JP6607864B2 - 有機半導体化合物 - Google Patents
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Description
を大規模生産するための優れた加工性と、有機半導体層の高い安定性、薄膜均一性及び完全性とが求められる。
第2010/020329A1号パンフレット及び欧州特許出願公開第2075274A1号明細書に開示)、インダセノチエノチオフェン(IDTT)(例えば、国際公開第2013/010614A2号パンフレットに開示)、インデノフルオレン(IF)(例えば、国際公開第2013/124687A1号パンフレット及び国際公開第2010/041687A1号パンフレットに開示)及びこれらの誘導体が提案されてきた。その中でも特に、国際公開第2010/041687A1号パンフレットには、次式:
本発明は、式I:
A1及びA2は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A3及びA4は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A5及びA6は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A7及びA8は、一方がXであり、他方は単結合であり、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、CR1R2、C=CR1R2、SiR1R2、GeR1R2、C=O又はNR1であり、
R1、R2は、互いに独立に、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、Hを表すか;又は、1〜50個のC原子を有する直鎖、分岐もしくは環状アルキル基であって、1個もしくは2個以上の隣接していないCH2基が、それぞれ互いに独立に、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)O−、−O−C(O)−、−O−CO(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−NR0−、−SiR0R00−、−CF2−、−CR0=CR00−、−CY1=CY2−もしくは−C≡C−に、O原子及び/もしくはS原子が互いに直接結合しないように置き換わっていてもよく、かつH原子の1個もしくは2個以上(但し全部ではない)が、F、Cl、Br、IもしくはCNに置き換わっていてもよい、直鎖、分岐もしくは環状アルキル基を表すか;又は、それぞれ1種もしくは2種以上のRs基で置換されていてもよい、4〜30個の環原子を有する、単環もしくは多環のアリールもしくはヘテロアリールを表し、
p、qは、互いに独立に、0、1又は2であり、
Ar21、Ar22、Ar23、Ar24は、互いに独立に、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ単環又は多環であり、4〜20個の環原子を有し、1種又は
2種以上のRs基で置換されていてもよい、芳香族基又は複素芳香族基を表し、
Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR0R00、−C(O)X0、−C(O)R0、−C(O)OR0、−NH2、−NR0R00、−SH、−SR0、−SO3H、−SO2R0、−OH、−NO2、−CF3、−SF5、置換されていてもよいシリル、置換されていてもよく、1種又は2種以上のヘテロ原子を含んでいてもよい、1〜40個のC原子を有するカルビル又はヒドロカルビルを表し、
R0、R00は、互いに独立に、Hを表すか;又は置換されていてもよいC1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルを表し、好適には、Hを表すか又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、
Y1、Y2は、互いに独立に、H、F、Cl又はCNを表し、
X0は、ハロゲン、好適にはF、Cl又はBrを表し、
但し、Ar21及びAr22がベンゼン環であり、p=q=0であり、A1、A2、A3及びA4がCR1R2である場合は、R1及びR2はパーフルオロアルキルではない)で表される1種又は2種以上の2価の単位を含む化合物に関する。
さらに本発明は、式Iで表される単位の、半導体ポリマーにおける電子供与単位又は電子受容単位としての使用に関する。
さらに本発明は、式Iで表される1種もしくは2種以上の繰り返し単位ならびに/又は置換されていてもよいアリール基及びヘテロアリール基から選択される1種もしくは2種以上の基を含む共役系ポリマーであって、このポリマーの少なくとも1種の繰り返し単位が式Iで表される単位である、共役ポリマーに関する。
さらに本発明は、本発明による化合物の色素又は顔料としての使用に関する。
料、配合物、ポリマーブレンド、デバイス又はデバイスの構成要素に関する。
さらに好適なものは、本発明による化合物、組成物又はポリマーブレンドの、DSSC
又はペロブスカイト型太陽電池における色素としての使用;ならびに本発明による化合物、組成物又はポリマーブレンドを含むDSSC又はペロブスカイト型太陽電池である。
用語及び定義
本明細書において用いられる「ポリマー」という語は、その構造が、基本的に、分子量が相対的に低い分子から事実上又は概念上誘導された単位の複数の繰り返しを含む、分子量が相対的に高い分子を意味するものと理解されるであろう(ピュア・アンド・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、第68巻、p.2291)。「オリゴマー」という語は、その構造が、基本的に、分子量が相対的により低い分子から事実上又は概念上誘導された単位を少数の複数含む、分子量が相対的に中程度の分子を意味するものと理解されるであろう(ピュア・アンド・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、第68巻、p.2291)。本発明において用いられる好適な意味においては、ポリマーは、1個を超える、すなわち少なくとも2個の繰り返し単位、好適には5個以上の繰り返し単位を有する化合物を意味するものと理解され、オリゴマーは、1個を超え、かつ10個未満、好適には5個未満の繰り返し単位を有する化合物を意味するものと理解されるであろう。
ド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、第68巻、p.2291)。さらに、本明細書において使用される「単位」という語は、それ自体が繰り返し単位となることもでき、又は他の単位と一緒になって構成繰り返し単位を形成することもできる構造単位を意味するものと理解されるであろう。
ライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1994年、第66巻、p.1134も参照されたい)。
好適なカルビル基及びヒドロカルビル基としては、それぞれ置換されていてもよく、1〜40個、好適には1〜30個、非常に好適には1〜24個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ及びアルコキシカルボニルオキシ;さらには、置換されていてもよく、6〜40個、好適には6〜25個のC原子を有する、アリール又はアリールオキシ;さらには、それぞれ置換されていてもよく、6〜40個、好適には7〜40個のC原子を有する、アルキルアリールオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシ及びアリールオキシカルボニルオキシが挙げられ、当然のことながら、これらの基も全
て、好適には、B、N、O、S、P、Si、Se、As、Te及びGeから選択される1種又は2種以上のヘテロ原子を含んでいてもよい。
カルビル基又はヒドロカルビル基は非環式基であっても環式基であってもよい。カルビル基又はヒドロカルビル基が非環式基である場合、この基は直鎖であっても分岐鎖であってもよい。カルビル基又はヒドロカルビル基が環式基である場合、この基は非芳香族炭素環式基であっても複素環式基であってもよく、又はアリール基であってもヘテロアリール基であってもよい。
あり、縮合環も含んでいてもよく、好適には、1、2、3又は4個の縮合環又は非縮合環を含み、上に定義した1個又は2個以上のL基で置換されていてもよい。
−エニル、ヘキシ−1−、2−、3−、4−又はヘキシ−5−エニル、ヘプト−1−、2−、3−、4−、5−又はヘプト−6−エニル、オクト−1−、2−、3−、4−、5−、6−又はオクト−7−エニル、ノン−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−又はノン−8−エニル、デク−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−又はデク−9−エニルである。
ビス−(メトキシカルボニル)−オクチル、ビス−(エトキシカルボニル)−メチル、2,2−ビス−(エトキシカルボニル)−エチル、3,3−ビス−(エトキシカルボニル)−プロピル、4,4−ビス−(エトキシカルボニル)−ブチル、5,5−ビス−(エトキシカルボニル)−ヘキシルである。
オロ−2−ヘキシル、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチル及び1,1,1−トリフルオロ−2−オクチルオキシである。
本明細書において用いられる、−CO−、C=O、−C(=O)−及び−C(O)−は、カルボニル基、すなわち:
上述及び後述のR0及びR00は、互いに独立に、Hであるか又は1〜40個のC原子を有する場合により置換されたカルビルもしくはヒドロカルビル基であり、好適にはH又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表す。
