WO2017099110A1 - 円偏光発光組成物及びその製造方法、並びに円偏光発光方法 - Google Patents

円偏光発光組成物及びその製造方法、並びに円偏光発光方法 Download PDF

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WO2017099110A1
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circularly polarized
emitting
polarized light
group
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博隆 伊原
誠 高藤
桑原 穣
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国立大学法人熊本大学
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters

Definitions

  • the present invention relates to an organic composition exhibiting circularly polarized light emission expected as a next-generation optical signal.
  • CPL circularly polarized luminescence
  • I L and I R are the left-handed circularly polarized luminescence intensity respectively and right circularly polarized luminescence intensity.
  • high g lum values chiral metal complexes, chiral inclusion complexes, helical molecules, chiral liquid crystals, etc. have been reported, and numerical values of 10 -3 to 10 -2 levels have been achieved in g lum values. ing.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 since the development of circularly polarized light-emitting materials has been mostly made by introducing chirality into the molecule itself, the structure of circularly polarized light-emitting materials has generally been complicated (Non-Patent Documents 1 to 3). For this reason, many circularly polarized light emitting materials have been developed through a highly difficult synthetic chemical approach, and it is difficult to diversify the structure and CPL characteristics, and the cost increase is a weak point. .
  • Patent Document 1 the pH of the inclusion compound of pyrene and cyclodextrin is adjusted based on the well-known technique that the inclusion compound of pyrene or naphthalene and the like and cyclodextrin exhibits circularly polarized light. Alternatively, a technique for controlling the right circularly polarized light is disclosed.
  • the cyclodextrin system is not difficult in terms of synthetic chemistry, the size of the pores is fixed and the luminescent dyes that can be selected are limited, so it is still difficult to diversify the CPL characteristics. There was a problem that there was.
  • the circularly polarized light-emitting material disclosed in the prior art it is difficult to diversify the structure and CPL characteristics from the viewpoints of material synthesis and selection of the light-emitting material, and it is difficult to diversify the emission wavelength and tailor-made. Further, the circularly polarized light emission (g lum ) is not necessarily sufficient for practical use, and the development of a material having a better circular polarized light emission (g lum ) is desired.
  • an object of the present invention is to provide a circularly polarized light-emitting composition that does not require a complicated synthesis method, can use various light-emitting materials, and has excellent circularly polarized light-emitting characteristics.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing the circularly polarized light emitting composition and a circularly polarized light emitting method.
  • a chiral self-orienting host molecule having a host functional group is associated to form a supramolecular orientation body having secondary chirality, and a host functional group oriented based on the secondary chirality of the supramolecular orientation body.
  • ⁇ 2> The circularly polarized light-emitting composition according to ⁇ 1>, wherein the light-emitting guest molecule is an achiral light-emitting molecule.
  • ⁇ 3> The circularly polarized light-emitting composition according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the supramolecular alignment body is a supramolecular alignment body composed of a bimolecular film in which the self-aligning host molecules are associated.
  • ⁇ 4> The circularly polarized light-emitting composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the self-orienting host molecule is a compound represented by the following formula (1).
  • R 1 and R 2 each represent a hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms, which may be the same or different, and X 1 and X 2 are the same or different, respectively.
  • X 3 represents a structure containing a divalent linking group
  • X 4 represents a methylene chain having 1 to 11 carbon atoms, or 1 to 1 carbon atoms having an aromatic ring in the chain.
  • ⁇ 6> The circularly polarized light-emitting composition according to ⁇ 5>, wherein the self-orienting host molecule is a compound represented by formula (1-1).
  • the circularly polarized light-emitting composition according to any one of ⁇ 4> to ⁇ 7>, wherein R 1 and R 2 are the same group and are an alkyl group having 2 to 22 carbon atoms.
  • the host functional group is a pyridyl group and its quaternized form, an imidazolyl group and its quaternized form, a quinolyl group and its quaternized form, an isoquinolyl group and its quaternized form, an amino group and its 4
  • Any one of ⁇ 1> to ⁇ 8> selected from the group consisting of a classifier, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, and a boronic acid group The circularly polarized light-emitting composition.
  • ⁇ 10> The circularly polarized light-emitting composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, wherein the host functional group is a group having a positive charge.
  • the light-emitting guest molecule is a light-emitting molecule having a negative charge.
  • ⁇ 16> The circularly polarized light according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 15>, comprising the host-guest complex and a liquid dispersion medium, wherein the host-guest complex is a liquid composition dispersed in the liquid dispersion medium Luminescent composition.
  • ⁇ 17> The circularly polarized light-emitting composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 15>, which is a polymer composition comprising the host-guest complex and a base polymer, wherein the host-guest complex is dispersed in the base polymer. object.
  • the base polymer is polymethyl methacrylate resin, polystyrene resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, ethylene / vinyl acetate copolymer resin, ethylene / vinyl alcohol copolymer resin , Butyral resin, vinylon resin, polyvinylpyrrolidone resin, polyvinyl alcohol resin, epoxy resin, silicone resin, polyimide resin, polymethyl acrylate resin, polyacrylamide resin, poly (hydroxyethyl methacrylate) resin, poly (hydroxyethyl acrylate) resin, poly Made of divinylbenzene resin, polyethylene glycol dimethacrylate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polybutadiene resin, polyamide resin
  • the ratio of the luminescent guest molecule in the circularly polarized light-emitting composition to 100 parts by mass of the base polymer is any one of ⁇ 17> to ⁇ 19>, which is 0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less.
  • Step (II-1) In a solvent containing the supramolecular alignment body and the base polymer, the host functional group is bonded to the luminescent guest molecule that is bonded through intermolecular interaction, and the luminescent guest molecule is aligned to the supramolecular alignment.
  • a step of obtaining a coating solution containing a host-guest complex and a base polymer, which is immobilized on a body Step (III-1): After coating the coating solution to form a coating film, the solvent is dried to obtain a polymer composition Step for obtaining a product ⁇ 23>
  • Step (I-2) A step of associating chiral self-orienting host molecules having a host functional group in a base monomer to form a supramolecular alignment body having secondary chirality
  • Step (II-2) In a base monomer including a molecular alignment body, the host functional group is bonded to a luminescent guest molecule that is bonded via an intermolecular interaction, and the luminescent guest molecule is immobilized on the supramolecular alignment body.
  • Step of forming a guest complex Step (III-2): Adding a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator to the base monomer containing the host-guest complex, stirring, and then heating or irradiating the base. Step of obtaining a polymer composition by polymerizing monomers
  • a circularly polarized light emitting method wherein the circularly polarized light emitting composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 20> is irradiated with excitation light to emit circularly polarized light.
  • the luminescent guest molecule since the chirality can be induced in the luminescent guest molecule by the intermolecular interaction with the host functional group oriented based on the secondary chirality of the supramolecular alignment body, the luminescent guest molecule has the chirality. Even when it does not have, the circularly-polarized light emitting composition which is excellent in CPL intensity
  • FIG. 3 is a CD spectrum (measurement temperature: 5 ° C.) of the circularly polarized light-emitting composition (4) of Example 1-4.
  • 3 is a transmission electron micrograph of the circularly polarized light-emitting composition (5) of Example 1-5.
  • 2 is a confocal laser scanning micrograph of a circularly polarized light-emitting composition (5) of Example 1-5.
  • It is an evaluation result of the CPL intensity (g lum ) of the circularly polarized light-emitting composition (1) of Example 1-1.
  • FIG. 3 is a CD spectrum (measurement temperature: 5 ° C.) of the circularly polarized light-emitting composition (4) of Example 1-4.
  • 3 is a transmission electron micrograph of the circularly polarized light-emitting composition (5) of Example 1-5.
  • 2 is a confocal laser scanning micrograph of a circularly polarized light-emitting composition (5) of Example 1-5.
  • It is an evaluation result
  • FIG. 3 shows the evaluation results of CPL intensity (g lum ) of the circularly polarized light emitting composition (2) of Example 1-2, the circularly polarized light emitting composition (3) of Example 1-3 and the comparative composition of Comparative Example 1.
  • FIG. It is an evaluation result of CPL intensity
  • CPL intensity (g lum ) excitation wavelength: 500 nm) of the circularly polarized light-emitting composition (4) of Example 1-4.
  • FIG. 3 shows the evaluation results of CPL intensity (g lum ) of the circularly polarized light-emitting composition (5) of Example 1-5 to the circularly polarized light-emitting composition (8) of Example 1-8. It is a UV-vis spectrum of the polymer film (1) of Example 2. It is a fluorescence spectrum of the polymer film (1) of Example 2. 3 is a CD spectrum of the polymer film (1) of Example 2. It is an evaluation result of the CPL intensity
  • Circularly polarized light-emitting composition The present invention is based on a supramolecular orientation body having chiral self-orientation host molecules having a host functional group and having secondary chirality, and the secondary chirality of the supramolecular orientation body.
  • a host-guest complex composed of a luminescent guest molecule that is aligned and immobilized by intermolecular interaction on an aligned host functional group, and is induced by the aligned and immobilized luminescent guest molecule
  • the present invention relates to a circularly polarized luminescent composition having chirality (hereinafter sometimes referred to as “the circularly polarized luminescent composition of the present invention”).
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention emits light by aligning and immobilizing a luminescent guest molecule by intermolecular interaction on the host functional group of a self-orienting host molecule aligned based on secondary chirality. Induced chirality to the sexual guest molecule is generated and circularly polarized light is emitted (hereinafter sometimes referred to as “CPL” or “circularly polarized luminescence”).
  • CPL circularly polarized luminescence
  • the “circularly polarized luminescent composition” means a composition containing a component exhibiting circularly polarized luminescence (CPL).
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention may be composed of only a host-guest complex exhibiting CPL, but usually includes a dispersion medium (dispersion solvent, base polymer, base monomer, etc.) as described later. It is.
  • the “supermolecular alignment body” is a high molecular weight formed by spontaneously collecting and associating a plurality of molecules by bonds other than covalent bonds (for example, hydrogen bonds, ⁇ - ⁇ interactions, etc.).
  • An ordered structure The association form of the supramolecular alignment body is various and takes various forms such as a micelle-type or vesicle-type spherical aggregate, a disk-type or cylinder-type aggregate, a planar aggregate, or a fibrous aggregate. be able to. Examples of the fibrous aggregate include spiral, twisted string, ribbon, tape, tube and the like.
  • secondary chirality is a new chirality generated by the orientation and assembly of chiral self-orienting host molecules, and is one of the supramolecular functions.
  • the secondary chirality usually shows a larger chirality than the chirality of the molecule itself (referred to as primary chirality or molecular chirality) (the intensity of the circular dichroism spectrum used when evaluating the magnitude of the chirality is large).
  • “Induced chirality” refers to the chirality induced in the luminescent guest molecule by the interaction of the luminescent guest molecule with the host functional group oriented based on the secondary chirality.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention contains a host-guest complex composed of a supramolecular alignment body having secondary chirality and a light-emitting guest molecule.
  • a host-guest complex is a complex in which a luminescent guest molecule is complexed by intermolecular interaction with a host functional group oriented based on the secondary chirality of a supramolecular alignment body. Even if the light emitting guest molecule does not have a light emitting property, the light emitting guest molecule generates induced chirality. Therefore, when the light emitting guest molecule emits light, light emission with circular polarization is obtained.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is immobilized by utilizing the intermolecular interaction between the light-emitting molecule (luminescent guest molecule) and the host functional group, and does not require complicated synthesis. Therefore, the light-emitting molecule (light-emitting guest molecule) only needs to have an intermolecular interaction with the host functional group, the material selectivity is broadened, and various light-emitting molecules can be used, so the emission wavelength can be easily selected. The emission wavelength can be diversified and tailor-made.
  • the secondary-polarity (amplification chirality) and induced chirality of the host-guest complex not only have excellent circularly polarized light emission characteristics, but also switching such as amplification and conversion of chirality by an external stimulus is possible.
  • the host-guest complex in the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is a supramolecular alignment having a secondary chirality formed by associating chiral self-aligning host molecules having a host functional group. And a luminescent guest molecule that is aligned and immobilized by intermolecular interaction with a host functional group that is aligned based on the secondary chirality of the supramolecular alignment body.
  • the supramolecular alignment body having the secondary chirality constituting the host-guest complex, the self-aligning host molecule and the light-emitting guest molecule as the constituent elements will be described.
  • Supramolecular alignment body having secondary chirality A supramolecular alignment body having secondary chirality (hereinafter referred to as “chiral molecular alignment body” or “ In some cases, it is referred to as a “supermolecular oriented body”), and a plurality of chiral self-orienting host molecules having a host functional group are gathered and bonded by a bond other than a covalent bond (eg, hydrogen bond, ⁇ - ⁇ interaction, etc.).
  • chiral molecular alignment body or “In some cases, it is referred to as a “supermolecular oriented body”
  • a plurality of chiral self-orienting host molecules having a host functional group are gathered and bonded by a bond other than a covalent bond (eg, hydrogen bond, ⁇ - ⁇ interaction, etc.).
  • the alignment bodies have secondary chirality.
  • the association form of the supramolecular alignment body of the present invention is not particularly limited, but if it is a fibrous association body, the size in the thickness direction becomes small and light scattering hardly occurs, which is advantageous in producing a transparent material. is there. Further, the fibrous aggregate is preferable because larger secondary chirality is easily generated and larger circularly polarized light emission can be obtained. Among the fibrous aggregates, a chiral supramolecular alignment body composed of self-orienting host molecules associated in a spiral, twisted string, ribbon, tape, or tube is preferable. Such a form is related to the formation and amplification of secondary chirality.
  • Examples of the supramolecular alignment body having such secondary chirality and forming a fibrous association include a supramolecular alignment body composed of a bimolecular film in which self-aligning host molecules are associated.
  • the supramolecular alignment body of the present invention may be composed of one kind of self-orienting host molecule or plural kinds of self-orienting host molecules having different structures.
  • the method for synthesizing the supramolecular alignment body of the present invention may be any method, for example, a method in which self-orienting host molecules are dispersed in an appropriate solvent, base polymer, or base monomer, and associated under arbitrary conditions.
  • the “supermolecular alignment product” obtained by an arbitrary method may be covalently bonded by polymerization or the like, and may be combined with a luminescent guest molecule.
  • the number of self-orienting host molecules constituting the supramolecular alignment body having secondary chirality is as follows: the association form of the supramolecular alignment body, the host functional group, the type of the luminescent guest molecule immobilized thereon, and the self-orientation host It is determined by various conditions such as the size of the molecule.
  • a chiral self-orienting host molecule having a host functional group Is a molecule that has a host functional group and a self-assembling site in the molecule, and is a molecule that has a self-assembling property (self-associating property) and has an orientation property, in particular,
  • the self-orienting host molecule itself means a molecule having chirality.
  • the “host functional group” means a functional group possessed by a chiral self-orienting host molecule and capable of immobilizing a luminescent guest molecule by intermolecular interaction.
  • intermolecular interaction means an interaction in which molecules attract each other (however, a covalent bond is excluded). Specifically, hydrogen bonds, hydrophobic effects, ion-ion interactions (interactions that occur between charged ions), ⁇ - ⁇ interactions, coordination bonds, and dipole interactions (dipoles between molecules) Interaction), ion-dipole interaction, van der Waals force, etc.
  • the type of the host functional group possessed by the self-orienting host molecule is selected from those capable of immobilizing a luminescent guest molecule described later via intermolecular interaction.
