TWI379416B - Asymmetrical linear organic oligomers - Google Patents
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Description
九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 於本發明係有關於非對稱的線性有機寡聚物’ 一種用 道製造讀有機寡聚物之方法’與其於電子組件中作為半 導體之用途。 【先前技術】 分子電子學之領域於過去15年中迅速地發展,並 且發現了有機導電性與半導電性化合物。於此斯間’發 現了許多具有半導電性或電光性能之化合物,半導電性 有機化合物目前被發展應用於如:有機場效應晶體營 (〇FHTs)、有機發光二極體(〇.leds>、感測器、與光伏元 場欵應晶體管為一種三電極元件,其中於二只電極 (習知為,’源極,,與,,漏極,,)間的狹窄導電通道,其導電性 之控制係經由第三只電極(習知為”栅極,,),其藉一薄絕 =層與導電通道分開。場效應晶體管最重要的特徵性萨 $電荷栽體之流動性,其斷然地決定晶體管之 : :,,,於已開與未開狀態下電流間之比率習知物 。場效應晶體管另-重要的性能為起始電壓,於此 了挪量之電流開始於源極與漏極間流動,此 〇為閾值電壓。低的閾值電壓通常為所欲,為供 儘發人員試圖令柵極與導電通遒間之絕緣層 可能之最薄的絕緣層可製自所謂的,,自紐合單 1379416 層’’(SAMs)’ SAM層可製t之適合的分子實例為具有多 於10個碳原子之長線性鏈烷’其可經由分子中適合的 官能性基團而被固定至晶體管之支撐材料上。us 6,433,359 B1敘述使用線性、分支、或環脂肪族碳氫化 合物,其具有極性基團如:氣矽烷、羧基、羥基、胺基、 ’ 醢胺基、與硫醇基圓者’於製造場效應晶體管,.其於絕 緣層與半導體層之間包含SAM層藉以改良開/關比率、 閾值電壓(亦即:栅極之電麼’於此時可測量之電流開拾 於源極與漏極間流動)、與電荷載體之流動性。於US 鲁 6,335,539 B1中,敘述使用包含硫醇基圓之SAM層可 達成相似的目的。 然而’具最佳性能者被發現為於場效應晶體管,其 中製自SAM分子之層被用作惟一的絕緣層,例如:於間 · 值電壓為1至2伏特下,源極與漏極之間具有一電流之 場效應晶體管’其已由使用一约2奈米之包含烧基三氯 矽烷之薄SAM絕緣層製得(J. Collet等人,應甩物理報 導,I"8年,第73卷’第I8斯’第26S1至2683頁r φ 與應用物理報導,2000年,第76卷,第Η斯,第1941 至1943頁>。 然而包含烷基之SAM層’其缺點為不易建構,由 於約20至30 mN/m之低表面電壓’導致當施加其他層 至這些層時,例如:使用溼法,十分困難。經由例如:使 用如:羧基基團將SAM分子之一終端官能化,表面電壓 可增加至約50 mN/m (應用物理報導,2000年,第76 卷,第14斯,第1941至1943頁)。 6 1379416 將SAM分子中之(伸)烧基鏈連結至半導電性之共 輛寡聚物,如:寡聚噻吩,亦可一方面改良絕緣層與半 導電層間之表面電壓’另方面可於單一步驟達成包含介 電層與半導體層之規則的二層建構。然而雖然此類 SAM分子.,其伸烷基基團之一端為寡聚噻吩與另一端 為硫醇基團者,已被敘述,例如:12-(2,2’:5’,5”,2,,,-四噻 嗯-5.-基)十二烧硫醇(膠體表面.a,. 19.8-200. (20.0.2年).,. 577 至 591 頁)或 11-(2,2,:5,,2,,-三噻嗯-5-基)十一烷-1-基硫醇(BSuerle等人,物理化學斯刊B,1997年,第ιοί 卷’第31期,第5951至5962頁>,但已知包含硫醇之 化合物於製造SAM層時具有缺點:其僅可被固定至金之 表面。
Berlin與Zotti等人(美國化學學會斯刊,1998年, B.120,第13453至13460頁)敘述經羧基烷基取代之二 噻吩與二噻吩’其適合用於在銦_錫_氧化物層(IT〇)上生 成單層’然而這些化合物之缺點在於:事實上二噻吩與 二嗔吩不具半導電性能’而且僅適合作為其他反應之中 間體,因此,例如:二嗜吩或三何在被施加成_層後, 已藉氧化絲被聚合,但是以此方式獲得之摻雜的導電 性聚合物U有半導體效應,故其所敘述之分子 ,於聚 合反應之賴之後皆不適合作為半導體。 一也其rm化合物,其於分子之終端使用喧吩、 γ其L备、環予以官能化者’例如:11-(3-噻嗯基) 十H㈣別_研究齡 年,B.708,第305至 了會㈣
i .頁)’或相似的化合物(US-A 7 1379416 2003/0099845),已被敘述,然*,這些 具有半導電性能。經氧化聚合反應後,其生成 合物層顿於糾上,,如:聚鱗、聚噻吩、聚乙^聚 與聚二乙块層,其為於氧化的導電 乙:、 之半導電性形態。—#為中性 因此仍然需要有SAM分子,其可同時適 的基材上生成薄絕緣層與生成半導電層。 ^宜 令人驚評地發現:半導電性寡聚物,其且 p 極性基圈取代之線性繼鍵者,特別適二 於本發明說明書中,寡聚物被明瞭為具有 個單體單元(下文巾稱為Af單元⑷b合物,^ 5 個為較佳’以4至1G個為特佳,其可為相同或相異。3 本發明提供具有通式(I)之化合物 X—R+ΑΓ 如2 ① 其中 η 代表一自4至之整數,以_自4至8之整數 為較佳,以一自4至6之整數為特佳,.
