WO2019044739A1 - 蛍光体及びその利用 - Google Patents
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- C07D207/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
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- C07D207/444—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having two doubly-bound oxygen atoms directly attached in positions 2 and 5
- C07D207/456—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having two doubly-bound oxygen atoms directly attached in positions 2 and 5 with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to other ring carbon atoms
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- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
Definitions
- the present invention relates to novel phosphors and their use.
- Organic phosphors are used in a wide range of fields such as light wavelength conversion materials for solar cells, light emitting dyes for organic EL, dye lasers, bioimaging, etc., but as characteristics of organic phosphors, concentration quenching under high concentration conditions It is known to cause a significant decrease in brightness.
- the use in a dilute state in which the organic fluorescent substance is uniformly dispersed at a molecular level in a low molecular weight or high molecular weight host material or solvent has become a common means in the use of organic fluorescent substances.
- the conventional aggregation-induced luminescent molecule has a complex skeleton consisting of many aromatic rings like the aggregation-induced luminescent molecule described in Non-Patent Documents 1 and 2, and its synthesis is multistep synthesis Need.
- the present inventors have a relatively simple structure consisting of carbon, nitrogen, hydrogen and hydrogen, can control the emission color in the visible region, and aggregate.
- an organic luminescent material consisting of an aminomaleimide derivative that exhibits induced luminescence.
- the emission wavelength can be changed by the electronic state and the steric effect by changing the N-substituent on the imide side and the substituent on the amine side.
- the emission color can be precisely controlled in the visible region around 500 nm.
- the light wavelength conversion material for solar cells and the wavelength conversion sheet for agriculture and horticulture are assumed as a use of a condensation induction luminescence molecule (aggregation induction luminescence pigment). Particularly in the latter case, materials that convert ultraviolet light of sunlight into red light, which is effective light, are required to improve the breeding effect, but the aminomaleimide derivatives of Patent Documents 1 and 2 have a maximum emission wavelength of around 500 nm. Because of this, it was not suitable for such conversion material applications.
- the quantum yield of the 2,3-dithiomaleimide derivative of Non-Patent Document 3 is as high as 12%, and the quantum yield is improved to be applied and developed as a material for converting ultraviolet light into effective light. Molecular design for this purpose is required.
- the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is an organic phosphor having a relatively simple structure, capable of controlling emission color in the visible region, and exhibiting aggregation-induced emission. To realize.
- the present inventors unexpectedly increase the luminescence quantum yield of a maleimide compound by introducing a bulky functional group at the 4-position of maleimide through nitrogen in order to achieve the above object.
- the present invention has been completed.
- the present invention includes the subject matter described in the following section.
- Item 1 The fluorescent substance which consists of a maleimide-type compound represented by following General formula (1).
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group
- Ph is a phenyl group
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is shown.
- Item 2 The phosphor according to item 1, comprising a maleimide compound represented by the following general formula (2).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl Indicates an amino group.
- Item 3 The phosphor according to item 2, comprising a maleimide compound represented by the following general formula (3).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and represents a substituted or unsubstituted morpholino group or a substituted or unsubstituted piperidyl group.
- Item 4 The phosphor according to item 2, comprising a maleimide compound represented by the following general formula (4).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted morpholino group, or a substituted or unsubstituted piperidyl group
- R 2 is the same as R 1 .
- Item 5 The phosphor according to item 1, wherein C represents a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group.
- Item 6 An aggregation-induced light-emitting material comprising the phosphor according to any one of Items 1 to 5.
- Item 7. A light wavelength conversion material comprising the phosphor according to any one of Items 1 to 5.
- Item 8 An agricultural and horticultural sheet comprising the phosphor according to any one of items 1 to 5.
- Item 9 A composite material in which the phosphor according to any one of Items 1 to 5 is dispersed in a polymer matrix.
- Item 10 A maleimide compound represented by the following general formula (1) (with the exception of the compounds of the following formulas (7) and (8)).
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group
- Ph is a phenyl group
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is shown.
- Item 11 The maleimide compound according to Item 10, which is represented by the following Formula (2)
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkylamino group Indicates )
- Item 12. The compound according to item 10, wherein C represents a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group.
- the phosphor according to the present invention has the structure of the maleimide compound represented by any one of the general formulas (1) to (4), and thus has a relatively simple structure and can emit light of 550 to 800 nm.
- an organic phosphor that can be controlled in the red light region of 550 to 700 nm, and more particularly 600 to 700 nm, and exhibits aggregation-induced luminescence can be realized.
- the phosphor according to the present invention has a 2,3-dithiomaleimide derivative whose maximum emission wavelength shifts to red light and whose emission color is red light as compared with the structure having no substituent at the 4-position on maleimide.
- the quantum yield is significantly higher than that.
- FIG. 2 shows solid-state emission spectra of maleimides of Examples 1 to 3 of the present invention and Comparative Example 1. Photograph which confirmed solid luminescence of cast film. Emission spectrum of cast film.
- X to Y representing a numerical range means “X or more and Y or less”.
- a C atom in which the N atom (N position) of the 5-membered ring forming maleimide is at the 1 position and the C atom adjacent to the N atom is at the 2 position to form the maleimide shall be given in order clockwise (clockwise).
- the phosphor according to the present invention comprises a maleimide compound represented by the following general formula (1).
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group (Ph is a phenyl group) represented by Ph-NH-
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is shown.
- A has a phenyl group
- the crystallinity of the phosphor is good, and it is advantageous in that the crystal structure of the phosphor can be directly analyzed by X-ray structural analysis.
- the phenyl group of A may be substituted by one or more substituents. When the phenyl group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the phenyl group is not particularly limited as long as it is an optional substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group Amino group, carboxyl group, alkoxy group (in particular, methoxy group, ethoxy group).
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- Preferred examples of the phenyl group of A include phenyl, (o-, m-, p-) methylphenyl, (o-, m-, p-) ethylphenyl, (o-, m-, p-) propylphenyl, Examples include (o-, m-, p-) butylphenyl, (o-, m-, p-) pentylphenyl, (o-, m-, p-) hexylphenyl and the like.
- the alkyl group of A may be a linear, branched or cyclic alkyl group.
- linear alkyl include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, icosyl and the like It can be mentioned.
- Examples of branched alkyl are isopropyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, isopentyl, isohexyl, isoheptyl, isooctyl, isononyl, isodecyl, isoundecyl, isododecyl, isotridecyl, isotetradecyl, isopentadecyl, isohexadecyl , Isoheptadecyl, isooctadecyl, isononadecyl, isoicosyl and the like.
- Examples of cyclic alkyl include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and the like.
- the number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited as long as it has the function of a phosphor, but is usually 1 to 20 (especially 1 to 20 in the case of straight chain, 3 to 20 in the case of branched or cyclic), more preferably It is 3 to 20, still more preferably 5 to 16, and most preferably 6 to 10.
- carbon number of an alkyl group points out the sum total of carbon number also including carbon number in a substituent.
- the alkyl group may be substituted by one or more substituents, and when the alkyl group has a substituent, usually 1 to 3, more preferably 1 or 2 substituents, particularly preferably 1 It is substituted by the substituent of The substituent may be attached to any position of the alkyl group.
- the substituent of the alkyl group is not particularly limited as long as it is an optional substituent that does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and a halogen atom. .
- an alkyl group a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group can be mentioned, for example.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- B When B is a morpholino group, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the 6-membered ring of the morpholino group.
- B When B is a piperidyl group, it bonds to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the six-membered ring of the piperidyl group.
- B is a dialkylamino group, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom in the dialkylamino group.
- the morpholino group of B may be substituted by one or more substituents.
- the morpholino group When the morpholino group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2 substituents, particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the morpholino group is not particularly limited as long as it is an optional substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group.
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- the piperidyl group of B may be substituted with one or more substituents.
- the piperidyl group When the piperidyl group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the piperidyl group is not particularly limited as long as it is an arbitrary substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group.
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- the carbon number of each alkyl group of the dialkylamino group of B is 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5.
- a dialkylamino group a dimethylamino group and a diethylamino group are mentioned, for example.
- the dialkylamino group of B may be substituted by one or more substituents.
- the hydrogen of one or both of the two alkyl groups of the dialkylamino group is substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2 substituents, particularly preferably 1 substituent.
- the dialkylamino group is not particularly limited as long as it is an optional substituent that does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group and an alkoxy group (in particular Is a methoxy group or an ethoxy group).
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- R 3 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 3 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 4 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 5 and R 6 which may be the same or different, are alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms. Each of R 5 and R 6 is preferably a methyl group or an ethyl group.
- C When C is Ph-NH-, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of Ph-NH-.
- C When C is a morpholino group, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the 6-membered ring of the morpholino group.
- C When C is a piperidyl group, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the six-membered ring of the piperidyl group.
- C When C is a dialkylamino group, it is bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom in the dialkylamino group.
- C is Ph—NH—
- the phenyl group of Ph-NH- may be substituted by one or more substituents.
- the phenyl group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the phenyl group is not particularly limited as long as it is an optional substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group Amino group, carboxyl group, alkoxy group (in particular, methoxy group, ethoxy group).
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- Preferred examples of the phenyl group of Ph-NH- of C include phenyl, (o-, m-, p-) methylphenyl, (o-, m-, p-) ethylphenyl, (o-, m-, p —) Propylphenyl, (o-, m-, p-) butylphenyl, (o-, m-, p-) pentylphenyl, (o-, m-, p-) hexylphenyl and the like.
- the morpholino group of C may be substituted by one or more substituents.
- the morpholino group When the morpholino group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2 substituents, particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the morpholino group is not particularly limited as long as it is an optional substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group.
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- the piperidyl group of C may be substituted by one or more substituents.
- the piperidyl group When the piperidyl group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the piperidyl group is not particularly limited as long as it is an arbitrary substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group.
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- the carbon number of each alkyl group of the C dialkylamino group is 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5.
- a dialkylamino group a dimethylamino group and a diethylamino group are mentioned, for example.
- the dialkylamino group of C may be substituted by one or more substituents.
- the hydrogen of one or both of the two alkyl groups of the dialkylamino group is substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2 substituents, particularly preferably 1 substituent.
- the dialkylamino group is not particularly limited as long as it is an optional substituent that does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group and an alkoxy group (in particular Is a methoxy group or an ethoxy group).
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- the crystallinity of the phosphor is improved, and it is advantageous in that the crystal structure of the phosphor can be directly analyzed by X-ray structural analysis.