  • a luminescent guest molecule having a charge opposite to the charge can be immobilized by ion-to-ion interaction, dipole-to-dipole interaction, ion-to-dipole interaction, or the like. . It is also possible to control the type and amount of the luminescent guest molecule to be immobilized by controlling conditions such as the pH of the synthesis solution. That is, when the host functional group has a positive charge, the guest light-emitting molecule described later preferably has a negative charge. On the other hand, when the host functional group has a negative charge, the guest light-emitting molecule described later preferably has a positive charge.
  • Examples of the positively charged host functional group include, but are not limited to, a nitrogen heterocyclic group containing a nitrogen atom and a quaternized product thereof, an amino group and a quaternized product thereof, and a quaternized product of a phosphonium group.
  • the nitrogen heterocyclic group containing a nitrogen atom includes pyridyl group, imidazolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, bipyridyl group, terpyridyl group, guanidino group, acridyl group, carbazole group, pyrazole group, triazole group, oxadiazole group, thiazole Groups and the like.
  • Suitable host functional groups having a positive charge include, for example, quaternized amino groups, quaternized pyridyl groups, quaternized imidazolyl groups, quaternized quinolyl groups, and 4 isoquinolyl groups. A classified form is mentioned.
  • the host functional group having a negative charge examples include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, and a boronic acid group.
  • a non-charged group can interact with a light-emitting guest molecule such as hydrogen bond, dipole interaction, ion-dipole interaction, ⁇ - ⁇ interaction, van der Waals force, etc.
  • Any group having a charge distribution to such an extent that it can be bonded by action can become a host functional group.
  • “having a charge distribution” indicates a state in which there is a bias of electrons although ionization is not performed.
  • the functional group having a charge distribution include a carbonyl derivative such as a hydroxyl group and an amide bond, a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a pyrenyl group, and a thienyl group.
  • suitable host functional groups include amino group quaternization, pyridyl group quaternization, imidazolyl group quaternization, quinolyl group quaternization, isoquinolyl group Quaternized compounds, carboxylic acid groups and the like can be mentioned.
  • the host functional group of the self-orienting host molecule is usually one group, but it may contain two or more host functional groups. When two or more host functional groups are included, the types of the host functional groups may be the same or different.
  • any method may be used for introducing the host functional group into the self-orienting host molecule.
  • the host functional group precursor compound and the self-assembling molecule precursor compound are dissolved in an appropriate solvent and condensed there.
  • the method include adding an agent and reacting and bonding the functional groups of each precursor compound.
  • Examples of the self-orienting host molecule include various amino acid derivatives, polycyclic aromatic derivatives, cholesterol derivatives, sugar derivatives and the like, and various amino acid derivatives are preferable.
  • a self-orienting host molecule can be obtained by introducing a host functional group and a functional group responsible for self-assembly (for example, a long-chain alkyl group) into the reactive functional group of the base amino acid. More specifically, the host functional group is introduced into one reactive functional group of one amino acid having three reactive functional groups such as amino groups, and self-assembles into two reactive functional groups. By introducing a functional group responsible for, a self-orienting host molecule can be obtained.
  • Suitable self-orienting host molecules include self-orienting host molecules represented by the following formula (1).
  • * represents an asymmetric carbon.
  • R 1 and R 2 are each a hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms, which may be the same or different.
  • R 1 and R 2 exhibit a hydrophobic effect, have orientation in water, and dispersibility in an organic solvent. It plays a role of assisting the self-assembly of molecules.
  • some carbon atoms in the hydrocarbon chain are ester bonds, amide bonds, ketone bonds, ethers, as long as the self-assembling property of the self-orienting host molecule is not impaired. It may be substituted with a bond, a thioether bond, a urea bond, a thiourea bond, a urethane bond, a thiourethane bond, or a combination of these bonds.
  • some of the carbon atoms in the hydrocarbon chain of the hydrocarbon group are ester bonds, amide bonds, ketone bonds, ether bonds, thioether bonds, urea bonds, thiourea bonds, A structure substituted with a urethane bond, a thiourethane bond, or a combination of these bonds is also included.
  • examples of the structure in which a part of carbon atoms of the hydrocarbon chain of the hydrocarbon group are substituted include a structure represented by the following formula (R ′).
  • R ′ part of the hydrocarbon chain of the hydrocarbon group is substituted with an amide bond.
  • ** represents a binding site.
  • m is an integer of 1 to 26.
  • the hydrogen atom may be substituted with other substituents.
  • the hydrogen atoms are fluorine atoms (F), bromine atoms It may be substituted with a halogen atom such as (Br).
  • hydrocarbon group corresponding to R 1 and R 2 include an unsubstituted or substituted linear alkyl group, an unsubstituted or substituted branched alkyl group, and an unsubstituted or substituted cyclic alkyl group.
  • R 1 and R 2 are preferably straight-chain alkyl groups having 2 or more carbon atoms, and more preferably straight-chain alkyl groups having 4 or more carbon atoms.
  • R 1 and R 2 may have 6 or more carbon atoms, 8 or more carbon atoms, or 10 or more carbon atoms.
  • R 1 and R 2 preferably has a carbon number of 22 or less linear alkyl group, more preferably a carbon number of 18 or less linear alkyl group.
  • part or all of the hydrogen atoms may be substituted with halogen atoms, but an unsubstituted linear alkyl group is preferable.
  • R 1 and R 2 are preferably the same group.
  • R 1 and R 2 are the same group and are an unsubstituted linear alkyl group having 2 to 22 carbon atoms (more preferably 4 to 18 carbon atoms), the orientation is excellent. Since a chiral supramolecular alignment body can be formed, it is preferable.
  • X 1 and X 2 are divalent linking groups which may be the same or different.
  • the divalent linking group is not particularly limited as long as it does not impair the self-assembling property of the self-orienting host molecule.
  • X 1 and X 2 are preferably the same linking group.
  • X 3 represents a structure containing a divalent linking group.
  • X 3 is a spacer for connecting the host functional group Y. Therefore, the structure is not particularly limited as long as it does not inhibit the molecular orientation of the self-orienting host molecule, but a structure that promotes the orientation is more preferable.
  • X 3 is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.
  • X 3 is any one of —NH—, —C ( ⁇ O) —, —O—, —S—, a methylene chain, and phenylene.
  • X 3 is preferably any one of the linking groups represented by the following formula.
  • R represents a hydrocarbon chain.
  • R is preferably a hydrocarbon chain having 1 to 18 carbon atoms, more preferably a methylene chain having 1 to 10 carbon atoms or phenylene, and a methylene chain or phenylene having 2 to 6 carbon atoms. More preferred.
  • X 4 is a methylene chain having 1 to 11 carbon atoms or a methylene chain having 1 to 11 carbon atoms having an aromatic ring in the chain.
  • the aromatic ring include phenylene, naphthylene, and anthranylene.
  • the methylene chain having 1 to 11 carbon atoms having an aromatic ring in the chain include a structure in which a part of carbon atoms of the methylene chain is substituted with phenylene.
  • some or all of the hydrogen atoms may be substituted with other substituents (such as an alkyl group and a phenyl group) as long as the molecular orientation is not inhibited stereochemically.
  • the substituent that substitutes part or all of the hydrogen atoms is preferably a structure that promotes molecular orientation.
  • X 4 is preferably a linear methylene chain having 1 to 6 carbon atoms
  • Y is the above-described host functional group, and any luminescent guest molecule described later may be used as long as it can be immobilized through intermolecular interaction.
  • Z is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted methyl group, more preferably a hydrogen atom. is there.
  • the self-orienting host molecule represented by the formula (1) has an asymmetric carbon atom and forms a chiral bimolecular film.
  • the self-orienting host molecules represented by the formula (1) are excellent in orientation and can be synthesized or synthesized. This is preferable because various derivatizations are easy.
  • * represents an asymmetric carbon.
  • R 1 and R 2 are the same meanings as R 1 and R 2 in the formula (1) described above, and detailed description thereof will be omitted.
  • n an integer of 1 to 4.
  • X 5 is a structure containing one or more selected from the group consisting of a methylene chain having 1 to 10 carbon atoms, —NH— and —O—, or Represents a single bond.
  • X 5 is a spacer that links the host functional group Y to the self-assembly site. Therefore, X 5 is not particularly limited as long as it is a structure that does not obstruct the molecular orientation stereochemically, but is more preferably a structure that promotes the orientation.
  • Y is the above-described host functional group, and thus detailed description thereof is omitted.
  • a suitable host functional group (Y) in the formula (1-1) or (1-2) is a group having a charge. If the host functional group is a charged group, a light-emitting guest molecule having a charge opposite to that of the host functional group is immobilized by ion-to-ion interaction, dipole interaction, or ion-dipole interaction. can do.
  • the host functional group (Y) having such a charge include, for example, a pyridyl group, an imidazolyl group, and a quaternized product thereof, a quinolyl group, an isoquinolyl group, a quaternized product thereof, an amino group, and an amino group thereof.
  • a quaternized compound, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a boronic acid group and the like can be mentioned, but these are not limited.
  • the immobilization of the light-emitting guest molecule does not have to be derived solely from ion-to-ion interaction, dipole interaction, or ion-dipole interaction. These may be derived from intermolecular interactions other than these, and a plurality of intermolecular interactions may act synergistically.
  • a chiral supramolecular alignment body composed of an L-glutamic acid derivative having a pyridinium group as a host functional group (Y), a light-emitting guest molecule having no charge It is also possible to immobilize luminescent guest molecules such as pyrene and anthracene.
  • the self-orienting host molecule represented by the above formula (1-1) can be derived from asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, aminoadipic acid, etc. having three reactive functional groups.
  • the self-orienting host molecule represented by the above formula (1-2) can be derived from lysine, ornithine or the like having three reactive functional groups.
  • an L-glutamic acid derivative in which R 1 and R 2 are linear alkyl groups having 12 carbon atoms and n is 2 is one of particularly suitable self-orienting host molecules.
  • L-glutamic acid derivatives that can be used as self-orienting host molecules are shown, but self-orienting host molecules are not limited thereto.
  • the “luminescent guest molecule” is oriented based on the secondary chirality among the luminescent molecules that emit light when irradiated with external excitation light. It means a molecule that can be aligned and fixed to the host functional group of the chiral supramolecular alignment body through intermolecular interaction, and that the aligned and fixed molecule has induced chirality.
  • the amount and density of the luminescent guest molecule that can be immobilized on the host-guest complex are determined by the association form of the supramolecular alignment body, the density of the host functional group in the supramolecular alignment body, the type of dispersion medium described later, and the like .
  • the luminescent guest molecule that is aligned and immobilized by intermolecular interaction on the host functional group that is aligned based on the secondary chirality of the chiral supramolecular alignment body is chirality. Is induced. Therefore, even if the luminescent guest molecule itself does not have chirality, induced chirality is expressed. Therefore, when the immobilized luminescent guest molecule emits light, light having circular polarization is emitted.
  • the light-emitting guest molecule may be either a chiral light-emitting molecule having chirality or a non-chiral light-emitting molecule having no chirality, and particularly a non-chiral light-emitting molecule.
  • a luminescent guest molecule is a compound that can be bonded to a host functional group through an intermolecular interaction. Specific luminescent molecules are exemplified below, but are not limited thereto. Moreover, a luminescent guest molecule may be individual and may be used even if it combines 2 or more types. By combining two or more kinds of luminescent guest molecules, it is possible to widen the wavelength band.
  • fluorescent luminescent molecules pyrene, anthracene, naphthalene, fluorene, perylene, coronene, phenanthrene, fluoranthene, carbazole, chrysene, triphenylene, tetracene, pentacene, fluorenone, azulene, oligophenylenevinylene, oligophenyleneethynylene, porphyrin, cyanine dye, Examples include merocyanine, fluorescein, rhodamine, coumarin, polyphenylene vinylene, acridine, luciferin, rubrene, stilbene, and derivatives of these compounds.
  • Examples of phosphorescent light emitting molecules include complex compounds containing any one metal belonging to Group 8, 9 or 10 of the Periodic Table of the Elements and exhibiting phosphorescence, such as iridium complexes and osmium complexes. And organometallic complexes that exhibit phosphorescence, such as rare earth complexes.
  • Examples of the organic compound serving as a ligand of such an organometallic complex include carbazole, pyridine, porphyrin, triphenylene, bipyridine, rosalin, anthracene, phthalocyanine, and derivatives of these compounds.
  • eosin In addition to the complex compound, eosin, chlorophyll, ⁇ -carotene, cyclic azine, stilbene, triphenylene, and derivatives of these compounds may be used as the phosphorescent light-emitting molecule.
  • the host functional group has a charge
  • the light-emitting guest molecule is a light-emitting molecule having the opposite charge
  • the guest light-emitting molecule when the host functional group has a positive charge, the guest light-emitting molecule preferably has a negative charge.
  • the guest light-emitting molecule when the host functional group has a negative charge, the guest light-emitting molecule preferably has a positive charge.
  • a negatively charged group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is introduced in the case of a negative charge, and in the case of a positive charge, an amino group or dimethylamino group, 4 A group having a positive charge such as a quaternary ammonium group may be introduced.
  • the host functional group having a charge and hydrogen They can be bonded by intermolecular interactions such as bonds, dipole interactions, ion-dipole interactions, ⁇ - ⁇ interactions, coordination bonds, van der Waals forces.
  • having a charge distribution indicates a state in which there is a bias of electrons although ionization is not performed.
  • Such a light-emitting guest molecule is not particularly limited as long as it is a molecule that can be aligned and immobilized by intermolecular interaction with the host functional group described above.
  • the luminescent guest molecule the following achiral luminescent guest molecules can be used, but are not limited thereto.
  • the host-guest complex can be used alone, but usually the host-guest complex is dispersed in an appropriate dispersion medium.
  • the dispersion medium may be either a liquid dispersion medium or a solid dispersion medium as long as the host-guest complex can be dispersed without inhibiting the secondary chirality of the supramolecular alignment body.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention can be in the form of a liquid composition in which a host-guest complex is dispersed in a liquid dispersion medium.
  • a mode of a polymer composition in which a host-guest complex is dispersed in a base polymer that is a solid dispersion medium can be employed.
  • liquid dispersion medium examples include polar solvents such as water, methanol, and acetonitrile, and nonpolar solvents such as benzene, toluene, cyclohexane, and hexane.
  • polar solvents such as water, methanol, and acetonitrile
  • nonpolar solvents such as benzene, toluene, cyclohexane, and hexane.
  • the liquid dispersion medium is appropriately selected according to the type of components of the host-guest complex and the intended use. Is done. A mixture of two or more different types of liquid dispersion medium may be used as the liquid dispersion medium.
  • the luminescent guest molecule can be reversibly attached and detached from the host functional group in the host-guest complex by changing the conditions such as pH and temperature to give external stimuli. Switching such as amplification and conversion can be easily performed.
  • a polymer in which the host-guest complex can be dispersed (hereinafter referred to as “base polymer”) is preferably used.
  • the base polymer is preferably a polymer that is transparent to the light having the absorption wavelength and emission wavelength of the luminescent guest molecule contained in the host-guest complex, and the base polymer does not have a maximum absorption wavelength in the visible light region.
  • the base polymer is preferably a polymer that does not absorb in the visible light region.
  • Examples of such a base polymer include polymethyl methacrylate resin (PMMA), polystyrene resin (PS), polycarbonate resin (PC), polyethylene terephthalate resin (PET), polyvinyl chloride resin (PVC), and polyvinylidene chloride resin ( PVDC), ethylene / vinyl acetate copolymer resin (EVA), ethylene / vinyl alcohol copolymer resin, butyral resin, vinylon resin, polyvinyl pyrrolidone resin, polyvinyl alcohol resin, epoxy resin, silicone resin, polyimide resin, polymethyl acrylate Resin, polyacrylamide resin, poly (hydroxyethyl methacrylate) resin, poly (hydroxyethyl acrylate) resin, polydivinylbenzene resin, polyethylene glycol dimethacrylate resin , It can be used a polyethylene resin, polypropylene resin, polybutadiene resin, a polyamide resin. Since such a versatile polymer can be used as the base polymer, the cost is low and
  • the base polymer preferably contains a polymethacrylate resin and / or a polystyrene resin.