Ar對於每俩η各自猶立地代表:選择地經取代之丨4· 伸苯基、2,7-伸芴基、2,5-伸噻嗯基、或丨,厶伸乙 烯基、較佳者為選择地經取代之2,5-伸噻嗯基,
Rl代表一 C?_C3〇伸烷基基面,選擇地被下者所中斷· 1379416 一個或多個氧或硫原子、伸矽烷、膦醯基或磷醯 基基團,較佳者為一 c丨0-(:20伸烷基基團, R2 代表氩或一線性或分支之Ci-C2〇烷基基團,較佳 者為一 (^-(^烷基基團,或一線性之C丨-c20烷基 基團’選择地被下者所中斷:一個或多値氧或疏原 手、伸矽烷、膦醯基或磷醯基基團,較佳者為 基基圓,與 X 代表一基團,選自:一選择地經取代之乙烯基基 團、一氯、碘、羥基、具有1至3俩碳原子之烷 氧基基團、烷氧基矽烷基、矽烷基、氣矽烷基、 矽氧烷、羥基、羧基、碳酸甲酯或乙酯、醛、甲 基幾:基、胺基、酿胺基、艰、確酸、齒續酿基、 磺酸鹽、膦酸、膦酸鹽、三氯甲基、三溴甲基、 氰酸鹽、異氰酸鹽、硫氰酸鹽、異硫硫氰酸鹽、 氰基或硝基基團。 依本發明於通式(I)中之η個Ar單元可為栢同或相 異’並可以任何順序相連結,η個Ar單元形成一共軛 的寡聚物鏈。於較佳的實例中,除了 1,4-伸笨基、2,7-伸S基、與/或2,5-伸噻嗯基外、Ar亦可代表1,2_伸乙 稀基單元’藉此共輛長度不會被減短❶依本發明具通式 (I)之化合物,其Ar較佳者為包含選擇地經取代之2,5-伸嗔嗯基單元’或選择地經取代之2,5-伸嗔嗯基單元與 選擇地經取代之1,4-伸苯基單元,其中選择地存在之取 代基可為相同或相異。當包括選擇地經取代之2,5_伸嗔 9 單tl與選擇.地經取代之14伸苯基單元時此新化 I#:不包含相鄰之選擇地經取代的M_伸笨基單元 最佳者為具通式(I)乏化合物,其Ar僅包含2 5 伸噻嗯基單元。 ,_
Ar之取代基,其較適合的實例包括線性或分支之 =2。垸基基團,較佳者為Ci_Ci2烧基基團,或被一個 ^個氧原子中斷之線性CA。院基基團。於2,7_伸务 土早元中,選择地存在之取代基(一個或多個,以二個 為較佳)以座落於9之位置為較佳。2 5_伸嗔嗯基或 伸笨基單元之特佳取代基為:甲基、乙基、丙基、丁基、 戊基、或己基錢。K伸苯基單元之其他特佳取代基 為·甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧 基、或庚氧基基圓。最佳之取代基為氫。 值得一提之R1較佳實例包括:伸癸基、十一伸烷 基、十二伸烷基、十三伸烷基、十六伸烷基、或十八伸 烷基基團。值得一提之R2較佳實例包括:甲基、乙基、 丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、 十娱•基、或十一炫基基團’最佳者為乙基或已基基圓。 於通式(I)中之X基圓,.其適合的較佳實例為·選择 地經取代之乙婦基基團、氣、破、經基、具有1至3偭 碳原手之烷氧基基團、烷氧基矽烷基、矽烷基、氣矽烷 基、矽氧烷、羥基、羧基、碳酸甲酯或乙酯、醛、甲基 羰基、胺基、醯胺基、砜、磺酸、商磺醯基、磺酸鹽、 膦酸、膦酸鹽、三氣甲基、三溴甲基、或氰酸鹽、異氰 酸鹽、硫氰酸鹽、異硫硫氰酸鹽、氰基或硝基基圓。這 1379416 些基團具有極性,故其可與基材化學地或物理地栢互作 用’或可容易地被轉化成極性形態,較佳之實例為:乙 烯基、烷氧基矽烷基、氣矽烷基、矽氧烷、羥基、羧基、 胺基、或醯胺基基團,以乙烯基與烷氧基矽烷基、矽氧 烧、或氯石夕院基基團為特佳。於本發明之說明書中,燒 氧基梦烧基基團可為:單、二_、或三·Ci_C2q燒氧基發 烷基基團’與矽氧烷基圓可為:二·、寡聚_、或聚矽氧烷, 其合,自··單·、二·、或三·官能化單元,最佳者如:乙歸 基、三甲氧基钱基、三乙氧基魏基基團、或燒基二 矽氧烷基圓,如:四烷基二矽氧烷基團。 較佳之具通物之新化合物切些具通切_a)者,
其中 ra’rb ^自獨立地代表m擇祕取代之祕或鲁 分支之Cl*C2〇烷基基團,選择地被1至5個氧 原子所中斷’較佳者為一 CrCn烷基基圓,特 佳者為一甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、或 己基基團 選择地經取代之CVC^o烷氧基基 團’較佳者為一 C1_C6烷氧基基團,特佳者為 甲氧基基團、或連同代表一選择地經取代之 CrC6二氧伸烷基基團’較佳者為一 3,4-伸乙基 u 丄379416 一氧基基圓,.與 η,X,R,與r2具有前述賦予通式⑴之意義, 於本發明之較佳實例中,ra與rb代表氫。 其他較佳之具通式(I)之新化合物為那些:其中x代 表一乙烯基基團者。 於本發明之一較佳實例中,這些為具通式(Ia_ 之化合物,.