- the phenyl group of C may be substituted by one or more substituents. When the phenyl group has a substituent, it is usually substituted by 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 substituent.
- the substituent of the phenyl group is not particularly limited as long as it is an optional substituent which does not impair the action of the maleimide compound of the present invention as a phosphor, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom and a nitro group Amino group, carboxyl group, alkoxy group (in particular, methoxy group, ethoxy group).
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group.
- the halogen atom may be any halogen atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
- Preferred examples of the phenyl group of Ph-NH- of C include phenyl, (o-, m-, p-) methylphenyl, (o-, m-, p-) ethylphenyl, (o-, m-, p —) Propylphenyl, (o-, m-, p-) butylphenyl, (o-, m-, p-) pentylphenyl, (o-, m-, p-) hexylphenyl and the like.
- each C morpholino group, piperidyl group or dialkylamino group is
- R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 7 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 8 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 8 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 9 and R 10 are the same or different alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms. Each of R 9 and R 10 is preferably a methyl group or an ethyl group.
- functional groups A, B and C are such that A is a substituted or unsubstituted phenyl group, B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or substituted Unsubstituted dialkylamino group, C is Ph-NH-, A is substituted or unsubstituted phenyl group, B and C are the same, and all are substituted or unsubstituted morpholino group, substituted or unsubstituted It is preferable that it is a piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group.
- the phosphor of the present invention comprises a maleimide compound represented by the above general formula (2).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B represents a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group
- maleimide through the nitrogen atom of the morpholino group, the piperidyl group or the dialkylamino group Bond to the 4-position carbon of the 5-membered ring of
- alkyl group having 1 to 6 carbon atoms for R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group and an isobutyl group.
- the halogen atom may be F, Cl, Br or I.
- R 1 is bonded to any position of ortho (o-), meta (m-) and para (p-) with respect to the amino group in which the substituent is bonded to the C atom at position 3 of maleimide It is also good.
- the phosphor of the present invention comprises a maleimide compound represented by the above general formula (2),
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group, or a substituted or unsubstituted linear, branched or cyclic alkyl group
- B is
- R 3 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 3 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amino group, a carboxyl group or an alkoxy group (in particular, a methoxy group or an ethoxy group).
- R 4 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- R 5 and R 6 which may be the same or different, are alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms. Each of R 5 and R 6 is preferably a methyl group or an ethyl group.
- the phosphor of the present invention comprises a maleimide compound represented by the general formula (3).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B represents a substituted or unsubstituted morpholino group or a substituted or unsubstituted piperidyl group, and is bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the morpholino group or the piperidyl group.
- R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group
- A is preferably a phenyl group, a p-toluyl group or a cyclohexyl group
- B is a morpholino group or a piperidyl group.
- the phosphor of the present invention consists of a maleimide compound represented by the following general formula (4).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- B represents a substituted or unsubstituted morpholino group or a substituted or unsubstituted piperidyl group, which is bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via the nitrogen atom of the morpholino group or the piperidyl group
- R 2 is the same as R 1 .
- R 1 and R 2 are a hydrogen atom, a methyl group or a halogen atom (F, Cl, Br or I).
- the present invention includes a maleimide compound represented by the following general formula (1).
- a maleimide compound represented by the following general formula (1) represented by the following general formula (1).
- the compounds of the following formulas (7) and (8) described in Zeitschrift für Chemie, Volume 17, Issue 6, 1977, Pages 215-216 are excluded.
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group (Ph is a phenyl group) represented by Ph-NH-
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is
- Preferred maleimide-based compound structures preferred A, B, C and combinations thereof are as described above for the phosphor of the present invention.
- the maleimide-based compound represented by the general formula (1) is a maleimide-based compound represented by the general formula (2).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkylamino group
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-sub
- Preferred maleimide-based compound structures preferred R 1 , A, B, and combinations thereof are as described above for the phosphors of the present invention.
- C represents a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group. Show. In this case, it is preferable that B and C be the same in terms of simplification of the synthesis process.
- the phosphor according to the present invention is a phosphor that does not emit light in a solution, but has so-called aggregation-induced luminescence, in which light emission is significantly increased in a liquid state or solid state in which a molecular aggregation state occurs.
- the phosphor according to the present invention emits light with near-ultraviolet excitation light when the non-solvent or poor solvent of the phosphor according to the present invention is added to the solution to precipitate and aggregate the phosphor according to the present invention It was confirmed to do.
- the proportion of the nonsolvent or poor solvent to be added is increased, and as the amount of aggregation is increased, the emission intensity is increased.
- the phosphor according to the present invention emits light in a solid state, the maximum emission wavelength is 550 nm to 700 nm, and the wavelength of excitation light is 315 nm to 500 nm.
- the reason why the phosphor according to the present invention emits light with red light in a solid state of aggregation is considered to be an increase in the conjugated system due to the nitrogen atom bonding to the carbon atom at position 4 of (i) maleimide.
- ⁇ -stacking is suppressed by the twisting of (ii) the maleimide ring and the N-substituent of maleimide.
- the reason why the light emission is significantly increased in the solid aggregation state as compared with the 2,3-dithiomaleimide derivative that emits red light is (iii) bulky functional group B on the 4-position carbon atom of maleimide And a substituted or unsubstituted phenylamino group, a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino bonded to the C atom at position 3 of maleimide.
- the inventors attached the B group to the carbon atom at position 4 of the maleimide via the nitrogen atom of the B group so that the light emission of the phosphor according to the present invention becomes It emitted red light in the solid state and found that the quantum yield was unexpectedly increased.
- the phosphor according to the present invention can increase the conjugation system by bonding the B group to the carbon atom at the 4-position of maleimide via the nitrogen atom of the B group, and the C atom at the 3-position of maleimide.
- Conventional maleimide-based phosphors by free rotation of the substituted or unsubstituted phenylamino group to be bound, substituted or unsubstituted morpholino group, substituted or unsubstituted piperidyl group, or substituted or unsubstituted dialkylamino group and its suppression
- the aggregation emits red light and the light emission is significantly increased.
- the maleimide compound represented by the general formula (1) can be produced by the method described in JP-A-2013-163767.
- A is an alkyl group
- the maleimide compound represented by the general formula (1) can be produced by the method described in JP-A-2015-30820.
- a maleimide compound represented by the general formula (1) is produced by adding a morpholino group, a piperidyl group, or a dialkylamino group to the 4-position of the maleimide of the compound represented by the formula (15). Can.
- A is a substituted or unsubstituted phenyl group
- C is a substituted or unsubstituted phenylamino group represented by Ph-NH-
- the structure of the phenyl group of A is the same as that of the C phenyl group (Ie, when the maleimide-based compound represented by the general formula (1) is a maleimide-based compound represented by the general formula (4)), dichloromaleic anhydride (16
- R 1 -Ph-NH 2 By adding R 1 -Ph-NH 2 to the product (17), and further adding morpholine, piperidine or dialkylamine to obtain a maleimide compound (18) represented by the general formula (1) Can be manufactured.
- the reaction time of Step 1 is preferably 10 to 30 hours, and the reaction temperature is preferably 100 to 150 ° C.
- the reaction solvent organic solvents such as toluene, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be used. It is preferable that the amount of R 1 -Ph-NH 2 be 2 equivalents or more, and 2 to 3 equivalents, with respect to 1 equivalent of dichloromaleic anhydride (16).
- the reaction time of Step 2 is preferably 30 to 50 hours, and the reaction temperature is preferably 50 to 100 ° C.
- an organic solvent such as tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxy and the like can be used.
- morpholine, piperidine or dialkylamine is used in an amount of 3 to 5 equivalents per equivalent of the compound (17).
- a maleimide compound represented by the general formula (1) can be produced by adding a dialkylamino group.
- A is a cycloalkyl group
- B is a morpholino group
- C is a phenylamino group
- dichloromaleic anhydride (16) is added to a toluene solution of cyclohexylamine as shown in Reaction Scheme 3 below.
- N-cyclohexyl-2,3-dichloromaleimide (19) is further added to a toluene solution of R 1 -Ph-NH 2 and refluxed to obtain N-cyclohexyl-3-p-toluidino.
- a 4-chloromaleimide (20) is produced, and this is added to morpholine and refluxed to produce N-cyclohexyl-3-p-toluidino-4-morpholinomaleimide (21) contained in the formula (1). be able to.
- the equivalent weight of each compound in the first step, the second step, and the third step can be appropriately controlled.
- the reaction time of Step 1 is preferably 10 to 30 hours, more preferably 15 to 24 hours.
- the reaction temperature is preferably 100 to 150 ° C.
- organic solvents such as toluene, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be used.
- the amount of cyclohexylamine is preferably 1 to 1.2 equivalents per equivalent of dichloromaleic anhydride (16).
- the reaction time of step 2 is preferably 10 to 30.
- the reaction temperature is preferably 100 to 150 ° C.
- organic solvents such as toluene, toluene, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be used. It is preferable to make R 1 -Ph-NH 2 1 to 1.2 equivalents relative to 1 equivalent of the compound (19).
- the reaction time of step 3 is preferably 10 to 20.
- the reaction temperature is preferably 100 to 150 ° C. It is preferable to use 10 equivalents or more of morpholine as a solvent with respect to 1 equivalent of the compound (20).
- R 1 -Ph-NH 2 is added to dichloromaleic anhydride (16) as shown in the following reaction scheme 4
- the maleimide compound (23) represented by the general formula (1) can be produced by adding the morpholine, piperidine or dialkylamine to the product (22).
- the reaction time of step 1 is preferably 3 to 10 hours.
- the reaction temperature is preferably 100 to 150 ° C.
- organic solvents such as toluene, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be used. It is preferable to set R 1 -Ph-NH 2 to 1 to 1.2 equivalents relative to 1 equivalent of dichloromaleic anhydride (16).
- the reaction time of step 2 is preferably 50 to 100 hours.
- the reaction temperature is preferably 50 to 100 ° C.
- organic solvents such as toluene, tetrahydrofuran, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be used.
- morpholine, piperidine or dialkylamine is used in an amount of 5 to 20 equivalents per equivalent of the compound (22).
- the phosphor of the present invention may be used as it is, but may be used as a composition in which the phosphor is dispersed in a polymer matrix, that is, as a composite material.
- the content of the phosphor is not particularly limited, for example, the mass ratio of the phosphor and the polymer matrix can be 1:99 to 99: 1.
- the composition can be formed into a film, a pellet, a sheet, a molded article such as a tube, a fiber, a woven fabric, a non-woven fabric and the like.