  • One suitable base polymer is polystyrene resin.
  • the molecular weight of the base polymer can be arbitrarily determined according to the type and blending ratio of the host-guest complex.
  • the concentration of the host-guest complex contained in the base polymer is determined in consideration of the shape and thickness of the molded product such as a film, as long as the transparency of the molded product as a whole is not lost. Specifically, it is usually 0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base polymer in terms of luminescent guest molecules, and is 5 parts by mass or less when more transparency is desired. If the concentration is too high, the transparency of the molded article as a whole is lowered, and adverse effects such as changing the properties of the base polymer are undesirable.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is a polymer composition in which a host-guest complex is dispersed in a base polymer, it may be molded into a molded product.
  • the shape of the molded product is not particularly limited, and may be a film shape, a sheet shape, a plate shape, a fiber shape, a pellet shape, or the like.
  • the molding method is not particularly limited, and a known molding method can be used. Examples thereof include extrusion molding, injection molding, compression (press) molding, calendar molding, and melt spinning.
  • the molding method is not particularly limited, and can be performed by a conventionally known resin molding method (for example, inflation method, calendar method, casting method, spin coating method, etc.).
  • the thickness of the film can be set to an arbitrary thickness according to the purpose in consideration of the intended circularly polarized light emission characteristics, transparency, strength, and the like.
  • a monomer capable of dispersing the host-guest complex may be used as a dispersion medium, and this may be polymerized by an appropriate method.
  • the base monomer those that do not inhibit secondary chirality and produce a highly transparent polymer are preferable.
  • the produced polymer may be molded into a molded product such as a film. Among them, styrene, divinylbenzene, methyl acrylate, methyl methacrylate, and the like are suitable as base monomers because they are available at low cost.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention may contain any component other than the host-guest complex and the dispersion medium as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the optional component include a dispersant, a dispersion stabilizer, a surfactant, a light stabilizer, an ultraviolet absorber, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant, an antifoaming agent, a flame retardant, and a heat stabilizer.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention may further contain a light-emitting molecule other than the light-emitting guest molecule contained in the host-guest complex (hereinafter referred to as “other light-emitting molecules”).
  • other light-emitting molecules are arbitrarily selected according to the purpose, and the type and content thereof are appropriately selected in consideration of the type and amount of the luminescent molecules contained in the host-guest complex.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention emits circularly polarized light by irradiating the host-guest complex with excitation light.
  • the host-guest complex contained in the circularly polarized light emitting composition of the present invention exhibits excellent circularly polarized light emission characteristics.
  • I L and I R are the left-handed circularly polarized luminescence intensity respectively and right circularly polarized luminescence intensity.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention exhibits a very excellent circularly polarized light emission degree as compared with a circularly polarized light-emitting composition in a conventional solution system.
  • the wavelength and intensity of circularly polarized light-emitting composition of the present invention is that the wavelength and intensity of circularly polarized light can be controlled not only by the type of the luminescent guest molecule but also by the type of the host functional group that binds thereto. . That is, the wavelength and intensity of circularly polarized light emission of the luminescent guest molecule can be controlled by the type and intensity of the intermolecular interaction between the luminescent guest molecule and the host functional group. Further, if a plurality of luminescent guest molecules are immobilized, circularly polarized light having various wavelengths and intensities can be emitted.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention has the following applications, for example.
  • 3D display light source for next generation 3D using left and right circularly polarized light
  • Optical recording devices and optical recording media (3) Security systems (used as optical signals with more information)
  • Lighting LED lighting, plant factory lighting, etc.
  • Medical sensor (6)
  • Solar cell (7)
  • Polarized light source for liquid crystal display (8)
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is a 3D display containing the circularly-polarized light-emitting composition of the present invention, an optical recording apparatus / optical recording medium containing the circularly-polarized light-emitting composition of the present invention, It can be used as an application product such as a security system device containing the circularly polarized luminescent composition of the present invention, illumination containing the circularly polarized luminescent composition of the present invention, and a medical sensor containing the circularly polarized luminescent composition of the present invention.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention can naturally be used in combination with other members.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is preferably used so as not to come into contact with air.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is interposed between at least a pair of glasses.
  • the composition can be used in an integrated manner.
  • the application use of the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is not limited to these.
  • the method for producing the above-described circularly polarized luminescent composition of the present invention is not particularly limited, and the host-guest complex constituting the circularly polarized luminescent composition (a supramolecular alignment body having secondary chirality) , A luminescent guest molecule), a dispersion medium contained if necessary, and a suitable method may be selected depending on the kind and content of any component.
  • the method for producing a circularly polarized light-emitting composition will be described in (1) an embodiment where the circularly polarized light-emitting composition is a liquid composition and (2) an embodiment where the circularly-polarized light-emitting composition is a polymer composition.
  • the circularly polarized light-emitting composition is a liquid composition
  • the production method thereof is not particularly limited as long as the formation of the host-guest complex is not impaired. It can be selected as appropriate.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention (particularly, the host-guest complex contained therein) can be easily produced without using a complicated synthesis method in the development of the light-emitting body. Therefore, the production method described below (hereinafter referred to as “the production method of the liquid composition of the present invention”) is preferable.
  • the manufacturing method of the liquid composition of the present invention is a manufacturing method including the following steps (i) and (ii).
  • the host-guest complex is easily produced in a solvent (liquid dispersion medium).
  • the mixing of the self-orienting host molecule and the luminescent guest molecule into the liquid dispersion medium may be performed simultaneously or separately.
  • steps (i) and (ii) do not need to be performed continuously, and the “supermolecular alignment product” obtained in the step (i) can be stored by being dispersed in an arbitrary solvent. Is possible.
  • the chiral self-aligning host molecule, the supramolecular alignment body having secondary chirality, the light emitting guest molecule, and the host-guest complex are described in “1. Circularly polarized light emitting composition”. ”And the description thereof is omitted.
  • the solvent may be any solvent as long as it can uniformly disperse the chiral self-orienting host molecule and the chiral supramolecular alignment body with which it is associated, and is appropriately selected in consideration of the type and concentration of the self-orienting host molecule.
  • the self-orienting host molecule is amphiphilic (for example, represented by the above formula (1), formula (1-1), formula (1-2)).
  • Self-orienting host molecule water or polar solvent can be used as a solvent, and light-emitting guest molecules are dispersed in this to align based on supramolecular alignment body having secondary chirality and secondary chirality.
  • a luminescent guest molecule can be bonded to a host functional group through an intermolecular interaction to easily obtain a host-guest complex.
  • the step of forming the supramolecular alignment body having the secondary chirality associated with the self-alignment host molecules; The step of fixing the luminescent guest molecule to the supramolecular alignment body may be performed simultaneously.
  • the host-guest complex may be dispersed in another liquid dispersion medium.
  • a circularly-polarized luminescent composition when using a circularly-polarized luminescent composition independently, can be obtained as a powder by distilling a liquid dispersion medium as a post process of a process (ii).
  • the polymer composition of the present invention can be produced by a production method having the following steps.
  • Step (I-1) A step of forming a supramolecular alignment body having secondary chirality by associating a chiral self-aligning host molecule having a host functional group in a solvent containing a base polymer.
  • Step (II-1) In a solvent containing the supramolecular alignment body and the base polymer, the host functional group is bonded to the luminescent guest molecule that is bonded through intermolecular interaction, and the luminescent guest molecule is aligned to the supramolecular alignment.
  • Such a production method can easily produce a polymer composition because it does not require a complicated synthesis method or resin molding method.
  • the production method having the steps (I-1) to (III-1) is suitable for producing a polymer film which is a film-like polymer composition.
  • the coating solution may be prepared by dispersing in a suitable dispersible solvent.
  • the base monomer is polymerized by an appropriate method to produce a polymer composition such as a film.
  • a polymer composition of the present invention can be produced by a production method having the following steps.
  • Step (I-2) A step of associating chiral self-orienting host molecules having a host functional group in a base monomer to form a supramolecular alignment body having secondary chirality
  • Step (II-2) In a base monomer including a molecular alignment body, the host functional group is bonded to a luminescent guest molecule that is bonded via an intermolecular interaction, and the luminescent guest molecule is immobilized on the supramolecular alignment body.
  • Step of forming a guest complex Step (III-2): Adding a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator to the base monomer containing the host-guest complex, stirring, and then heating or irradiating the base. Step of obtaining a polymer composition by polymerizing monomers
  • the steps (I-2) to (III-2) may be performed without a solvent or in the presence of a solvent.
  • the host-guest complex obtained by removing the solvent from the circularly polarized light-emitting composition obtained by the above-described liquid composition production method and the base monomer are dispersed, and both the host-guest complex and the base monomer are dispersed. It may be a method of polymerizing with heat or light after being dispersed in a suitable solvent, or obtained by removing the solvent from the circularly polarized light-emitting composition obtained by the method for producing a liquid composition described above. Alternatively, the host-guest complex may be dispersed in the base monomer and polymerized by heat or light.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention can be obtained as an arbitrary molded body such as a film by molding these methods or the circularly-polarized light-emitting composition obtained by these methods by a conventionally known method. .
  • Example 1 Preparation of liquid composition
  • the reagents used are as follows. 3-Bromopropionic acid (Nacalai Tesque) Tetrahydrofuran (THF) (Wako Pure Chemical Industries) Didodecyl-L-glutamic acid (synthetic product) Triethylamine (Wako Pure Chemical Industries) Diethyl cyanophosphate (DEPC) (Wako Pure Chemical Industries) Chloroform (Nacalai Tesque) Hydrochloric acid (Wako Pure Chemical Industries) Sodium hydroxide (Kishida Chemical) Methanol (Wako Pure Chemical Industries) Pyridine (Wako Pure Chemical Industries) Diethyl ether (Wako Pure Chemical Industries) Pyrene (Wako Pure Chemical Industries) Cyanine dye NK-2012 (Nippon Sensitive Dye) Anthracene (Nacalai Tesque) 9-Phenylanthracene (Tokyo Chemical Industry) 9,10-Diphenylan
  • N-benzyloxycarbonyl-L-glutamic acid (L-Gln-Z, 12.0 g, 42 mmol) and n-dodecylamine (17.7 g, 93 mmol) were dissolved in THF, and triethylamine (13.5 mL, 96 mmol) was dissolved therein. ) And DEPC (14.1 mL, 93 mmol) was added in an ice bath, and the mixture was stirred overnight while returning to room temperature.
  • 3-Bromopropionic acid (1.9 g, 12.6 mmol) is dissolved in THF (300 ml), stirred in a water bath, didodecyl-L-glutamic acid (5.0 g, 10.4 mmol), triethylamine (2.4 ml, 18. 1 mmol) and DEPC (2.2 ml, 14.9 mmol) were added, and the mixture was stirred for 1 hour, and then stirred at room temperature for 12 hours.
  • the reaction solution was distilled off under reduced pressure, the residue was dissolved in chloroform, washed three times with 0.2N hydrochloric acid and 0.2N aqueous sodium hydroxide solution, and concentrated under reduced pressure.
  • G-Pyr + was used as a chiral supramolecular alignment body, and pyrene was used as a luminescent guest molecule.
  • G-Pyr + 10 mM and pyrene 10 mM chloroform solutions were prepared and mixed at a molar ratio of 40: 1. Chloroform was distilled off, 4 mL of water was added thereto, and the mixture was irradiated with internal ultrasonic waves to obtain an aqueous dispersion medium. Further, this aqueous dispersion medium was aged at 90 ° C. for 30 minutes, and further aged at 25 ° C. for 30 minutes to give a circularly polarized light-emitting composition (1) (liquid composition (1)) in which the host-guest complex (1) was dispersed in water. 1)) was obtained.
  • DSC Seiko Instruments Inc. DSC6200, EXTRA6000
  • Example 1-2 A circularly polarized light-emitting composition (2) (liquid composition (2)) in which the host-guest complex (2) was dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1 except that anthracene was used instead of pyrene. It was.
  • Example 1-3 A circularly polarized light-emitting composition (3) in which the host-guest complex (3) is dispersed in water in the same manner as in Example 1 except that 9-phenylanthracene is used in place of pyrene (liquid composition (3) )
  • G-Pyr + was used as the chiral supramolecular alignment product, and cyanine dye NK-2012 was used as the luminescent guest molecule.
  • An aqueous solution of G-Pyr + 0.5 mM was prepared, dissolved by heating at 60 ° C., and cooled to 25 ° C. 4 mL of a G-Pyr + aqueous solution was taken, and a cyanine dye NK-2012 methanol solution was added so that the molar ratio of G-Pyr + to the cyanine dye NK-2012 was 40: 1.
  • This solution was aged at 90 ° C. for 30 minutes, and further aged at 25 ° C. for 30 minutes to obtain a circularly polarized light-emitting composition (4) (liquid composition (4)) in which the host-guest complex (4) was dispersed in water. Obtained.
  • Circularly polarized light-emitting composition (5) (liquid composition) in which the host-guest complex (5) was dispersed in water in the same manner as in Example 4 except that fluorescein was used in place of the cyanine dye (NK-2012) (5)) was obtained.
  • FIG. 3 shows the results of evaluation of this host-guest complex (5) using a transmission electron microscope (TEM, JEOL JEM-2000FX). As shown in FIG. 3, the host-guest complex (5) formed a fibrous aggregate twisted at room temperature.
  • FIG. 4 shows the results of evaluation of the host-guest complex (5) using a confocal laser microscope (Leica TCS SP8 Confocal Microscope) (Leica Microsystems). As shown in FIG. 4, since a twisted fibrous light emitter was observed, fluorescein was bonded to G-Pyr + that was associated with the fiber in a solution at room temperature to form a host-guest complex.
  • Example 1-6 to Example 1-8 The circularly polarized luminescent composition (6) to the circularly polarized luminescent composition (8) were obtained in the same manner as in Example 4 except that the luminescent guest molecules shown in Table 1 were used instead of the cyanine dye (NK-2012). (Liquid composition (6) to liquid composition (8)) were obtained.
  • Comparative Example 1 A comparative composition in which the complex was dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9,10-diphenylanthracene was used as the luminescent guest molecule instead of pyrene.
  • Example 1-1 The circularly polarized light emission composition of Example 1-1 was evaluated for a circularly polarized light emission spectrum by using a circularly polarized light emission (CPL) spectrum apparatus (JASCO CPL-200).
  • CPL circularly polarized light emission
  • the host-guest complex (1) was placed in a quartz cell having an optical path length of 1 cm, and the temperature was set to 2 ° C., and excitation light of 320 nm was irradiated to measure a circularly polarized light emission spectrum.
  • FIG. 5 shows the CPL spectrum of Example 1-1.
  • the light emission region of CPL substantially coincides with the light emission region of the fluorescence spectrum of monomeric pyrene, and it can be seen that monomeric pyrene exhibits CPL.
  • the intensity of CPL is at a level of ⁇ 0.85 ⁇ 10 ⁇ 2 in g lum value.
  • the expression of CPL by non-chiral and simple polycyclic aromatic hydrocarbons is the world's first case.
  • CPL almost disappears at 50 ° C., which is higher than the phase transition temperature of G-pyr + , but fluorescence due to pyrene still remains, so that the chirality induced by this CPL from the G-Pyr + bilayer is still present. It is clear that.