其中η,X,Ri’與R2具有前述賦予通式⑴之意義,與 RA與RB具有餘述賦予通式(I_a)之意義。 其他具通式(I)之較佳化合物為那些:其中X代表一 烧氧基梦焼基基圓者’特別是一單-、二-、或三-(^-(^20 烧氧基發燒基基團’例如:三甲氧基石夕烧基、或三乙氧 基矽烷基、或矽氧烷基團,特別是四烷基二矽氧烷基團& 於本發明之另一較佳實例中,具通式⑴之化合物, 其中X代表一烧氧基矽烷基基團者,為具通式(I-a_2) 之化合物,
12. 1379416 其中 ,R4 、R,互镯立地代表氫或—線性或分支之 燒基基團,較佳者為Ci_C6垸基 η,R丨,與R2且右1、/特佳者為甲基或乙基,與 具有前述賦予.通式式⑺之意義,與RA與妒 於具通式(I)之依本發 X代表一矽氧烷基團者, 明化合物之較佳實例中,其中 為具通式(I-a-3)之化合物,
(I-a-3) 其中 R6 至 R10 栢互獨立地代表氫或一 烷基基圓,較佳者為C 者為甲基或乙基, 線性或分支之 rC6烧基基團’特佳
P 代表一·自· 1至5. 特佳者為2,.與 之整數’較佳者為2或3 , (1)之意義,與1^與Rb n’ R1,與R2具有前述賦予通式 具有前述賦予通式(I-a)之意義。 在鎳(合成反應’1993 13 ^/9416 年’第1099至1103頁)或le(化學材料,1993年,Β·5, 第430至436頁)催化劑之存在下’進行偶合。然而, ^些合成方法導致:化合物僅能困難地予以純化,並需 昂責的花費’此意指:獲得之最終產物勉強地適合用作 半導體。 製造依本發明之化合物,較佳者為使用一種改變的 Suzuki偶合反應’通常亦習知為suzuki縮合反應。 suzuki縮合反應或Suzuki偶合反應,亦即:芳基鹵化物 與芳基硼酸化合物反應,使用一種鈀化合物作為催化 劑’並於一種鹼之存在下進行,此被敘述於如:Suzuki 等人者’化學評論’ 1995年,第95斯,第2457至2483 頁。於一較佳實例中’其方法係依照一種改變的Suzuki 偶合反應進行’其中芳基或雜芳基齒化物與噻吩頻那酮 珊酸酯反應,選择地於至少_種鹼與/或至少—種催化 劑之存在下進行’其包含一種週期表中副族VIII之金 屬,下文中簡稱為一種副族νπι之金屬。 因此本發明亦提供一種方法,其中一種有_化合 物與-種芳基或雜芳基齒化物,經由Suzuki偶合,進 行反應。 此為-種較佳的方法,其中使甩下列二者,並使其 相互反應:有_化合物,其為〜種具通式(11)之化合 物, X〜R屮七(Π) 1.4 1379416 其中11’^’尺1’與又具有前述賦予通式 也 m代表_自1至5之整數,較佳者為t 、丄與 2,3,或4, 巧至4’特佳者為 與芳基或雜芳基齒化物,其為一種具通式(ιιι)之化合 物, σ (HI) r+AH^R2 其中m與Ar具有前述賦予通式(II)之意義,與妒且 前述賦予通式(I)之意義,與γ代表:氣、漠' 八 -0-S02-R3,其中R3代表一甲基、三氣甲基、、笨基1 甲苯基基團。 ^ 此改變之方法’最佳者為用於製造具通切之 新化合物’其隨後可進行反應,藉將雙鍵進一步加以修 飾、,使成為具通式㈣之其他新化合物,較佳者為^ 具通式(I-a-2)或(l-a-3)者。 此用於製造新化合物之較佳的㈣方法伽祕偶 合反應)係於一有機溶劑或溶劑瀑合物中, ^至+200 °C下進行,以.40ΐ至.150。(:為較佳:以· °C ^ + 130¾ 々較佳以谓 適合的包含一種副族爾金屬之催 =適合化合物’其包含一編vm金:上 量為娜重m贿為㈣。催倾之較佳用 為特佳,至⑼重量^…重衫心重量% *其係相對於待偶合化合物之總重。 1.5 1379416 特別適合之催化劑為副族VIII金眉 #人化人 物,尤其是:於大氣下安定之麵(〇)錯合物、鈀二合物, 其可使用有機金屬試劑’如:烷基鋰或有機鎂化合物, 或膦,容易地予以還原成纪(0)錯合物者,或鈀(2)錯合 物’選择地可添加PPh或其他的膦α例如:可使用 Pd€l2(PPh3)2 ’ PdBr2(PPh3>2 ’或醋酸鈀,或這些化合物 之混合物’並予添加PPhr較佳者為使用經 添加膦之Pd(PPh3)4 ’於一較佳的實例中未添加膦,其 能以廉價的形態獲得。用作膦之較佳者為.pph、 PEtPh.2、PMe.Ph.2、PEt2Ph.、或 PEt3 r 為特佳
