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JP4018066B2 - 新規なへキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体 - Google Patents
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JP4018066B2 - 新規なへキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体 - Google Patents

新規なへキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体 Download PDF

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Description

本発明は、ナノスケール分子を構築する新規な置換様式を有するヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体とその自己組織化により形成されるナノサイズの構造体に関する。
へキサペリヘキサベンゾコロネンは1nm程度の直径を有するディスク状分子である。平面性の高い円盤状のパイ電子系化合物は、しばしばディスコティック液晶相を発現することは良く知られている。へキサペリヘキサベンゾコロネンの分子に6つの長鎖アルキル基を導入した誘導体(HBC)は、このような性質を有する化合物群の代表的な分子であり、高温まで安定なディスコティック液晶相を示し、且つ、発光性や高いキャリア移動能などを有することが知られている。
HBCは、π−π相互作用により、分子が一次元に積み重なったカラム構造を形成しやすく、また、このカラムを通してキャリアが容易に移動できるため高い移動度を示す。この分子の液晶相では、この一次元カラムがへキサゴナルの規則性をもって詰まった状態であるが、仮に、このカラムのみを切り出すことができれば、これは、一次元に分子が集積したナノサイズのワイヤと見なすことができる。このようなナノスケールの分子集合体の構築は、基礎科学ばかりでなく、分子デバイスなどへの応用的側面からも重要であり、構成分子の特性や構造を反映したユニークな機能を発現することが期待されている。
様々な物性を有するHBC誘導体は.このような観点から有望な分子であるが、その誘導体の数は限られている。特に、数種の独立した分子ユニットをHBCに導入すれば.さらなる機能化が期待されるが、そのような非対称置換体はこれまであまり知られていない。
近年、HBCの上記した如き光、電子的特性を利用し、有機光電子デバイスなどに利用する試みも盛んになされている。また、このような全対称置換体に加えて、中心骨格をベンゼンで例えれば、パラ型(下記HBC1)やオルト型(下記HBC2)のように対称性を低下させた誘導体の合成も検討されているが、メタ型の置換様式を有する誘導体はこれまで報告例がない。一方、メタ位に置換基を有するベンゼン誘導体は、デンドリマーや大環状化合物、また螺旋高分子などのナノスケール分子を構築する上で最適なユニットの一つとして頻繁に用いられている。従って、へキサペリヘキサベンゾコロネンにおいても、メタ型の置換様式を有する新規ユニットを開発することにより、特異な高次構造や、新たな機能性を示す構造体の構築が期待できる。
本発明は、上記した如き現状に鑑みなされたもので、メタ置換ベンゼンと類似の対称性を有する新規なへキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体と、その自己組織化により形成されるナノサイズの構造体を提供することを目的とする。
本発明は、下記一般式[1]
[式中、Rはアルキル基を表し、RはCOR又はCOCHCH(OCHCHORを表し(但し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、nは正の整数を表す。)、Xはハロゲン原子を表す。]
で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体に関する。
また、本発明は、上記一般式[1]で表される化合物と1以上の溶剤とからなる溶液中で形成されるナノサイズの自己集積体に関する。
更に、本発明は、下記一般式[2]
[式中、Rはアルキル基を表し、RはCOR又はCOCHCH(OCHCHORを表し(但し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、nは正の整数を表す。)、Rは−A−COを表す(但し、Aは2価の炭化水素基を表し、Rは水素原子又はアルキル基を表す。)。]
で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体に関する。
更にまた、本発明は、上記一般式[2]で表される化合物と1以上の溶剤とからなる溶液中で形成されるナノサイズの自己集積体に関する。
即ち、本発明者らは、上記したように、メタ位に置換基を有するベンゼン誘導体がデンドリマーや大環状化合物、また螺旋高分子などのナノスケール分子を構築する上で最適なユニットの一つとして頻繁に用いられていることから、へキサペリヘキサベンゾコロネンにおいても、メタ型の置換様式を有する新規ユニットを開発することにより、特異な高次構造や、新たな機能性を示す構造体の構築が期待できると考え、メタ置換ベンゼンと類似の対称性を有する新しいへキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の合成につき鋭意研究を重ねた結果、溶剤溶液中でリボン状又はチューブ状のナノサイズの自己集積体を形成する上記一般式[1]で表される化合物、並びに該化合物から容易に誘導される、同様にリボン状又はチューブ状のナノサイズの自己集積体を形成し得る上記一般式[2]で表される化合物を創製し、本発明を完成するに到った。