  • FIG. 7 shows the CPL spectra of Examples 1-2 and 1-3 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 6, in Example 1-2 (anthracene) and Example 1-3 (9-phenylanthracene), CPL was observed, but it was oriented when intermolecular interaction with the host functional group occurred. CPL was not observed in the bulky 9,10-diphenylanthracene (Comparative Example 1).
  • FIG. 7 shows the CPL spectrum when the host-guest complex (4) of Example 1-4 was excited at 420 nm.
  • the emission region of CPL almost coincides with the emission region of the fluorescence spectrum of J-associated cyanine dye NK-2012, and it can be seen that J-associated cyanine dye NK-2012 exhibits CPL.
  • the intensity of CPL is at a level of ⁇ 3.0 ⁇ 10 ⁇ 2 in g lum value.
  • CPL almost disappeared at 50 ° C., which is higher than the phase transition temperature of G-pyr + .
  • FIG. 8 shows the CPL spectrum when the host-guest complex (4) of Example 1-4 was excited at 500 nm. The strength of CPL showed a very high value of ⁇ 10.2 ⁇ 10 ⁇ 2 in the g lum value.
  • FIG. 9 shows CPL spectra of Examples 1-5 to 1-8.
  • Example 1-5 fluorescein
  • Example 1-6 oxadiazole dye (carboxylic acid type, yellow)
  • Example 1-7 pyrenebutanoic acid
  • Example 1 For -8 (2-anthracenecarboxylic acid
  • g lum a factor regarded as important in evaluating the CPL characteristics is the circularly polarized light emission (g lum ).
  • g lum is positive when the left circularly polarized light emission intensity is large, and is negative when the right circularly polarized light emission intensity is large.
  • the larger the absolute value of g lum the better the circularly polarized light emission characteristic.
  • Table 1 shows a list of circularly polarized light emission levels and CPL wavelengths in Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Example 1.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention expressed CPL even when an achiral dye was used as a guest molecule as a light-emitting site.
  • a circularly polarized light-emitting composition having a circularly polarized light emission over a wide range from purple to orange could be obtained only by changing the guest molecule.
  • Glutaric anhydride (Wako Pure Chemical Industries) (2.3 g, 20 mmol) and didodecyl-L-glutamic acid (4.8 g, 10 mmol) were dissolved in THF (70 ml), triethylamine (3.0 g, 30 mmol) was added, and room temperature was added. Stir for one day. The reaction solution was evaporated under reduced pressure, and the residue was dissolved in ethanol and recrystallized to obtain a white powder (G-COOH) (5.1 g).
  • UV-vis spectrum evaluation of UV-vis spectrum and circular dichroism (CD) spectrum
  • the polymer film (1) was evaluated for ultraviolet-visible (UV-vis) spectrum (JASCO V-560) and circular dichroism (CD) spectrum.
  • UV-vis ultraviolet-visible
  • CD circular dichroism
  • the circularly polarized light emission spectrum was evaluated using a circularly polarized light emission (CPL) spectrum device (JASCO CPL-200).
  • CPL circularly polarized light emission
  • the polymer film (1) was put in a holder, irradiated with excitation light of 500 nm at room temperature, and a circularly polarized light emission spectrum was measured.
  • the excitation wavelength is 500 nm
  • the measurement range is 540 nm to 700 nm.
  • the results are shown in FIG.
  • the strength of CPL was 6 ⁇ 10 ⁇ 2 in g lum value. As shown in FIG.
  • a polymer film containing a host-guest complex (II) having CPL characteristics can be easily produced by simply mixing a self-orienting host molecule and a luminescent guest molecule in the polymer. .
  • Example 1-1 In the synthesis of the self-orientation host molecule of Example 1-1 (G-Pyr +), except for using n- octadecylamine in place of n- dodecylamine in a similar manner, N-(3- pyridinium propionyl) - L-glutamic acid dioctadecylamide bromide was obtained.
  • reaction solution was evaporated under reduced pressure, the residue was dissolved in chloroform, washed twice with 0.3N hydrochloric acid, water, 5 wt% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and water, and concentrated under reduced pressure.
  • the residue was dissolved in methanol and recrystallized in a refrigerator to obtain a white powder.
  • This powder was dissolved in THF (200 ml), 1 g of palladium black was added, and the mixture was heated to reflux while blowing hydrogen gas. The palladium black was filtered off and concentrated under reduced pressure.
  • the reaction solution was evaporated under reduced pressure, the residue was dissolved in chloroform, washed twice with 5 wt% aqueous sodium hydrogen carbonate solution, water, 0.3N hydrochloric acid and water, and concentrated under reduced pressure.
  • the residue was dissolved in methanol and recrystallized in a refrigerator, and the precipitated white crystals were separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain a white powder.
  • the obtained powder was dissolved in THF, palladium black was added, and the mixture was heated to reflux while blowing hydrogen gas.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention has the following advantages. (1) No chirality is required for the light-emitting guest molecule. That is, there are few restrictions on synthetic chemistry. This merit makes it possible to use simple phosphors such as anthracene and pyrene. (2) The chirality is induced by the luminescent guest molecules being oriented and immobilized by intermolecular interaction on the host functional groups of the self-orienting host molecules oriented based on the secondary chirality. (3) That is, not only can a large g lum value be realized simply by mixing a chiral supramolecular alignment body and a luminescent guest molecule, but also the selection of the CPL emission region and the broad emission region by selecting the phosphor. Can be realized.
  • the circularly polarized light-emitting composition of the present invention is industrially promising because it is expected to be applied to polarized light sources for liquid crystal displays, three-dimensional displays, optical storage devices and optical communications, and cost reduction. .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有することを特徴とする円偏光発光組成物。当該円偏光発光組成物は、超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基との分子間相互作用によって、発光性ゲスト分子にキラリティを誘起させることができるため、発光性ゲスト分子がキラリティを有していない場合でも、CPL強度に優れる。

Description

円偏光発光組成物及びその製造方法、並びに円偏光発光方法
 本発明は、次世代光シグナルとして期待される円偏光発光を示す有機系組成物に関する。
 光は、照明はもとより、情報伝達のための手段として極めて重要な役割を果たしてきた。その中でも、近年、円偏光ルミネッセンス(CPL: circularly polarized luminescence)を示す、円偏光発光材料の開発が注目を集めている。
 CPLは、位相の異なる2つの直線偏光からなる特殊な異方性を有する光である。そのため、CPLは、光のオンオフ以外に、左右円偏光のオンオフを加えた4つの情報を有するだけでなく、偏光特性を有しつつ角度依存性がないという利点も有している。このような利点から、CPLは次世代光源の一つとして、3Dディスプレイ等での立体視や、LED照明、光記録、分子センシング、光セキュリティシステム、バイオプローブなど様々な用途での応用が期待されている。
 CPL特性を評価するにあたって重要視されるファクターが、円偏光発光度(glum)であり、glum=2×(IL-IR)/(IL+IR)で算出される。このときILとIRは、それぞれ左円偏光発光強度と右円偏光発光強度である。高いglum値を示す例として、キラルな金属錯体、キラルな包接複合体、ラセン状分子、キラル液晶などが報告され、glum値において、10-3~10-2レベルの数値が実現されている。
 しかしながら、従来、円偏光発光材料の開発は、分子自体にキラリティを導入したものがほとんどであるため、円偏光発光材料の構造は一般的に複雑であった(非特許文献1~3)。そのため、円偏光発光材料は、難易度の高い合成化学的なアプローチを経て開発されたものが多く、構造やCPL特性の多様化が困難であるだけでなく、高コスト化が弱点となっている。
 一方で、特許文献1には、ピレン又はナフタレン等とシクロデキストリンとの包接化合物が円偏光を示すという周知技術をベースとして、ピレンとシクロデキストリンとの包接化合物のpHを調整して、左又は右の円偏光を制御する技術が開示されている。
 シクロデキストリン系は、合成化学的には難易度が高いものではないが、空孔のサイズが決まっており、選択できる発光性色素が制限的になるため、やはり、CPL特性の多様化が困難であるという問題があった。
特開2010-260951号公報
Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3684 - 3687 Chem. Eur. J. 2013, 19, 14090 - 14097 Chem. Sci., 2015, 6, 4267 - 4272
 先行文献で開示された円偏光発光材料は、材料の合成や、発光材料の選択の観点から、構造やCPL特性の多様化が困難であり、発光波長の多様化やテーラーメード化が困難ある。また、円偏光発光度(glum)についても実用化のためには必ずしも十分とはいえず、より優れた円偏光発光度(glum)を有する材料の開発が望まれている。
 かかる状況下、本発明の目的は、複雑な合成方法を必要とせず、様々な発光材料を利用でき、優れた円偏光発光特性を有する円偏光発光組成物を提供することである。また、本発明の別の目的は、前記円偏光発光組成物の製造方法、並びに、円偏光発光方法を提供することである。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
 すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
 <1> ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有することを特徴とする円偏光発光組成物。
 <2> 前記発光性ゲスト分子が、非キラルな発光分子である<1>に記載の円偏光発光組成物。
 <3> 前記超分子配向体が、前記自己配向性ホスト分子が会合した二分子膜からなる超分子配向体である<1>又は<2>に記載の円偏光発光組成物。
 <4> 前記自己配向性ホスト分子が、下記式(1)で表される化合物である<1>から<3>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 (但し、式(1)中、R1及びR2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、炭素数2~30の炭化水素基を表し、X1及びX2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい2価の連結基を表し、X3は、2価の連結基を含む構造を表し、X4は、炭素数1~11のメチレン鎖、又は鎖中に芳香環を有する炭素数1~11のメチレン鎖を表し、Yは、前記ホスト官能基を表し、Zは、水素原子、又は炭素数1~3の炭化水素基を表し、*は不斉炭素を表す。)
 <5> 前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)又は式(1-2)で表される化合物である<4>に記載の円偏光発光組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

 (但し、式(1-1)又は式(1-2)中、R1及びR2は、式(1)と同義であり、nは、1~4の整数を表し、X5は、炭素数1~10のメチレン鎖、-NH-及び-O-からなる群から選択される1種以上を含む構造、又は単結合を表し、Yは、前記ホスト官能基を表し、*は不斉炭素を表す。)
 <6> 前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)で表される化合物である<5>に記載の円偏光発光組成物。