− 電気陰性度が最も高い元素(ポーリングの電気陰性度:4.0)であるフッ素はポリマーのHOMO準位を低下させることができ、したがって、ポリマーの熱安定性及び酸化安定性を高めると共に、劣化に対する耐性を向上させることができる。
− フッ素は最も小さい電子求引基(ファンデルワールス半径r=1.35Å)であるため、不利な立体効果なく用いることができる。
− フッ素原子は多くの場合、C−F・・・H、F・・・S及びC−F・・・π−F相互作用を介して分子間相互作用及び分子内相互作用に大きく影響する。フッ素化を行うこと
によって、ポリマー骨格の分子鎖間相互作用にも影響を与えることができ、それによってポリマーが薄膜内に異なる状態でパッキングされ、ひいては電界効果移動度をチューニングすることが可能になる。
− インデノ単位(中央の環)のジフッ素化は、有機π共役ポリマーの電子的特性を調整して有機半導体の性能及び/又は安定性を効果的に改善することができる有効な手段として用いられる。
i)式Iで表されるフッ素化された多環単位は、インデノフルオレンに類似した共平面構造を呈する。固体状態において非常に共平面性の高い構造を取ることは電荷移動に有利である。
ii)式Iで表される単位を含む有機π共役系ポリマーは、フッ素化されていないベンゼン環を有する対応する単位を含むポリマーと比較して、HOMO準位が深く、したがって、熱安定性及び酸化安定性が向上していると共に、劣化に対する耐性が向上している。
iii)式Iで表される単位に使用されるフッ素原子は分子間及び分子内相互作用に大きく影響する。こうしたポリマー骨格の分子鎖間相互作用により、薄膜内のポリマーを密にパッキングすることが可能になり、その結果として電界効果移動度が潜在的に改善される。
iv)共役系ポリマーの光電子的特性は、各繰り返し単位内の固有の電子密度及びポリマー骨格に沿った繰り返し単位間の共役の度合いに基づき大きく変化する。フッ素化された単位の長軸に沿ってさらなる芳香族環を縮合させることにより、そのモノマー、したがってポリマーに沿った共役が拡張され、繰り返し単位間に潜在する「捩れ」による影響を最小限に抑えることができる。
v)フッ素化された環をベースとする多環にさらなる微調整及びさらなる修正を施すか又は適切なコモノマーと共重合させることにより、有機エレクトロニクス用途の候補材料を得ることができる。
vi)R1、R2及びRs置換基を変化させ、ならびに/又はコア単位上にさらなる置換基を導入することにより、ポリマーの電子的性質(electronics)をさらに微調整することができる。
vii)加えて、R、R2及びRs置換基を変化させ、ならびに/又はコア単位上にさらなる置換基を導入することにより、ポリマーの溶解性を調節することができる。
a)式Iに関し定義された1種又は2種以上のRs基で置換されていてもよい5個又は6個の環原子を有する単環式の芳香族又は複素芳香族基からなる群、
b)式Iに関し定義された1種又は2種以上のRs基で置換されていてもよい10〜25個の環原子を有する二環又は三環式の芳香族又は複素芳香族基からなる群
から選択される。
Wは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、S、O又はSeであり、
R1及びR2は、互いに独立に、上に記載した意味の1つを有し、
R3、R4、R5及びR6は、互いに独立に、R1に与えられた意味の1つを有する)。
Wは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、S、O又はSeであり、
Vは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、CR1又はNであり、
R1及びR2は、互いに独立に、上に記載した意味の1つを有し、
R3、R4、R5、R6及びR7は、互いに独立に、R1に与えられた意味の1つを有する)。
− A1、A4、A6及びA7が単結合である、
− A1、A3、A6及びA8が単結合である、
− A1、A3、A5及びA7が単結合である、
− A1、A4、A5及びA8が単結合である、
− XがCR1R2である、
− XがSiR1R2である、
− XがNR1である、
− pが0であり、及び/又はqが0である、
− pが0であり、及びqが0である、
− pが0であり、及びqが1である、
− pが0であり、及びqが2である、
− pが1であり、及びqが1である、
− pが1であり、及びqが2である、
− pが2であり、及びqが2である、
− Ar21、Ar22、Ar23及びAr24が、5員環又は2個の縮合した5員環からなる二環式基を表し、前記5員環は、好適にはチオフェンから選択される、
− Ar21、Ar22、Ar23及びAr24が、6員環を表し、好適にはベンゼンから選択される。
本発明による化合物は、低分子、モノマー、オリゴマー及びポリマーを包含する。
本発明によるポリマーは、好適には2種以上の上及び下に定義する式Iで表される単位を含む。
−[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIa
−[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIb(式中、
Uは、式I又はその下位式I1〜I22で表される単位であり、
Ar1、Ar2、Ar3は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、互いに独立に、好適には5〜30個の環原子を有し、場合により、好適には1個又は2個以上のRs基で置換された、Uとは異なるアリール又はヘテロアリールであり、
Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR0R00、−C(O)X0、−C(O)R0、−C(O)OR0、−NH2、−NR0R00、−SH、−SR0、−SO3H、−SO2R0、−OH、−NO2、−CF3、−SF5、置換されていてもよいシリル、1〜40個のC原子を有し、置換されていてもよく、1種又は2種以上のヘテロ原子を含んでいてもよいカルビル又はヒドロカルビルであり、
R0及びR00は、互いに独立に、Hであるか又は置換されていてもよいC1〜40カルビル又はヒドロカルビルであり、好適にはHを表すか又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、
X0は、ハロゲン、好適には、F、Cl又はBrであり、
a、b、cは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、0、1又は2であり、
dは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、0又は1〜10の整数である)で表される1種又は2種以上の繰り返し単位を含み、このポリマーは、bが少なくとも1である少なくとも1種の式IIa又はIIbで表される繰り返し単位を含む。
−[(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIIa
−[(Ac)b−(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIIb
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、a、b、c及びdは、式IIaに関する定義と同義であり、Acは、好適には5〜30個の環原子を有し、上及び下に定義する1種又は2種以上のRs基で置換されていてもよい、U及びAr1〜3とは異なるアリール又はヘテロアリール基であり、好適には、電子受容性を有するアリール又はヘテロアリール基から選択される)から選択され、このポリマーは、bが少なくとも1である少なくとも1種の式IIIa又は式IIIbで表される繰り返し単位を含む。
R0及びR00は、それぞれ互いに独立に、Hを表すか又は置換されていてもよいC1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルを表し、好適には、H又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、
X0は、ハロゲン、好適には、F、Cl又はBrを表し、
Y1及びY2は、H、F又はCNを表す。
A、B、Cは、互いに独立に、式I、Ia、IIa、IIb、IIIa、IIIb又はこれらの下位式で表される別々の単位を表し、
xは、>0かつ≦1であり、
yは、≧0かつ<1であり、
zは、≧0かつ<1であり、
x+y+zは、1であり、
nは、1を超える整数である)から選択される。
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3)y]n−* IVa
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3−Ar3)y]n−* IVb
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3−Ar3−Ar3)y]n−* IVc*−[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IVd
*−([(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]x−[(Ar1)a−(Arc)b−(Ar2)c−(Ar3)d]y)n−* IVe
*−[(U−Ar1−U)x−(Ar2−Ar3)y]n−* IVf
*−[(U−Ar1−U)x−(Ar2−Ar3−Ar2)y]n−* IVg
*−[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c]n−* IVh
*−([(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c]x−[(Ac)b−(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)d]y)n−* IVi