- the phosphor of the present invention can be dispersed in a polymer matrix such as a synthetic resin or rubber, and formed into a film, a pellet, a sheet, a tube, a powder, various molded articles.
- the film has a thickness of less than 0.2 mm
- the sheet has a thickness of 0.2 mm or more.
- the phosphor or composition of the present invention may be combined with natural fibers or synthetic fibers, or inorganic fibers of glass fibers to form a composite, which may be formed into fibers, woven fabrics, non-woven fabrics and the like.
- the phosphor of the present invention is dissolved in a solvent, and this is dispersed in a polymer matrix such as synthetic resin or rubber to prepare a liquid composition, and the liquid composition is applied to a substrate After coating, the method etc. which form a film by evaporating a solvent are mentioned.
- Films include cast films, also referred to as unstretched films, which refer to thin film-like moldings made on a substrate without stretching the film with force.
- the film can also be produced by known coating methods such as spin coating, dip coating, spray coating and the like. There are no particular limitations on the method of producing the pellets, sheets, tubes, powders, and various molded articles, and any of conventionally known methods can be employed.
- the specific phosphor according to the present invention has a quantum yield of 23% by replacing the 4-position of maleimide with a tertiary amine with a functional group such as morpholino. Succeeded in dramatically improving. Conventional methods for emitting red light include aromatic ring expansion and a combination of donor and acceptor units, in which case there is a trade-off relationship with improving the quantum yield. On the other hand, it is possible to achieve the expansion of the conjugated system by the new concept of replacing the aminomaleimide derivative with the element nitrogen, and simultaneously achieve the suppression of free rotation of molecules and the suppression of intermolecular stacking simultaneously by the introduction of morpholine skeleton. It became.
- the phosphor according to the present invention is a phosphor having so-called aggregation-induced luminescence which does not emit light in a solution, but in which light emission significantly increases in a liquid state or solid state where molecular aggregation occurs. Therefore, use under high concentration conditions is possible. Therefore, it can use suitably for the sensor etc. which used the difference of the luminescence behavior in a solution and an aggregation state.
- the substituent of a substituted or unsubstituted phenylamino group bonded to the C atom at position 3 of maleimide, the substituent A bonded to the position of the N atom of maleimide, and 4 of maleimide By changing the type with the substituent B at the position, it is possible to finely adjust the emission wavelength and emit light of different colors.
- the phosphor according to the present invention and the composite material containing the same are suitably used in a wide range of fields such as light wavelength conversion materials for solar cells, light emitting elements for organic EL, dye lasers, bioimaging and agricultural and horticultural materials. Can.
- the phosphor according to the present invention can be suitably used for the following applications.
- ⁇ Agglomeration-induced luminescent material> The phosphor according to the present invention can be suitably used as an aggregation inducing luminescent material.
- Such aggregation-induced light emitting material contains at least the phosphor of the present invention, and further includes, for example, a solvent, a nonsolvent, a poor solvent, a polymer compound, and a combination thereof of the phosphor of the present invention.
- the phosphor according to the present invention can be suitably used as a light wavelength conversion material.
- a silicon crystal-based solar cell about 56% of solar energy is caused by this spectral mismatch, because light of a shorter wavelength than 400 nm and light of a longer wavelength than 1200 nm are not effectively used.
- Does not contribute to a wavelength range that can contribute to power generation by wavelength converting light in the ultraviolet region or infrared region that does not contribute to power generation in the solar light spectrum using the light wavelength conversion material for solar cells
- a method of providing a layer for emitting light of the following type on the light receiving surface side of the solar cell There has been proposed a method of providing a layer for emitting light of the following type on the light receiving surface side of the solar cell.
- the phosphor according to the present invention emits light strongly by effective light (600 to 700 nm) of sunlight, and thus can be suitably used as a light wavelength conversion material for solar cells.
- the phosphor according to the present invention has good dispersibility, so that wavelength conversion can be performed in the aggregated state in which concentration quenching is suppressed, and sunlight can be used efficiently and stably.
- the light wavelength conversion material may also be a polymer film, a polymer sheet or a polymer molded product containing the phosphor according to the present invention, or the phosphor according to the present invention, a film, a sheet or a molded product. It may be a film forming composition or a molding composition containing a polymer compound to be formed.
- the phosphor according to the present invention can be used as a light wavelength conversion material for signs, display boards, safety goods, etc., which utilizes the characteristic that light is emitted even under adverse weather conditions by converting invisible ultraviolet light into visible light emission. It can be suitably used as
- the phosphor according to the present invention is, for example, an agricultural and horticultural sheet (agricultural sheet and horticultural product) for the purpose of converting the light of a wavelength not used for photosynthesis of plants into an absorption wavelength range necessary for photosynthesis to promote plant growth. It can be suitably used as a light wavelength conversion material in wavelength conversion coating materials for agriculture and horticulture such as sheets).
- the agricultural and horticultural sheet comprises, for example, a substrate and the phosphor of the present invention contained in the substrate. Examples of the substrate include synthetic resins including thermoplastic resins and thermosetting resins, elastomers, rubbers, metals and the like.
- the fluorescent substance according to the present invention can be used as a pH stimulus responsive material since it emits light or is quenched by the surrounding pH in the aggregated state.
- the pH stimulus responsive material contains at least the phosphor according to the present invention, and may further contain a solvent such as a solvent, a nonsolvent, an antisolvent, and the like.
- the stimulus response for metal sensor It can be used as a material.
- the phosphor according to the present invention can be used as a stimulus-responsive material for a pressure sensor because the crystal is distorted and the wavelength of light emission is changed by applying pressure.
- a phosphor comprising a maleimide compound represented by the following general formula (1).
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group
- Ph is a phenyl group
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is shown.
- A is a substituted or unsubstituted phenyl group
- B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group
- C is a substituted
- the phosphor according to [1] which is an unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl Indicates an amino group.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and represents a substituted or unsubstituted morpholino group or a substituted or unsubstituted piperidyl group.
- A is a substituted or unsubstituted phenyl group and B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group, or A is substituted Or a non-substituted alkyl group, wherein B is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkylamino group [5] or [6] .
- A is a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group Phosphor.
- the phosphor according to [6] which comprises a maleimide compound represented by the following general formula (4).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted morpholino group, or a substituted or unsubstituted piperidyl group
- R 2 is the same as R 1 .
- the composite material according to [15] which is a film.
- a maleimide compound represented by the following general formula (1) (with the exception of the compounds of the following formulas (7) and (8)).
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkyl
- C is a functional group bonded to the 3-position carbon of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted phenylamino group
- Ph is a phenyl group
- a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group is shown.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted alkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, which is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkylamino group Indicates
- the maleimide compound described in [17] or [20] which is represented by the following general formula (3).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- A represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and represents a substituted or unsubstituted morpholino group or a substituted or unsubstituted piperidyl group.
- A is a substituted or unsubstituted phenyl group and B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group, or A is substituted Or a non-substituted alkyl group, wherein B is a substituted or non-substituted morpholino group, a substituted or non-substituted piperidyl group, or a substituted or non-substituted dialkylamino group [20] or [21].
- A is a substituted or unsubstituted cycloalkyl group
- B is a substituted or unsubstituted morpholino group, a substituted or unsubstituted piperidyl group, or a substituted or unsubstituted dialkylamino group Compounds.
- the maleimide compound described in [21] which is represented by the following general formula (4).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom
- B is a functional group bonded to the 4-position of the 5-membered ring of maleimide via a nitrogen atom, and is a substituted or unsubstituted morpholino group, or a substituted or unsubstituted piperidyl group
- R 2 is the same as R 1 .
- the emission spectrum of the solid state was measured using a spectrophotometer (FP-8500, JASCO Corporation).
- Example 1 Preparation of 4-morpholino-3-toluidino-NP-toluylmaleimide Under air, dichloromaleic anhydride (1) (0.784 g, 4.70 mmol) was added with p-toluidine (1.00 g, 9.37 mmol), dissolved in toluene (20 mL), and heated to reflux at 120 ° C. for 24 hours. After the reaction, the solvent was evaporated under reduced pressure, and the residue was washed with methanol to obtain 3-p-toluidino-4-chloro-NP-toluylmaleimide (2) in a yield of 73%.
- Triethylamine (58.7 mg, 0.580 mmol) and morpholine (0.146 g, 1.67 mmol) were added to a THF solution (5 ml) of 3-p-toluidino-4-chloro-NP-toluylmaleimide (2) (0.1645 g, 0.503 mmol)
- the mixture was heated to reflux at 70 ° C. for 48 hours. After the reaction, the solvent was evaporated under reduced pressure, and the residue was partitioned between dichloromethane and water. After magnesium sulfate was added to the organic layer and filtration was performed, the solvent was evaporated under reduced pressure.
- reaction scheme 5 The reaction scheme (reaction scheme 5) is shown below.
- reaction scheme 6 The reaction scheme (reaction scheme 6) is shown below.
- Triethylamine (0.263 g, 2.60 mmol) and morpholine (1.04 g, 11.9 mmol) are added to a THF solution (15 mL) of 2,3-dichloro-NP-toluylmaleimide (0.302 g, 1.18 mmol) and heated to reflux at 70 ° C. It took 63 hours. After the reaction, the solvent was evaporated under reduced pressure, and the residue was partitioned between dichloromethane and water. After magnesium sulfate was added to the organic layer and filtration was performed, the solvent was evaporated under reduced pressure.
- Example 4 Light emission in the solid state
- the solid sample of aminomaleimide obtained in Example 1 was irradiated with ultraviolet light (315 nm to 400 nm, wavelength with the highest lamp intensity: 352 nm) using a black light blue lamp, and both before and after irradiation were solid. It showed light emission in the state (Fig. 7A, B).
- the solid sample of aminomaleimide obtained in Examples 2 and 3 was similarly irradiated with ultraviolet light, luminescence was shown in the solid state after irradiation (not shown).
- a black light blue lamp an ultraviolet ray box standard type strong type (manufactured by Mutual Science Chemical Glass Co., Ltd.) was used as a black light blue lamp.
- FIG. 8 shows the results of measurement of solid-state emission spectra of the aminomaleimides ((3), (5) and (7)) obtained in Examples 1 to 3.
- the maximum emission wavelength of 3-toluidino-NP-toluylmaleimide (8) which is an aminomaleimide having no morpholino group and measured under the same conditions, was 527 nm.
- the results of measuring the solid-state emission spectrum of the aminomaleimide of Comparative Example 1 are also shown in FIG.