然而’亦可使甩未添加膦之把化合物作為催化 例_如:醋酸趣。 劑 町便用之臉之貫例為:氫氧化物’如:氣氣化納 氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鋇、氫氧化鈣、燒 如:乙醇納、乙醇鉀、乙醇鋰、甲醇鈉、甲醇鉀 鋰、羧酸與碳酸之驗金屬鹽類,如:鈉、鉢、 酸鹽、碳酸氫鹽、乙酸鹽、擦檬酸鹽、乙硫7 ~ ,八%〜职见,與进册厂畔、或鋰 酸鹽、碳酸氫鹽、乙酸鹽、擰檬酸鹽、乙酿 基乙酸鹽、或其他的碳酸鹽’如:碳酸绝或碳酸鉈 酸鹽,如:磷酸鈉、磷酸鉀、或磷酸鋰、或其混厶 較佳者為使用碳酸鈉。鹼類之使用亦可為:於水$ 液或於有機溶劑,如:甲苯、二噁烷、或二甲基 中之懸浮液’較佳者為於水中之溶液,因為獲~ 物’由於其於水中之低溶解度,可容易地& : 中分離。 應成 亦可使用其他的鹽類,例如:氯化鋰或溴化鋰 % 16 1379416 為助劑。 適合的有機溶劑實例為:原則上所有的不會與哪酸 酯反應之溶劑或溶劑混合物。這些通常為化合物,其未 含會與嗔吩頻那酮娜酸酯反應之鹵素原子或氫原子 者。適合的溶劑實例為:鍵烷,如:戊烷、己烷、與庚垸、 芳族化合物,如:笨、甲苯、與二甲苯、包含醚基團之 化合物,如:二噁烷、二甲氧基乙烷、與四氫呋喃、與 極性溶劑’如:二曱基甲醯胺、或二甲基亞砜。於依本 發明方法中較佳者為使用芳族化合物作為溶劑,以甲笨 為最佳’亦可使用這些溶劑之二種或多種混合物作為溶 劑。 反應混合物之回收係使用習知方法,例如··經由稀 释、沉澱、過濾、萃取、清洗、自適合的溶劑再結晶、 色層分離法、與/或昇華。回收可由如:於反應完成後將 反應混合物倒入一包含酸(冰)水,例如:製自1克分子濃 度之鹽酸,與甲苯之混合物中,分離去除有機栢,以水 清洗,將獲得之固體產物濾除,使用甲苯清洗,而後於 真空中乾燥’可獲得高品質與純度的具通式(I)之化合 物,未經任何的後續純化程序,並且為半導電性。然而 亦可使用習知方法,例如:藉再結晶、色層分離法、或 昇華,將這些產物進一步地純化。 使甩此方法’依本發明化合物無需經繁複的純化程 序即可製得,並且僅含有非常少量的不純物。特別是使 甩此方法獲得之依本發明化合物’大多未含具有—不易 分離之較咼或較低分子量之同系寡聚物,因此可免除對 1.7 1379416 不易分離@合物進行繁複純化之需求。 A二It使用之有機·化合物•基或雜芳 基化β物特別是具有通式(111>者,可經 具通式⑼之麟㈣㈣之製造敘 述於如· st等人,材料化學斯刊,2003年,笛^ 第1269至1273頁。 乐13斯, 具通式(I)之新化合物,特別是㈣與(1 為非常適合-並非因為其高純度_用於製造電子丄 如:場效應晶體管、有機發光二極體、光伏電池、射^ 或感測器中之半導電層。特別是具通式(1>之新化人物, 其中X代表-烧氧基魏基基團或—錢燒基二較 之化合物’適合用於製造 場效應aa體管之單層特別是自組合之單層
因此’具通式⑴之新化合物’其+ x代表一 Z 烷基基團或一矽氧烷基圓,較佳者為具通式 (I-a-3)之化合物,為較佳地適合用於製造半導電性單 層’但是特佳地為:同時包含一薄介電層(絕緣層)與 半導電層之此類單層。其他的半導電層亦可施加至 導電層。偺助於具通式(I)之新化合物,其中χ代表— 烧氧基㈣基m魏祕®,較佳者為借助於具 通式(I-a-2)與(I-a-3)之化合物,亦可製造位於一介電^ 與另-半導電層間之此類層。此可為有利.,.、因為例如 經由半導電曆與介電層間之較佳接觸,此内層可改良位 於其上之半導電層之品質’此導致如:改良於場效應晶 體管中之性能’例如:增加電荷載體之流動性、較高之 18 1379416 開/關比率、與較低之閾值電壓。 因此本發明亦提供下列用途:將依本發明化合物用 於製造電子組件之半導電層,較佳者為將具通式(〗)之新 化合物,其中X代表一烷氧基矽燒基基團或一矽氧烷 基團,特佳者為具通式(I_a-2)與(I-a-3)之化合物,用於 製造單層,其同時包含一介電層(絕緣層)與一半導電 層。具通式(I-a-2)與(I-a-3)之化合物可最佳地被使用, 以生成自組合之層(SAMs>,亦即:所謂之SAM分子。 具通式(I)之新化合物,其中X代表一烷氧基矽烷 基基團或一梦氧烧基團,特佳者為具通式(I-a-2)與(I-a-3} 之化合物,可特別良妤地固定於基材或表面,其主要包 括發或氧化材料’例如:氧化梦、氧化銘、氧化錄、氧 化铪、或氧化鈕。固定至這些基材或表面,係發生於新 化合物載有矽烷基或矽氧烷基團之終端。相較於習知包 含硫醇基團之SAM分子,依本發明化合物因此具有下 列優點:可固定至除價昂之金表面外的表面。除了那些 習知包含硫醇基團之SAM分子之應用外,依本發明化 合物因此可作其他的應甩。 具通式(I)之新化合物,其_ X代表一乙烯基基團, 特別是具通式(I_a_ 1)之化合物,可於雙鍵處予以進一步 地修飾’借助於單純的化學反應,其對精於此方面技藝 者為習知。 用於修餘這些較佳化合物之此類化學反應實例為: 特別是反應,其中之鍵經選择地與專門地 修飾但化合物之其他部份則未予修你。值得一提之此 19 1379416 類:f反應實例為:聚合、氧化、加成、或取代反應, 以加成與聚合反應為巍,錢㈣錢應為^ 於第-步驟中n具通細之化合物其 代表—乙縣基團,並於第二步 成 通撕之化合物,其中χ具有一除乙縣=義具 ::2利音=是對於案例’其中χ基團具有-除 為一於Suzuki偶合反應之反應條 ^疋之土團’此為案例如:具有氣發烷基團、烷 氧基^_、切氧絲團者m縣基圈於 UZU1偶合反狀反應條件下為安定故可㈣對精於 面技藝者制知之前述單純反應加以修飾,此途徑