*−([(U−Ar1)x−(U−Ar2)y−(U−Ar3)z]n−* IVk*−[U]n−* IVm
(式中、U、Ar1、Ar2、Ar3、a、b、c及びdは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、式IIaに関し与えられた意味の1つを有し、Acは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、式IIIaに関し与えられた意味の1つを有し、x、y、z及びnは、式IVにおける定義と同義である)から選択され、これらのポリマーは、
交互共重合体又はランダム共重合体であってもよく、式IVd及び式IVeにおいては、繰り返し単位[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]の少なくとも1つ及び繰り返し単位[(Ar1)a−(Arc)b−(Ar2)c−(Ar3)d]の少なくとも1つにおいて、bは少なくとも1であり、式IVh及びIViにおいては、繰り返し単位[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)d]の少なくとも1つ及び繰り返し単位[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)d]の少なくとも1つにおいて、bは少なくとも1である。
式IV及びその下位式IVa〜IVmで表されるポリマーにおいて、xは、好適には、0.1〜0.9、非常に好適には0.3〜0.7である。
特に好適なポリマーは、次に示す群:
− A群:単位U又は(Ar1−U)又は(Ar1−U−Ar2)又は(Ar1−U−Ar3)又は(U−Ar2−Ar3)又は(Ar1−U−Ar2−Ar3)又は(U−Ar1−U)の単独重合体、すなわち全ての繰り返し単位が同一である単独重合体からなる群、
− B群:同一の単位(Ar1−U−Ar2)又は(U−Ar1−U)と、同一の単位(Ar3)とから形成されるランダム共重合体又は交互共重合体からなる群、
− C群:同一の単位(Ar1−U−Ar2)又は(U−Ar1−U)と、同一の単位(Ar1)とから形成されるランダム共重合体又は交互共重合体からなる群、
− D群:同一の単位(Ar1−U−Ar2)又は(U−Ar1−U)と、同一の単位(Ar1−Ac−Ar2)又は(Ac−Ar1−Ac)とから形成されるランダム共重合体又は交互共重合体からなる群
から選択され、
式中、これらの基U、Ac、Ar1、Ar2及びAr3は全て上及び下に示した定義と同義であり、A、B及びC群において、Ar1、Ar2及びAr3は、単結合ではなく、D群において、Ar1及びAr2のうちの1つは単結合を表すこともできる。
*−[U]n−* IV1
*−[(Ar1)a−U−(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IV2
*−[[(Ar1)a−U]x−[(Ar2)c−(Ar3)d]y]n−* IV3
*−[[(Ar1)a]x−[U]y−[(Ar2)c]z−[(Ar3)d]w]n−* IV4
*−[(Ar1)a−U]n−* IV5
*−[(Ar1)a−U]o−[(Ar1)a−U]n−* IV6
*−[(Ar1)a−U]o−[(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IV7
*−[(Ar1)a]o−[U]p−[(Ar2)c]n−[(Ar3)d]q−*
IV8
(式中、Uは、式I又は上述及び後述の下位式で表される単位であり、Ar1、Ar2、Ar3、a、c及びdは、式IIaに関し与えられた意味を有するか又は上述及び後述の好適な意味の1つを有し、x、y、z及びnは、式IVに関し与えられた意味を有し、wは≧0かつ<1であり、o、p及びqは、nに与えられた意味の1つを有する)から選択される。好適には、x、y、z及びwは、それぞれ0.1〜0.9、非常に好適には0.
2〜0.8である。
R21−分子鎖−R22 V
(式中、「分子鎖」は、式IV、IVa〜IVm又はIV1〜IV9で表される高分子鎖を表し、R21及びR22は、互いに独立に、上に定義したRsの意味の1つを有するか、あるいは、互いに独立に、H、F、Br、Cl、I、−CH2Cl、−CHO、−CR’=CR’’2、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’X’’、−SiR’R’’X’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)2、−O−SO2−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’3、−ZnX’又は末端封止基を表し、X’及びX’’はハロゲンを表し、R’、R’’及びR’’’は、互いに独立に、式IにおいてR0に関し与えられた意味の1つを有し、R’、R’’及びR’’’のうちの2種は、これらが結合している各ヘテロ原子と一緒になって、2〜20個のC原子を有するシクロシリル、シクロスタンニル(cyclostannyl)、シクロボラン又はシクロボロネート(cycloboronate)基を形成してもよい)から選択される。
さらに本発明は、式VIa及びVIb:
R23−(Ar1)a−U−(Ar2)c−R24 VIa
R23−U−(Ar1)a−U−R24 VIb
(式中、
U、Ar1、Ar2、a及びbは、式IIaにおける意味と同義であるか、又は上述及び後述の好適な意味の1つを有する)で表されるモノマーに関する。
R23−U−R24 VI1
R23−Ar1−U−R24 VI2
R23−U−Ar2−R24 VI3
R23−U−Ar1−U−R24 VI4
R23−Ar1−U−Ar2−R24 VI5
R23−U−Ac−R24 VI6
(式中、U、Ac、Ar1、Ar2、R23及びR24は、式IIIa及びVIに関する定義と同義である)から選択される。
RT1−(Ar7)h−(Ar6)g−[(Ar5)f(Ar4)e−U−(Ar8)i(Ar9)k]t−(Ar10)l−(Ar11)m−RT2 VII
(式中、
Uは、式I又はその下位式I1〜I22で表される単位であり、
Ar4〜11は、互いに独立に、−CY1=CY2−を表すか、−C≡C−を表すか、又は無置換であるかもしくは式Iに関し定義された1種もしくは2種以上のRs基で置換された、5〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールを表し、Ar4〜11の1種又は2種以上は、式Iに関し定義されたUを表していてもよく、
Y1、Y2は、互いに独立に、H、F、Cl又はCNを表し、
RT1,T2は、互いに独立に、H、F、Cl、Br、−CN、−CF3、R、−CF2−R、−O−R、−S−R、−SO2−R、−SO3−R−C(O)−R、−C(O)−H、−C(S)−R、−C(O)−CF2−R、−C(O)−OR、−C(S)−OR、−O−C(O)−R、−O−C(S)−R、−C(O)−SR、−S−C(O)−R、−C(O)NRR’、−NR’−C(O)−R、−NHR、−NRR’、−SO2−R、−CR’=CR’’R’’’、−C≡C−R’、−C≡C−SiR’R’’R’’’、−SiR’R’’R’’’、−CH=CH(CN)、−CH=C(CN)2、−C(CN)=C(CN)2、−CH=C(CN)(Ar12)、−CH=C(CN)−COOR、−CH=C(COOR)2、CH=C(CONRR’)2、
Ra、Rbは、互いに独立に、それぞれ4〜30個の環原子を有し、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のR基もしくはR1基で置換されたアリール又はヘテロアリールであり、
Ar12は、それぞれ4〜30個の環原子を有し、無置換であるか又は1種もしくは2種
以上のR1基で置換されたアリール又はヘテロアリールであり、
Rは、無置換であるか、又はFもしくはCl原子もしくはCN基の1種もしくは2種以上で置換されているか、もしくは完全フッ素化された、1〜30個のC原子を有する、直鎖、分岐もしくは環状のアルキルであり、1個もしくは2個以上のC原子が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(S)−、−SiR0R00−、−NR0R00−、−CHR0=CR00−もしくは−C≡C−で、O原子及び/もしくはS原子が互いに直接結合しないように置き換わっていてもよく、
R0、R00は、式Iに関し与えられた意味と同義であり、好適には、互いに独立に、H又はC1〜20アルキルを表し、
R’、R’’、R’’’は、互いに独立に、R0の意味の1つを有し、
e、f、g、h、i、k、l、mは、互いに独立に、0又は1であり、e、f、g、h、i、k、l、mの少なくとも1つは1であり、
tは、1、2又は3である)から選択される。
さらに好適な式I〜VII及びこれらの下位式で表される繰り返し単位、モノマー、オリゴマー、ポリマー及び低分子は、次に示す好適な実施形態の一覧又はこれらの任意の組合せから選択される:
− yは>0かつ<1であり、zは0である、
− yは>0かつ<1であり、zは>0かつ<1である、
− nは少なくとも5、好適には少なくとも10、非常に好適には少なくとも50であり、かつ2,000まで、好適には500までである、
− Mwは少なくとも5,000、好適には少なくとも8,000、非常に好適には少なくとも10,000、であり、かつ好適には300,000まで、非常に好適には100,000までである、
− Rs基は全てHを表す、