 <7> 式(1-1)において、n=2である<6>に記載の円偏光発光組成物。
 <8> R1及びR2が、同一の基であって、炭素数2~22のアルキル基である<4>から<7>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <9> 前記ホスト官能基が、ピリジル基及びその4級化体、イミダゾリル基及びその4級化体、キノリル基及びその4級化体、イソキノリル基及びその4級化体、アミノ基及びその4級化体、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基及びボロン酸基からなる群から選択される1種以上である<1>から<8>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <10> 前記ホスト官能基が、正電荷を有する基である<1>から<9>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <11> 前記ホスト官能基が、負電荷を有する基である<1>から<9>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <12> 前記発光性ゲスト分子が、負電荷を有する発光分子である<10>に記載の円偏光発光組成物。
 <13> 前記発光性ゲスト分子が、正電荷を有する発光分子である<11>に記載の円偏光発光組成物。
 <14> 前記発光性ゲスト分子が、芳香環あるいは複素環を有し、分子内に電荷分布を有する発光分子である<1>から<11>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <15> 前記発光性ゲスト分子が下記のいずれかの化合物である<1>から<11>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 <16> 前記ホスト-ゲスト複合体と液体分散媒とを含み、前記ホスト-ゲスト複合体が液体分散媒に分散した液状組成物である<1>から<15>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <17> 前記ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含み、前記ホスト-ゲスト複合体がベースポリマーに分散したポリマー組成物である<1>から<15>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <18> 前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体樹脂、ブチラール樹脂、ビニロン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルアクリレート)樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂、ポリエチレングリコールジメタクリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂からなる群のうち少なくとも1種を含む<17>に記載の円偏光発光組成物。
 <19> 前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂及び/又はポリスチレン樹脂を含む<18>に記載の円偏光発光組成物。
 <20> 前記ベースポリマー100質量部に対する、前記円偏光発光組成物中の発光性ゲスト分子の割合が、0.0001質量部以上10質量部以下である<17>から<19>のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
 <21> <16>に記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
工程(i):前記ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
工程(ii):得られた前記超分子配向体を含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化する工程
 <22> <17>から<20>のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
 工程(I-1):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースポリマーを含む溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
 工程(II-1):前記超分子配向体と前記ベースポリマーとを含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含有する塗布液を得る工程
 工程(III-1):前記塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に溶媒を乾燥させて、ポリマー組成物を得る工程
 <23> <17>から<20>のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
 工程(I-2):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースモノマー中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
 工程(II-2):前記超分子配向体を含むベースモノマー中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体を形成する工程
 工程(III-2):前記ホスト-ゲスト複合体を含むベースモノマー中に熱重合開始剤あるいは光重合開始剤を加え、かき混ぜた後に、加熱あるいは光照射することでベースモノマーを重合することで、ポリマー組成物を得る工程
 <24> <1>から<20>のいずれかに記載の円偏光発光組成物に励起光を照射して、円偏光発光させることを特徴とする円偏光発光方法。
 本発明によれば、超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基との分子間相互作用によって、発光性ゲスト分子にキラリティを誘起させることができるため、発光性ゲスト分子がキラリティを有していない場合でも、CPL強度に優れる円偏光発光組成物が提供される。
本発明の円偏光発光組成物の形成メカニズム及び発光メカニズムを示す概念図である。 実施例1-4の円偏光発光組成物(4)のCDスペクトル(測定温度5℃)である。 実施例1-5の円偏光発光組成物(5)の透過型電子顕微鏡写真である。 実施例1-5の円偏光発光組成物(5)の共焦点レーザー顕微鏡写真である。 実施例1-1の円偏光発光組成物(1)のCPL強度(glum)の評価結果である。 実施例1-2の円偏光発光組成物(2)、実施例1-3の円偏光発光組成物(3)及び比較例1の比較組成物のCPL強度(glum)の評価結果である。 実施例1-4の円偏光発光組成物(4)のCPL強度(glum)(励起波長420nm)の評価結果である。 実施例1-4の円偏光発光組成物(4)のCPL強度(glum)(励起波長500nm)の評価結果である。 実施例1-5の円偏光発光組成物(5)~実施例1-8の円偏光発光組成物(8)のCPL強度(glum)の評価結果である。 実施例2のポリマーフィルム(1)のUV-visスペクトルである。 実施例2のポリマーフィルム(1)の蛍光スペクトルである。 実施例2のポリマーフィルム(1)のCDスペクトルである。 実施例2のポリマーフィルム(1)のCPL強度(glum)の評価結果である。
 以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、本明細書において、「AからB」又は「A~B」とはその前後の数値又は物理量を含む表現として用いるものとする。また、本明細書において、「A及び/又はB」という表現は、「A及びBのいずれか一方、又は、双方」を意味する。すなわち、「A及び/又はB」には、「Aのみ」、「Bのみ」、「A及びBの双方」が含まれる。
1.円偏光発光組成物
 本発明は、ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有する円偏光発光組成物(以下、「本発明の円偏光発光組成物」と記載する場合がある。)に関する。本発明の円偏光発光組成物は、2次キラリティに基づいて配向した自己配向性ホスト分子のホスト官能基に、分子間相互作用によって発光性ゲスト分子が配向して固定化されることによって、発光性ゲスト分子への誘起キラリティを生成し、円偏光発光(以下、「CPL」又は「円偏光ルミネッセンス」と記載する場合がある。)する。図1に本発明の円偏光発光組成物の形成メカニズム及び発光メカニズムを示す概念図を示す。
 本明細書において、「円偏光発光組成物」とは、円偏光ルミネッセンス(CPL: circularly polarized luminescence)を示す成分を含む組成物を意味する。
 なお、本発明の円偏光発光組成物は、CPLを示すホスト-ゲスト複合体のみからなる態様でもよいが、通常、後述するように分散媒(分散溶媒、ベースポリマー、ベースモノマー等)を含む態様である。
 本明細書において、「超分子配向体」とは、複数の分子が共有結合以外の結合(例えば、水素結合、π-π相互作用等)により、自発的に集合、会合して形成される高秩序な構造体のことである。超分子配向体の会合形態は、多彩であり、ミセル型やベシクル型の球状会合体や、ディスク型やシリンダ型の会合体、平面状の会合体、繊維状会合体等の様々な形態をとることができる。繊維状会合体としては、螺旋状、捩れた紐状やリボン状、テープやチューブ状等の形態が挙げられる。これらの高秩序な構造体は、低分子レベルでは発現しえない現象、いわゆる超分子的機能を発現しうる。
 また、「2次キラリティ」とは、キラルな自己配向性ホスト分子が配向・集合して生成する新たなキラリティであり、前記の超分子的機能の一つである。2次キラリティは、通常、分子自身が有するキラリティ(1次キラリティあるいは分子キラリティと言う)より大きなキラリティを示す(キラリティの大きさを評価する際に用いる円偏光二色性スペクトルの強度が大きい)。「誘起キラリティ」とは、2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に、発光性ゲスト分子が相互作用し配向することによって、発光性ゲスト分子に誘起されるキラリティを示す。
 本発明の円偏光発光組成物は、2次キラリティを有する超分子配向体と発光性ゲスト分子とから構成されるホスト-ゲスト複合体を含有する。ホスト-ゲスト複合体とは、超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に、分子間相互作用によって発光性ゲスト分子が複合した複合体であり、発光性ゲスト分子自身がキラリティを有さなくとも、発光性ゲスト分子が誘起キラリティを生成することになるため、発光性ゲスト分子が発光すると、円偏光性を有した発光となる。
 また、本発明の円偏光発光組成物は、発光分子(発光性ゲスト分子)とホスト官能基との分子間相互作用を利用して固定化され、複雑な合成を必要としない。そのため、発光分子(発光性ゲスト分子)は、ホスト官能基と分子間相互作用を有するものであればよく、材料選択性が広がり、様々な発光分子を使用できるので、発光波長の選択も容易となり、発光波長の多様化やテーラーメード化が可能である。
 また、ホスト-ゲスト複合体が有する2次キラリティ(増幅キラリティ)、誘起キラリティにより優れた円偏光発光特性を有するだけでなく、外部刺激によるキラリティの増幅や変換といったスイッチングが可能となる。
 以下、本発明の円偏光発光組成物について詳細に説明する。
(1)ホスト-ゲスト複合体
 本発明の円偏光発光組成物におけるホスト-ゲスト複合体は、ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、から構成される複合体である。
 以下、ホスト-ゲスト複合体を構成する2次キラリティを有する超分子配向体、その構成要素である自己配向性ホスト分子、及び、発光性ゲスト分子について説明する。
(1-1)2次キラリティを有する超分子配向体
 ホスト-ゲスト複合体の構成要素である、2次キラリティを有する超分子配向体(以下、「キラルな分子配向体」、又は「本発明の超分子配向体」と記載する場合がある。)は、ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が複数集まり、共有結合以外の結合(例えば、水素結合、π-π相互作用等)により秩序だって自己集合、会合することによって形成された超分子配向体のうち、2次キラリティを有する配向体である。
 本発明の超分子配向体の会合形態は、特に限定されないが、繊維状会合体であれば、その厚み方向の大きさが小さくなり、光の散乱が起こりづらくなるため透明材料の製造上有利である。さらに、繊維状会合体では、より大きな2次キラリティが生成されやすく、より大きな円偏光発光が得られるため好ましい。
 繊維状会合体の中でも、螺旋状や捩れた紐状やリボン状、テープ状やチューブ状に会合した自己配向性ホスト分子からなるキラルな超分子配向体であることが好適である。このような形態が2次キラリティの形成・増幅と関係している。
 このような2次キラリティを有し、繊維状会合体を形成する超分子配向体としては、例えば、自己配向性ホスト分子が会合した二分子膜からなる超分子配向体が挙げられる。
 本発明の超分子配向体は、1種類の自己配向性ホスト分子から構成されても、異なる構造の有する複数種の自己配向性ホスト分子から構成されていてもよい。
 また、本発明の超分子配向体の合成方法はいかなる方法でもよく、例えば、適当な溶媒やベースポリマー、ベースモノマーに、自己配向性ホスト分子を分散させ、任意の条件で会合させる方法が挙げられる。また、任意の方法にて得られた「超分子配向体」は、重合等によって共有結合化させ、これを、発光性ゲスト分子と複合化させてもよい。
 2次キラリティを有する超分子配向体を構成する自己配向性ホスト分子の数は、超分子配向体の会合形態、ホスト官能基及びこれに固定化される発光性ゲスト分子の種類、自己配向性ホスト分子の大きさ等の諸条件により決定される。
(1-2)キラルな自己配向性ホスト分子
 ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子(以下、「キラルな自己配向性ホスト分子」、又は単に「自己配向性ホスト分子」と記載する場合がある。)は、分子内にホスト官能基と、自己集積性部位を有し、自己集積性(自己会合性)を有する分子のうち、特に配向性を有して会合する分子であって、当該自己配向性ホスト分子自体が、キラリティを有している分子を意味する。
 また、「ホスト官能基」とは、キラルな自己配向性ホスト分子が有する官能基であって、発光性ゲスト分子を分子間相互作用により固定化することができる基を意味する。ここで、本発明において、「分子間相互作用」とは、分子同士が引き合う相互作用を意味する(但し、共有結合は除く)。具体的には、水素結合、疎水性効果、イオン間相互作用(帯電したイオンの間で生じる相互作用)、π-π相互作用、配位結合、双極子間相互作用(双極子である分子間で生じる相互作用)、イオン-双極子間相互作用、ファンデルワールス力などがある。
 自己配向性ホスト分子が有するホスト官能基の種類は、後述する発光性ゲスト分子を、分子間相互作用を介して固定化できるものから選択される。
 ホスト官能基が、電荷を有する基であると、当該電荷と反対の電荷を有する発光性ゲスト分子を、イオン間相互作用、双極子間相互作用、イオン-双極子間相互作用等によって固定化できる。また、合成溶液のpH等の条件を制御することにより、固定化される発光性ゲスト分子の種類や量を制御することも可能である。
 すなわち、ホスト官能基が正電荷を有する場合、後述するゲスト発光性分子は負電荷を有することが好ましい。一方、ホスト官能基が負電荷を有する場合、後述するゲスト発光性分子は正電荷を有することが好ましい。
 正電荷を有するホスト官能基として、窒素原子を含む窒素複素環基及びその4級化体、アミノ基及びその4級化体、ホスホニウム基の4級化体等が挙げられるが、これらに限定されない。窒素原子を含む窒素複素環基としては、ピリジル基、イミダゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、ビピリジル基、ターピリジル基、グアニジノ基、アクリジル基、カルバゾール基、ピラゾール基、トリアゾール基、オキサジアゾール基、チアゾール基等が挙げられる。好適な正電荷を有するホスト官能基としては、例えば、アミノ基の4級化体、ピリジル基の4級化体、イミダゾリル基の4級化体、キノリル基の4級化体、イソキノリル基の4級化体が挙げられる。
 負電荷を有するホスト官能基として、具体的には、カルボン酸基やスルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、ボロン酸基等が挙げられる。
 また、電荷を有さない基であっても、発光性ゲスト分子と、水素結合や双極子間相互作用、イオン-双極子相互作用、π-π相互作用、ファンデルワールス力等の分子間相互作用で結合できる程度に電荷分布を有する基であれば、ホスト官能基に成り得る。ここで、「電荷分布を有する」とは、電離はしていないが、電子の偏りがある状態を示す。電荷分布を有する官能基として、例えば、ヒドロキシル基、アミド結合等のカルボニル系誘導体、フェニル基やナフチル基、アントラニル基、ピレニル基、チエニル基等が挙げられる。
 これらのホスト官能基の中でも、好適なホスト官能基として、アミノ基の4級化体、ピリジル基の4級化体、イミダゾリル基の4級化体、キノリル基の4級化体、イソキノリル基の4級化体、カルボン酸基等が挙げられる。
 ホスト官能基として用いることのできる官能基の具体例を下記に示すが、ホスト官能基はこれらに限定されない。下記式中の***は、結合部位を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 自己配向性ホスト分子が有するホスト官能基は、通常1基であるが、2基以上のホスト官能基を含んでいてもよい。2基以上のホスト官能基を含む場合は、ホスト官能基の種類は同一であっても異なっていてもよい。
 前記ホスト官能基を自己配向性ホスト分子に導入する方法はいかなる方法でもよく、例えば、適当な溶媒に、ホスト官能基の前駆体化合物と自己集積性分子の前駆体化合物を溶解し、そこに縮合剤を加えて、それぞれの前駆体化合物が有する官能基を反応させて結合する方法が挙げられる。
 自己配向性ホスト分子としては、各種アミノ酸誘導体、多環芳香族誘導体、コレステロール誘導体、糖誘導体等が挙げられ、各種アミノ酸誘導体であることが好ましい。ベースとなるアミノ酸の反応性官能基に、ホスト官能基及び自己集合する役目を担う官能基(例えば、長鎖アルキル基等)を導入することで、自己配向性ホスト分子を得ることができる。より具体的には、アミノ基などの反応性官能基を3点もつ1つのアミノ酸の1点の反応性官能基にホスト官能基を導入し、2点の反応性官能基に、自己集合する役目を担う官能基を導入することで、自己配向性ホスト分子を得ることができる。
 好適な自己配向性ホスト分子として、下記式(1)で表される自己配向性ホスト分子が挙げられる。なお、式(1)中、*は不斉炭素を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 前記式(1)中、R1及びR2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、炭素数2~30の炭化水素基である。前記式(1)の構造である自己配向性ホスト分子において、R1及びR2は、疎水性効果を示し、水中では配向性を有し、有機溶媒中では分散性を示し、自己配向性ホスト分子の自己集合を補助する役目を担う。