- Example 5 Quantum Yield of the Maleimide Compound of the Present Invention
- the quantum yield of the aminomaleimide obtained in Example 1 was measured by an absolute quantum yield measurement system (ILFC-8475, JASCO Corporation) and found to be 23%.
- the quantum yield of the aminomaleimide of Comparative Example 1 was 7%.
- the quantum yield of the aminomaleimide obtained in Example 2 and Example 3 was measured by an absolute quantum yield measurement system (ILFC-8475, JASCO Corporation) and found to be 17% and 10%, respectively.
- Example 6 X-ray structural analysis of maleimide compound of the present invention
- the crystal structures of the aminomaleimides obtained in Examples 1 to 3 were investigated by DFT calculation and single crystal X-ray structural analysis, and it was found that in addition to the fact that the conjugated system is expanded by the 3- and 4-position substituents, Molecular aggregation in a conformation that avoids intermolecular ⁇ - ⁇ interaction in the state, and intermolecular interaction due to hydrogen bonding were confirmed (data not shown).
- Example 7 Preparation of Cast Film 5.5 mg of 4-morpholino-3-toluidino-NP-toluylmaleimide obtained in Example 1 was added to and dissolved in 3.5 mL of chloroform. Further, 103.4 mg of polymethyl methacrylate (PMMA) was added to the mixture and the mixture was stirred to adjust the concentration of the maleimide compound to 5% by weight. The mixture was cast on a silicon wafer substrate, allowed to stand at room temperature for 1 hour to form a film, and the cast film was scraped from the substrate.
- PMMA polymethyl methacrylate
- the phosphor according to the present invention has a relatively simple structure consisting of carbon, nitrogen, oxygen and hydrogen, but depending on the type of substituent, the emission color is 550 to 800 nm, particularly sunlight, depending on the electronic effect or steric effect It can be precisely controlled in the range of 600 nm to 700 nm, which is effective light, and exhibits aggregation-induced luminescence. Therefore, it can be suitably used in a wide range of fields such as light wavelength conversion materials for solar cells, light emitting elements for organic EL, dye lasers, bioimaging, and materials for agriculture and horticulture.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体。(式中、R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
Description
本発明は、新規な蛍光体及びその利用に関する。
有機蛍光体が、太陽電池用光波長変換材、有機EL用発光色素、色素レーザー、バイオイメージングなど幅広い分野で利用されているが、有機蛍光体の特性として、高濃度条件下での濃度消光による大幅な輝度低下を引き起こすことが知られている。これらの問題を回避するために、有機蛍光体を低分子又は高分子のホスト材料や溶剤へ分子レベルで均一分散させた希薄状態での利用が有機蛍光体の利用における常套手段となっている。
これに対して、従来の有機蛍光体とは逆に、凝集すると発光が著しく増大する、いわゆる凝集誘起発光性分子が見出され、これまでの有機蛍光体の問題点を克服するとともに、医療分野や工業分野などでの有機蛍光体の新たな応用を実現させることが期待されている(特許文献1,2、非特許文献1,2参照)。
ところで、従来の凝集誘起発光性分子は、非特許文献1、2に記載された凝集誘起発光性分子のように多くの芳香環からなる複雑な骨格をしており、その合成には多段階合成を必要とする。
そこで、本発明者らは以前に特許文献1,2に示すように、炭素、窒素、水素及び水素からなる比較的単純な構造を有し、発光色を可視領域で制御可能であり、かつ凝集誘起発光性を示すアミノマレイミド誘導体からなる有機発光体を開発した。これらのアミノマレイミド誘導体では、イミド側のN-置換基とアミン側の置換基を変更することで電子状態と立体効果によって発光波長を変更することができる。これにより、発光色を500nm付近の可視領域で精密制御可能となる。
また、非特許文献3のマレイミドの2位と3位にイオウを介して芳香環を導入した2,3-ジチオマレイミド誘導体では、赤色光に変換する材料が得られている。
Chem.Commun.,2010,46,9013-9015
Chem.Commun.,2011,47,11273-11275
Chem.Eur. J., 2015, 21, 12105-12111
凝集誘起発光性分子(凝集誘起発光性色素)の用途として、太陽電池用光波長変換材や農園芸用波長変換シートが想定される。特に後者においては育苗効果向上のため、太陽光の紫外光を有効光である赤色光に変換する材料が求められているが、特許文献1,2のアミノマレイミド誘導体は最大発光波長が500nm付近にあるため、このような変換材の用途には適していなかった。
また、非特許文献3の2,3-ジチオマレイミド誘導体では、その量子収率は高くて12%であり、紫外光を有効光に変換させる材料として応用展開させるためには量子収率を向上させるための分子設計が求められている。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的単純な構造で、発光色を可視領域で制御可能であり、且つ、凝集誘起発光性を示す有機蛍光体を実現することにある。
本発明者らは、上記の目的を達成すべく、マレイミドの4位に窒素を介して嵩高い官能基を導入することにより、マレイミド系化合物の発光量子収率が期せずして増大することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下の項に記載の主題を包含する。
項1.下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体。
(式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
項2.下記一般式(2)で表されるマレイミド系化合物からなる項1に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
項3.下記一般式(3)で表されるマレイミド系化合物からなる項2に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
項4.下記一般式(4)で表されるマレイミド系化合物からなる項2に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
項5.Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す、項1に記載の蛍光体。
項6.項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む凝集誘起発光性材料。
項7.項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む光波長変換材。
項8.項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む農園芸用シート。
項9.項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体をポリマーマトリックスに分散させた複合材料。
項10.下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(ただし、下記の式(7)及び式(8)の化合物である場合を除く)。
(式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
項11.下記一般式(2)で表される項10に記載のマレイミド系化合物。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
項12.Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す、項10に記載の化合物。
本発明に係る蛍光体は、以上のように、一般式(1)~(4)で表されるマレイミド系化合物の構造を備えているので、比較的単純な構造で、発光色を550~800nm、特には550~700nm、より特には600~700nmの赤色光の領域で制御可能であり、且つ、凝集誘起発光性を示す有機蛍光体を実現することができる。また、本発明に係る蛍光体は、マレイミド上の4位に置換基を有しない構造と比べて最大発光波長が赤色光に移動し、発光色が赤色光である2,3-ジチオマレイミド誘導体と比べて量子収率が顕著に高い。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変形を加えた態様で実施できるものである。また、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「X~Y」は、「X以上、Y以下」を意味する。
また、本明細書において、本明細書においては、マレイミドを形成する5員環のN原子(N位)を1位とし、当該N原子に隣接するC原子を2位としてマレイミドを形成するC原子に時計回り(右回り)に順に番号をふるものとする。
(I)本発明に係る蛍光体
本発明に係る蛍光体は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる。
本発明に係る蛍光体は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる。
式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
Aがフェニル基を有すると、蛍光体の結晶性が良好となり、X線構造解析で直接蛍光体の結晶構造を分析できる点で有利である。Aのフェニル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。フェニル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
フェニル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
好ましいAのフェニル基の例としてはフェニル、(o-,m-,p-)メチルフェニル、(o-,m-,p-)エチルフェニル、(o-,m-,p-)プロピルフェニル、(o-,m-,p-)ブチルフェニル、(o-,m-,p-)ペンチルフェニル、(o-,m-,p-)ヘキシルフェニルなどが挙げられる。
Aのアルキル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のアルキル基であってよい。直鎖のアルキルの例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、イコシルなどが挙げられる。分岐鎖のアルキルの例としては、イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、イソペンチル、イソヘキシル、イソヘプチル、イソオクチル、イソノニル、イソデシル、イソウンデシル、イソドデシル、イソトリデシル、イソテトラデシル、イソペンタデシル、イソヘキサデシル、イソヘプタデシル、イソオクタデシル、イソノナデシル、イソイコシルなどが挙げられる。環状のアルキルの例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルなどが挙げられる。
アルキル基の炭素数は蛍光体の作用を有する限り特には限定されないが通常1~20個(特には直鎖の場合1~20個、分岐鎖又は環状の場合3~20個)、より好ましくは3~20個、さらにより好ましくは5~16個、最も好ましくは6~10個である。なお、アルキル基が置換されている場合、アルキル基の炭素数とは置換基中の炭素数も含む炭素数の合計を指す。
アルキル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよく、アルキル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。置換基はアルキル基のいずれの位置に結合してもよい。
アルキル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子が挙げられる。かかるアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Bがモルホリノ基である場合、モルホリノ基の六員環の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。Bがピペリジル基の場合、ピペリジル基の六員環の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。Bがジアルキルアミノ基の場合、該ジアルキルアミノ基中の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。
Bのモルホリノ基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。モルホリノ基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