− Rs基の少なくとも1個はHではない、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、1〜30個のC原子を有する1級アルキル、3〜30個のC原子を有する2級アルキル及び4〜30個のC原子を有する3級アルキルからなる群から選択され、これらの基はいずれも、1個又は2個以上のH原子がFに置き換わっていてもよい、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ場合によりフッ素化、アルキル化又はアルコキシ化された、4〜30個の環原子を有するアリール及びヘテロアリールからなる群から選択され、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ場合によりフッ素化又はアルキル化された、4〜30個の環原子を有するアリール及びヘテロアリールからなる群から選択され、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、1〜30個のC原子を有する1級アルコキシ又は1級スルファニルアルキル、3〜30個のC原子を有する2級アルコキシ又は2級スルファニルアルキル、及び4〜30個のC原子を有する3級アルコキシ又は3級スルファニルアルキルからなる群から選択され、これらの基はいずれも、1個又は2個以上のH原子がFに置き換わっていてもよい、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、アリールオキシ及びヘテロアリールオキシからなる群から選択され、それぞれアルキル化又はアルコキシル化されていてもよく、4〜30個の環原子を有する、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシからなる群から選択され、これらはいずれも直鎖又は分岐鎖であり、フッ素化されていてもよく、1〜30個のC原子を有する、
− Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Cl、Br、I、CN、
R9、−C(O)−R9、−C(O)−O−R9又は−O−C(O)−R9、−SO2−R9、−SO3−R9を表し;R9は、1〜30個のC原子を有する直鎖、分岐又は環状アルキルであり、1個又は2個以上の隣接していないC原子が場合により−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−CR0=CR00−又は−C≡C−に置き換わっており、1個又は2個以上のH原子が場合によりF、Cl、Br、I又はCNに置き換わっているか;又はR9は、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のハロゲン原子もしくは1種もしくは2種以上の上に定義したR1基で置換された4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールである、
− R0及びR00は、H又はC1〜C10−アルキルから選択される、
− R21及びR22は、互いに独立に、H、ハロゲン、−CH2Cl、−CHO、−CH=CH2−SiR’R’’R’’’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)2、P−Sp、C1〜C20−アルキル、C1〜C20−アルコキシ、C2〜C20−アルケニル、C1〜C20−フルオロアルキル及び置換されていてもよいアリール又はヘテロアリール(好適にはフェニル)から選択される、
− R23及びR24は、互いに独立に、Cl、Br、I、O−トシラート、O−トリフラート、O−メシラート、O−ノナフラート、−SiMe2F、−SiMeF2、−O−SO2Z1、−B(OZ2)2、−CZ3=C(Z4)2、−C≡CH、−C≡CSi(Z1)3、−ZnX0及び−Sn(Z4)3からなる群から選択され、X0はハロゲンであり、Z1〜4は、アルキル及びアリールからなる群から選択され、それぞれ置換されていてもよく、2個のZ2基が環状基を形成していてもよい。
例えば、本発明のポリマーは、好適には、山本カップリング、鈴木カップリング、スティルカップリング、薗頭カップリング、ヘックカップリング、ブッフバルトカップリング等のアリール−アリールカップリング反応により調製することができる。鈴木カップリング、スティルカップリング及び山本カップリングが特に好適である。重合することによりポリマーの繰り返し単位を形成するモノマーは、当業者に周知の方法に従い調製することができる。
本発明の他の態様は、1種又は2種以上の、同一であっても異なっていてもよい、式Iで表されるモノマー単位又は式VIaもしくはVIbで表されるモノマーを、互いに、及び/又は1種又は2種以上のコモノマーと、重合反応、好適にはアリール−アリールカップリング反応においてカップリングすることによりポリマーを調製するためのプロセスである。
R23−(Ar1)a−Ac−(Ar2)c−R24 VIII
R23−Ar1−R24 IX
R23−Ar3−R24 X
R23−Ac−R24 XI
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、a及びcは、式IIaにおける意味の1つを有するか又は上述及び後述の好適な意味の1つを有し、Acは、式IIIaにおける意味の1つを有するか又は上述及び後述の好適な意味の1つを有し、R23及びR24は、式VIにおける意味の1つを有するか又は上述及び後述の好適な意味の1つを有する)から選択される。
a)式VI1:
R23−Ar1−U−Ar2−R24 VI1
で表されるモノマーを、式IX:
R23−Ar1−R24 IX
で表されるモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
b)式VI2:
R23−U−R24 VI2
のモノマーを、式VIII1:
R23−Ar1−Ac−Ar2−R24 VIII1
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
c)式VI2:
R23−U−R24 VI2
のモノマーを、式VIII−2:
R23−Ac−R24 VIII2
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
d)式VI2:
R23−U−R24 VI2
のモノマーを、式VIII2:
R23−Ac−R24 VIII2
のモノマー及び式IX:
R23−Ar1−R24 IX
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
e)式VI1:
R23−U−Ar1−U−R24 VI5
のモノマーを、式IX:
R23−Ar1−R24 IX
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
f)式VI2:
R23−U−R24 VI2
のモノマーを、式IX:
R23−Ar1−R24 IX
のモノマー及び式X:
R23−Ar3−R24 X
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
又は
g)式VI2:
R23−U−R24 VI2
のモノマーを、式XI:
R23−Ac−R24 XI
のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、ポリマーを調製するプロセス
(式中、R23、R24、U、Ac、Ar1,2,3は、式IIa、IIIa及びVIaに関する定義と同義であり、R23及びR24は、好適には、Cl、Br、I、式VIaに関し定義した−B(OZ2)2及び−Sn(Z4)3から選択される)に関する。
トリフェニルホスフィン、トリス(オルト−トリル)ホスフィン又はトリ(tert−ブチル)ホスフィン)と混合することにより調製することができる。鈴木重合は、塩基(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、水酸化リチウム、リン酸カリウム)又は有機塩基(炭酸テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム等)の存在下に行われる。山本重合は、Ni(0)錯体、例えば、ビス(1,5−シクロオクタジエニル)ニッケル(0)を使用する。
スキーム1 − 未修飾モノマーの合成
好適な溶媒は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン、エーテル及びこれらの混合物である。使用できるさらなる溶媒としては、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、ペンチルベンゼン、メシチレン、クメン、シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン、デカリン、2,6−ルチジン、2−フルオロ−m−キシレン、3−フルオロ−o−キシレン、2−クロロベンゾトリフルオリド、N,N−ジメチルホルムアミド、2−クロロ−6−フルオロトルエン、2−フルオロアニソール、アニソール、2,3−ジメチルピラジン、4−フルオロアニソール、3−フルオロアニソール、3−トリフルオロメチルアニソール、2−メチルアニソール、フェネトール、4−メチルアニソール、3−メチルアニソール、4−フルオロ−3−メチルアニソール、2−フルオロベンゾニトリル、4−フルオロベラトロール、2,6−ジメチルアニソール、3−フルオロベンゾニトリル、2,5−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、ベンゾニトリル、3,5−ジメチルアニソール、N,N−ジメチルアニリン、安息香酸エチル、1−フルオロ−3,5−ジメトキシベンゼン、1−メチルナフタレン、N−メチルピロリジノン、3−フルオロベンゾトリフルオリド