 R1及びR2に該当する炭化水素基において、自己配向性ホスト分子の自己集積性を損なわない範囲で、炭化水素鎖中の一部の炭素原子は、エステル結合、アミド結合、ケトン結合、エーテル結合、チオエーテル結合、尿素結合、チオ尿素結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、又はこれらの結合を組み合わせた結合等で置換されていてもよい。炭素数2~30の炭化水素基には、炭化水素基の炭化水素鎖中の一部の炭素原子が、エステル結合、アミド結合、ケトン結合、エーテル結合、チオエーテル結合、尿素結合、チオ尿素結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、又はこれらの結合を組み合わせた結合等で置換された構造も含む。
 例えば、炭化水素基の炭化水素鎖の一部の炭素原子が置換された構造としては、下記式(R’)で表される構造が挙げられる。下記式(R’)では、炭化水素基の炭化水素鎖の一部がアミド結合で置換されている。なお、式中の**は結合部位を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(但し、式(R’)において、mは、1~26の整数である。)
 また、R1及びR2に該当する炭化水素基において、水素原子は、他の置換基で置換されていても良く、例えば、水素原子の一部、又は全部がフッ素原子(F)、臭素原子(Br)等のハロゲン原子に置換していてもよい。
 R1及びR2に該当する炭化水素基の具体例としては、非置換又は置換の直鎖アルキル基、非置換又は置換の分枝アルキル基、非置換又は置換の環状アルキル基等が挙げられる。
 R1及びR2は、好適には、炭素数が2以上の直鎖アルキル基であり、炭素数が4以上の直鎖アルキル基であることがより好ましい。例えば、R1及びR2は、炭素数が6以上であっても、炭素数が8以上であっても、炭素数が10以上であってもよい。
 また、R1及びR2は、炭素数が22以下の直鎖アルキル基であることが好ましく、炭素数が18以下の直鎖アルキル基であることがより好ましい。なお、当該直鎖アルキル基において、水素原子の一部、又は全部がハロゲン原子に置換していてもよいが、非置換の直鎖アルキル基であることが好ましい。
 また、R1及びR2は、同一の基であることが好ましい。
 ここで、R1及びR2が、同一の基であって、炭素数2~22(より好ましくは、炭素数4~18)の非置換の直鎖アルキル基であれば、配向性に優れたキラルな超分子配向体を形成することができるため好ましい。
 前記式(1)中、X1及びX2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい2価の連結基である。2価の連結基としては、自己配向性ホスト分子の自己集積性を損なわない範囲において特に限定されないが、例えば、-NH-、-C(=O)-、-O-、-S-、フェニレンのいずれかの2価の連結基、又は2種以上のこれらの2価の連結基が結合した2価の連結基等が挙げられる。
 X1及びX2が、同一の連結基であることが好ましい。
 X3は、2価の連結基を含む構造を表す。X3は、ホスト官能基Yを連結させるためのスペーサーである。そのため、自己配向性ホスト分子の分子配向を阻害しない構造であれば特に限定されないが、配向を促進させる構造であればより好ましい。X3としては、本発明の目的を達成できる範囲において特に限定されないが、例えば、-NH-、-C(=O)-、-O-、-S-、メチレン鎖、フェニレンのいずれかの2価の連結基、又は2種以上のこれらの2価の連結基が結合した連結基等が挙げられる。
 また、X3は、下記式で表される連結基のいずれかであることが好ましい。ここで、下記式中の****は結合部位を表し、Rは炭化水素鎖を表す。Rは、炭素数1~18の炭化水素鎖であることが好ましく、炭素数1~10のメチレン鎖、又はフェニレンであることがより好ましく、炭素数2~6のメチレン鎖又はフェニレンであることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 前記式(1)中、X4は、炭素数1~11のメチレン鎖、又は鎖中に芳香環を有する炭素数1~11のメチレン鎖である。芳香環としては、フェニレン、ナフチレン、又はアントラニレン等が挙げられる。鎖中に芳香環を有する炭素数1~11のメチレン鎖としては、例えば、メチレン鎖の炭素原子の一部をフェニレンが置換した構造が挙げられる。なお、X4において、立体化学的に分子配向を阻害しない限り、水素原子の一部、又は全部が、他の置換基(アルキル基やフェニル基等)で置換されていてもよい。X4において、水素原子の一部、又は全部を、置換する置換基は、分子配向を促進させる構造であることが好ましい。
 X4は、好適には、炭素数1~6の直鎖状メチレン鎖である
 前記式(1)中、Yは、上述したホスト官能基であり、後述する発光性ゲスト分子を、分子間相互作用を介して固定化できるものであれば良い。
 式(1)中、Zは、水素原子、又は炭素数1~3の炭化水素基であり、好適には水素原子、又は、置換又は非置換のメチル基であり、より好適には水素原子である。
 ここで、式(1)で表される自己配向性ホスト分子は、不斉炭素原子を有し、キラルな二分子膜を形成する。
 また、前記式(1)で表される自己配向性ホスト分子の中でも、下記式(1-1)又は(1-2)で表される自己配向性ホスト分子は、配向性に優れ、合成や様々な誘導化が容易である点で好ましい。なお、式式(1-1)又は(1-2)中、*は不斉炭素を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 前記式(1-1)又は(1-2)中、R1及びR2は、上述した前記式(1)中のR1及びR2と同義であるため、詳細な説明を省略する。
 前記式(1-1)又は(1-2)中、nは、1~4の整数を表す。
 前記式(1-1)又は(1-2)中、X5は、炭素数1~10のメチレン鎖、-NH-及び-O-からなる群から選択される1種以上を含む構造、又は単結合を表す。X5は、ホスト官能基Yを自己集積部位に連結させるスペーサーである。そのため、X5は、立体化学的に分子配向を阻害しない構造であれば特に限定されないが、配向を促進させる構造であればより好ましい。
 式(1-1)又は(1-2)中、Yは、上述したホスト官能基であるため、詳細な説明を省略する。
 前記式(1-1)又は(1-2)における好適なホスト官能基(Y)としては、電荷を有する基である。ホスト官能基が、電荷を有する基であれば、ホスト官能基が有する電荷と反対の電荷を有する発光性ゲスト分子をイオン間相互作用、双極子相互作用、イオン-双極子間相互作用によって固定化することができる。
 このような電荷を有するホスト官能基(Y)の具体例としては、例えば、ピリジル基やイミダゾリル基及びそれらの4級化体、キノリル基やイソキノリル基及びそれらの4級化体、アミノ基及びその4級化体、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、ボロン酸基等が挙げられるが、これらに制限はされない。
 なお、電荷を有するホスト官能基(Y)であっても、発光性ゲスト分子の固定化は、イオン間相互作用、双極子相互作用、イオン-双極子間相互作用のみに由来する必要性はなく、これら以外の分子間相互作用に由来していてもよく、複数の分子間相互作用が相乗的に作用していてもよい。
 例えば、後述する実施例に示すように、ホスト官能基(Y)としてピリジニウム基を有するL-グルタミン酸誘導体で構成されるキラルな超分子配向体の場合には、電荷を有さない発光性ゲスト分子である、ピレンやアントラセン等の発光性ゲスト分子を固定化することもできる。
 なお、上述した式(1-1)で表される自己配向性ホスト分子は、反応性官能基を3つ有するアスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、アミノアジピン酸等から誘導することができる。上述した式(1-2)で表される自己配向性ホスト分子は、反応性官能基を3つ有するリシン、オルニチン等から誘導することができる。
 この中でも、自己配向性ホスト分子は、式(1-1)で表される化合物であることが好ましい。より好ましくは、式(1-1)において、n=2の自己配向性ホスト分子である。式(1-1)中、R1及びR2が、炭素数12の直鎖アルキル基、nが2であるL-グルタミン酸誘導体は特に好適な自己配向性ホスト分子のひとつである。
 以下、自己配向性ホスト分子として用いることができる、L-グルタミン酸誘導体の具体的な例を示すが、自己配向性ホスト分子はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 また、本発明の円偏光発光組成物を構成する自己配向性ホスト分子となりうる、その他の化合物の例を、下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(1-3)発光性ゲスト分子
 本発明の円偏光発光組成物において、「発光性ゲスト分子」は、外部からの励起光の照射により、発光する発光分子のうち、2次キラリティに基づいて配向したキラルな超分子配向体のホスト官能基に分子間相互作用を介して配向して固定化されうる分子であり、前記配向して固定化された分子が誘起キラリティを有するものを意味する。
 ホスト-ゲスト複合体に固定化し得る発光性ゲスト分子の量や密度は、超分子配向体の会合形態、超分子配向体におけるホスト官能基の密度や、後述する分散媒の種類等により決定される。
 上述の通り、ホスト-ゲスト複合体において、キラルな超分子配向体が有する2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子は、キラリティが誘起される。そのため、発光性ゲスト分子自身がキラリティを有さなくとも、誘起キラリティが発現するため、固定化された発光性ゲスト分子が発光すると、円偏光性を有した発光となる。
 すなわち、本発明の円偏光発光組成物において、発光性ゲスト分子は、キラリティを有するキラルな発光分子、キラリティを有さない非キラルな発光分子のいずれであってもよく、特に非キラルな発光分子を利用できることに利点がある。
 発光性ゲスト分子はホスト官能基と分子間相互作用を介して結合されうる化合物である。以下に具体的な発光分子を例示するがこれらに限定されるわけではない。また、発光性ゲスト分子は単独でもよいし、2種以上を組み合わせても使用されてもよい。2種類以上の発光性ゲスト分子を組み合わせることで、波長の広帯域化が可能である。
 蛍光性発光分子として、ピレン、アントラセン、ナフタレン、フルオレン、ペリレン、コロネン、フェナントレン、フルオランテン、カルバゾール、クリセン、トリフェニレン、テトラセン、ペンタセン、フルオレノン、アズレン、オリゴフェニレンビニレン、オリゴフェニレンエチニレン、ポルフィリン、シアニン色素、メロシアニン、フルオレセイン、ローダミン、クマリン、ポリフェニレンビニレン、アクリジン、ルシフェリン、ルブレン、スチルベン等、及びこれらの化合物の誘導体等が挙げられる。
 リン光性発光分子として、元素周期表の8族、9族又は10族に属するいずれか1種の金属を含有し、リン光発光を示す錯体系化合物が挙げられ、例えば、イリジウム錯体、オスミウム錯体、希土類錯体などのリン光発光を示す有機金属錯体が挙げられる。このような有機金属錯体の配位子となる有機化合物としては、例えば、カルバゾール、ピリジン、ポルフィリン、トリフェニレン、ビピリジン、ロザリン、アントラセン、フタロシアニン及びこれらの化合物の誘導体等が挙げられる。
 また、リン光性発光分子として、錯体系化合物以外にもエオシン、クロロフィル、βカロチン、環状アジン、スチルベン、トリフェニレン及びこれらの化合物の誘導体等を用いてもよい。
 特に、ホスト官能基が電荷を有する場合には、発光性ゲスト分子が、反対の電荷を有する発光分子であると、イオン間相互作用、双極子相互作用、イオン-双極子間相互作用を介してホスト官能基と結合することができるため好適である。
 すなわち、ホスト官能基が正電荷を有する場合、ゲスト発光性分子は負電荷を有することが好ましい。一方、ホスト官能基が負電荷を有する場合、ゲスト発光性分子は正電荷を有することが好ましい。
 発光性ゲスト分子に電荷を付与するには、負電荷の場合にはカルボン酸基、スルホン酸基等の負電荷を有する基を導入し、正電荷の場合にはアミノ基やジメチルアミノ基、4級アンモニウム基等の正電荷を有する基を導入してもよい。
 また、発光性ゲスト分子が電荷を有さない場合であっても、発光性ゲスト分子が芳香環あるいは複素環を有し、電荷分布を有していれば、電荷を有するホスト官能基と、水素結合や双極子間相互作用、イオン-双極子相互作用、π-π相互作用、配位結合、ファンデルワールス力等の分子間相互作用で結合しうる。ここで、電荷分布を有するとは、電離はしていないが、電子の偏りがある状態を示す。このような発光性ゲスト分子としては、上述したホスト官能基と分子間相互作用によって配向して固定化されうる分子であれば特に限定されない。
 具体的には、発光性ゲスト分子としては、下記に示す非キラルな発光性ゲスト分子を使用することができるが、これらに限定されるわけではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(2)分散媒
 本発明の円偏光発光組成物は、ホスト-ゲスト複合体を単独で使用することもできるが、通常、ホスト-ゲスト複合体を適当な分散媒に分散した態様である。
 分散媒は、超分子配向体の2次キラリティを阻害せず、ホスト-ゲスト複合体が分散できるものであれば、液体分散媒、固体分散媒のいずれでもよい。
 例えば、本発明の円偏光発光組成物は、ホスト-ゲスト複合体が液体分散媒に分散した液状組成物の態様とすることができる。また、ホスト-ゲスト複合体が固体分散媒であるベースポリマーに分散したポリマー組成物の態様とすることができる。
 液体分散媒は、水、メタノール、アセトニトリル等の極性溶媒、ベンゼンやトルエン、シクロヘキサン、ヘキサン等の非極性溶媒が挙げられ、ホスト-ゲスト複合体の構成要素の種類や、使用用途に応じて適宜選択される。なお、2以上の異なる種類の液体分散媒を混合したものを液体分散媒として用いてもよい。
 なお、液体分散媒である場合、pHや温度等の条件を変化させて外部刺激を与えることにより、ホスト-ゲスト複合体におけるホスト官能基から、発光性ゲスト分子を可逆的に着脱できるため、キラリティの増幅や変換といったスイッチングを容易に行うことができる。
 固体分散媒としては、ホスト-ゲスト複合体が分散できるポリマー(以下、「ベースポリマー」と記載する。)が好適に使用される。
 ベースポリマーは、ホスト-ゲスト複合体に含まれる発光性ゲスト分子の吸収波長、発光波長の光に対して透明なポリマーであることが好ましく、ベースポリマーが可視光領域に極大吸収波長を持たないポリマーであることが好ましく、特にベースポリマーが可視光領域に吸収を持たないポリマーであることが好ましい。
 このようなベースポリマーとしては、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリスチレン樹脂(PS)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリ塩化ビニリデン樹脂(PVDC)、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、エチレン・ビニルアルコール共重合体樹脂、ブチラール樹脂、ビニロン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルアクリレート)樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂、ポリエチレングリコールジメタクリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂などを用いることができる。このような汎用性ポリマーをベースポリマーに用いることができるので低コストであり、フィルム化に特別の基盤技術を必要としない。なお、2以上の異なる種類のポリマーを混合したものをベースポリマーとして用いてもよい。
 前記ベースポリマーの中でも、ポリメチルメタクリレート樹脂やポリスチレン樹脂は、前記ホスト-ゲスト複合体の可視光領域に吸収を持たない透明性の高いポリマーを低コストで入手できるため好適である。そのため、ベースポリマーはポリメタクリレート樹脂及び/又はポリスチレン樹脂を含むことが好ましい。好適なベースポリマーの一つはポリスチレン樹脂である。
 ベースポリマーの分子量は、ホスト-ゲスト複合体の種類や配合割合により任意に決定することができる。
 ベースポリマーに含まれるホスト-ゲスト複合体の濃度は、フィルム等の成形品の形状、厚みを考慮して、成形品全体としての透明性を失わない範囲で決定される。具体的には、通常、発光性ゲスト分子換算でベースポリマー100質量部に対して、0.0001質量部以上10質量部以下であり、より透明度を高めたいときには、5質量部以下である。濃度が高すぎると、成形品全体としての透明性が低下したり、ベースポリマーの性質を変えたりするなどの悪影響があるため好ましくない。
 本発明の円偏光発光組成物が、ホスト-ゲスト複合体をベースポリマーに分散したポリマー組成物態様の場合には、成形して成形品としてよい。成形品の形状は特に限定されず、フィルム状、シート状、板状、繊維状、ペレット状等であってよい。成型方法は特に限定されず公知の成形方法を用いることができ、例えば、押出成形、射出成形、圧縮(プレス)成形、カレンダー成形、溶融紡糸などが挙げられる。
 ポリマー組成物がフィルムである場合、成形方法は、特に限定はなく、従来公知の樹脂成形の方法(例えば、インフレーション法、カレンダー法、キャスティング法、スピンコーティング法等)により行うことができる。
 フィルムの厚さは、目的とする円偏光発光特性、透明性、強度等を考慮の上、目的に応じて任意の厚さとすることができる。
 また、分散媒として、ホスト-ゲスト複合体が分散できるモノマー(以下、「ベースモノマー」と記載する。)を用い、これを適当な方法で重合しても良い。ベースモノマーとしては、2次キラリティを阻害せず、透明性の高いポリマーを生成するものが好ましい。また、生成したポリマーは、成形してフィルム状などの成形品にしてもよい。中でも、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルアクリレート、メチルメタクリレート等は低コストで入手できるため、ベースモノマーとして好適である。
(3)その他の成分
 本発明の円偏光発光組成物は、本発明の目的を損なわない限り、前記ホスト-ゲスト複合体や、分散媒以外の任意の成分を含んでいてもよい。
 任意の成分としては、例えば、分散剤、分散安定剤、界面活性剤、光安定剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、酸化防止剤、消泡剤、難燃剤、熱安定剤等が挙げられる。
 また、本発明の円偏光発光組成物は、ホスト-ゲスト複合体に含まれる発光性ゲスト分子以外の発光分子(以下、「その他の発光分子」と記載する。)をさらに含有していてもよい。その他の発光分子は、その目的によって任意に選択され、その種類や含有量は、ホスト-ゲスト複合体に含まれる発光分子の種類や量を考慮して、適宜選択される。
 本発明の円偏光発光組成物は、ホスト-ゲスト複合体に励起光を照射することによって円偏光発光する。
 本発明の円偏光発光組成物に含まれるホスト-ゲスト複合体は、優れた円偏光発光特性を示す。ここで、CPL特性を評価するにあたって重要視されるファクターが、円偏光発光度(glum)であり、glum=2×(IL-IR)/(IL+IR)で算出される。このときILとIRは、それぞれ左円偏光発光強度と右円偏光発光強度である。
 後述する実施例で具体的に示すように本発明の円偏光発光組成物は、従来の溶液系での円偏光発光組成物と比較して、非常に優れた円偏光発光度を示す。
 また、本発明の円偏光発光組成物の他の利点として、発光性ゲスト分子の種類のみならず、これと結合するホスト官能基の種類によって、円偏光発光の波長や強度を制御できることが挙げられる。すなわち、発光性ゲスト分子とホスト官能基との分子間相互作用の種類や強度により、発光性ゲスト分子の円偏光発光の波長や強度を制御できる。
 また、複数の発光性ゲスト分子を固定化すれば、様々な波長、強度の円偏光発光を放射することができる。
 このような性質を利用して、本発明の円偏光発光組成物は、例えば以下のような応用用途が挙げられる。
