JP7086391B2 - キノイド型π共役系近赤外有機色素化合物 - Google Patents
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Description
これまでに、フタロシアニンやローダミンなどを母核とする近赤外光を吸収する有機色素が合成されてきた。しかしながら、その種類と数は限られており、またその多くは可視光も吸収するものである(特許文献1)。
したがって、近赤外光を吸収し可視光領域の吸収が比較的少ない、新しい骨格を持つ近赤外有機色素の開発が望まれている。
一般式(1)で表される化合物。
一般式(1)中のRで示される有機基が、それぞれ独立に、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基又はアルキルアリールアミノ基である、<1>に記載の化合物。
一般式(1-1)で表される<1>に記載の化合物。
<1>~<3>のいずれか1項に記載の化合物を含有する近赤外光吸収材。
<1>~<3>のいずれか1項に記載の化合物を含有する太陽電池素子。
<1>~<3>のいずれか1項に記載の化合物を含有する有機半導体素子。
<1>~<3>のいずれか1項に記載の化合物を含有するエレクトロクロミック材料。
<1>~<3>のいずれか1項に記載の化合物を含有する膜。
前記アリール基のうち、アルキルフェニル基としては、フェニル基の水素原子が上述したアルキル基で置換されたものが挙げられる。具体的には、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、プロピルフェニル基、メシチル基、メチルエチルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n-ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、t-ブチルフェニル基等が挙げられる。
前記アリールオキシ基のうち、アルキルフェノキシ基としては、フェノキシ基の水素原子が上述したアルキル基で置換されたものが挙げられる。
前記アリールオキシ基のうち、アルコキシフェノキシ基としては、フェノキシ基の水素原子が上述したアルコキシ基で置換されたものが挙げられる。
一般式(3)で表される化合物と一般式(4)で表される化合物とをほぼ等モル量混合し、両化合物を溶解することができ、これらの化合物と反応しない溶媒下で還流することで、一般式(5)で表される化合物を得ることができる。該溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等が挙げられる。また、この反応は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。この反応時間は好ましくは5~48時間、より好ましくは5~12時間程であり、反応終了後、反応生成物をシリカゲルクロマトグラフィー等で精製してもよい。
次に、ヒドロキノンと、ヒドロキノンに対して2~3倍当量、好ましくは約2倍当量の上記で得られた一般式(5)で表される化合物とを混合し、縮合剤の存在下反応する。ここで、縮合剤としては特に限定されないが、硫酸、塩酸、リン酸、ポリリン酸、スルホン酸、メタンスルホン酸、トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、三塩化アルミニウム、塩化亜鉛、塩化ホスホリル等が挙げられる。この反応温度は室温~200℃程であり、室温~150℃が好ましい。反応時間は反応温度にもよるが、通常10分~3日間程であり、加熱する場合は特に2~20時間、より好ましくは3~12時間である。反応終了後、反応液を中和し、精製することで、一般式(2)で表される化合物を得ることができる。
ヒドロキノンと、ヒドロキノンに対して2~3倍当量、好ましくは約2倍当量の一般式(5)で表される化合物とを混合し、ヒドロキノンに対して102~106倍当量、好ましくは104~105倍当量の酸の存在下反応する。ここで、酸としては特に限定されないが、硫酸、ポリリン酸等が挙げられる。この反応温度は70~170℃が好ましく、80~150℃がより好ましく、120~140℃が更に好ましい。この反応時間は2~100時間が好ましく、2~48時間程がより好ましく、3~18時間程が更に好ましい。このとき、上述した温度範囲において、異なる温度で段階的に反応を行なってもよい。この場合、第1の温度は70℃以上100℃未満、第2の温度は100℃以上150℃未満、第3の温度は150℃以上170℃以下とし、第1の温度から第2の温度、必要に応じて第2の温度から第3の温度と反応温度を段階的に上げることが好ましい。各温度における反応時間は反応の進行状況により適宜決定すればよい。反応終了後、反応液を中和し、常法により精製することで、一般式(1)で表される化合物を得ることができる。
さらに、一般式(1)で表される化合物の別の製造方法として、上記製造方法においてヒドロキノンの代わりに、1,4-ジメトキシベンゼンを用いる方法、すなわち、一般式(5)で表される化合物と1,4-ジメトキシベンゼンとを酸の存在下反応する方法も挙げられる。1,4-ジメトキシベンゼンを用いる方法の反応物の量比及び酸の種類は上述したヒドロキノンを用いる方法と同様である。この反応温度は70~170℃程であり、反応時間は2~100時間程である。このとき、70~170℃の温度範囲において、異なる温度で段階的に反応を行なってもよい。この場合、第1の温度は70℃以上100℃未満、第2の温度は100℃以上150℃未満、第3の温度は150℃以上170℃以下とし、第1の温度から第2の温度、必要に応じて第2の温度から第3の温度と反応温度を段階的に上げることが好ましい。各温度における反応時間は反応の進行状況により適宜決定すればよい。
吸収スペクトルは、JASCO V-670(日本分光社製)を用いて測定した。