、ベンゾトリフルオリド、ジオキサン、トリフルオロメトキシベンゼン、4−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロピリジン、トルエン、2−フルオロトルエン、2−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロトルエン、4−イソプロピルビフェニル、フェニルエーテル、ピリジン、4−フルオロトルエン、2,5−ジフルオロトルエン、1−クロロ−2,4−ジフルオロベンゼン、2−フルオロピリジン、3−クロロフルオロベンゼン、1−クロロ−2,5−ジフルオロベンゼン、4−クロロフルオロベンゼン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、2−クロロフルオロベンゼン、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレン又はo−、m−及びp−異性体の混合物が挙げられる。一般に、比較的極性の低い溶媒が好適である。インクジェット印刷には、沸点が高い溶媒及び溶媒混合物が好適である。スピン塗布には、キシレン及びトルエン等のアルキル化ベンゼンが好適である。
0℃における粘度が1〜100mPa・s、より好適には1〜50mPa・s、最適には1〜30mPa・sである。
n型半導体には、酸化亜鉛(ZnOx)、亜鉛スズ酸化物(ZTO)、酸化チタン(TiOx)、酸化モリブデン(MoOx)、酸化ニッケル(NiOx)、セレン化カドミウム(CdSe)等の無機材料又はグラフェン、フラーレン、置換フラーレン等の有機材料、例えば、ICBA等のインデン−C60−フラーレンビス付加体、又は例えば、G.ユ
ー(G.Yu)、J.ガオ(J.Gao)、J.C.ヒュメレン(J.C.Hummelen)、F.ウドゥル(F.Wudl)、A.J.ヒーガ(A.J.Heeger)著、サイエンス(Science)、1995年、第270号、p.789ffに開示されている、次に示す構造:
オフェン]、もしくはポリ[(9,9−ビス(3’−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)−2,7−フルオレン)−alt−2,7−(9,9−ジオクチルフルオレン)]等)又は有機化合物(例えば、トリス(8−キノリノラト)−アルミニウム(III)(Alq3)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン等)等の材料を含む、正孔ブロック層として及び/又は電子輸送層として作用する1つ又は2つ以上のさらなるバッファ層を含む。
任意選択的に、基板、
アノードの役割を果たす、好適には、金属酸化物(例えばITO等)を含む、仕事関数の高い電極、
任意選択的な導電性ポリマー層又は正孔輸送層、好適には、有機ポリマー又はポリマーブレンド、例えば、PEDOT:PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホン酸)又はTBD(N,N’−ジフェニル(dyphenyl)−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)又はNBD(N,N’−ジフェニル(dyphenyl)−N−N’−ビス(1−ナフチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)を含むもの、
p型及びn型有機半導体を含む、例えば、p型/n型二重層として、又は別々のp型層及びn型層として、又はブレンド又はp型及びn型半導体(BHJを形成する)として存在することができる、「光活性層」とも称される層、
電子輸送性を有する、例えば、LiF又はPFNを含む任意選択的な層、
カソードの役割を果たす、好適には、金属(例えばアルミニウム等)を含む、仕事関数の低い電極
を含むOPV素子であり、
電極の少なくとも1つ、好適にはアノードは、可視光に対し透明であり、
p型半導体が本発明による化合物又はポリマーである。
任意選択的に、基板、
カソードの役割を果たす、仕事関数の高い金属電極又は金属酸化物電極(例えばITOを含む)、
正孔ブロック性を有する、好適には金属酸化物(TiOx等)又はZnx又はポリ(エチレンイミン)を含む層、
電極間に配置された、例えば、p型/n型二重層として、又は別々のp型層及びn型層として、又はp型半導体及びn型半導体(BHJを形成する)のブレンドとして存在することができる、p型及びn型有機半導体を含む光活性層、
好適には有機ポリマー又はポリマーブレンド、例えば、PEDOT:PSS又はTBD又はNBDを含む、任意選択的な導電性ポリマー層又は正孔輸送層、
アノードの役割を果たす、仕事関数の高い金属(例えば銀等)を含む電極
を含む逆型OPV素子であり、
電極の少なくとも1つ、好適にはカソードは、可視光に対し透明であり、
p型半導体が本発明による化合物又はポリマーである。
この光活性層を基板上に堆積させると、ナノレベルで相分離しているBHJが形成される。ナノレベルの相分離に関する検討については、デンラー(Dennler)ら著、IEEE予稿集(Proceedings of the IEEE)、2005年、第93巻(8)、p.1429又はホップ(Hoppe)ら著、アドバンスト・ファンクショナル・マテリアルズ(Adv.Func.Mater)、2004年、第14巻(10)、p.1005を参照されたい。次いで任意選択的なアニールステップを行うことが、ブレンドの形態、したがってOPV素子の性能を最適化するために必要な場合がある。
132巻、pp.7595〜7597に開示されている。
ソース電極、
ドレイン電極、
ゲート電極、
半導体層、
1つ又は2つ以上のゲート絶縁層、
任意選択的に、基板
を含み、この半導体層は、好適には、上述及び後述の化合物、ポリマー、組成物又はポリマーブレンドを含む。
公開第2007/0102696A1号明細書に記載されている。
は非常に高い導電性を示す。これは、一般的なドーパントに曝露することにより行われる。好適なドーパント及びドーピングの方法は、例えば、欧州特許第0528662号明細書、米国特許第5,198,153号明細書又は国際公開第96/21659号パンフレットから当業者に知られている。
られる、発光材料を含むOLED素子に使用した場合は、この導電性の増大によって、発光材料の電界発光特性を向上させることができる。
本明細書の記載内容及び特許請求の範囲全体を通して、「含む(comprise)」及び「含む(contain)」という語ならびにその変化形(例えば、「含む(comprising)、「含む(comprises)」は、「含む(include)が、これらに限定されるものではない」ことを意味し、他の構成要素を排除することを意図していない(排除しない)。
2,5−ジブロモ−3,6−ジフルオロ−テレフタル酸ジエチルエステル
2,5−ジフルオロ−3,6−ジ−チオフェン−2−イル−テレフタル酸ジエチルエステル
去する。ジクロロメタン(200cm3)及び水(200cm3)を加え、混合物を23℃で30分間撹拌する。生成物をジクロロメタン(3×100cm3)で抽出する。有機相を合一し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過して溶媒を真空下に除去する。粗生成物を石油エーテル(light petroleum ether)でトリチュレートして懸濁液を生成する。生成物を濾過して回収し、真空乾燥させることにより、2,5−ジフルオロ−3,6−ジチオフェン−2−イル−テレフタル酸ジエチルエステルを淡黄色固体として得る(2.45g、86%)。1H−NMR(300MHz,CDCl3)1.16(6H,t,CH3,J7.16),4.23(4H,q,CH2),7.12(2H,dd,ArH,J5.1,3.7),7.21(2H,dd,ArH,J3.5,0.9),7.50(2H,dd,ArH,J5.1,1.2)。
4,9−ジヒドロ−4,4,9,9−テトラキス[4−(ヘキサデシル)フェニル]−s−5,10−ジフルオロ−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェン
2,7−ジブロモ−4,9−ジヒドロ−4,4,9,9−テトラキス[4−(ヘキサデシル)フェニル]−s−5,10−ジフルオロ−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェン
ポリ{2,9−[4,9−ジヒドロ−4,4,9,9−テトラキス[4−(ヘキサデシル)フェニル]−s−5,10−ジフルオロ−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェン]−alt−[2,5−チエノ[3,2−b]チオフェン]}(ポリマー1)
60石油エーテル及びシクロヘキサンで順次ソックスレー抽出に付す。シクロヘキサン抽出液をメタノール(400cm3)に注ぎ、ポリマー析出物を濾取し、ポリ{2,9−[4,9−ジヒドロ−4,4,9,9−テトラキス[4−(ヘキサデシル)フェニル]−s−5,10−ジフルオロ−インダセノ[1,2−b:5,6−b’]ジチオフェン]−alt−[2,5−チエノ[3,2−b]チオフェン]}を淡褐色固体として得る(130mg、83%)。GPC(クロロベンゼン、50℃)Mn=74,000g/mol、Mw=170,000g/mol。
実施例2
2,5−ジフルオロ−3,6−ビス−(5−トリイソプロピルシラニル−チエノ[3,2−b]チオフェン−2−イル)−テレフタル酸ジエチルエステル
化合物1
抽出する。有機相を合一して無水硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過して溶媒を真空下に除去することにより、中間体の粗生成物を黄色油状残渣として得る。生成した中間体の無水トルエン(100cm3)溶液に強酸性15H+アンバーリストを加える。懸濁液を30分間脱気し、混合物を70℃で5時間加熱する。懸濁液を濾過して固体をジエチルエーテル(300cm3)で洗浄し、濾液を回収して溶媒を減圧下に除去する。粗生成物はシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シクロヘキサン 8:2 クロロホルム、50℃)で精製する。純粋な生成物を含む画分を合一して溶媒を真空下に除去することにより、化合物1を黄色固体として得る(495mg、11%)。1H−NMR(300MHz,CDCl3)0.83−0.94(12H,m,CH3),1.15−1.37(104H,m,CH2),1.54−1.68(8H,m,CH2),2.47−2.62(8H,m,CH2),7.04−7.13(8H,bd,ArH),7.17−7.24(8H,bd,ArH),7.30(4H,s,ArH)。