本発明の上記一般式[1]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体(以下、HBC誘導体と言うこともある。)は、それ自身でリボン状又はチューブ状のナノサイズの自己集積体を形成することも出来るが、様々なメタ型の置換様式のHBC誘導体を合成する上で、最も基本となる前駆体として広く利用できる分子であり、上記一般式[2]で表されるHBC誘導体は、該前駆体から誘導される有用なHBC誘導体群の一例である。本発明の上記一般式[1]で表されるHBC誘導体、及び該化合物から誘導される一般式[2]で表されるHBC誘導体を始めとする各種メタ型の置換様式のHBC誘導体は、例えば、これらに親水性及び疎水性置換基を導入して両親媒性とすることにより、両親煤性と疎水効果とπ−πスタッキングの共同効果を介して自己集積し、ナノスケールの集積体を形成することができる。従って、共有結合ばかりでなく非共有結合性の相互作用によっても構造形成が可能である利点も有する。
上記一般式[1]及び一般式[2]において、Rで表されるアルキル基としては、例えば、炭素数が1〜30、好ましくは10〜30、より好ましくは10〜20の直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基が挙げられ、好ましい具体例としては、例えば、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシルル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基などが挙げられ、これらは直鎖状、分枝状又は環状の何れであってもよい。また、炭素数が10以下のアルキル基の場合は、例えばt−ブチル基のような嵩高い基が好ましい。
また、Rで表されるCOCHCH(OCHCHORにおけるRで表されるアルキル基としては、例えば、炭素数が1〜20、好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6の直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基が挙げられ、具体例としては、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、第二級ブチル基、第三級ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
nは任意の正の整数であるが、2以上の整数がより好ましい。
の好ましい具体例としては、例えば、COH、COCH、COCHCH(OCHCHOH、COCHCH(OCHCHOCH等が挙げられ、CH(OCHCHOH及びCOCHCH(OCHCHOCHの更なる好ましい例としては、例えば、COCHCH(OCHCHOH、COCHCH(OCHCHOH、COCHCH(OCHCHOH、COCHCH(OCHCHOCH、COCHCH(OCHCHOCH、COCHCH(OCHCHOCH等が挙げられるが、勿論これらに限定されるものではない。
上記一般式[1]において、Xで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素原子が挙げられるが、様々なメタ型の置換様式のHBC誘導体を合成する上での前駆体として考えた場合には、より反応性のよい臭素原子及びヨウ素原子が好ましい。
上記一般式[2]において、Rで表される−A−COにおけるRで表されるアルキル基としては、上記Rで表されるアルキル基と同様、例えば、炭素数が1〜20、好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6の直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基が挙げられ、具体例としては、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、第二級ブチル基、第三級ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
また、Aで表される2価の炭化水素基としては、例えば、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、アルキレン基等が挙げられる。これらの炭化水素基は反応及び使用に際して悪影響を及ぼさない置換基であればこれら置換基を1以上有していてもよい。
の好ましい具体例としては、例えば、−C−COOH、−C−COCH3、−C−CO等が挙げられるが、勿論これらに限定されるものではない。
上記一般式[1]で表される化合物の合成方法を、XがBrで、RがC1225で、RがCOCH又はCOHの場合を例にして反応スキームで示すと以下のようになる。
なお、反応の操作手順等の詳細については、後述する実施例の記載を参照されたい。
また、上記一般式[2]で表される化合物の合成方法を、Rが−C−CO又は−C−COOHで、RがC1225で、RがCOCHの場合を例にして反応スキームで示すと以下のようになる。
なお、反応の操作手順等の詳細については、後述する実施例の記載を参照されたい。
更に、上記一般式[2]において、RがC1225で、RがCOCHCH(OCHCHOCHで、Rが−C−CO又は−C−COOHの化合物の合成法を反応スキームで示すと以下のようになる。
本発明の上記一般式[1]で表される化合物並びに一般式[2]で表される化合物は、これを1以上の溶剤に溶解することにより溶液中でナノサイズの自己集積体を形成する。該自己集積体は、通常、リボン状又はチューブ状である。
