碳原子數2至20之烯基、碳原子數2至20之炔基、碳原子數4至20之取代或非取代之芳香族基、碳原子數2至10之酮基、碳原子數1至20之胺基、碳原子數1至20之醯胺基、碳原子數1至20之醯亞胺基、碳原子數1至20之硫化物基、及碳原子數1至40之烷基矽烷基炔基所成群中所選出,且X2及X3中至少1個為鹵原子,又,X1及X4為氫原子。
- 如申請專利範圍第40項之方法,其中前述縮合多環芳香族化合物為下述式(II-1-1)所表示,
- 一種含有芳香族聚合物之溶液,其為含有有機溶劑,及至少部分溶解於前述有機溶劑之如申請專利範圍第30至36項中任何一項之芳香族聚合物。
- 一種有機半導體膜之製造方法,其為包含將如申請專利範圍第42項之溶液塗佈於基材上之步驟,由塗佈於基材上之前述溶液去除前述有機溶劑之步驟。
- 一種有機半導體裝置之製造方法,其為包含藉由如申請專利範圍第43項之方法製造有機半導體膜之步驟。
- 一種有機半導體裝置,其為具有含有如申請專利範圍第30至36項中任何一項之聚合物之有機半導體膜。
- 一種式(b)之化合物之合成方法,其為包含將式(i)之化合物之氰基還原之步驟:
- 如申請專利範圍第46項之方法,其中包含,藉由以氰基取代式(g)之化合物之三氟甲磺酸酯基,合成前述式(i)之化合物之步驟,
- 一種下述式(x)之化合物之合成方法,其為包含,藉由如申請專利範圍第46或47項之方法合成前述式(b)之化合物,再縮合前述式(b)之化合物2分子之步驟:
- 一種芳香族化合物,其為具有下述之式:
- 一種芳香族化合物,其為具有下述之式:
- 一種式(b)之化合物之合成方法,其為包含,將式(n)之化合物之羥基部分氧化之步驟:
- 如申請專利範圍第51項之方法,其中包含,藉 由將式(m)之化合物之甲酯基還原,合成前述式(n)之化合物之步驟:
- 如申請專利範圍第51或52項之方法,其中包含,藉由以甲硫基取代式(1)之化合物之三氟甲磺酸酯(triflate)基,合成前述式(m)之化合物之步驟:
- 如申請專利範圍第51至53項中任何一項之方法,其中包含,藉由以三氟甲磺酸酯基取代式(k)之化合物之羥基,合成前述式(1)之化合物之步驟,
- 一種下述式(x)之化合物之合成方法,其為包含,藉由如申請專利範圍第51至54項中任何一項之方法合成前述式(b)之化合物,縮合前述式(b)之化合物2分子之步驟:
- 一種芳香族化合物,其為具有下述之式:
- 一種芳香族化合物,其為具有下述之式:
- 一種芳香族化合物,其為具有下述之式:
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