、、製造下者為特別較佳:具通式(1)之新化合物,其中X 代表一烷氧基矽烷基或矽氧烷基團,較佳者為那些具有 通式(I-a-2)或(1-&-3>者。 氫矽烷化反應與其進行對精於此方面技藝者為習 鉍°對於修飾具通式(I)之新化合物,其中χ代表一乙 烯基基團,特別是具有通式d-hD之化合物,氫矽烷化 反應之進行’較佳者為於_有機溶劑或溶劑混合物中, ,用一種包含金屬之催化劑’並於溫度+2〇它至+2〇〇 c,以+30°C至+120。(:為較佳,以+60¾至+90。(:為特佳。 各種金屬錯合物’特別是週斯表中副族VIII之金 屬’可甩作包含金屬之催化劑,例如:错、銀、鎳、銘、 趣、鉬、與釕之錯合物。用於氫矽烷化反應之較佳催化 劑為鉑錯合物,如:H:2PtCl6,例如:於異丙醇中(Spier催 化劑>,與Pt2{[(CH2=CH)Me2Si]2〇}3或具有一不同金屬
2Q 配位基比率之相似化合物(Karstedt催化劑同樣較佳 者為銘環乙烯基甲基矽氧烷錯合物,.其包括環甲基乙稀 基矽氧统或鉑二乙烯基四甲基矽氧烷鍇合物於二甲苯 中’此為市售商品。適合的銘催化劑用量為:自1 ppm ^ PPm之翻,以5冲m至_ppm為較佳以⑽ 沖m為特佳,其係相對於反應混合物之總重。 =上所有的溶劑或_混合物,其於反應溫度下 義ί顯Ϊ解具通式W之化合物’其中X代表一乙烯 =燒有::(rr化合物,皆適合用 如··己μ也應有機劑。適合的溶劑例如:鍵垸, 與包含之合物’如:笨、甲苯、與二甲苯、 土團之化〇物,如:二噁烷、二甲氧基乙烧' 用甲方法中以使用芳族溶劑為較佳,以使 劑然而,亦可使用這些溶劑之二種或多種 基基:此二ίί:)之新化合物’其中x代表-乙烯 與甩於製造雷不纟、適。生成自組合之單層,或sams, 因此本1二件之半導電層,特別是SAM層。
代表-乙提供:具通式(1)之新化合物,其中X 其用於製造;;組件:細)之化· 甩途,Mm +導電層’特別是SAM層,之 基基圏,特別是合:’其中X代表-乙烯 用於製造摘人^ a、逋式之依本發明化合物,其 σ 、自組合之單層,或SAMs,之化合物, zi 1379416 之用途。 用於製造半導電層時,較佳者為將具通式(ι>, (I-a) ’或(1+1)至(I_a_3)之新化合物以層之形態施加至 適口的基材上W如至:妙晶片、聚合物膜、或玻璃板, 其條件為具有電或電子之結構。顧上,精於此方面技 藝奢習知之所有施加方㈣可用於施加 ,例·如依本發 明之化合物可由氣相或由溶液施加,隨後將溶液蒸發。 f溶液:加:使用習知方法進行,例㈣喷霧、浸潰、 、、:=」旋轉塗覆、與藉喷墨印刷。依本發明之 一 以 目施加為較佳,例如:由—適合的溶劑’ 如:甲本,藉旋轉塗覆予以施加。 =此’本發明亦提供塗覆層,較佳者主要包括化合 其具有通式(1> ’特別是㈣,或特佳者為至 (i-a-3)。 這些為較佺的單層,特佳者為8她(自組合之單 層>’亦即:那些製自依本發明之自組合化合物者。 :較佳的實射,這㈣包括下者之層:具通式(ι) =化。物’其中X代表-院氧基㈣基或㈣统基圈, 寺別是具通式(I-a-2)或(l-a_3)之化合物,其於特佳的 例中生成單層,其同時包含一介電層(絕緣層 電層。 、丁平 依本發明之層可於施加後進〜步予以修飾,例如. 藉熱處理’如:藉通過-液晶相,或對於結構,如·藉雷 射燒餘曰 製自依本發明化合物之依本發明層,其特徵在於. 1379416 高純度,因此具有低缺陷。特别是SAMs,亦即:製自依 本發明自組合化合物之層,較佳者為那些具有通式 (I-a-2)或(I-a-3)者,其具有優點:可容易地同時生成一介 電層與一半導電層,其為極端地薄,亦即:於分子尺寸 至多為數奈来,以於單分子尺寸為較佳,例如:場效應 晶體管之閾值電壓可經由使用此類SAMs予以降低。 依本發明之層適合甩於激活與發光電子組件,例如: 場-效應晶體管、有機發光二極體、光伏電池、雷射、或 感測器。 因此本發明亦提供此類電子組件,其包含至少一依 本發明之層。 【實施方式】 實例 使用習知方法製造:5-(10-十一碳烯基>-2,2’ -二噻 吩、5-溴-5’-乙基-2,2’-二噻吩、與5-溴-5”-乙基 -2,2’:5’,2’’-三噻吩(合成反應,1993年,第1099頁;化學 材料,1993年,第5冊,第430頁;材料化學斯刊,2003 年,第13冊,第197頁)。 於使用前,所有的反應容器皆使用習知的保護氣體 方法予以加熱,並以氮氣將其淹沒。 實例 1: 4,4,5,5-四甲基-2-[5’-(10-十一碳烯基>-2,2’-二 嗔嗯_ 5-基]-1,3,2 -二°惡硼烷(II - a)之製造 23