次に、本発明の新規ヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体である、上記反応スキーム中に記載の化合物12aの溶液中の会合挙動について、紫外−可視光及び蛍光スペクトルを用いて検討を行った結果について述べる。
化合物12aは、THF、クロロホルム、ベンゼンなど有機溶媒中、紫外吸収スペクトルにおいて大きな変化が見られなかったが、蛍光スペクトルで溶媒によって、異なる結果が見られた。例えば、25℃でTHF中ではモノマーに由来するピークが現れるが、ベンゼン中では主にエキシマーに帰属するピークが観測された(図1及び図2参照)。また、ベンゼン溶媒中蛍光特性には強い温度依存性を示し、高温でモノマー発光を与えるが、低温で再びエキシマー発光を示した。
一方、化合物12aからメチル基を外した形の化合物12bはクロロホルムをゲル化し、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)の観察よりナノファイバー構造が観測された(図3参照)。化合物12aはクロロホルム中でゲル化しないことから、化合物12bの分子間の相互作用はπ−πスタッキング以外に、フェノール間の水素結合によってより強くなったと考えられる。
そこで、HBCの横方向のもっと強い構造制御によって新しい会合体を形成させるために、メタ位置にフェニルアセチレン誘導体を導入し、センター位置に親水性のトリエチレングリコールを導入した本発明化合物19aを合成し、溶液中の会合性について検討した。その結果、化合物19aではTHF−水(3:1)混合液中、直径300ナノメートルのカプセル様構造体がFE−SEMにより観測された(図4参照)。
即ち、メタ置換ベンゼンと類似の対称性を有する、本発明に係る新しいへキサペリヘキサベンゾコロネン骨格に、親水性及び疎水性置換基を導入した両親媒性誘導体分子は、極めて平面性高い大きなパイ電子系化合物にも関わらず、直径が数百ナノメートルの球状の構造体(ベシクル)が生成する興味深い自己会合挙動を示すことが判った。
一方、このエステル体(化合物19a)を加水分解して得られたフリー体の化合物19bは、同条件で直径約20ナノメートル、長さ数マイクロメートルのファイバーの生成がFE−SEMにより確認できた(図5参照)。
また、メタ位置にフェニルアセチレン誘導体を導入し、センター位置に4−メトキシフェニル基を導入した本発明化合物15bを合成し、溶液中の会合性について検討したところ、化合物15bはTHF中でナノファイバー構造体を形成することがFE−SEMにより確認された(図6参照)。
このようにHBCの分子構造の微細な修飾によって自己会合挙動を制御でき、異なるナノ構造体が得られることも明らかとなった。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
2,8−ジブロモ−11,14,17−ドデシル−(4−メトキシフェニル)ヘキサペリヘキサベンゾコロネン(化合物12a)の合成
(1)4−ドデシルベンジルアルコール(化合物)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモドデシルベンゼン(3.25g,10.0mmol)をテトラヒドロフラン(THF,100mL)に溶解させ −78℃に冷却した。この溶液にn−ブチルリチウム(7ml,1.6Mヘキサン溶液)を加えて1時間攪拌後、ジメチルホルムアミド(20mL)を加えて更に1時間攪拌した。反応混合物を室温まで昇温し、水に注ぎエーテルで抽出、有機層を水、次いで飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、4−ブロモドデシルベンズアルデヒドを無色油状物として得た。このアルデヒドをエタノール(30mL)に溶解し、水素化ホウ素ナトリウム(2.77g,73.2mmol)を加え、室温で3時間攪拌した。溶媒を留去後、ジクロロメタンを加え、1M塩酸、水、次いで飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物を無色固体として得た(2.13g,収率77%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.25(d,J=8.0Hz,2H),7.15(d,J=8.0Hz,2H),4.62(d,J=6.5Hz,2H),2.58(t,J=7.5Hz,2H),1.58(m,2H),1.19−1.27(m,18H),0.86(t,J=7.0Hz,3H)。
(2)4−ドデシルベンジルブロマイド(化合物)の合成
アルゴン雰囲気下、化合物(1.11g,4.02mmol)のTHF(15mL)溶液を0℃に冷却し、四臭化炭素(1.60g,4.82mmol)とトリフェニルホスフィン(1.26g,4.02mmol)を加え30分間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出し、有機層を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物を無色固体として得た(1.25g,収率85%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.29(d,J=8.0Hz,2H),7.14(d,J=8.0Hz,2H),4.47(s,2H),2.59(t,J=7.5Hz,2H),1.59(m,2H),1.24−1.28(m,18H),0.88(t,J=6.5Hz,3H)。
(3)1−(4−ブロモフェニル)−3−(4−ドデシルフェニル)プロパノン(化合物)の合成