化合物2
ポリマー2
.2mg、0.002mmol)を加えた後、予熱しておいた油浴中、反応混合物を100℃で30分間加熱する。ブロモベンゼン(0.02cm3)を加えて混合物を100℃で30分間加熱した後、トリブチル−フェニル−スタンナン(0.08cm3)を加える。混合物を100℃で1時間加熱する。混合物を僅かに放冷し、この混合物をメタノール(200cm3)中に撹拌しながら注ぎ、析出したポリマーを濾取する。粗生成ポリマーをアセトン、40−60石油エーテル及びシクロヘキサンを用いて順次ソックスレー抽出に付す。シクロヘキサン抽出液をメタノール(400cm3)に注ぎ、析出したポリマーを濾取することにより、ポリマー2を赤褐色固体として得る(120mg、71%)。GPC(クロロベンゼン、50℃)Mn=39,000g/mol、Mw=75,000g/mol。
ポリマー3
実施例3
トランジスタの製作及び測定
フォトリソグラフィーにより画定したAuソース−ドレイン電極を有するトップゲート型薄膜有機電解効果トランジスタ(OFET)をガラス基板上に作製した。有機半導体の
ジクロロベンゼン中溶液(7mg/cm3)を上面にスピン塗布(薄膜の任意選択的なアニールを、100℃、150℃又は200℃で1〜5分間行った)した後、フルオロポリマー誘電体材料(独国メルク(Merck,Germany)からのリシコン(Lisicon)(登録商標)D139)をスピン塗布した。最後に、フォトリソグラフィーにより画定したAuゲート電極を堆積させた。このトランジスタ素子の電気特性評価を、常温常圧条件の空気中で、コンピュータ制御されたアジレント(Agilent)4155C
セミコンダクター・パラメータ・アナライザー(Semiconductor Parameter Analyser)を用いて行った。飽和領域における化合物の電荷キャリア移動度(μsat)を求めた。式(1)を用いて飽和領域(Vd>(Vg−V0))における電界効果移動度を求めた:
図1に、上に述べたように作製したトップゲート型OFET(ポリマー2を有機半導体として使用したもの)の伝達特性及び電荷キャリア移動度を示す。
Claims (30)
- 式I:
(式中、
*は、隣接する単位に繋がる化学結合を意味し、かつ、環においては、隣接する環と縮合しているC原子を意味し、
A1及びA2は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A3及びA4は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A5及びA6は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A7及びA8は、一方がXであり、他方は単結合であり、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、CR1R2、C=CR1R2、SiR1R2、GeR1R2、C=O又はNR1であり、
R1、R2は、無置換であるか、もしくは、1個もしくは2個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、それぞれ1種もしくは2種以上のRs基で置換されていてもよい、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
p、qは、互いに独立に、0、1又は2であり、
Ar21、Ar22、Ar23、Ar24は、5員環又は2個の縮合した5員環からなる二環式基を表し、前記5員環はチオフェンから選択されるとともに、1種又は2種以上のRS基で置換されていてもよい、芳香族基又は複素芳香族基を表し、
Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Cl、Br、I、CN、R9、−C(O)−R9、−C(O)−O−R9又は−O−C(O)−R9、−SO2−R9、−SO3−R9を表し;R9は、1〜30個のC原子を有する直鎖、分岐又は環状アルキルであり、1個又は2個以上の隣接していないC原子が場合により−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−CR0=CR00−又は−C≡C−に置き換わっており、1個又は2個以上のH原子が場合によりF、Cl、Br、I又はCNに置き換わっているか;又はR9は、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のハロゲン原子もしくは1種もしくは2種以上のR 1 ’基で置換された4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールであり、R 1 ’は、無置換であるか、もしくは、1個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
R0、R00は、互いに独立に、Hを表すか;又は置換されていてもよいC1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルを表す)で表される1種又は2種以上の2価の単位を含む化合物。 - p及びqが0又は1である、請求項1に記載の化合物。
- p及びqが0である、請求項1に記載の化合物。
- XがCR1R2である、請求項1に記載の化合物。
- A1、A4、A6、A7が単結合である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
- 式Iで表される単位が、次に示す下位式:
(式中、Xは、CR1R2、C=CR1R2、SiR1R2又はGeR1R2であり、R1〜R 2 は無置換であるか、もしくは、1個もしくは2個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、それぞれ1種もしくは2種以上のRs基で置換されていてもよい、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択される)から選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の式Iで表される1種又は2種以上の単位を含む共役系ポリマーであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の化合物。
- 式IIa又はIIb:
−[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIa
−[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIb
(式中、
Uは、請求項1〜6のいずれか一項に記載の式I又はその下位式で表される単位であり、Ar1、Ar2、Ar3は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、互いに独立に、5〜30個の環原子を有し、1個又は2個以上のRs ’基で置換されていてもよい、Uとは異なるアリール又はヘテロアリールであり、
Rs ’は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR0R00、−C(O)X0、−C(O)R0、−NH2、−NR0R00、−SH、−SR0、−SO3H、−SO2R0、−OH、−NO2、−CF3、−SF5、置換されていてもよいシリル、1〜40個のC原子を有し、置換されていてもよく、1種又は2種以上のヘテロ原子を含んでいてもよいカルビル又はヒドロカルビルであり、
R0及びR00は、互いに独立に、Hであるか又は置換されていてもよいC1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルであり、
X0は、F、Cl又はBrであり、
a、b、cは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、0、1又は2であり、
dは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、0又は1〜10の整数である)で表される1種又は2種以上の単位を含み、前記ポリマーは、bが少なくとも1である少なくとも1種の式IIa又はIIbで表される繰り返し単位を含むことを特徴とする、請求項7に記載の化合物。 - 式IIIa又はIIIb:
−[−(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIIa
−[(Ac)b−(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)c−(Ar3)d]− IIIb
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、a、b、c及びdは、請求項8に記載した意味と同義であり、Acは、5〜30個の環原子を有し、請求項1に記載する1種又は2種以上のRs基で置換されていてもよい、U及びAr1〜3とは異なるアリール又はヘテロアリール基である)から選択される1種又は2種以上の繰り返し単位をさらに含み、前記ポリマーは、bが少なくとも1である少なくとも1種の式IIIa又はIIIbで表される繰り返し単位を含むことを特徴とする、請求項7又は8に記載の化合物。 - 式IV:
(式中、
A、B、Cは、互いに独立に、請求項1〜9のいずれか一項に記載の式I、IIa、IIb、IIIa又はIIIbで表される別々の単位を表し、