モルホリノ基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Bのピペリジル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。ピペリジル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
ピペリジル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Bのジアルキルアミノ基の各アルキル基の炭素数は1~20、好ましくは1~10、より好ましくは1~5である。ジアルキルアミノ基としては、例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基が挙げられる。
Bのジアルキルアミノ基は1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。好ましくは、ジアルキルアミノ基の2つのアルキル基の一方又は両方の水素が1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。ジアルキルアミノ基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Bは、好ましくは
である。
R3は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R3は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R4は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R4は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R5及びR6は同じであっても異なっていても炭素数1~20のアルキル基である。R5及びR6は好ましくはいずれもメチル基又はエチル基である。
CがPh-NH-である場合、Ph-NH-の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。Cがモルホリノ基である場合、モルホリノ基の六員環の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。Cがピペリジル基の場合、ピペリジル基の六員環の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。Cがジアルキルアミノ基の場合、該ジアルキルアミノ基中の窒素原子を介してマレイミドの5員環の3位の炭素に結合する。
CがPh-NH-である場合、蛍光体の結晶性が良好となり、X線構造解析で直接蛍光体の結晶構造を分析できる点で有利である。Ph-NH-のフェニル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。フェニル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
フェニル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
CのPh-NH-のフェニル基の好ましい例としてはフェニル、(o-,m-,p-)メチルフェニル、(o-,m-,p-)エチルフェニル、(o-,m-,p-)プロピルフェニル、(o-,m-,p-)ブチルフェニル、(o-,m-,p-)ペンチルフェニル、(o-,m-,p-)ヘキシルフェニルなどが挙げられる。
Cのモルホリノ基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。モルホリノ基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
モルホリノ基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Cのピペリジル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。ピペリジル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
ピペリジル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Cのジアルキルアミノ基の各アルキル基の炭素数は1~20、好ましくは1~10、より好ましくは1~5である。ジアルキルアミノ基としては、例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基が挙げられる。
Cのジアルキルアミノ基は1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。好ましくは、ジアルキルアミノ基の2つのアルキル基の一方又は両方の水素が1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。ジアルキルアミノ基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
Cの置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基がフェニル基を有すると、蛍光体の結晶性が良好となり、X線構造解析で直接蛍光体の結晶構造を分析できる点で有利である。Cのフェニル基は、1つ又は複数の置換基で置換されていてもよい。フェニル基が置換基を有する場合、通常1~3個、より好ましくは1又は2個の置換基、特に好ましくは1個の置換基で置換される。
フェニル基の置換基は、本発明のマレイミド系化合物の蛍光体としての作用を損なわない任意の置換基であれば特に限定されず、例えば、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br及びIから成る群から選ばれるいずれかのハロゲン原子であってよい。
CのPh-NH-のフェニル基の好ましい例としてはフェニル、(o-,m-,p-)メチルフェニル、(o-,m-,p-)エチルフェニル、(o-,m-,p-)プロピルフェニル、(o-,m-,p-)ブチルフェニル、(o-,m-,p-)ペンチルフェニル、(o-,m-,p-)ヘキシルフェニルなどが挙げられる。
Cのモルホリノ基、ピペリジル基、又はジアルキルアミノ基は、好ましくはそれぞれ
である。
R7は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R7は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R8は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R8は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R9及びR10は同じであっても異なっていても炭素数1~20のアルキル基である。R9及びR10は好ましくはいずれもメチル基又はエチル基である。
合成工程の簡略化の点では、官能基A、B、及びCは、Aが置換若しくは非置換のフェニル基、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基、CがPh-NH-であるか、Aが置換若しくは非置換のフェニル基、B及びCが同一であって、いずれも置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であることが好ましい。
一実施形態において、本発明の蛍光体は、上記一般式(2)で表されるマレイミド系化合物からなる。
式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、前記モルホリノ基、前記ピペリジル基又は前記ジアルキルアミノ基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位の炭素に結合する。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、前記モルホリノ基、前記ピペリジル基又は前記ジアルキルアミノ基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位の炭素に結合する。
A及びBの詳細は、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体に関して上述した通りである。
R1の炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基を挙げることができる。ハロゲン原子はF、Cl、Br又はIであってよい。R1は、置換基はマレイミドの3位のC原子に結合しているアミノ基に対して、オルト(o-)、メタ(m-)、パラ(p-)のいずれの位置に結合してもよい。
一実施形態において、本発明の蛍光体は、上記一般式(2)で表されるマレイミド系化合物からなり、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換の直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基を示し、
Bは、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換の直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基を示し、
Bは、
である。
R3は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R3は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R4は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基(特にはメトキシ基、エトキシ基)である。R4は好ましくは水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
R5及びR6は同じであっても異なっていても炭素数1~20のアルキル基である。R5及びR6は好ましくはいずれもメチル基又はエチル基である。
別の実施形態において、本発明の蛍光体は、一般式(3)で表されるマレイミド系化合物からなる。
式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、前記モルホリノ基又は前記ピペリジル基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位に結合する。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、前記モルホリノ基又は前記ピペリジル基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位に結合する。
R1は好ましくは水素原子又はメチル基であり、Aは好ましくはフェニル基、p-トルイル基又はシクロヘキシル基であり、Bはモルホリノ基又はピペリジル基である。
別の実施形態において、本発明の蛍光体は、下記一般式(4)で表されるマレイミド系化合物からなる。
式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、前記モルホリノ基又は前記ピペリジル基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位の炭素に結合する、
R2はR1と同じである。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、前記モルホリノ基又は前記ピペリジル基の窒素原子を介してマレイミドの5員環の4位の炭素に結合する、
R2はR1と同じである。
R1及びR2は水素原子、メチル基、又はハロゲン原子(F、Cl、Br又はI)である。
この構成は、マレイミドの窒素原子に結合するフェニル基と、マレイミドの3位の炭素に結合する窒素に結合するフェニル基とが同じ構造であるため、アミノマレイミドにこれらのフェニル基を一つの工程で付加することにより合成することができ、本発明の蛍光体の合成工程が簡略化できる点で有利である。
また、本発明は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物を包含する。ただし、Zeitschrift fuer Chemie, Volume 17, Issue 6, 1977, Pages 215-216 に記載されている下記の式(7)及び式(8)の化合物である場合を除く。
式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
好ましいマレイミド系化合物の構造、好ましいA、B、C及びこれらの組み合わせについては本発明の蛍光体について上述した通りである。
一実施形態では、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物は、一般式(2)で表されるマレイミド系化合物である。
式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。
好ましいマレイミド系化合物の構造、好ましいR1、A、B、及びこれらの組み合わせについては本発明の蛍光体について上述した通りである。
別の実施形態では、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物において、Cが、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。この場合、BとCは同一であることが合成工程の簡略化の点で好ましい。
本発明に係る蛍光体は、溶液中では発光しないが、分子凝集状態が起こる液体状態や固体状態で発光が著しく増大するいわゆる凝集誘起発光性を有する蛍光体である。本発明に係る蛍光体は、その溶液に、本発明に係る蛍光体の非溶媒又は貧溶媒を添加して、本発明に係る蛍光体を析出させて凝集させると、近紫外の励起光で発光することが確認された。また、添加する非溶媒又は貧溶媒の割合が増加して、凝集量が増大するに伴い、発光強度が増大する。
また、本発明に係る蛍光体は固体状態で発光を示し、その最大発光波長は、550nm~700nmであり、励起光の波長は315nm~500nmである。
本発明に係る蛍光体が、固体凝集状態において赤色光で発光した理由としては、(i)マレイミドの4位の炭素原子に窒素原子が結合したことによる共役系の増大が考えられる。また、高濃度条件下での濃度消光による輝度低下が起こらない理由としては、(ii)マレイミド環と、マレイミドのN-置換基とのねじれによりπ-スタッキングが抑制されることが考えられる。さらに、赤色光を発光する2,3-ジチオマレイミド誘導体と比べて固体凝集状態で発光が著しく増大する理由としては、(iii)マレイミドの4位の炭素原子に、嵩高い官能基であるB基を結合させているため、マレイミドの3位のC原子に結合する置換又は非置換のフェニルアミノ基、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基の回転が抑制されて、3位のフェニルアミノ基のベンゼン環、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基とマレイミド環との平面性が増大することが考えられる。
特に(i)と(iii)に関し、本発明者らは、マレイミドの4位の炭素原子にB基を、B基の窒素原子を介して結合させることにより、本発明に係る蛍光体の発光が固体状態で赤色光で発光し、量子収率が予想外に増大することを見出した。
以上のように、本発明に係る蛍光体は、マレイミドの4位の炭素原子にB基の窒素原子を介してB基を結合させることによる共役系の増大と、マレイミドの3位のC原子に結合する置換又は非置換のフェニルアミノ基、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基の自由回転とその抑制により、従来のマレイミド系蛍光体と比較して、凝集により赤色光を発光し、発光が著しく増大するという特性を備える。