アルゴン雰囲気下、トシルメチルイソシアニド(402mg,2.06mmol)及びヨウ化テトラブチルアンモニウム(38.10mg,0.10mmol)をジクロロメタン/40%水酸化ナトリウム水溶液(1:1,20mL)に溶解し、これに4−ブロモベンジルブロマイド(514mg,2.06mmol)を加えて室温で90分間攪拌し、続いて化合物(700mg,2.06mmol)を加え、更に室温で16時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出、有機層を水、次いで飽和食塩水で洗浄した後、溶媒を減圧留去した。得られた残渣をエーテル(9mL)とジクロロメタン(3mL)に溶解させ、35%濃塩酸(1mL)で処理した。反応混合物を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出し、1N水酸化ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物を無色固体として得た(424mg,収率45%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.41(d,J=8.0Hz,2H),7.12(d,J=8.0Hz,2H),7.05(d,J=8.0Hz,2H),6.97(d,J=8.0Hz,2H),3.74(s,2H),3.66(s,2H),2.58(t,J=8.0Hz,2H),1.85(m,2H),1.24−1.29(m,18H),0.87(t,J=7.5Hz,3H)。
MALDI−TOF−MS:[M+Na](calcd.480.48):found.480.94。
(4)2−(4’−ブロモ−ビフェニル−4−イルオキシ)テトラヒドロ−2H−ピラン(化合物)の合成
4,4’−ジブロモビフェニル(9.96g,40.0mmol)及びp−トルエンスルホン酸一水和物(50mg)をジクロロメタンに溶解し氷冷した。この溶液に3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(6.0mL,65.8mmol)を滴下後、0℃で1時間、その後室温で1時間攪拌した後、10%水酸化ナトリウム水溶液に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した。有機層を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物を無色固体として得た(12.3g,収率93%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.53(d,J=8.5Hz,2H),7.48(d,J=8.5Hz,2H),7.42(d,J=8.5Hz,2H),7.13(d,J=8.5Hz,2H),5.46(t,J=3.0Hz,1H),3.90−3.95(m,1H),3.60−3.64(m,1H),1.99−2.06(m,1H),1.87−1.90(m,2H),1.60−1.74(m,3H)。
(5)2−メチル−4−[4’−(テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルオキシ)ビフェニル−4−イル]−3−ブチン−2−オール(化合物)の合成
2−メチル−3−ブチン−2−オール(4.0mL,41.2mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム(1.02g,1.45mmol)、ヨウ化銅(554mg,2.91mmol)、化合物(9.69g,29.1mmol)、トリエチルアミン(50mL)及びベンゼン(50mL)の混合物をアルゴン雰囲気下、60℃で32時間加熱攪拌した。放冷後、生じた沈殿を濾去し、これをジクロロメタンで洗浄して、有機層を合わせ、溶媒を留去した。残渣をジクロロメタンから再結晶して化合物を無色固体として得た(7.97g,収率81%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.52(d,J=8.5Hz,2H),7.50(d,J=8.5Hz,2H),7.46(d,J=8.5Hz,2H),7.13(d,J=8.5Hz,2H),5.47(m,1H),3.90−3.95(m,1H),3.60−3.64(m,1H),2.01−2.04(m,1H),1.60−1.72(m,6H)。
(6)2−(4’−エチニル−ビフェニル−4−イルオキシ)テトラヒドロ−2H−ピラン(化合物)の合成
アルゴン雰囲気下、化合物(7.90g,23.48mmol)をトルエン(200mL)に溶解し、水酸化カリウム(1.97g,35.2mmol)を加えた後、3時間加熱還流させた。反応混合物を水に注ぎ、トルエンで抽出した。有機層を水、飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物を淡黄色固体として得た(6.05g,収率93%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.48−7.52(m,6H),7.12(d,J=8.5Hz,2H),5.45(t,J=3.0Hz,1H),3.88−3.93(m,1H),3.59−3.63(m,1H),3.09(s,1H),1.97−2.03(m,1H),1.85−1.88(m,2H),1.58−1.70(m,3H)。
(7)2−[(4’−(4−ブロモ−フェニルエチニル)ビフェニル−4−イルオキシ)テトラヒドロ−2H−ピラン(化合物)の合成
アルゴン雰囲気下、化合物(6.00g,21.6mmol)、4−ヨードブロモベンゼン(6.85g,24.2mmol)、ヨウ化銅(410mg,2.16mmol)及びテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)(998mg,0.863mmol)をトルエン(150mL)に懸濁させ、これにトリエチルアミン(20mL)を加えて、50℃で12時間加熱攪拌した。生じた沈殿を濾取し、メタノールで良く洗浄した。得られた固体をトルエンから繰り返し再結晶することにより、化合物を無色固体として得た(8.47g,収率91%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.52−7.55(m,6H),7.49(d,J=8.0Hz,2H),7.14(d,J=9.0Hz,2H),5.48(t,J=3.0Hz,1H),3.90−3.95(m,1H),3.62−3.64(m,1H),2.01−2.03(m,1H),1.87−1.90(m,2H),1.61−1.74(m,3H)。