蛍光スペクトルは、JASCO FP-6600(日本分光社製)を用いて測定した。
MSスペクトルは、micrOTOF-QIII(Bruker Daltonics社製)またはUltraflex(Bruker Daltonics社製)を用いて測定した。
X線構造解析は、XtaLAB PRO MM007(Rigaku社製)を用いて測定した。
[実施例1-1]
ヘキシル基を有するiso-ABPX(化合物A-1, 0.012 mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)を濃硫酸(1 mL)に加え、3 時間 140 ℃にて撹拌後、反応溶液を室温まで放冷し、炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した。反応混合物をクロロホルムで抽出後、プレパラティブ薄層クロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-1を深緑色固体として得た。収率は 21 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm):8.70(2H, d), 8.43(2H, d), 8.02(2H, d), 7.70(2H, t), 7.65(2H, t), 6.93(2H, d), 6.70(2H, d), 3.40(8H, t), 1.67(8H, m), 1.36(24H, m), 0.93(12H, t).
IR(ATR, cm-1):2954, 2925, 2854, 1619, 1587, 1568, 1474, 1449, 1407, 1366, 1288, 1266, 1211, 1197, 1124, 1013.
UV/vis/NIR:λmax = 835 nm(CHCl3)
Fluorescence:λmax = 873 nm(CHCl3)、φF=3.2%.
HRMS(ESI)m/z calcd. for C58H66N2O4([M]+):854.5017, found:854.5030.
ヘキシル基を有するiso-ABPX(化合物A-1, 0.231 mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)を濃硫酸(10 mL)に加え、3 時間 140 ℃ にて撹拌後、反応溶液を室温まで放冷し、水酸化ナトリウム水溶液で中和し、クロロホルムで抽出した。クロロホルム・メタノールによる再沈殿と中圧シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-1と化合物C-1を深緑色固体として得た。収率はそれぞれ 17 %, 21 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm):8.70(2H, d), 8.41(2H, m), 8.02(1H, d), 7.96(1H, d), 7.67(4H, m), 6.94(1H, d), 6.90(1H, d), 6.66(1H, d), 6.60(1H, d), 3.41(4H, br), 3.25(2H, br), 1.69(6H, m), 1.43(18H, m), 0.93(9H, t).
IR(ATR, cm-1):3414, 2925, 2854, 1612, 1586, 1566, 1513, 1445, 1403, 1341, 1266, 1206, 1126, 1013.
UV/vis/NIR:λmax = 818 nm(CHCl3).
HRMS(ESI)m/z calcd. for C52H54N2O4([M]+):770.4078, found:770.4092.
ヘキシル基を有するiso-ABPX(A, 0.012 mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)をポリリン酸(1 mL,和光純薬工業株式会社より購入、販売元コード162-03032)に加え、3 時間 140 ℃にて撹拌後、反応溶液を室温まで放冷し、炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した。反応混合物をクロロホルムで抽出後、プレパラティブ薄層クロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-1を深緑色固体として得た。収率は 15 % であった。反応式は以下に示す。
また、実施例1で得られた化合物B-1のX線構造解析より得られた結晶構造を図2に示す。なお、化合物B-1の結晶構造において、2分子間の炭素-炭素最短距離は、3.27オングストロームであった。また、後述する化合物B-2の結晶についてもX線構造解析をしたところ、2分子間の炭素-炭素最短距離は同様であった。
濃硫酸又はポリリン酸といった酸を用いてヘキシル基を有するiso-ABPXから近赤外光を吸収する化合物B-1とアルキルアミノ基を有する化合物C-1をそれぞれ合成することができた。
ペンチル基を有するiso-ABPX(化合物A-2, 0.047 mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)を濃硫酸(3 mL)に加え、18時間 120 ℃ にて撹拌後、反応溶液を室温まで放冷し、2M NaOH水溶液で中和した。反応混合物をクロロホルムで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-2を深緑色固体として得た。収率は 19 % であった。反応式は以下に示す。
UV/Vis/NIR:λmax = 836 nm(CHCl3).
MS(MALDI)m/z calcd. for C54H58N2O4([M]+):798.4397, found:798.