(II)本発明にかかる蛍光体の製造方法
下記の反応スキーム1において、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物に官能基Bを付加する前の、式(15)で表わされる化合物は、特開2013-163767及び特開2015-30820に記載された方法により製造することができる。
下記の反応スキーム1において、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物に官能基Bを付加する前の、式(15)で表わされる化合物は、特開2013-163767及び特開2015-30820に記載された方法により製造することができる。
より具体的には、Aが置換若しくは非置換のフェニル基である場合、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物は特開2013-163767に記載された方法により製造することができる。
Aがアルキル基である場合、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物は特開2015-30820に記載された方法により製造することができる。
Aがアルキル基である場合、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物は特開2015-30820に記載された方法により製造することができる。
次に、式(15)で表わされる化合物のマレイミドの4位に、モルホリノ基、ピペリジル基、又はジアルキルアミノ基を付加することにより、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物を製造することができる。
Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、CがPh-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基であり、Aのフェニル基の構造がCのフェニル基と同じ構造である場合(つまり一般式(1)で表されるマレイミド系化合物が一般式(4)で表されるマレイミド系化合物である場合)は、下記の反応スキーム2に示すように、ジクロロマレイン酸無水物(16)にR1-Ph-NH2を付加して生成物(17)を得、さらにモルホリン、ピペリジン、又はジアルキルアミンを付加することにより、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(18)を製造することができる。
工程1の反応時間は好ましくは10~30時間であり、反応温度は好ましくは100~150℃である。反応溶媒にはトルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を始めとする有機溶媒を用いることができる。ジクロロマレイン酸無水物(16)1当量に対し、R1-Ph-NH2を2当量以上とし、2~3当量とすることが好ましい。
工程2の反応時間は好ましくは30~50時間であり、反応温度は好ましくは50~100℃である。反応溶媒にはテトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシ等を始めとする有機溶媒を用いることができる。化合物(17)1当量に対し、モルホリン、ピペリジン、又はジアルキルアミンを3~5当量とすることが好ましい。
Aが置換若しくは非置換のアルキル基であり、A、B及びC基がそれぞれ異なる構造の場合、A基をマレイミドに付加してから、C基をマレイミドに付加し、さらにモルホリノ基、ピペリジル基、又はジアルキルアミノ基を付加することにより、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物を製造することができる。例えば、Aがシクロアルキル基、Bがモルホリノ基、Cがフェニルアミノ基のマレイミド系化合物の場合、下記の反応スキーム3に示すように、ジクロロマレイン酸無水物(16)をシクロヘキシルアミンのトルエン溶液に加えて還流してN-シクロヘキシル-2,3-ジクロロマレイミド(19)を製造し、さらにこれをR1-Ph-NH2のトルエン溶液に加えて還流してN-シクロヘキシル-3-p-トルイジノ-4-クロロマレイミド(20)を製造し、これをモルホリンに加えて還流することにより、式(1)に含まれるN-シクロヘキシル-3-p-トルイジノ-4-モルホリノマレイミド(21)を製造することができる。第1工程、第2工程、及び第3工程における各化合物の当量は適宜制御することができる。
工程1の反応時間は好ましくは10~30時間、より好ましくは15~24時間である。反応温度は好ましくは100~150℃である。反応溶媒にはトルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を始めとする有機溶媒を用いることができる。ジクロロマレイン酸無水物(16)1当量に対し、シクロヘキシルアミンを1~1.2当量とすることが好ましい。
工程2の反応時間は好ましくは10~30である。反応温度は好ましくは100~150℃である。反応溶媒にはトルエン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を始めとする有機溶媒を用いることができる。化合物(19)1当量に対し、R1-Ph-NH2を1~1.2当量とすることが好ましい。
工程3の反応時間は好ましくは10~20である。反応温度は好ましくは100~150℃である。化合物(20)1当量に対し、モルホリンを10等量以上用いて溶媒として使用することが好ましい。
Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、B及びC基が同じ構造の場合、下記の反応スキーム4に示すように、ジクロロマレイン酸無水物(16)にR1-Ph-NH2を付加して生成物(22)を得、さらにモルホリン、ピペリジン、又はジアルキルアミンを付加することにより、一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(23)を製造することができる。
工程1の反応時間は好ましくは3~10時間である。反応温度は好ましくは100~150℃である。反応溶媒にはトルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を始めとする有機溶媒を用いることができる。ジクロロマレイン酸無水物(16)1当量に対し、R1-Ph-NH2を1~1.2当量とすることが好ましい。
工程2の反応時間は好ましくは50~100時間である。反応温度は好ましくは50~100℃である。反応溶媒にはトルエン、テトラヒドロフラン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を始めとする有機溶媒を用いることができる。化合物(22)1当量に対し、モルホリン、ピペリジン、又はジアルキルアミンを5~20当量とすることが好ましい。
(III)本発明の蛍光体を含有する複合材料
本発明の蛍光体は、そのまま用いてもよいが、蛍光体をポリマーマトリックスに分散させた組成物、すなわち複合材料として用いてもよい。蛍光体の含有量は特に限定されないが、例えば蛍光体とポリマーマトリックスとを1:99~99:1の質量比とし得る。組成物は、フィルム、ペレット、シート、チューブ等の成形体、繊維、織布、不織布などに成形することができる。例えば、本発明の蛍光体を合成樹脂、ゴム等のポリマーマトリックスに分散させ、フィルム、ペレット、シート、チューブ、粉末、各種成形体に成形することができる。フィルムは厚さが0.2mm未満のもの、シートは厚さが0.2mm以上のものを指す。さらに、本発明の蛍光体または組成物を、天然繊維もしくは合成繊維、或いはガラス繊維の無機繊維と組み合わせて複合化し、繊維、織布、不織布などに成形することもできる。
本発明の蛍光体は、そのまま用いてもよいが、蛍光体をポリマーマトリックスに分散させた組成物、すなわち複合材料として用いてもよい。蛍光体の含有量は特に限定されないが、例えば蛍光体とポリマーマトリックスとを1:99~99:1の質量比とし得る。組成物は、フィルム、ペレット、シート、チューブ等の成形体、繊維、織布、不織布などに成形することができる。例えば、本発明の蛍光体を合成樹脂、ゴム等のポリマーマトリックスに分散させ、フィルム、ペレット、シート、チューブ、粉末、各種成形体に成形することができる。フィルムは厚さが0.2mm未満のもの、シートは厚さが0.2mm以上のものを指す。さらに、本発明の蛍光体または組成物を、天然繊維もしくは合成繊維、或いはガラス繊維の無機繊維と組み合わせて複合化し、繊維、織布、不織布などに成形することもできる。
フィルムの製造方法としては、本発明の蛍光体を溶媒に溶解させ、これを合成樹脂、ゴム等のポリマーマトリクスに分散させて液状の組成物を調製し、当該液状の組成物を、基板上に塗工した後、溶媒を蒸発させることによりフィルムを形成する方法等が挙げられる。フィルムとしてはキャストフィルムが挙げられ、これは無延伸フィルムとも呼ばれ、力で膜を引き伸ばさずに基板上で作製された薄い膜状成形物を指す。フィルムはスピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング等の公知の塗工方法でも製造することができる。ペレット、シート、チューブ、粉末、各種成型体の作製方法は、特に限定はなく、従来から知られている方法のいずれを採用することもできる。
(IV)本発明に係る蛍光体の利用
本発明に係る特定の蛍光体は、マレイミドの4位を、モルホリノなどの官能基により第3級アミンに置換することで、量子収率が23%と劇的に向上させることに成功した。赤色発光させるための従来の手法としては芳香環の拡張、ドナーとアクセプターユニットの組み合わせであり、その場合は量子収率を向上させることに対してトレードオフの関係にある。それに対して、アミノマレイミド誘導体を窒素元素で置換するという新たな概念で共役系の拡張を達成させるとともに、モルホリン骨格の導入による分子の自由回転抑制と分子間スタッキングの抑制を同時に達成させることが可能となった。
本発明に係る特定の蛍光体は、マレイミドの4位を、モルホリノなどの官能基により第3級アミンに置換することで、量子収率が23%と劇的に向上させることに成功した。赤色発光させるための従来の手法としては芳香環の拡張、ドナーとアクセプターユニットの組み合わせであり、その場合は量子収率を向上させることに対してトレードオフの関係にある。それに対して、アミノマレイミド誘導体を窒素元素で置換するという新たな概念で共役系の拡張を達成させるとともに、モルホリン骨格の導入による分子の自由回転抑制と分子間スタッキングの抑制を同時に達成させることが可能となった。
本発明に係る蛍光体は、上述したように、溶液中では発光しないが、分子凝集状態が起こる液体状態や固体状態で発光が著しく増大するいわゆる凝集誘起発光性を有する蛍光体である。したがって高濃度条件での使用が可能となる。したがって、溶液中と凝集状態とにおける発光挙動の差を利用したセンサーなどに好適に用いることができる。
また、本発明に係る蛍光体では、マレイミドの3位のC原子に結合する置換又は非置換のフェニルアミノ基の置換基と、マレイミドのN原子の位置に結合する置換基Aと、マレイミドの4位の置換基Bとの種類を変えることにより、発光波長を細かく調整し、それぞれ異なる色に発光させることが可能である。
よって、本発明に係る蛍光体及びこれを含有する複合材料は、太陽電池用光波長変換材、有機EL用発光素子、色素レーザー、バイオイメージング、農園芸用資材などの幅広い分野において好適に用いることができる。
本発明に係る蛍光体は、以下の用途に好適に用いることができる。
<凝集誘起発光性材料>
本発明に係る蛍光体は、凝集誘起発光性材料として好適に使用することができる。かかる、凝集誘起発光性材料は、少なくとも本発明に係る蛍光体を含み、さらに、例えば、本発明に係る蛍光体の溶媒、非溶媒、貧溶媒、高分子化合物、これらの組み合わせを含む。
<凝集誘起発光性材料>
本発明に係る蛍光体は、凝集誘起発光性材料として好適に使用することができる。かかる、凝集誘起発光性材料は、少なくとも本発明に係る蛍光体を含み、さらに、例えば、本発明に係る蛍光体の溶媒、非溶媒、貧溶媒、高分子化合物、これらの組み合わせを含む。
<光波長変換材>
また、本発明に係る蛍光体は、光波長変換材として好適に使用することができる。例えばシリコン結晶系太陽電池では、太陽光のうち400nmよりも短波長の光、及び1200nmよりも長波長の光が有効に利用されないため、太陽光エネルギーの約56%がこのスペクトルミスマッチにより太陽光発電に寄与しない。かかる問題を解決するために、太陽電池用光波長変換材を用いて、太陽光スペクトルのうち、発電に寄与しない紫外域又は赤外域の光を波長変換することにより、発電に寄与しうる波長域の光を発光する層を太陽電池受光面側に設ける手法が提案されている。本発明に係る蛍光体は、太陽光の有効光(600~700nm)で強く発光するため、太陽電池用光波長変換材として好適に用いることができる。本発明に係る蛍光体は、分散性が良いため、濃度消光を抑制した凝集した状態で、波長変換し、効率よく且つ安定的に太陽光を利用することができる。
また、本発明に係る蛍光体は、光波長変換材として好適に使用することができる。例えばシリコン結晶系太陽電池では、太陽光のうち400nmよりも短波長の光、及び1200nmよりも長波長の光が有効に利用されないため、太陽光エネルギーの約56%がこのスペクトルミスマッチにより太陽光発電に寄与しない。かかる問題を解決するために、太陽電池用光波長変換材を用いて、太陽光スペクトルのうち、発電に寄与しない紫外域又は赤外域の光を波長変換することにより、発電に寄与しうる波長域の光を発光する層を太陽電池受光面側に設ける手法が提案されている。本発明に係る蛍光体は、太陽光の有効光(600~700nm)で強く発光するため、太陽電池用光波長変換材として好適に用いることができる。本発明に係る蛍光体は、分散性が良いため、濃度消光を抑制した凝集した状態で、波長変換し、効率よく且つ安定的に太陽光を利用することができる。
かかる光波長変換材はまた、本発明に係る蛍光体を含む高分子フィルム、高分子シート、高分子成形体であってもよいし、本発明に係る蛍光体と、膜、シート又は成形体を形成する高分子化合物とを含む成膜用組成物又は成形用組成物であってもよい。
さらに、本発明に係る蛍光体は、眼に見えない紫外光を可視光の発光に変換することで悪天候条件でも発光するという特性を利用した標識、表示板、安全グッズなどに、光波長変換材として好適に用いることができる。
<農園芸用シート>
本発明に係る蛍光体は、植物の光合成に利用されない波長の光を光合成に必要な吸収波長域に変換して植物の成長を促進させる目的で、例えば農園芸用シート(農業用シート及び園芸用シートを含む)などの農園芸用波長変換被覆資材に、光波長変換材として好適に使用することができる。農園芸用シートは、例えば、基材と、基材に含まれる本発明の蛍光体とを備える。基材としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を初めとする合成樹脂、エラストマー、ゴム、金属などが挙げられる。
本発明に係る蛍光体は、植物の光合成に利用されない波長の光を光合成に必要な吸収波長域に変換して植物の成長を促進させる目的で、例えば農園芸用シート(農業用シート及び園芸用シートを含む)などの農園芸用波長変換被覆資材に、光波長変換材として好適に使用することができる。農園芸用シートは、例えば、基材と、基材に含まれる本発明の蛍光体とを備える。基材としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を初めとする合成樹脂、エラストマー、ゴム、金属などが挙げられる。
<pH刺激応答性材料、金属センサー用刺激応答性材料、圧力センサー用刺激応答性材料>
本発明に係る蛍光体は、凝集した状態で、周囲のpHにより、発光したり、消光したりするため、pH刺激応答性材料として使用することができる。かかるpH刺激応答性材料は、少なくとも本発明に係る蛍光体を含み、さらに溶媒、非溶媒、貧溶媒などの溶剤を含んでいてもよい。