(8)1−(4−ブロモフェニル)−2−[4’−(テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルオキシ)ビフェニル−4−イル]エタン−1,2−ジオン(化合物)の合成
四塩化炭素/アセトニトリル/水(120mL:120mL:240mL)の混合溶液に化合物(8.97g,20.7mmol)を懸濁させ、過ヨウ素酸ナトリウム(18.2g,85.1mmol)を加え、室温で激しく攪拌反応させた。次いで、これに酸化ルテニウム一水和物(60mg,0.45mmol)を加え3時間攪拌した後、水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した、有機層を水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。反応混合物をセライト濾過し、濃縮後、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、化合物を淡黄色固体として得た(7.37g,収率77%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.99(d,J=8.5Hz,2H),7.86(d,J=8.5Hz,2H),7.69(dd,J=8.5Hz,J=8.5Hz,4H),7.56(d,J=8.5Hz,2H),7.15(d,J=8.5Hz,2H),5.47(t,J=3Hz,1H),3.87−3.92(m,1H),3.59−3.63(m,1H),1.97−2.03(m,1H),1.86−1.89(m,2H),1.59−1.73(m,3H)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.465.34):found.465.34。
(9)2,4−ビス(4−ブロモフェニル)−5−(4−ドデシルフェニル)−3−[4’−(テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルオキシ)ビフェニル−4−イル]シクロペンタ−2,4−ジエノン(化合物9a)の合成
アルゴン雰囲気下、化合物(1.97g,4.30mmol)と化合物(2.0g,4.30mmol)を1,4−ジオキサン(4mL)に溶解し、加熱還流させた。これにテトラブチルアンモニウムヒドロキシドのメタノール溶液(1.0M,2.15mL,2.15mmol)を加えて更に15分間還流させた後、反応混合液を水に注いだ。ジクロロメタンで抽出し、有機層を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、異性体を含まない化合物9aを茶色固体として得た(1.0g,収率26%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.52(d,J=8.5Hz,2H),7.41(d,J=8.5Hz,2H),7.37(d,J=8.5Hz,2H),7.31(d,J=8.5Hz,2H),7.09−7.16(m,6H),7.06(d,J=8.5Hz,2H),6.92(d,J=8.5Hz,2H),6.82(d,J=8.5Hz,2H),5.46(t,J=3Hz,1H),3.90(m,1H),3.61(m,1H),2.54(m,2H),2.02(m,1H),1.85−1.88(m,2H),1.57−1.68(m,4H),1.24−1.28(m,18H),0.86(t,J=7.0Hz,3H)。
MALDI−TOF−MS:[M+Na](calcd.909.80):found.909.82。
(10)1,3−ビス(4−ブロモフェニル)−4,5,6−トリス(4−ドデシルフェニル)−2−[4’−メトキシビフェニル−4−イル]ベンゼン(化合物11)の合成
アルゴン雰囲気下、化合物9a(220mg,0.25mmol)と4,4’−ジドデシルフェニルアセチレン(127mg,0.25mmol)をジフェニルエーテル(1.5mL)に溶解させ、20時間加熱還流させた。室温まで冷却後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物10を無色固体として得た(200mg,収率63%)。このアルコール体10(200mg,0.16mmol)と、炭酸カリウム(53.6mg,0.39mmol)及び18−クラウン−6−エーテル(21mg,0.078mmol)をTHF(20mL)に溶解し、これにヨードメタン(110mg,0.78mmol)を加えた後、3時間加熱還流させた。反応混合物を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出、有機層を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物11を無色固体として得た(200mg,収率99%)。
[化合物10
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.36(d,J=8.5Hz,2H),7.10(d,J=8.5Hz,2H),6.96(d,J=8.5Hz,4H),6.77−6.82(dd,J=8.5Hz,J=8.5Hz,4H),6.68(d,J=8.5Hz,4H),6.61−6.65(m,12H),4.73(s,1H),2.30−2.36(m,6H),1.09−1.42(m,60H),0.86(t,J=6.5Hz,9H)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1289.53):found.1289.53。