1379416 使用乾冰/丙酮將70毫升之無水四氫呋喃(THF)冷 卻至-74°C,並使用一注射器將5.6毫升2 5M 丁基鋰於 己烧之/容液滴加至其中,而後滴加一種5-(1〇->]--碳稀 基)-2,2’_二噻吩(4 46公克,14亳莫耳)於12〇毫升無水 四氫吱味之均質混合物’再將混合物於-74°C下持續授 拌30分鐘。移開冷卻浴使溫度上升,於約時再將 ιφ 反應批次冷卻,於_74°C下使用一注射器加入2-異丙氧 基-4,4,5,5-四甲基_ι,3,2-二噁硼烷(3.3亳升’ 16毫莫 耳>’混合物於_74°C持續櫈拌30分鐘後再度移開冷卻 浴,使溫度上升至20°C。將反應混合物倒入200毫升 · 經與15毫升1 Μ鹽酸混合之冰水中,並使甩500亳升 二乙醚予以萃取。分離去除醚相’以水清洗,再以硫酸 鈉乾燥,過濾,及於一旋轉蒸發器中將溶劑完全移除, 得到產量:6.03公克(97%理論值)深藍色之結晶(II-a)。 鳙 經氣體色譜法-質譜法分析:!V^+99%,m/e=444。 4 NMR (CDC13,TMS/ppm): 1.22-1.45(重疊之波峰具有 最大值於 1.283,14H>,1.345(s ’ 12H>,1.672(m,J=7.5 Hz,M-5,2H) ’ 2.037(q,·Κ7·2 Hz ’ 2H> ’ 2.781(t,J-7.3 Hz v 2H) > 4.928(d > J-10.3 Hz » 1H) > 4.99l(d » J=17.1 Hz > 1H),5.811(m,1H>,6.676(d,J=3.4 Hz,1H),7.037(d, 1=3.9 Hz > 1H) » 7.152(d » J=3.9 Hz » 1H) - 7.496(d > J-3.4 24 1379416
Hz,1H)〇 實例 2: 5-乙基-5,’,-(ΐ〇_十一碳烯基)τ2,2,:5,,2,,:5,’,2,”- 四噻吩(I-a-l.i)之製造
(l-a-1.1) 稱取5-溴-5’-乙基_2,2,_二噻吩(3.28公克,12毫莫 耳),並於保護氣體下加入四(嗟吩基膦)鈀Pci.(pph3)4(675 毫克,0.6毫莫耳)。製備一 4 4 5,5_四甲基·2-[5,-(1〇-十 一碳烯基)-2,2’-二噻嗯_5_基]·13,2_二噁硼烷01 公克’ 12毫莫耳)於12Ό亳升無水甲苯之溶液,與18 毫升之2 Μ碳酸納水溶液,並使用氮氣予以除氧。將此 二溶液以注射方式逐一地加入反應批次,而.後將反應混 合物迴流20小時。經冷卻後,.將反應混合物倒入一包 含200毫升水’ 8G毫升1 μ鹽酸’與300亳升甲苯之 混合物中。分離去除有機相,以水清洗,再以硫酸鎂乾 燥,過濾,及於一旋轉蒸發器中將溶劑完全移除,橄欖 綠之固體產物於正己烷中再結晶,得到產量:4.18公克 (68%理論值)之黃色粉末(I-a-1.1)。 經 FD 質譜法分析:Μ +100%,m/e=510.0。 4 NMR (CDC13,TMS/ppm): 1.23-1.44(重疊之波峰·具有 最大值於 1.288,15H ’ 包括 t 於 1.326 ppm,J=7.6,3H}, 25 1379416 1.680(m,J=7.5,M=5 ’ 2H>,2.040(q,J=7.5,2H),2.789(t, 卜7.6,2H),2.840(q,卜7.2,2H),4.928(d,J-10.3, 1H),4.989(d,J=17」,1H),5.813(m,1H),6.679(d, J=3.4,1H),6.699(d,J=3.4,1H> ’ 6.98(重疊之波峰, 4H),7.030(d,J=3.4,2H)。 實例 3: 5-乙基-5,”’-(10·十一碳婦 基)-2,2’:5’,2”:5”,2’’’:5”’,2””-五噻吩 (I-a-1.2)之製造