xは、>0かつ≦1であり、
yは、≧0かつ<1であり、
zは、≧0かつ<1であり、
x+y+zは、1であり、
nは、1を超える整数である)から選択されることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか一項に記載の化合物。 - 次式:
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3)y]n−* IVa
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3−Ar3)y]n−* IVb
*−[(Ar1−U−Ar2)x−(Ar3−Ar3−Ar3)y]n−* IVc
* −[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IVd
*−([(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]x−[(Ar1)a−(Arc)b−(Ar2)c−(Ar3)d]y)n−* IVe
*−[(U−Ar1−U)x−(Ar2−Ar3)y]n−* IVf
*−[(U−Ar1−U)x−(Ar2−Ar3−Ar2)y]n−* IVg
*−[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c]n−* IVh
*−([(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c]x−[(Ac)b−(Ar1)a−(Ac)b−(Ar2)d]y)n−* IVi
*−([(U−Ar1)x−(U−Ar2)y−(U−Ar3)z]n−* IVk
* −[U]n−* IVm
(式中、U、Ar1、Ar2、Ar3、a、b、c及びdは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、請求項8に記載した意味の1つを有し、Acは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、請求項9に記載した意味の1つを有し、x、y、z及びnは、請求項10に記載した意味と同義である)から選択され、これらのポリマーは、交互共重合体又はランダム共重合体であってもよく、式IVd及び式IVeにおいては、繰り返し単位[(Ar1)a−(U)b−(Ar2)c−(Ar3)d]の少なくとも1つ及び繰り返し単位[(Ar1)a−(Arc)b−(Ar2)c−(Ar3)d]の少なくとも1つにおいて、bは少なくとも1であり、式IVh及びIViにおいては、繰り返し単位[(U)b−(Ar1)a−(U)b−(Ar2) c ]の少なくとも1つ及び繰り返し単位[(A c )b−(Ar1)a−(A c )b−(Ar2)d]の少なくとも1つにおいて、bは少なくとも1であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の化合物。 - 次式:
*−[U]n−* IV1
*−[(Ar1)a−U−(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IV2
*−[[(Ar1)a−U]x−[(Ar2)c−(Ar3)d]y]n−* IV3
*−[[(Ar1)a]x−[U]y−[(Ar2)c]z−[(Ar3)d]w]n−* IV4
*−[(Ar1)a−U]n−* IV5
*−[(Ar1)a−U]o−[(Ar1)a−U]n−* IV6
*−[(Ar1)a−U]o−[(Ar2)c−(Ar3)d]n−* IV7
*−[(Ar1)a]o−[U]p−[(Ar2)c]n−[(Ar3)d]q−* IV8
(式中、Uは、請求項1〜6のいずれか一項に記載の式I又はその下位式で表される単位であり、Ar1、Ar2、Ar3、a、c及びdは、請求項8に記載した意味と同義であり、x、y、z及びnは、請求項10に記載した意味と同義であり、wは≧0かつ<1であり、o、p及びqは、1を超える整数である)から選択されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の化合物。 - 式V:
R21−分子鎖−R22 V
(式中、「分子鎖」は、請求項10に記載の式IVで表される高分子鎖、請求項11に記載の式IVa〜IVmで表される高分子鎖、又は請求項12に記載の式IV1〜IV8で表される高分子鎖を表し、R21及びR22は、互いに独立に、請求項1に記載したRsの意味の1つを有するか、あるいは、互いに独立に、H、F、Br、Cl、I、−CH2Cl、−CHO、−CR’=CR’’2、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’X’’、−SiR’R’’X’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)2、−O−SO2−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’3、−ZnX’を表し、X’及びX’’はハロゲンを表し、R’、R’’及びR’’’は、互いに独立に、式Iに記載したR0の意味の1つを有し、R’、R’’及びR’’’のうちの2種は、これらが結合している各ヘテロ原子と一緒になって、2〜20個のC原子を有するシクロシリル基、シクロスタンニル基、シクロボラン基又はシクロボロネート基を形成していてもよい)から選択されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の化合物。 - 式VII:
RT1−(Ar7)h−(Ar6)g−[(Ar5)f(Ar4)e−U−(Ar8)i(Ar9)k]t−(Ar10)l−(Ar11)m−RT2 VII
(式中、
Uは、請求項1〜6のいずれか一項に記載の式I又はその下位式で表される単位であり、Ar4〜11は、互いに独立に、−CY1=CY2−を表すか、−C≡C−を表すか、又は無置換であるかもしくは請求項1に記載の1種もしくは2種以上のRs基で置換された5〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールを表し、Ar4〜11の1種又は2種以上は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の化学式I又はその下位式の単位を表していてもよく、
Y1、Y2は、互いに独立に、H、F、Cl又はCNを表し、
RT1,T2は、互いに独立に、H、F、Cl、Br、−CN、−CF3、R、−CF2−R、−O−R、−S−R、−SO2−R、−SO3−R、−C(O)−R、−C(O)−H、−C(S)−R、−C(O)−CF2−R、−C(O)−OR、−C(S)−OR、−O−C(O)−R、−O−C(S)−R、−C(O)−SR、−S−C(O)−R、−C(O)NRR’、−NR’−C(O)−R、−NHR、−NRR’、−SO2−R、−CR’=CR’’R’’’、−C≡C−R’、−C≡C−SiR’R’’R’’’、−SiR’R’’R’’’、−CH=CH(CN)、−C(CN)=C(CN)2、−CH=C(CN)(Ar12)、−CH=C(CN)−COOR、−CH=C(COOR)2、CH=C(CONRR’)2、
を表し、
Ra、Rbは、互いに独立に、それぞれ4〜30個の環原子を有し、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のR基もしくはR1基で置換されたアリール又はヘテロアリールであり、
Ar12は、それぞれ4〜30個の環原子を有し、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のR1基で置換されたアリール又はヘテロアリールであり、
Rは、無置換であるか、又はFもしくはCl原子もしくはCN基の1種もしくは2種以上で置換されているか、又は完全フッ素化された、1〜30個のC原子を有する直鎖、分岐又は環状アルキルであり、1個又は2個以上のC原子が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(S)−、−SiR0R00−、−NR0R00−、−CR 0=CR00−又は−C≡C−で、O原子及び/又はS原子が互いに直接結合しないように置き換わっていてもよく、
R0、R00は、請求項1に記載した意味と同義であり、
R’、R’’、R’’’は、互いに独立に、R0の意味の1つを有し、
e、f、g、h、i、k、l、mは、互いに独立に、0又は1であり、e、f、g、h、i、k、l、mの少なくとも1つは1であり、
tは、1、2又は3である)で表される低分子又はオリゴマーであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の化合物。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の1種又は2種以上の化合物と、半導体性、電荷輸送性、正孔輸送性もしくは電子輸送性、正孔ブロック性もしくは電子ブロック性、導電性、光導電性又は発光性を有する1種又は2種以上の化合物又はポリマーとを含む、組成物又はポリマーブレンド。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の1種又は2種以上の化合物と、1種又は2種以上のn型有機半導体化合物とを含むことを特徴とする、請求項15に記載の組成物又はポリマーブレンド。