[化合物11
HNMR(500MHz,CDCl):δ=7.41(d,J=9.0Hz,2H),7.12(d,J=8.5Hz,2H),6.96(d,J=8.5Hz,4H),6.90(d,J=9.0Hz,2H),6.80(d,J=8.5Hz,4H),6.69(d,J=8.5Hz,4H),6.60−6.66(m,12H),3.80(s,3H),2.31−2.37(m,6H),1.09−1.43(m,60H),0.85−0.88(m,9H)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1303.56):found.1303.64。
(11)2,8−ジブロモ−11,14,17−トリドデシル−(4−メトキシフェニル)ヘキサペリヘキサベンゾコロネン(化合物12a)の合成
塩化鉄(III)(1.10g,6.77mmol)のニトロメタン(7mL)溶液を、化合物11(490mg,0.38mmol)のジクロロメタン(70mL)溶液に、アルゴンガスを通じながら滴下した。引き続きアルゴンを反応混合物に通じながら室温で20分間攪拌した後、過剰のメタノール中に注ぎ、生成した沈殿を濾取した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、本発明のHBC誘導体(化合物12a)を黄色固体として得た(420mg,収率87%)。
HNMR(500MHz,THF−d):δ=6.07−6.76(m,16H),3.72(s,3H),1.96−2.73(m,6H),1.18−1.35(m,60H),0.83−0.86(m,9H)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1291.46):found.1291.04。
ブロモ置換HBC誘導体(化合物12a)から他のメタ型置換様式のHBC誘導体への誘導化(化合物15aの合成)
アルゴン雰囲気下、化合物12a(140mg,0.1mmol)、ヨウ化銅(6mg.0.08mmol)及びジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム(40mg,0.05mmol)をピペリジン(20mL)に溶解し、これにトリイソプロピルシリルアセチレン(2mL)を加えた。反応混合物を80℃で24時間攪拌した後、飽和塩化アンモニウム水溶液に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した。有機層を飽和塩化アンモニウム水溶液、水、次いで飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、トリイソプロピルシリルエチニル誘導体(化合物13)を86%の収率で得た。次いで、この化合物13(40mg,0.09mol)をTHF(10mL)に溶解し、テトラブチルアンモニウムフルオリド(74mg,0.19mmol)を加えて、室温で1時間攪拌した後、ジクロロメタンと水を加えて分液した。有機層を水と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エチニル誘導体(化合物14)を91%の収率で得た。このエチニル誘導体から、更に種々の置換基を導入することができる。
即ち、例えば、化合物14をTHF/ピペリジン混合溶媒中で、ヨウ化銅とテトラキストリフェニルホスフィンパラジウムを触媒とした薗頭反応を用いて、4−ヨード安息香酸エチルとカップリングさせたところ、化合物15aが96%の収率で得られた。
ブロモ置換HBC誘導体(化合物12a)から他のメタ型置換様式のHBC誘導体への誘導化(化合物19aの合成)
(1)化合物12bの合成
アルゴン雰囲気下、化合物12a(70mg,0.054mmol)を乾燥ジクロロメタン(15mL)に溶解し、三臭化硼素(27mg,0.084mmol)を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した後、氷−水溶液に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した。有機層を水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して化合物12bの黄色い粗生成物をほぼ定量的に得た(68mg,収率99%)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1277.44):found.1277.18。
(2)化合物16の合成
上記(1)で得られた化合物12b(68mg,0.053mmol)と炭酸カリウム(40mg,0.29mmol)及び18−クラウン−6−エーテル(20mg,0.076mmol)をTHF(20mL)に溶解し、これにトリエチレングリコールメチルトシルエーテル(1mL)を加えて、60時間加熱還流させた。反応混合物を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出、有機層を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物16を黄色固体として得た(62mg,収率82%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=6.09−6.72(m,16H),4.09(br,2H),3.38(m,2H),3.67−3.76(m,6H),3.57(m,2H),3.39(s,3H),2.12(br,2H),1.98(br,4H),1.11−1.26(m,60H),0.80−0.87(m,9H)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1423.62):found.1423.10。