依實例2所述’由5-溴-5”-乙基-2,2’:5’,2’,-四咳吩 (2.13公克’6毫莫耳>’Pd(PPh3)4(350毫克,0.3毫莫耳), 與4,4,5,5-四甲基-2·[5,-(10-十一碳稀基)·2,2’·二嗓嗯 基]-1,3,2·二喔硼烧(I-a)(3.11公克’ 7亳莫耳)於4〇毫升 無水曱笨與10毫升2 Μ碳酸鈉水溶液中製得5-乙基 -5””-(1〇-十一碳烯基 >-2,2’:5’,2”:5”,2’”:5”,,2,,,,-五嚯吩 (IV-a-2)。經如實例2般回收後,將有機栢使甩一 G4 玻璃過濾器予以過濾,並將橘色沉澱物於甲苯中再、结 晶’得到產量:2.96公克(83°/〇理論值)之深橘色粉末 (I-a-1.2) ° 經 FD 質譜法分析:Μ·+100°/〇,m/e = 592.1。 26 1379416 巾 NMR (CDC13,TMS/ppm): 1.23-1.44(重疊之波峰具有 最大值於:1.290 ’ 15H,包括 t 於 1.329 ppm,J=7.3,3H) ’ 1.682(m,J=7.5,M=5,2H),2.041(q,J=7.0,2H),2.791(t, J=7.6,2H),2.841(q,J=7.6,2H),4.930(d,J=10.3, 1H),4.989(d,J=17.卜 1H>,5.813(m,1H),6.684(d, J=3.9,1H),6.704(d,J=3.4,1H>,6.99(重疊之波峰, 4H),7.048(d,J=3.4,2H>,7.053(s,2H>。 熔體性能(°C ): K240 N 242 I (K=結晶,N=向列的液晶, 1=各向同性的液體h 實例4·· 5-乙基-5”’-(ll-三乙氧基矽烷基十一烷 基)-2,2’:5’,2”:5’”,2”’·四噻吩(I-a-2.1)之 製造
將得自實例2之5-乙基-5”’-(10-十一碳烯 基)-2,2,:5’,2”:5”,2,”-四噻吩(14-1.1)(410毫克,0.8亳莫 耳)置入_ 100亳升具冷凝器、氣體出口、溫度計、與 隔板轉接器之多頸燒瓶中,隨後加入15亳升無水曱 苯,並將混合物加熱至80°C,直至所有的物質(I-a-1.1) 皆已溶解。於80°C下,以注射方式逐一加入三乙氧基 石夕烧(324亳克,2毫莫耳)與一包含環曱基乙烯基梦氧 27 1379416 烷之鉑環乙烯基甲基矽氧烷錯合物(3至3.5重量%之 鉑,例如:可得自ABCR公司)。將混合物於80°C攪拌 20小時,經冷卻後於一旋轉蒸發器中移除溶劑,所獲 得於曱苯中之黃色固體產物以矽膠予以過濾,得到產 量:151毫克(27%理論值)之黃色粉末(I-a-2.1)。 經 FD 質譜法分析:Iv^+lOO%,m/e = 674.2。 4 NMR (CDC13,TMS/ppm): 0.628(t,J=8.1 Hz,2H), 1.225(t,J=7.1 Hz,9H),1.23-1.44(重疊之波峰^具有最 大值於 1.267 ’ 21H ’ 包括 t 於 1.3.27 ppiii J=7.6· Hz 3Ή),1.678(m,J=7.3,M=5,2H),2.788(t ’ J=7.6 Hz, 2H) ’ 2.839(q,J=8.3 Hz ’ 2H) ’ 3.814(q,J=6.9 Hz,6Ή), 6.680(d,J;3.4 tiz,1H),6.700(d,J=3.4 Hz,1H),6.98 (重疊之波峰,4H),7.030(d,J=3.9 Hz,2H)。 熔體性能(t >: K 160 I (K=結晶,1=各向同性的液體>。 實例 5: 1-[11-(5’’,·乙基-2,2’:5,,2”:5”,2”,-四噻嗯-5-基) 十一烷基]-1,1,3,3-四曱基二矽氧烷(I_a-3.1) 之製造
(I 令3.1) 依實例4所述,由5_乙基-5”’-(10-十一碳烯 28 1379416 莫耳),l,l,3,3·四甲基二石夕氧烷(25毫升,18 8公克姆 毫莫耳>’與-包含環甲基乙縣錢燒之翻環義 甲基矽氧烷錯合物(3至3.5重量%之鉑,1〇毫升)之容 液,在7〇t下,於70亳升無水甲苯中製得Ηιι (5,^ 乙基-2,2’:5’,2”:5”,2”’·四噻嗯-5-基)十一·烷基]、113 3· 四甲基一發氧娱*(I_a_3.1) ’並予純化’得到產量.2 %八 克(94%理論值)之黃色粉末(i_a_31)。 “
經FD質譜法分析:μ·+99%以上,m/e = 644.0。 H NMR (CDC13,TMS/ppm): 0.056(s ’ 6H),〇.i6〇(d, J=2.5 Hz ’ 6Ή) ’ 0.527(t ’ J=7.6 Hz ’ 2H) ’ 1.23_i‘43(重 疊之波峰具有最大值於1.267,21H,包括t於i 326 ppm ’ J=7.8 Hz,3Ή) ’ 1.680(m,J=7.5,M=5,2H>,2.789(t, 卜7.6 Hz,2H),2.840(q,>7.2 Hz,2H),4.676(m,>2 8