本発明に係る蛍光体は、凝集した状態で、周囲のpHにより、発光したり、消光したりするため、pH刺激応答性材料として使用することができる。かかるpH刺激応答性材料は、少なくとも本発明に係る蛍光体を含み、さらに溶媒、非溶媒、貧溶媒などの溶剤を含んでいてもよい。
また、本発明に係る蛍光体は、マレイミドの3位及び/又は4位のC原子に結合するアミノ基に金属が配位することにより、発光の波長が変化するため、金属センサー用刺激応答性材料として用いることができる。
さらに、本発明に係る蛍光体は、圧力をかけることにより、結晶が歪んで発光の波長が変化するため、圧力センサー用刺激応答性材料として用いることができる。
また、本発明は以下の構成を採用することもできる。
[1]下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体。
[1]下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体。
(式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[2]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であり、CがBが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[1]に記載の蛍光体。
[3]Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す[1]に記載の蛍光体。
[4]BおよびCが同一官能基である、[2]または[3]に記載の蛍光体。
[5]下記一般式(2)で表されるマレイミド系化合物からなる[1]に記載の蛍光体。
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[2]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であり、CがBが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[1]に記載の蛍光体。
[3]Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す[1]に記載の蛍光体。
[4]BおよびCが同一官能基である、[2]または[3]に記載の蛍光体。
[5]下記一般式(2)で表されるマレイミド系化合物からなる[1]に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[6]下記一般式(3)で表されるマレイミド系化合物からなる[1]または[5]に記載の蛍光体。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[6]下記一般式(3)で表されるマレイミド系化合物からなる[1]または[5]に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
[7]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であるか、または
Aが置換若しくは非置換のアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[5]または[6]に記載の蛍光体。
[8]Aが置換若しくは非置換のシクロアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[7]に記載の蛍光体。
[9]下記一般式(4)で表されるマレイミド系化合物からなる[6]に記載の蛍光体。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
[7]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であるか、または
Aが置換若しくは非置換のアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[5]または[6]に記載の蛍光体。
[8]Aが置換若しくは非置換のシクロアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[7]に記載の蛍光体。
[9]下記一般式(4)で表されるマレイミド系化合物からなる[6]に記載の蛍光体。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
[10]Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基である[9]に記載の蛍光体。
[11]R1はメチルである[5]~[10]のいずれかに記載の蛍光体。
[12][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする凝集誘起発光性材料。
[13][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする光波長変換材。
[14][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする農園芸用シート。
[15] [1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体をポリマーマトリックスに分散させてなる複合材料。
[16] フィルムである[15]に記載の複合材料。
[17]下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(ただし、下記の式(7)及び式(8)の化合物である場合を除く)。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
[10]Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基である[9]に記載の蛍光体。
[11]R1はメチルである[5]~[10]のいずれかに記載の蛍光体。
[12][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする凝集誘起発光性材料。
[13][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする光波長変換材。
[14][1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体を含むことを特徴とする農園芸用シート。
[15] [1]~[11]のいずれか一項に記載の蛍光体をポリマーマトリックスに分散させてなる複合材料。
[16] フィルムである[15]に記載の複合材料。
[17]下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(ただし、下記の式(7)及び式(8)の化合物である場合を除く)。
(式中、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[18]Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す、[17]に記載の化合物。
[19]BおよびCが同一官能基である、[17]または[18]に記載の化合物。
[20]下記一般式(2)で表される[17]に記載のマレイミド系化合物。
[19]BおよびCが同一官能基である、[17]または[18]に記載の化合物。
[20]下記一般式(2)で表される[17]に記載のマレイミド系化合物。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[21]下記一般式(3)で表される[17]または[20]に記載のマレイミド系化合物。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
[21]下記一般式(3)で表される[17]または[20]に記載のマレイミド系化合物。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
[22]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であるか、または
Aが置換若しくは非置換のアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[20]または[21]に記載の化合物。
[23]Aが置換若しくは非置換のシクロアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[22]に記載の化合物。
[24]下記一般式(4)で表される[21]に記載のマレイミド系化合物。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のシクロアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示す。)
[22]Aが置換若しくは非置換のフェニル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基であるか、または
Aが置換若しくは非置換のアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[20]または[21]に記載の化合物。
[23]Aが置換若しくは非置換のシクロアルキル基であり、Bが置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基である[22]に記載の化合物。
[24]下記一般式(4)で表される[21]に記載のマレイミド系化合物。
(式中、
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
[25]Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基である[24]に記載の化合物。
[26]R1はメチルである[20]~[25]のいずれかに記載の化合物。
R1は水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、又は置換若しくは非置換のピペリジル基を示し、
R2はR1と同じである。)
[25]Bは、置換若しくは非置換のモルホリノ基である[24]に記載の化合物。
[26]R1はメチルである[20]~[25]のいずれかに記載の化合物。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
なお、固体状態の発光スペクトルは分光光度計(FP-8500、日本分光株式会社)を使用して測定した。
[実施例1:4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミドの製造]
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1)(0.784g,4.70 mmol)に p-トルイジン(1.00g,9.37mmol)を加えてトルエン(20mL)に溶解させ、120℃で24時間加熱還流した。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することにより3-p-トルイジノ-4-クロロ-N-P-トルイルマレイミド(2)を収率73%で得た。3-p-トルイジノ-4-クロロ-N-P-トルイルマレイミド(2)(0.1645g,0.503 mmol)のTHF溶液(5ml)にトリエチルアミン(58.7mg,0.580 mmol)、モルホリン(0.146g,1.67 mmol)を加えて70℃で加熱還流を48時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過により4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド(3)の赤橙色結晶を0.133g(0.353mmol, 収率70%)で得た。反応スキーム(反応スキーム5)を以下に示す。
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1)(0.784g,4.70 mmol)に p-トルイジン(1.00g,9.37mmol)を加えてトルエン(20mL)に溶解させ、120℃で24時間加熱還流した。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することにより3-p-トルイジノ-4-クロロ-N-P-トルイルマレイミド(2)を収率73%で得た。3-p-トルイジノ-4-クロロ-N-P-トルイルマレイミド(2)(0.1645g,0.503 mmol)のTHF溶液(5ml)にトリエチルアミン(58.7mg,0.580 mmol)、モルホリン(0.146g,1.67 mmol)を加えて70℃で加熱還流を48時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過により4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド(3)の赤橙色結晶を0.133g(0.353mmol, 収率70%)で得た。反応スキーム(反応スキーム5)を以下に示す。
図1及び図2は、実施例1により得られた 4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド(3)の1H-NMRスペクトル及び13C-NMRスペクトルをそれぞれ示す。
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.26-7.23 (m, 4 H), 7.12 (d, J=16.2 Hz, 2 H), 6.80 (d, J=16.7 Hz, 2 H), 6.15 (s, 1 H), 3.52 (t, 4 H), 3.33 (t, 4 H), 2.37 (s, 3 H), 2.32 ppm (s, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=168.2, 167.8, 137.7, 137.3, 131.5, 129.6, 129.5, 129.0, 125.9, 122.9, 118.5, 116.9, 66.8, 48.4, 21.1, 20.7 ppm
HRMS (FAB) calcd for C22H23O3N3 [M]+: 377.1739; found: 377.1733
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.26-7.23 (m, 4 H), 7.12 (d, J=16.2 Hz, 2 H), 6.80 (d, J=16.7 Hz, 2 H), 6.15 (s, 1 H), 3.52 (t, 4 H), 3.33 (t, 4 H), 2.37 (s, 3 H), 2.32 ppm (s, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=168.2, 167.8, 137.7, 137.3, 131.5, 129.6, 129.5, 129.0, 125.9, 122.9, 118.5, 116.9, 66.8, 48.4, 21.1, 20.7 ppm
HRMS (FAB) calcd for C22H23O3N3 [M]+: 377.1739; found: 377.1733
〔実施例2 : N-シクロヘキシル-4-モルホリノ-3-トルイジノマレイミドの製造〕