(3)化合物17の合成
アルゴン雰囲気下、上記(2)で得られた化合物16(62mg,0.043mmol)とヨウ化銅(6mg,0.08mmol)及びジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム(40mg,0.05mmol)をピペリジン(10mL)に溶解し、これにトリイソプロピルシリルアセチレン(1mL)を加えた。反応混合物を80℃で24時間攪拌した後、飽和塩化アンモニウム水溶液に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した。有機層を、飽和塩化アンモニウム水溶液、水、次いで飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、トリイソプロピルシリルエチニル誘導体(化合物17)62mgを得た(収率88%)。
MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1626.55):found.1626.72。
(4)化合物18の合成
上記(3)で得られた化合物17(50mg,0.03mol)をTHF(20mL)に溶解させ、これにテトラブチルアンモニウムフルオリド(74mg,0.19mmol)を加えて室温で1時間攪拌した。反応後、反応液にジクロロメタンと水を加えて分液し、有機層を水と飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、エチニル誘導体(化合物18)32mgを得た(収率79%)。
HNMR(500MHz,CDCl):δ=6.95−7.33(m,16H),4.28(br,2H),4.01(m,2H),3.74−3.81(m,6H),3.63(m,2H),3.43(s,3H),3.09(s,2H),2.33−2.37(m,6H),1.17−1.38(m,60H),0.81−0.87(m,9H)。 MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1313.87):found.1313.32。
(5)化合物19aの合成
上記(4)で得られたエチニル誘導体(化合物18)から、更に種々の置換基を導入することができる。即ち、例えば、化合物18をTHF/ピペリジン混合溶媒中で、ヨウ化銅とテトラキストリフェニルホスフィンパラジウムを触媒とした薗頭反応を用いて、4−ヨード安息酸エチルとカップリングさせることにより、化合物19aが96%の収率で得られた。
HNMR(500MHz,THF−d):δ=7.99(d,J=7.5Hz,4H),6.83−7.53(m,20H),4.38(m,4H),4.07(m,2H),3.86(m,2H),3.60−3.70(m,8H),3.33(s,3H),2.21(m,2H),1.18−1.49(m,70H),0.83−0.84(m,9H)。 MALDI−TOF−MS:[M+H](calcd.1610.19):found.1610.42。
ベシクル状ナノ構造体形成
化合物19a(0.16mg,0.1×10−3mmol)をTHF(0.75mL)に溶解させ、イオン交換水(0.25mL)を加えて、超音波を1時間照射した。この混合物を室温で1時間以上放置すると、ベシクル状構造体が生成した。その電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)画像を図4に示す。
本発明の一般式[1]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体、及び該化合物から誘導される、一般式[2]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体を始めとする種々のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体は、有機溶剤のゲル化剤、光電子デバイス材料、非線形光学材料、無機有機複合材料の鋳型材料、太陽電池材料、燃料電池用材料等、種々の用途が期待される。
本発明の一般式[1]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物12aの紫外吸収スペクトルである。 本発明の一般式[1]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物12aの蛍光スペクトルである。 本発明の一般式[1]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物12bの自己集積体のFE−SEM画像(図面に代わる写真)である。 本発明の一般式[2]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物19aの自己集積体のFE−SEM画像(図面に代わる写真)である。(実施例4) 本発明の一般式[2]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物19bの自己集積体のFE−SEM画像(図面に代わる写真)である。 本発明の一般式[2]で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体の一つである化合物15bの自己集積体のFE−SEM画像(図面に代わる写真)である。

Claims (25)

  1. 下記一般式[1]
    [式中、Rはアルキル基を表し、RはCOR又はCOCHCH(OCHCHORを表し(但し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、nは正の整数を表す。)、Xはハロゲン原子を表す。]