(1)3Dディスプレイ(左右の円偏光を利用する次世代3Dための光源)
(2)光記録装置・光記録メディア
(3)セキュリティシステム(より情報量の多い光シグナルとして利用)
(4)照明(LED照明や植物工場用照明など)
(5)医療用センサー
(6)太陽電池
(7)液晶ディスプレイ用の偏光光源
(8)光通信、セキュリティ技術への応用
 すなわち、本発明の円偏光発光組成物は、前記応用用途において、本発明の円偏光発光組成物を含有する3Dディスプレイ、本発明の円偏光発光組成物を含有する光記録装置・光記録メディア、本発明の円偏光発光組成物を含有するセキュリティシステム装置、本発明の円偏光発光組成物を含有する照明、本発明の円偏光発光組成物を含有する医療用センサー等の応用品として用いることできる。
 本発明の円偏光発光組成物を応用品に用いる場合、円偏光発光組成物は、当然、他の部材と組み合わせて用いることができる。本発明の円偏光発光組成物を応用品に用いる場合、本発明の円偏光発光組成物は空気と接触しないように用いることが好ましく、例えば、少なくとも一対のガラス間に、本発明の円偏光発光組成物を介在させて一体化させて用いることができる。
 なお、本発明の円偏光発光組成物の応用用途はこれらに制限されるものではない。
2.円偏光発光組成物の製造方法
 上述した本発明の円偏光発光組成物の製造方法は特に限定されず、円偏光発光組成物を構成するホスト-ゲスト複合体(2次キラリティを有する超分子配向体、発光性ゲスト分子)、必要に応じて含有される分散媒、及び任意の成分の種類や含有量に応じて適宜好適な方法を選択すればよい。
 以下、(1)円偏光発光組成物が液状組成物である態様と、(2)円偏光発光組成物がポリマー組成物である態様にわけて、円偏光発光組成物の製造方法を説明する。
(1)円偏光発光組成物が液状組成物である態様
 円偏光発光組成物が液状組成物である場合、その製造方法は、ホスト-ゲスト複合体の形成を損なわないのであれば特に限定されず適宜選択できる。液状組成物の態様である場合、本発明の円偏光発光組成物(特には含有されるホスト-ゲスト複合体)を、発光体の開発において複雑な合成手法を使用せずに容易に製造できる点で、以下に説明する製造方法(以下、「本発明の液状組成物の製造方法」と称す。)が好適である。
 本発明の液状組成物の製造方法は、以下の工程(i),(ii)を含む製造方法である。
 工程(i):前記ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
 工程(ii):得られた前記超分子配向体を含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化する工程
 このような製造方法とすることで、溶媒(液体分散媒)中でホスト-ゲスト複合体が容易に製造される。
 なお、自己配向性ホスト分子と発光性ゲスト分子の液体分散媒への混合は、同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。
 また、前記工程(i)及び(ii)は連続的に行う必要はなく、前記工程(i)において得られた「超分子配向体」は、任意の溶媒に分散するなどして保存することが可能である。
 工程(i),(ii)において、キラルな自己配向性ホスト分子、2次キラリティを有する超分子配向体、発光性ゲスト分子、ホスト-ゲスト複合体については、前記「1.円偏光発光組成物」で同じであるため、説明を省略する。
 溶媒は、キラルな自己配向性ホスト分子及びこれが会合したキラルな超分子配向体が均一に分散できるものであればよく、自己配向性ホスト分子の種類や濃度を考慮して適宜選択される。
 なお、本発明の製造方法は、自己配向性ホスト分子が、両親媒性の場合には(例えば、上述した式(1),式(1-1),式(1-2)で表される自己配向性ホスト分子)、溶媒に水や極性溶媒を使用することができ、これに発光性ゲスト分子を分散させることにより、2次キラリティを有する超分子配向体及び2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用を介して発光性ゲスト分子を結合させ、容易にホスト-ゲスト複合体を得ることができる。
 なお、自己配向性ホスト分子が会合した2次キラリティを有する超分子配向体の形成を損なわないのであれば、自己配向性ホスト分子が会合した2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程と、発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化する工程とを同時に行ってもよい。
 また、工程(ii)の後工程として、分散媒を留去した後に、他の液体分散媒にホスト-ゲスト複合体を分散させてもよい。
 なお、円偏光発光組成物を単独で使用する場合は、工程(ii)の後工程として、液体分散媒を留去することで、円偏光発光組成物を粉体として得ることができる。
(2)円偏光発光組成物がポリマー組成物である態様
 円偏光発光組成物がポリマー組成物である場合、その製造方法は、ホスト-ゲスト複合体の形成を損なわないのであれば、特に限定されない。
 例えば、本発明のポリマー組成物は以下の工程を有する製造方法で製造することができる。
 工程(I-1):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースポリマーを含む溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
 工程(II-1):前記超分子配向体と前記ベースポリマーとを含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含有する塗布液を得る工程
 工程(III-1):前記塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に溶媒を乾燥させて、ポリマー組成物を得る工程
 このような製造方法であれば、複雑な合成手法や樹脂成形手法を必要としないので容易にポリマー組成物を製造できる。特に、工程(I-1)~工程(III-1)を有する製造方法は、フィルム状のポリマー組成物であるポリマーフィルムの製造に好適である。
 また、上述した液状組成物の製造方法で得られる円偏光発光組成物から溶媒を除去して得られるホスト-ゲスト複合体と、ベースポリマーとを、ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとの両方を分散可能な適当な溶媒に分散させることによって塗布液を調整してもよい。
 また、ホスト-ゲスト複合体とベースモノマーとを混合したのち、適当な方法でベースモノマーを重合させてフィルム状などのポリマー組成物を製造することもできる。例えば、ホスト-ゲスト複合体とベースモノマーとの混合物を用いる場合、本発明のポリマー組成物は以下の工程を有する製造方法で製造することができる。
 工程(I-2):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースモノマー中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
 工程(II-2):前記超分子配向体を含むベースモノマー中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体を形成する工程
 工程(III-2):前記ホスト-ゲスト複合体を含むベースモノマー中に熱重合開始剤あるいは光重合開始剤を加え、かき混ぜた後に、加熱あるいは光照射することでベースモノマーを重合することで、ポリマー組成物を得る工程
 なお、工程(I-2)~(III-2)は、無溶媒で行っても、溶媒存在下で行っても良い。
 また、上述した液状組成物の製造方法で得られる円偏光発光組成物から溶媒を除去して得られるホスト-ゲスト複合体と、ベースモノマーとを、ホスト-ゲスト複合体とベースモノマーの両方を分散可能な適当な溶媒に分散させたのちに、熱や光で重合する方法であってもよいし、上述した液状組成物の製造方法で得られる円偏光発光組成物から溶媒を除去して得られるホスト-ゲスト複合体をベースモノマーに分散させて、熱や光で重合する方法であってもよい。
 これら方法、又は、これらの方法で得られた円偏光発光組成物を従来公知の方法で成形することにより、本発明の円偏光発光組成物を、フィルム等の任意の成形体として得ることができる。
 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1]:液状組成物の調製
 使用した試薬は以下の通りである。
 3-ブロモプロピオン酸(ナカライテスク)
 テトラヒドロフラン(THF)(和光純薬化学工業)
 ジドデシル-L-グルタミン酸(合成品)
 トリエチルアミン(和光純薬化学工業)
 シアノリン酸ジエチル(DEPC)(和光純薬化学工業)
 クロロホルム(ナカライテスク)
 塩酸(和光純薬化学工業)
 水酸化ナトリウム(キシダ化学)
 メタノール(和光純薬化学工業)
 ピリジン(和光純薬化学工業)
 ジエチルエーテル(和光純薬化学工業)
 ピレン(和光純薬化学工業)
 シアニン色素NK-2012(日本感光色素)
 アントラセン(ナカライテスク)
 9-フェニルアントラセン(東京化成工業)
 9,10-ジフェニルアントラセン(東京化成工業)
 フルオレセイン(Fluka)
 オキサジアゾール系色素(カルボン酸型、黄色)
 ピレンブタン酸(シグマアルドリッチジャパン)
 2-アントラセンカルボン酸(東京化成工業)
 エタノール(和光純薬化学工業)
[実施例1-1]
 ホスト-ゲスト複合体(1)の調製
(1)自己配向性ホスト分子(N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジドデシルアミドブロマイド:G-Pyr+(式(1-1)のX=(CH,Y=ピリジル基の4級化体,n=2,R=R=(CH11CH))の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 THF中にN-ベンジルオキシカルボニル-L-グルタミン酸(L-Gln-Z,12.0g,42mmol)とn-ドデシルアミン(17.7g,93mmol)を溶解し、これにトリエチルアミン(13.5mL,96mmol)を加え氷浴下でDEPC(14.1mL,93mmol)を加え、室温に戻しながら一晩かき混ぜた。THFを減圧留去し、残渣にクロロホルムに溶解した後、有機層を0.2N塩酸、0.2N水酸化ナトリウム水溶液で3回ずつ洗浄した後、飽和食塩水と無水硫酸ナトリウムで乾燥後にエバポレータで乾固した。エタノールで再結晶し、白色沈殿をろ取し、減圧乾燥し、化合物(2C12-L-Gln-Z)を得た。
 上記の化合物(2C12-L-Gln-Z,9.0g,14.61mmol)をエタノールに溶解させ,パラジウムカーボンを加えて水素ガスを通気させながら50℃で撹拌した。FT-IRスペクトル測定におけるウレタン結合由来のカルボニルC=O伸縮振動が消失したことを確認した後、パラジウムカーボンをろ別した。得られたろ液を減圧乾固し析出した白色固体をメタノールによる再結晶により白色結晶のジドデシル-L-グルタミン酸を得た。
 3-ブロモプロピオン酸(1.9g,12.6mmol)をTHF(300ml)に溶かし、水浴中でかき混ぜ、ジドデシル-L-グルタミン酸(5.0g,10.4mmol)、トリエチルアミン(2.4ml,18.1mmol)、DEPC(2.2ml,14.9mmol)を加え、1時間かき混ぜた後、常温で12時間かき混ぜた。反応溶液を減圧留去し、残渣をクロロホルムに溶かし、0.2N塩酸、0.2N水酸化ナトリウム水溶液を用いて3回ずつ洗浄し、減圧濃縮した。残渣をメタノールに溶かして冷蔵庫内で再結晶させ、白色粉末を得た。この粉末をピリジン(120ml)に溶解し、3日間還流した。その後、室温まで冷まし、析出した白色結晶をろ別し、ジエチルエーテルで洗い、減圧乾燥し、N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジドデシルアミドブロマイド(G-pyr+)(1.4g)を得た。
(2)ホスト-ゲスト複合体(1)の調製
 キラルな超分子配向体としてG-Pyr+を発光性ゲスト分子としてピレンを用いた。G-Pyr+10mMとピレン10mMのクロロホルム溶液をそれぞれ作製し、モル比で40:1になるように混合した。クロロホルムを留去し、これに水4mLを加え、内部超音波照射し、水分散媒を得た。さらに、この水分散媒を90℃で30分間熟成し、さらに25℃で30分間熟成させてホスト-ゲスト複合体(1)が水に分散した円偏光発光組成物(1)(液状組成物(1))を得た。
 このホスト-ゲスト複合体(1)について、透過型電子顕微鏡(TEM,JEOL JEM-2000FX)による評価を行ったところ、ホスト-ゲスト複合体(1)は、室温で捩れた繊維状の会合体を形成していた。もっとも薄い部分の厚みは6nmであり、この厚みは、ほぼG-Pyr+の2分子の長さに相当した。また、示差走査熱量分析(DSC,Seiko Instruments Inc. DSC6200,EXTRA6000)を行ったところ、脂質二分子膜に典型的な結晶-液晶相転移(ピークトップ温度、Tc=42℃)が観察された。なお、この条件で作製されたG-pyr+の会合形態は、混合された1/40当量のピレンの有無にかかわらず、捩れた繊維状の会合体を形成することも確認した。
[円偏光二色性(CD)スペクトルの評価]
 ホスト-ゲスト複合体(1)を所定の温度で、円二色分散計(JASCO J-725)を用いて円偏光二色性(CD)スペクトルの評価を行った。
(測定条件)
 測定溶媒:水
 測定濃度:[G-Pyr]=0.5mM,
      [Pyrene]=12.5μM
 測定範囲:190~600nm
 CDスペクトルより、5℃(G-pyr+の相転移温度以下の温度)では、G-pyr+のピリジニウ基の吸収帯で大きなコットン効果が得られ、G-pyr+は、相転移温度以下の温度でピリジニウム基が高度に配向していることが判明した。さらに、5℃ではピレンの吸収帯付近に大きなコットン効果が観察された。一方、相転移温度以上の温度に加熱すると、G-pyr+二分子膜のピリジニウム基に関与するコットン効果及びピレンのコットン効果ともにほぼ消失した。このことから、ピレンに発現した誘起キラリティは、結晶状態にあるG-pyr+のピリジニウム基(+)とモノメリックなピレン(δ-)間での相互作用を含むものと推察される。
[蛍光スペクトルの評価]
 ホスト-ゲスト複合体(1)を所定の温度に冷却して、蛍光スペクトル測定装置(JASCO FP-6500)を用いて蛍光スペクトルの評価を行った。
(測定条件)
 測定溶媒:水
 測定濃度:[G-Pyr]=0.5mM
      [Pyrene]=12.5μM
 励起波長:320nm
 測定範囲:350~600nm
 ホスト-ゲスト複合体(1)を340nm(5℃)で励起すると、374nmと385nmにピークトップを有する蛍光スペクトルが得られた。また、発光強度比(I374/I385)からピレン周りのミクロ環境を推測すると、ヘキサノール中での発光強度比と類似することから、G-pyr+二分子膜内部に取り込まれており、取り込まれているサイトは、極性基(ピリジニウム基)の近傍であると推測できる。
[実施例1-2]
 ピレンに代えて、アントラセンを用いた以外は実施例1と同様にして、ホスト-ゲスト複合体(2)が水に分散した円偏光発光組成物(2)(液状組成物(2))を得た。
[実施例1-3]
 ピレンに代えて、9-フェニルアントラセンを用いた以外は実施例1と同様にして、ホスト-ゲスト複合体(3)が水に分散した円偏光発光組成物(3)(液状組成物(3))を得た。
[実施例1-4]
 キラルな超分子配向体としてG-Pyr+を発光性ゲスト分子としてシアニン色素NK-2012を用いた。G-Pyr+0.5mMの水溶液を調製し、60℃で加熱溶解させ、25℃に冷却した。G-Pyr+水溶液4mLをとり、G-Pyr+とシアニン色素NK-2012のモル比が40:1となるように、シアニン色素NK-2012メタノール溶液を加えた。この溶液を90℃で30分間熟成し、さらに25℃で30分間熟成させてホスト-ゲスト複合体(4)が水に分散した円偏光発光組成物(4)(液状組成物(4))を得た。
[吸収スペクトル及びCDスペクトルの評価]
 ホスト-ゲスト複合体(4)について、紫外可視(UV-vis)スペクトル(JASCO V-560)及び円偏光二色性(CD)スペクトルの評価を行った。
(測定条件)
 測定溶媒:水
 測定濃度:[G-Pyr]=0.5mM,
      [NK-2012]=12.5μM
 測定範囲:400~700nm
 UV-visスペクトルを測定すると、5℃(G-Pyr+の相転移温度以下の温度)でNK-2012単独では得られないレッドシフトしたスペクトルが得られ、50℃(G-Pyr+の相転移温度以上の温度)に加熱するとモノメリック種に相当するスペクトルに変化した。
 CDスペクトルを観察すると、図2に示すように、5℃で、レッドシフトした吸収帯に分裂型のコットン効果が観察された。また、分子楕円率の温度依存性を調査すると、相転移温度である35~45℃の温度範囲で急激に変化していることが明らかになった。すなわち、NK-2012が非キラルな物質であることから、配向状態にあるG-pyr+にイオン結合を介して固定化されたNK-2012が、R-キラルにスタッキングすることで、誘起CDが観察されたと考えられる。
[実施例1-5]
 シアニン色素(NK-2012)に代えて、フルオレセインを用いた以外は実施例4と同様にして、ホスト-ゲスト複合体(5)が水に分散した円偏光発光組成物(5)(液状組成物(5))を得た。
[透過型電子顕微鏡及び共焦点レーザー顕微鏡による評価]
 このホスト-ゲスト複合体(5)について、透過型電子顕微鏡(TEM,JEOL JEM-2000FX)による評価の結果を図3に示す。図3に示すように、ホスト-ゲスト複合体(5)は、室温で捩れた繊維状の会合体を形成していた。
 また、ホストーゲスト複合体(5)について、共焦点レーザー顕微鏡(Leica TCS SP8 Confocal Microscope (Leica Microsystems))による評価の結果を図4に示す。図4に示すように、捩れた繊維状の発光体が観察されたことから、室温、溶液中で繊維状に会合したG-Pyrにフルオレセインが結合し、ホスト-ゲスト複合体を形成していることが明らかとなった。
[実施例1-6~実施例1-8]
 シアニン色素(NK-2012)に代えて、表1に記載の発光性ゲスト分子を用いた以外は実施例4と同様にして、円偏光発光組成物(6)~円偏光発光組成物(8)(液状組成物(6)~液状組成物(8))を得た。
[比較例1]
 ピレンに代えて、9,10-ジフェニルアントラセンを発光性ゲスト分子として用いた以外は実施例1と同様にして複合体が水に分散した比較組成物を得た。
[円偏光発光スペクトルの評価]
 実施例1-1の円偏光発光組成物について、円偏光発光(CPL)スペクトル装置(JASCO CPL-200)を用いて円偏光発光スペクトルの評価を行った。
 光路長が1cmの石英セル中にホスト-ゲスト複合体(1)を入れ、2℃とし、320nmの励起光を照射し、円偏光発光スペクトルを測定した。
(測定条件)
 溶媒:水
 濃度: [G-Pyr+]=0.5mM
     [Pyrene]=12.5μM
 励起波長:320nm
 測定範囲:350~600nm
 実施例1-2~実施例1-8の円偏光発光組成物及び比較例1の比較組成物についても、励起光の波長を表1に記載の波長に変更した以外は同様にして測定した。
 図5に、実施例1-1のCPLスペクトルを示す。CPLの発光領域は、モノメリックなピレンの蛍光スペクトルの発光領域とほぼ一致しており、モノメリックなピレンがCPLを呈していることがわかる。CPLの強度は、glum値において-0.85×10-2レベルである。非キラル、かつ、このようなシンプルな多環芳香族炭化水素によるCPLの発現は世界初の事例である。また、G-pyr+の相転移温度以上である50℃においてはCPLがほぼ消失する一方で、ピレンによる蛍光そのものは依然として残ることから、このCPLがG-Pyr+二分子膜から誘起されたキラリティによることは明らかである。