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1) (2.00 g, 11.98 mmol) とシクロヘキシルアミン (1.19 g, 11.99 mmol) のトルエン溶液 (30 mL) を120 ℃で15時間、加熱還流を行い、この反応溶液にp-トルイジン (1.42 g, 13.23 mmol) を加えて120 ℃で24時間、加熱還流を行った。溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することによりN-シクロヘキシル-3-クロロ-4-トルイジノマレイミド(4)の黄色固体を1.20 g (3.76 mmol, 31%) 得た。N-シクロヘキシル-3-クロロ-4-トルイジノマレイミド(0.161 g, 0.504 mmol) にモルホリン (5.0 mL, 0.57 mol) を加えて140 ℃で加熱還流を12時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過により赤色固体を得た。得られた固体をショートカラム (ヘキサン:酢酸エチル=9:1) により精製を行い、N-シクロヘキシル-4-モルホリノ-3-トルイジノマレイミド(5)の橙色固体を0.121g (0.326 mmol, 65%) 得た。反応スキーム(反応スキーム6)を以下に示す。
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1) (2.00 g, 11.98 mmol) とシクロヘキシルアミン (1.19 g, 11.99 mmol) のトルエン溶液 (30 mL) を120 ℃で15時間、加熱還流を行い、この反応溶液にp-トルイジン (1.42 g, 13.23 mmol) を加えて120 ℃で24時間、加熱還流を行った。溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することによりN-シクロヘキシル-3-クロロ-4-トルイジノマレイミド(4)の黄色固体を1.20 g (3.76 mmol, 31%) 得た。N-シクロヘキシル-3-クロロ-4-トルイジノマレイミド(0.161 g, 0.504 mmol) にモルホリン (5.0 mL, 0.57 mol) を加えて140 ℃で加熱還流を12時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過により赤色固体を得た。得られた固体をショートカラム (ヘキサン:酢酸エチル=9:1) により精製を行い、N-シクロヘキシル-4-モルホリノ-3-トルイジノマレイミド(5)の橙色固体を0.121g (0.326 mmol, 65%) 得た。反応スキーム(反応スキーム6)を以下に示す。
図3及び図4は、実施例2により得られた N-シクロヘキシル-4-モルホリノ-3-トルイジノマレイミド(5)の1H-NMRスペクトル及び13C-NMRスペクトルをそれぞれ示す。
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.09 (d, J=16.0 Hz, 2 H), 6.75 (d, J=16.8 Hz, 2 H), 5.98 (s, 1 H), 3.86 (t-t, 1 H), 3.50 (t, 4 H), 3.28 (t, 4 H), 2.30 (s, 3 H), 2.07-1.98 (m, 2 H), 1.84-1.64 (m, 5 H), 1.35-1.15 ppm (m, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=169.2, 169.0, 138.2, 131.1, 129.4, 123.0, 118.1, 116.4, 66.9, 50.5, 48.3, 30.2, 26.1, 25.2, 20.7 ppm
HRMS (FAB) calcd for C21H27O3N3 [M]+: 369.2052; found: 369.2053
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.09 (d, J=16.0 Hz, 2 H), 6.75 (d, J=16.8 Hz, 2 H), 5.98 (s, 1 H), 3.86 (t-t, 1 H), 3.50 (t, 4 H), 3.28 (t, 4 H), 2.30 (s, 3 H), 2.07-1.98 (m, 2 H), 1.84-1.64 (m, 5 H), 1.35-1.15 ppm (m, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=169.2, 169.0, 138.2, 131.1, 129.4, 123.0, 118.1, 116.4, 66.9, 50.5, 48.3, 30.2, 26.1, 25.2, 20.7 ppm
HRMS (FAB) calcd for C21H27O3N3 [M]+: 369.2052; found: 369.2053
〔実施例3 : N-トルイル-3, 4-ジモルホリノマレイミドの製造〕
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1) (0.803 g, 4.81 mmol) とp-トルイジン (0.513 g, 4.79 mmol) のトルエン溶液 (10 mL) を120 ℃で4.5時間、加熱還流した。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することにより2, 3-ジクロロ-N-P-トルイルマレイミド(6)の白黄色固体を0.850 g (3.32 mmol, 69 %) 得た。2, 3-ジクロロ-N-P-トルイルマレイミド(0.302 g, 1.18 mmol) のTHF溶液 (15 mL) にトリエチルアミン (0.263 g, 2.60 mmol)、モルホリン (1.04 g, 11.9 mmol) を加えて70 ℃で加熱還流を63時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をシリカカラム (ヘキサン:酢酸エチル=8:2) により精製した後、ジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過によりN-トルイル-3, 4-ジモルホリノマレイミド(7)の黄色結晶を66.2 mg (0.185 mmol, 16 %) 得た。
空気下でジクロロマレイン酸無水物(1) (0.803 g, 4.81 mmol) とp-トルイジン (0.513 g, 4.79 mmol) のトルエン溶液 (10 mL) を120 ℃で4.5時間、加熱還流した。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をメタノール洗浄することにより2, 3-ジクロロ-N-P-トルイルマレイミド(6)の白黄色固体を0.850 g (3.32 mmol, 69 %) 得た。2, 3-ジクロロ-N-P-トルイルマレイミド(0.302 g, 1.18 mmol) のTHF溶液 (15 mL) にトリエチルアミン (0.263 g, 2.60 mmol)、モルホリン (1.04 g, 11.9 mmol) を加えて70 ℃で加熱還流を63時間行った。反応後、溶媒を減圧留去し、残渣をジクロロメタンと水で分液した。有機層に硫酸マグネシウムを加えてろ過を行った後、溶媒を減圧留去した。残渣をシリカカラム (ヘキサン:酢酸エチル=8:2) により精製した後、ジクロロメタンとヘキサンにより冷凍庫中で再結晶させ、吸引ろ過によりN-トルイル-3, 4-ジモルホリノマレイミド(7)の黄色結晶を66.2 mg (0.185 mmol, 16 %) 得た。
図5及び図6は、実施例3により得られたN-トルイル-3, 4-ジモルホリノマレイミド(7)の1H-NMRスペクトル及び13C-NMRスペクトルをそれぞれ示す。
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.22 (d, J=16.0 Hz, 2 H), 7.16 (d, J=16.8 Hz, 2 H), 3.75 (t, 4 H), 3.56 (t, 4 H), 2.36 ppm (s, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=167.2, 137.2, 129.5, 128.8, 126.2, 126.0, 67.2, 48.9, 21.1 ppm
HRMS (FAB) calcd for C19H23O4N3 [M]+: 357.1689; found: 357.1692
1H NMR (CDCl3, 400 MHz): δ=7.22 (d, J=16.0 Hz, 2 H), 7.16 (d, J=16.8 Hz, 2 H), 3.75 (t, 4 H), 3.56 (t, 4 H), 2.36 ppm (s, 3 H)
13C NMR CDCl3, 100 MHz): δ=167.2, 137.2, 129.5, 128.8, 126.2, 126.0, 67.2, 48.9, 21.1 ppm
HRMS (FAB) calcd for C19H23O4N3 [M]+: 357.1689; found: 357.1692
[実施例4:固体状態における発光]
実施例1により得られたアミノマレイミドの固体サンプルに、ブラックライトブルーランプを用いて紫外線 (315nm~400nm、最もランプ強度が強い波長:352nm)を照射したところ、照射前・照射後のいずれも固体状態で発光を示した(図7A,B)。また、実施例2及び3により得られたアミノマレイミドの固体サンプルにも同様に紫外線を照射したところ、照射後の固体状態で発光を示した(非図示)。なお、ブラックライトブルーランプとしては、紫外線ボックス・スタンダード型強力タイプ(株式会社相互理化学硝子製作所製)を使用した。
実施例1により得られたアミノマレイミドの固体サンプルに、ブラックライトブルーランプを用いて紫外線 (315nm~400nm、最もランプ強度が強い波長:352nm)を照射したところ、照射前・照射後のいずれも固体状態で発光を示した(図7A,B)。また、実施例2及び3により得られたアミノマレイミドの固体サンプルにも同様に紫外線を照射したところ、照射後の固体状態で発光を示した(非図示)。なお、ブラックライトブルーランプとしては、紫外線ボックス・スタンダード型強力タイプ(株式会社相互理化学硝子製作所製)を使用した。
また、実施例1~3により得られたアミノマレイミドの固体サンプルを固体粉末セルに均一に入れて、450nmで励起させて発光スペクトルを分光光度計 (FP-8500、日本分光株式会社)で測定を行った。実施例1~3の固体サンプルでは、それぞれ最大発光波長が609nm、608nm、及び593nmで観測された。図8に、実施例1~3により得られたアミノマレイミド((3)、(5)及び(7))の固体発光スペクトルを測定した結果を示す。
なお、同じ条件で測定したモルホリノ基を有しないアミノマレイミドである、比較例1である3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド(8)の最大発光波長は527nmであった。比較例1のアミノマレイミドの固体発光スペクトルを測定した結果も図8に示す。
[実施例5:本発明のマレイミド系化合物の量子収率]
実施例1により得られたアミノマレイミドの量子収率を、絶対量子収率測定システム(ILFC-8475、日本分光株式会社)で測定したところ、23%であった。比較例1のアミノマレイミドの量子収率は7%であった。
実施例1により得られたアミノマレイミドの量子収率を、絶対量子収率測定システム(ILFC-8475、日本分光株式会社)で測定したところ、23%であった。比較例1のアミノマレイミドの量子収率は7%であった。
実施例2及び実施例3により得られたアミノマレイミドの量子収率を、絶対量子収率測定システム(ILFC-8475、日本分光株式会社)で測定したところ、それぞれ17%及び10%であった。
[実施例6:本発明のマレイミド系化合物のX線構造解析]
実施例1~3により得られたアミノマレイミドの結晶構造をDFT計算及び単結晶X線構造解析で調べたところ、3位及び4位の置換基により共役系が拡張されることに加えて、固体状態において分子間π-π相互作用を回避するコンフォメーションで分子が凝集していることと、水素結合による分子間相互作用が確認された(データ非図示)。
実施例1~3により得られたアミノマレイミドの結晶構造をDFT計算及び単結晶X線構造解析で調べたところ、3位及び4位の置換基により共役系が拡張されることに加えて、固体状態において分子間π-π相互作用を回避するコンフォメーションで分子が凝集していることと、水素結合による分子間相互作用が確認された(データ非図示)。
[実施例7:キャスト膜の作製]
実施例1で得られた4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド 5.5mgを、3.5mLのクロロホルムに加えて溶解させた。さらにこの混合物にポリメタクリル酸メチル(PMMA) 103.4mgを加えて攪拌し、マレイミド系化合物の濃度を5重量%とした。混合物をシリコンウェハー基板上にキャストし、室温で1時間放置して成膜し、基板からキャストフィルムを削り取った。
実施例1で得られた4-モルホリノ-3-トルイジノ-N-P-トルイルマレイミド 5.5mgを、3.5mLのクロロホルムに加えて溶解させた。さらにこの混合物にポリメタクリル酸メチル(PMMA) 103.4mgを加えて攪拌し、マレイミド系化合物の濃度を5重量%とした。混合物をシリコンウェハー基板上にキャストし、室温で1時間放置して成膜し、基板からキャストフィルムを削り取った。
得られたキャストフィルムは365nmで紫外線を照射したところ、照射後に固発光を示した(図9)。また、450nmでキャストフィルムの固体発光スペクトルを測定したところ、キャストフィルムの最大発光長は596nmであり、量子収率は14%であった(図10)。
本発明に係る蛍光体は、炭素、窒素、酸素と水素からなる比較的単純な構造でありながら、置換基の種類によってその電子効果や立体効果により発光色を550~800nm、特には太陽光の有効光である600nm~700nmの領域で精密制御可能であり、かつ凝集誘起発光性を示す。それゆえ、太陽電池用光波長変換材、有機EL用発光素子、色素レーザー、バイオイメージング、農園芸用資材などの幅広い分野において好適に用いることができる。
Claims (12)
- 下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物からなる蛍光体。
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。) - Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す、請求項1に記載の蛍光体。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む凝集誘起発光性材料。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む光波長変換材。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体を含む農園芸用シート。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の蛍光体をポリマーマトリックスに分散させてなる複合材料。
- 下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物(ただし、下記の式(7)及び式(8)の化合物である場合を除く)。
Aは置換若しくは非置換のフェニル基、又は置換若しくは非置換のアルキル基を示し、
Bは、マレイミドの5員環の4位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示し、
Cは、マレイミドの5員環の3位の炭素に窒素原子を介して結合する官能基であって、Ph-NH-で表される置換若しくは非置換のフェニルアミノ基(Phはフェニル基)、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す。)
- Cは、置換若しくは非置換のモルホリノ基、置換若しくは非置換のピペリジル基、又は置換若しくは非置換のジアルキルアミノ基を示す、請求項10に記載の化合物。
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