- 前記n型有機半導体化合物が、フラーレン又は置換フラーレンであることを特徴とする、請求項16に記載の組成物又はポリマーブレンド。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の化合物又は請求項15〜17のいずれか一項に記載の組成物又はポリマーブレンドを含んでなる、光学素子、電気光学素子、電子素子、光能動素子、エレクトロルミネッセンス素子もしくはフォトルミネッセンス素子。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の化合物又は請求項15〜17のいずれか一項に記載の組成物又はポリマーブレンドを含んでなる、請求項18に記載の光学素子、電気光学素子、電子素子、光能動素子、エレクトロルミネッセンス素子もしくはフォトルミネッセンス素子の構成要素。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の化合物又は請求項15〜17のいずれか一項に記載の組成物又はポリマーブレンドを含んでなる、半導体性、電荷輸送性、導電性、光導電性、光活性又は発光性を有する材料。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の化合物又は請求項15〜17のいずれか一項に記載の組成物又はポリマーブレンドを含んでなる、半導体性、電荷輸送性、導電性、光導電性、光活性又は発光性を有する色素又は顔料。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の1種もしくは2種以上の化合物又は請求項15〜17のいずれか一項に記載の組成物もしくはポリマーブレンドを含み、1種又は2種以上の有機溶媒をさらに含む、配合物。
- 請求項22に記載の配合物を含んでなる、光学素子、電気光学素子、電子素子、光能動素子、エレクトロルミネッセンス素子もしくはフォトルミネッセンス素子。
- 有機電解効果トランジスタ(OFET)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、有機光電変換素子(OPV)、有機受光素子(OPD)、有機太陽電池、色素増感太陽電池(DSSC)、レーザダイオード、ショットキーバリアダイオード、光導電体素子、受光素子及び熱電素子から選択される、請求項18に記載の光学素子、電気光学素子、電子素子、光能動素子、エレクトロルミネッセンス素子もしくはフォトルミネッセンス素子。
- 電荷注入層、電荷輸送層、中間層、平坦化層、帯電防止膜、高分子電解質膜(PEM)、導電性基板及び導電パターンから選択される、請求項19に記載の構成要素。
- 集積回路(IC)、電波方式認識(RFID)タグ、セキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイ、フラットパネルデバイスのバックライト、電子写真装置、電子写真記録装置、有機メモリ素子、センサー素子、バイオセンサー及びバイオチップから選択される集合体の一部を形成する、請求項18に記載の光学素子、電気光学素子、電子素子、光能動素子、エレクトロルミネッセンス素子もしくはフォトルミネッセンス素子。
- OFET、OTFT、OPD、OLED、バルクヘテロジャンクション(BHJ)型OPV素子又は逆型BHJ OPV素子である、請求項25に記載の構成要素を含んでなる素子。
- 式VIa、又はVIb:
R23−(Ar1)a−U−(Ar2)c−R24 VIa
R23−U−(Ar1)a−U−R24 VIb
(式中、
Uは、式I:
(式中、
*は、隣接する単位に繋がる化学結合を意味し、かつ、環においては、隣接する環と縮合しているC原子を意味し、
A1及びA2は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A3及びA4は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A5及びA6は、一方がXであり、他方は単結合であり、
A7及びA8は、一方がXであり、他方は単結合であり、
Xは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、CR1R2、C=CR1R2、SiR1R2、GeR1R2、C=O又はNR1であり、
R1、R2は、無置換であるか、もしくは、1個もしくは2個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、それぞれ1種もしくは2種以上のRs基で置換されていてもよい、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
p、qは、互いに独立に、0、1又は2であり、
Ar21、Ar22、Ar23、Ar24は、5員環又は2個の縮合した5員環からなる二環式基を表し、前記5員環はチオフェンから選択されるとともに、1種又は2種以上のRs基で置換されていてもよい、芳香族基又は複素芳香族基を表し、
Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Cl、Br、I、CN、R9、−C(O)−R9、−C(O)−O−R9又は−O−C(O)−R9、−SO2−R9、−SO3−R9を表し;R9は、1〜30個のC原子を有する直鎖、分岐又は環状アルキルであり、1個又は2個以上の隣接していないC原子が場合により−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−CR0=CR00−又は−C≡C−に置き換わっており、1個又は2個以上のH原子が場合によりF、Cl、Br、I又はCNに置き換わっているか;又はR9は、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のハロゲン原子もしくは1種もしくは2種以上のR 1 ’基で置換された4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールであり、R 1 ’は、無置換であるか、もしくは、1個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択され、
R0、R00は、互いに独立に、Hを表すか;又は置換されていてもよいC1〜40カルビルもしくはヒドロカルビルを表す)で表される単位であり、
Ar1、Ar2は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、互いに独立に、5〜30個の環原子を有し、1個又は2個以上のRs基で置換されていてもよい、Uとは異なるアリール又はヘテロアリールであり、
a及びcは、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、0、1又は2であり、
R23及びR24は、互いに独立に、H、Cl、Br、I、O−トシラート、O−トリフラート、O−メシラート、O−ノナフラート、−SiMe2F、−SiMeF2、−O−SO2Z1、−B(OZ2)2、−CZ3=C(Z3)2、−C≡CH、−C≡CSi(Z1)3、−ZnX0及び−Sn(Z4)3(式中、X0は、Cl、Br又はIであり、Z1〜4は、それぞれ、置換されていてもよいアルキル及びアリールからなる群から選択され、2つのZ2基が一緒に、B及びO原子と一緒になって、2〜20個のC原子を有するシクロボロネート基を形成してもよい)からなる群から選択される)で表されるモノマー。 - 次式:
R23−U−R24 VI1
R23−Ar1−U−R24 VI2
R23−U−Ar2−R24 VI3
R23−U−Ar1−U−R24 VI4
R23−Ar1−U−Ar2−R24 VI5
R23−U−Ac−R24 VI6
(式中、Acは5〜30個の環原子を有し、Rs基で置換されていてもよい、U及びAr1〜2 とは異なるアリール又はヘテロアリール基であり、
Rsは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、F、Cl、Br、I、CN、R9、−C(O)−R9、−C(O)−O−R9又は−O−C(O)−R9、−SO2−R9、−SO3−R9を表し;R9は、1〜30個のC原子を有する直鎖、分岐又は環状アルキルであり、1個又は2個以上の隣接していないC原子が場合により−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−CR0=CR00−又は−C≡C−に置き換わっており、1個又は2個以上のH原子が場合によりF、Cl、Br、I又はCNに置き換わっているか;又はR9は、無置換であるか又は1種もしくは2種以上のハロゲン原子もしくは1種もしくは2種以上のR 1 ’基で置換された4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールであり、R 1 ’は、無置換であるか、もしくは、1個以上のF原子で置換されている(但し全フッ素化されていない)、それぞれ1〜30個のC原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル、アルコキシ、スルファニルアルキル、スルホニルアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシから選択されるか;又は、4〜30個の環原子を有するアリールもしくはヘテロアリールから選択される)から選択される、請求項28に記載のモノマー。 - 請求項28又は29に記載の1種又は2種以上のモノマー(式中、R23及びR24は、Cl、Br、I、−B(OZ2)2及び−Sn(Z4)3から選択される)を、互いに、及び/又は次式:
R23−(Ar1)a−Ac−(Ar2)c−R24 VIII
R23−Ar1−R24 IX
R23−Ar3−R24 X
R23−Ac−R24 XI
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、a及びcは、請求項8に記載した意味と同義であり、Acは、請求項9に記載した意味と同義であり、R23及びR24は、Cl、Br、I、−B(OZ2)2及び−Sn(Z4)3から選択される)から選択される1種又は2種以上のモノマーと、アリール−アリールカップリング反応においてカップリングさせることによる、共役系ポリマーの調製プロセス。
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