Hz,ΜΘ,1H>,6.679(d,J=3.4 Hz,1H),6.699(d,4 Hz,1H),6.98(重疊之波峰,4H),7.029(d ’ J=3.9 jjz, 2H) 〇 【圖式簡單說明.】. 無 【主要元件符號說明】 無 29
Claims (1)
13794时 專利申請案第93丨34391號 ROC Patent Application. No. 93134391 修正之申請專利範圍中文替換本-附件(二) 丨。丨年J月:^日修i吏)正 Amended Claims in Chinese - Encl.(H) (民國10丨年8月24曰送呈) (Submitted on August 24, 2012) 十、申請專利範圍: 1. 一種化合物,其具有通式(I), (i) X—R+Ar 士 R2 其中 η 為一自4至10之整數, Ar 對於每個η各自獨立地代表一選擇地經取代 之2,5-伸噻嗯基,其中經取代之2,5-伸噻嗯基 的取代基各獨立選自於氫、線性或分支之 CrC20烷基基團及被1或更多個氧原子所中 斷的線性之Cl-C2〇院基基圑J R1 代表一 C3-C30伸烷基基團,選擇地被一個或 多個氧或硫原子、伸矽烷、膦醯基或磷醯基 基團所中斷, R2 代表氫或一線性或分支之CrC^烷基基團, 或一線性之crc20烷基基團,選擇地被一個 或多個氧或硫原子、伸梦烧、鱗酿基或填酿 基基團所中斷,與 X 代表一基團,選自:一選擇地經取代之乙烯基 基團、烷氧基矽烷基、矽氧烷或膦酸基團。 2. 根據申請專利範圍第1項之化合物,其特徵在於:X 代表一院氧基石夕统基基圑或一石夕氧烧基團。 3. 根據申請專利範圍第1項之化合物,其特徵在於:X 代表一乙烯基基團。 30 1379416 101年8月24日送呈 mr . 4.根據申請專利範圍第1至3項中之至少一項之化合 物,其特徵在於:R2代表一線性或分支之Ci_C2〇烷 , 基基團。 5· 一種方法,其用於製造具有通式(I)之化合物, X—R^-Ar^R2 (1) 其中 為一自4至10之整數, ΛΓ 對於每個η各自獨立地代表一選擇地經取代 之2,5-伸噻嗯基,其中經取代之2,5_伸噻嗯基 的取代基各獨立選自於氫、線性或分支之 CrC2〇烷基基團及被1或更多個氧原子所中 斷的線性之CrC20烷基基團, Ri 代表一 CrCw伸烷基基團,選擇地被一個或 多個氧或硫原子、伸矽烷、膦醯基或磷醯基 基團所中斷, R2 . ^ 代表氫或一線性或分支之crc2〇烷基基團, 或一線性之C丨-c20烷基基團,選擇地被一個 或多個氧或硫原子、伸矽烷、膦醯基或磷醯 基基團所中斷,與 X 、 、 代表一基團’選自:一選擇地經取代之乙烯基 基團、氣、碘、羥基、具有1至3個碳原子 之烧氧基基團、烷氧基矽烷基、矽烷基、氯 石夕院基、矽氧烷、羥基、羧基、碳酸曱酯或 31 1379416 101年8月24日送呈 乙酯、醛、曱基羰基、胺基、醯胺基、砜、 續酸、齒續醯基、續酸鹽、膦酸、膦酸鹽、 三氣曱基、三溴曱基、氰酸鹽、異氰酸鹽、 硫氰酸鹽、異硫硫氰酸鹽、氰基或硝基基團 其特徵在於:一種有機蝴化合物與一種芳基或雜芳 基鹵化物,經由Suzuki偶合進行反應,其中一種具 通式(II)之化合物,
其中η,Ar,R1,與X具有敘述於式(I)之意義,與 m代表一自1至5之整數,其為有機硼化合物, 與一種具通式(III)之化合物, Y——Ar——R2 (ΠΙ)
其中m與Ar具有敘述於通式(II)之意義,與R2具有 敘述於通式(I)之意義,與Y代表:氯、溴、碘、或 -O-SOrR3,其中R3代表曱基、三氟曱基、苯基、 或甲苯基,其為芳基或雜芳基鹵化物基團, 被使用並共同反應。 6. —種方法,其用於製造根據申請專利範圍第2項之 化合物,其特徵在於:一種具通式(I)之化合物,其中 32 丄:^416 Ψ 101年8月24日送呈 X代表一乙婦基基團,被氫石夕院化。 之 -種用途,使用根據申請專利範圍第丨至4項中 至少一項之化合物於製造電子組件之半導電層。 —種用途’使用根據申請專利範圍第1 4項中之 9. f少-項之化合物於製造單層,其具有—介電 緣層)與一半導電層之功能。 (、” 圍其特徵在於:其包含根據申請專利範 第9項之層,㈣徵在於:其為單 種f緣層)與一半導電層之功能。 項…二據申請專利範圍第9或丨。
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