    で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  2. 一般式[1]において、Xが臭素原子又はヨウ素原子である、請求項1に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  3. 一般式[1]において、Xが臭素原子である、請求項1に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  4. 一般式[1]において、Rが炭素数10〜30のアルキル基である、請求項1〜3の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  5. 一般式[1]において、Rが炭素数10〜20のアルキル基である、請求項1〜3の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  6. 一般式[1]において、Rが嵩高いアルキル基である、請求項1〜3の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  7. 一般式[1]において、RがCOH、COCH、COCHCH(OCHCHOH又はCOCHCH(OCHCHOCHである、請求項1〜6の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  8. 請求項1に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体と1以上の溶剤とからなる溶液中で形成されるナノサイズの自己集積体。
  9. リボン状又はチューブ状である、請求項8に記載の自己集積体。
  10. 下記一般式[2]
    [式中、Rはアルキル基を表し、RはCOR又はCOCHCH(OCHCHORを表し(但し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、nは正の整数を表す。)、Rは−A−COを表す(但し、Aは2価の炭化水素基を表し、Rは水素原子を表す。)。]
    で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  11. 一般式[2]において、Rが−C≡C−C−COOH、−C≡C−C−COCH又は−C≡C−C−COである、請求項10に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  12. 一般式[2]において、Rが炭素数10〜30のアルキル基である、請求項10又は11に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  13. 一般式[2]において、Rが炭素数10〜20のアルキル基である、請求項10又は11に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  14. 一般式[2]において、Rが嵩高いアルキル基である、請求項10又は11に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  15. 一般式[2]において、RがCOH、COCH、COCHCH(OCHCHOH又はCOCHCH(OCHCHOCHである、請求項10〜14の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  16. 請求項10に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体と1以上の溶剤とからなる溶液中で形成されるナノサイズの自己集積体。
  17. リボン状又はチューブ状である、請求項16に記載の自己集積体。
  18. 下記一般式[2]
    [式中、Rはアルキル基を表し、RはCOR又はCOCHCH(OCHCHORを表し(但し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、nは正の整数を表す。)、Rは−A−COを表す(但し、Aは2価の炭化水素基を表し、Rはアルキル基を表す。)。]
    で表されるヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  19. 一般式[2]において、Rが−C≡C−C−COOH、−C≡C−C−COCH又は−C≡C−C−COである、請求項18に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  20. 一般式[2]において、Rが炭素数10〜30のアルキル基である、請求項18又は19に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  21. 一般式[2]において、Rが炭素数10〜20のアルキル基である、請求項18又は19に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  22. 一般式[2]において、Rが嵩高いアルキル基である、請求項18又は19に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  23. 一般式[2]において、RがCOH、COCH、COCHCH(OCHCHOH又はCOCHCH(OCHCHOCHである、請求項18〜22の何れかに記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体。
  24. 請求項18に記載のヘキサペリヘキサベンゾコロネン誘導体と1以上の溶剤とからなる溶液中で形成されるナノサイズの自己集積体。
  25. 球状又はカプセル様である、請求項24に記載の自己集積体。
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