 図7に、実施例1-2、1-3と比較例1のCPLスペクトルを示す。図6に示すように、実施例1-2(アントラセン)、実施例1-3(9-フェニルアントラセン)では、CPLが観察されたが、ホスト官能基と分子間相互作用した時に配向することができない嵩高い9,10-ジフェニルアントラセン(比較例1)では、CPLが観測されなかった。
 図7に、実施例1-4のホストーゲスト複合体(4)を420nmで励起したときのCPLスペクトルを示す。CPLの発光領域は、J会合したシアニン色素NK-2012の蛍光スペクトルの発光領域とほぼ一致しており、J会合したシアニン色素NK-2012がCPLを呈していることがわかる。CPLの強度は、glum値において-3.0×10-2レベルである。また、G-pyr+の相転移温度以上である50℃において、CPLはほぼ消失した。
 また、図8に実施例1-4のホストーゲスト複合体(4)を500nmで励起したときのCPLスペクトルを示す。CPLの強度は、glum値において-10.2×10-2と非常に高い値を示した。
 図9に、実施例1-5~実施例1-8のCPLスペクトルを示す。実施例1-5(フルオレセイン)及び実施例1-6(オキサジアゾール系色素(カルボン酸型、黄色))では、負のCPLが観察され、実施例1-7(ピレンブタン酸)及び実施例1-8(2-アントラセンカルボン酸)では、正のCPLが観察された。
 また、CPL特性を評価するにあたって重要視されるファクターが、円偏光発光度(glum)である。glumは、左円偏光発光強度が大きいときはプラスに、右円偏光発光強度が大きいときはマイナスとなり、glumの絶対値が大きいほど、優れた円偏光発光特性を有することを示す。表1に、実施例1-1~実施例1-8及び比較例1の円偏光発光度及びCPL波長の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
 表1に示すように、発光部位として、非キラルな色素をゲスト分子として用いても、本発明の円偏光発光組成物は、CPLを発現することを確認できた。また、ゲスト分子を変更するだけで紫色~橙色までの広範囲にわたる円偏光発光を有する円偏光発光組成物を得ることができた。
[実施例2]:ポリマーフィルムの作製
(1)自己配向性ホスト分子(N-カルボキシプロピオニル)-L-グルタミン酸ジドデシルアミド:G-COOH,(式(1-1)のX=(CH,Y=COOH,n=2,R=R=(CH11CH))の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 無水グルタル酸(和光純薬化学工業)(2.3g,20mmol)とジドデシル-L-グルタミン酸(4.8g,10mmol)をTHF(70ml)に溶かし、トリエチルアミン(3.0g,30mmol)を加え、常温で1日かき混ぜた。反応溶液を減圧留去し、残渣をエタノールに溶かし、再結晶し、白色粉末(G-COOH)(5.1g)を得た。
(2)ホスト-ゲスト複合体含有のポリマーフィルムの作製
 自己配向性ホスト分子としてG-COOHを、発光性ゲスト分子としてNK-77(日本感光色素)を使用し、以下の手順でポリマーフィルムを作製した。
 まず、ポリスチレン(ALDRICH、Polystyrene、#182427 average M ~280,000 by GPC)334mgをベンゼン4mLに加熱溶解させ、ポリスチレン溶液を作製した。
 G-COOH 11.91mgをポリスチレン溶液に加え、10分間、70℃に設定したホットプレート上で加熱したのちに、3分間、内部超音波を照射した。さらに、10分間、70℃に設定したホットプレート上で加熱し、G-COOHとポリスチレンとを含有する溶液を得た。
 次に、1mMのNK-77-エタノール溶液40mLを、G-COOHとポリスチレンとを含有する溶液に加えた。この溶液を3分間、70℃に設定したホットプレート上で加熱したのちに、氷浴で1時間冷却し、ホストーゲスト分散体(II)がベースポリマー中に分散した塗布液を得た
 1.2×2.6cmのガラスプレート上に塗布液を400μLキャストし、溶媒を乾燥させてポリマーフィルム(1)を得た。
[紫外可視(UV-vis)スペクトル及び円偏光二色性(CD)スペクトルの評価]
 ポリマーフィルム(1)について、紫外可視(UV-vis)スペクトル(JASCO V-560)及び円偏光二色性(CD)スペクトルの評価を行った。測定範囲は、400nm~700nmである。結果を図10及び図11に示す。
[蛍光スペクトルの評価]
 ポリマーフィルム(1)を室温で、発光スペクトル測定装置(JASCO CPL-200)を用いて蛍光スペクトルの評価を行った。励起波長は500nmであり、測定範囲は、540nm~700nmである。結果を図12に示す。
[円偏光発光スペクトルの評価]
 ポリマーフィルム(1)について、円偏光発光(CPL)スペクトル装置(JASCO CPL-200)を用いて円偏光発光スペクトルの評価を行った。ホルダーにポリマーフィルム(1)を入れ、室温で500nmの励起光を照射し、円偏光発光スペクトルを測定した。励起波長は500nmであり、測定範囲は、540nm~700nmである。結果を図13に示す。CPLの強度は、glum値において6×10-2であった。
 図13に示すように、ポリマーフィルム(1)にCPLが観察されたことから、フィルム中でG-COOHにNK-77が結合し、ホストーゲスト複合体(II)を形成していることが確認された。このように、ポリマー中で、自己配向性ホスト分子と発光性ゲスト分子とを混合するだけで、CPL特性を有するホスト-ゲスト複合体(II)を含有するポリマーフィルムを容易に製造することができる。
[参考例]
 本発明の円偏光発光組成物を構成する自己配向性ホスト分子になりうる分子の合成例を参考例として示す。
[参考例1]
 N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジブチルアミドブロマイド:(式(1-1)のX=(CH,Y=ピリジル基の4級化体,n=2,R=R=(CHCH)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 実施例1-1の自己配向性ホスト分子(G-Pyr+)の合成において、n-ドデシルアミンの代わりにn-ブチルアミンを用いた以外は同様にして、N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジブチルアミドブロマイドを得た。
[参考例2]
 N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジオクタデシルアミドブロマイド:(式(1-1)のX=(CH,Y=ピリジル基の4級化体,n=2,R=R=(CH17CH)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 実施例1-1の自己配向性ホスト分子(G-Pyr+)の合成において、n-ドデシルアミンの代わりにn-オクタデシルアミンを用いた以外は同様にして、N-(3-ピリジニウムプロピオニル)-L-グルタミン酸ジオクタデシルアミドブロマイドを得た。
[参考例3]
 N’,N’’-Didodecyl-Nα-[(3-amino)propanoyl]-L-aspartamide:A-NH,(式(1-1)のX=(CH,Y=NH,n=1,R=R=(CH11CH)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 (3-ベンジルオキシカルボニルアミノ)プロピオン酸(0.401g,1.80mmol)をTHF(40ml)に溶かし、水浴中でかき混ぜ、ジドデシル-L-アスパラギン酸(0.700g,1.50mmol)、トリエチルアミン(0.263mL,2.60mmol)、シアノリン酸ジエチル(0.406g,2.49mmol)を加え、1時間かき混ぜた後、常温で42時間かき混ぜた。反応溶液を減圧留去し、残渣をクロロホルムに溶かし、0.3N塩酸、水、5wt%炭酸水素ナトリウム水溶液、水を用いて2回ずつ洗浄し、減圧濃縮した。残渣をメタノールに溶かして冷蔵庫内で再結晶させ、白色粉末を得た。この粉末をTHF(200ml)に溶解させた後、パラジウム黒を1g加えた後、水素ガスを吹き込みながら加熱還流した。パラジウム黒をろ別した後、減圧濃縮し、残渣をメタノールから再結晶させ、減圧乾燥し、N’,N’’-Didodecyl-Nα-[(3-amino)propanoyl]-L-aspartamide(A-NH2)(0.419g)を得た。
[参考例4]
 Nαα,Nε-Didodecanoyl-N-(2-carboxy)ethyl-L-lysinamide:L-NH,(式(1-2)のX=(CH,Y=COOH,n=4,R=R=(CH10CH)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 ジドデシル-L-リシン(1.00g,1.96mmol)、β-アラニンベンジルエステル-p-トルエンスルホン酸塩(1.03g,2.94mmol)とトリエチルアミン(0.816g,8.06mmol)をTHF(100mL)に溶かし、0℃に冷却した後、かき混ぜながら、シアノリン酸ジエチル(0.546g,3.35mmol)を加え、1時間かき混ぜた後、常温で24時間かき混ぜた。反応溶液を減圧留去し、残渣をクロロホルムに溶かし、5wt%炭酸水素ナトリウム水溶液、水、0.3N塩酸、水を用いて2回ずつ洗浄し、減圧濃縮した。残渣をメタノールに溶かして冷蔵庫内で再結晶させ、析出した白色結晶をろ別し、減圧乾燥し、白色粉末を得た。得られた粉末をTHFに溶解させた後、パラジウム黒を加えた後、水素ガスを吹き込みながら加熱還流した。パラジウム黒をろ別した後、室温まで冷却し、析出した白色結晶をろ別し、残渣をメタノールに溶解させ、再結晶した後、析出した白色結晶をろ別し、減圧乾燥し、Nαα,Nε-Didodecanoyl-N-(2-carboxy)ethyl-L-lysinamide(L-NH)(0.74g)を得た。
 参考例1から参考例4の化合物は、いずれも繊維状の会合体を形成することから、2次キラリティを有する超分子配向体を形成することが確認された。
 本発明の円偏光発光組成物は、以下の利点を有する。
(1)発光性ゲスト分子にキラリティは必要としない。すなわち、合成化学的な制限が少ない。このメリットにより、アントラセンやピレンのような単純な蛍光体を活用することができる。
(2)2次キラリティに基づいて配向した自己配向性ホスト分子のホスト官能基に、発光性ゲスト分子が分子間相互作用により配向して固定化されることによって、キラリティが誘起される。
(3)すなわち、キラルな超分子配向体と発光性ゲスト分子を混ぜるだけで簡単に大きなglum値を実現できるだけでなく、蛍光体を選択することによってCPLの発光領域の選択や発光領域の広帯域化が可能となる。
 本発明の円偏光発光組成物は液晶ディスプレイ用の偏光光源や3次元ディスプレイへの応用、光記憶装置や光通信への応用、及びその低コスト化が期待されるため、工業的に有望である。

Claims (24)

  1.  ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、
     前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、
    から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、
     前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有することを特徴とする円偏光発光組成物。
  2.  前記発光性ゲスト分子が、非キラルな発光分子である請求項1に記載の円偏光発光組成物。
  3.  前記超分子配向体が、前記自己配向性ホスト分子が会合した二分子膜からなる超分子配向体である請求項1又は2に記載の円偏光発光組成物。
  4.  前記自己配向性ホスト分子が、下記式(1)で表される化合物である請求項1から3のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     (但し、式(1)中、
     R1及びR2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、炭素数2~30の炭化水素基を表し、
     X1及びX2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい2価の連結基を表し、
     X3は、2価の連結基を含む構造を表し、
     X4は、炭素数1~11のメチレン鎖、又は鎖中に芳香環を有する炭素数1~11のメチレン鎖を表し、
     Yは、前記ホスト官能基を表し、
     Zは、水素原子、又は炭素数1~3の炭化水素基を表し、
     *は不斉炭素を表す。)
  5.  前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)又は式(1-2)で表される化合物である請求項4に記載の円偏光発光組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

     (但し、式(1-1)又は式(1-2)中、
     R1及びR2は、式(1)と同義であり、
     nは、1~4の整数を表し、
     X5は、炭素数1~10のメチレン鎖、-NH-及び-O-からなる群から選択される1種以上を含む構造、又は単結合を表し、
     Yは、前記ホスト官能基を表し、
     *は不斉炭素を表す。)
  6.  前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)で表される化合物である請求項5に記載の円偏光発光組成物。
  7.  式(1-1)において、n=2である請求項6に記載の円偏光発光組成物。
  8.  R1及びR2が、同一の基であって、炭素数2~22の直鎖アルキル基である請求項4から7のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  9.  前記ホスト官能基が、ピリジル基及びその4級化体、イミダゾリル基及びその4級化体、キノリル基及びその4級化体、イソキノリル基及びその4級化体、アミノ基及びその4級化体、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基及びボロン酸基からなる群から選択される1種以上である請求項1から8のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  10.  前記ホスト官能基が、正電荷を有する基である請求項1から9のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  11.  前記ホスト官能基が、負電荷を有する基である請求項1から9のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  12.  前記発光性ゲスト分子が、負電荷を有する発光分子である請求項10に記載の円偏光発光組成物。
  13.  前記発光性ゲスト分子が、正電荷を有する発光分子である請求項11に記載の円偏光発光組成物。
  14.  前記発光性ゲスト分子が、芳香環あるいは複素環を有し、分子内に電荷分布を有する発光分子である請求項1から11のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  15.  前記発光性ゲスト分子が下記のいずれかである請求項1から11のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
  16.  前記ホスト-ゲスト複合体と液体分散媒とを含み、
     前記ホスト-ゲスト複合体が液体分散媒に分散した液状組成物である請求項1から15のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  17.  前記ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含み、
     前記ホスト-ゲスト複合体がベースポリマーに分散したポリマー組成物である請求項1から15のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  18.  前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体樹脂、ブチラール樹脂、ビニロン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルアクリレート)樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂、ポリエチレングリコールジメタクリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリアミド樹脂からなる群のうち少なくとも1種を含む請求項17に記載の円偏光発光組成物。
  19.  前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂及び/又はポリスチレン樹脂を含む請求項18に記載の円偏光発光組成物。
  20.  前記ベースポリマー100質量部に対する、前記円偏光発光組成物中の発光性ゲスト分子の割合が、0.0001質量部以上10質量部以下である請求項17から19のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
  21.  請求項16に記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
    工程(i):前記ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
    工程(ii):得られた前記超分子配向体を含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化する工程
  22.  請求項17から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
     工程(I-1):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースポリマーを含む溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
     工程(II-1):前記超分子配向体と前記ベースポリマーとを含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含有する塗布液を得る工程
     工程(III-1):前記塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に溶媒を乾燥させて、ポリマー組成物を得る工程
  23.  請求項17から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
     工程(I-2):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースモノマー中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
     工程(II-2):前記超分子配向体を含むベースモノマー中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体を形成する工程
     工程(III-2):前記ホスト-ゲスト複合体を含むベースモノマー中に熱重合開始剤あるいは光重合開始剤を加え、かき混ぜた後に、加熱あるいは光照射することでベースモノマーを重合することで、ポリマー組成物を得る工程
  24.  請求項1から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物に励起光を照射して、円偏光発光させることを特徴とする円偏光発光方法。
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