2-(4-(ジブチルアミノ)-2-ヒドロキシベンゾイル)安息香酸(化合物D-3, 0.2 mmol)及びヒドロキノン(化合物E-3, 0.1 mmol)の混合物を濃硫酸(0.4 mL)に加え、140 ℃で 3 時間撹拌した。反応液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和し、クロロホルムで抽出した。有機層をシリカゲルカラムクロマトグラフィー、次いでサイズ排除クロマトグラフィーを用いて精製し、化合物B-3を深緑色固体として得た。収率は7 %であった。反応式は以下に示す。
UV/Vis/NIR:λmax = 835 nm(CHCl3).
MS(MALDI)m/z calcd. for C50H50N2O4([M]+):742.3771, found:742.
窒素原子上にエチル基、安息香酸部位にtert-ブチル基を有するiso-ABPX(化合物A-4, 0.05 mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)を濃硫酸(3 mL)に加え、18時間 120℃にて撹拌後、反応溶液を室温まで放冷し、2M NaOH水溶液で中和した。反応混合物をクロロホルムで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、次いでサイズ排除カラムクロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-4を深緑色固体として得た。収率は36% であった。反応式は以下に示す。
UV/Vis/NIR:λmax = 825 nm(CHCl3).
MS(MALDI)m/z calcd. for C50H50N2O4([M]+):742.3771, found:742.
2-(4-(ジエチルアミノ)-2-ヒドロキシベンゾイル)安息香酸 (化合物 D-5, 0.319 mmol) 及び1,4-ジメトキシベンゼン (化合物 E-5, 0.159 mmol) の混合物を濃硫酸 (5 mL) に加え、75℃で24 時間撹拌した。続いて、100℃に昇温し24時間攪拌したのち、160℃に昇温し6時間攪拌した。反応液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和し、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒留去し、メタノールを加えて再結晶を行なった。得られた緑色粉末をジクロロメタンに溶解させ、アセトニトリル・トルエン混合溶媒を加えることで化合物B-5を深緑色固体として沈殿、回収した。収率は 31 %であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm): 8.73 (d, 2H), 8.46 (d, 2H), 8.07 (d, 2H), 7.80-7.60 (m, 4H), 6.98 (d, 2H), 6.90-6.70 (m, 2H), 3.60-3.40 (m, 8H), 1.40-1.20 (m, 12H).
UV/Vis/NIR: λmax = 825 nm (CHCl3).
HRMS (ESI) m/z calc. for C42H34N2O4 ([M]+): 630.2513, found: 630.2500.
2-(4-(ジペンチルアミノ)-2-ヒドロキシベンゾイル)安息香酸 (化合物 D-2, 0.25 mmol) 及び ヒドロキノン (化合物 E-3, 0.123 mmol)の混合物を濃硫酸 (10 mL) に加え、75℃で72時間撹拌した。続いて、100℃に昇温し24 時間攪拌したのち、160℃に昇温し 2時間攪拌した。氷浴中、反応液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和し、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒留去し、メタノールを加えて再結晶を行なった。得られた緑色粉末をジクロロメタンに溶解させ、アセトニトリル・トルエン混合溶媒を加えることで化合物 B-2の粗結晶を深緑色固体として得た。B-2の粗結晶をクロロホルムに溶解させ、サイズ排除カラムクロマトグラフィーにて精製し、B-2を 3.9%の収率で得た。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm):δ 8.71 (d, 2H), 8.45 (d, 2H), 8.03 (d, 2H), 7.80-7.60 (m, 4H), 6.93 (d, 2H), 6.72 (dd, 2H), 3.42 (t, 8H), 1.80-1.50 (m, 12H), 1.50-1.30 (m, 16H), 1.10-0.80 (m, 12H).
UV/Vis/NIR: λmax = 836 nm (CHCl3).
MS (ESI) m/z calc. for C54H58N2O4 ([M]+): 798.4397, found: 798.
ジュロリジンを有するiso-ABPX(化合物A-7, 0.02mmol, 文献:WO/2017/038987号公報記載の手法により合成)を濃硫酸(1.5 mL)に加え、18時間 120 ℃にて攪拌後、反応溶液を室温まで放冷し、2M NaOH水溶液で中和した。反応混合物をクロロホルムで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行い、化合物B-7を緑色固体として得た。収率は5 % であった。反応式は以下に示す。
UV/Vis/NIR:λmax = 862 nm(CHCl3).
MS(MALDI)m/z calcd. for C46H34N2O4([M]+):678.2519, found:678.
[実施例8-1]
3-(ジヘキシルアミノ)フェノール (化合物 F-8, 3.59 mmol) と 4-(tert-ブチル)フタル酸無水物 (化合物 G-8, 10.8 mmol,東京化成工業株式会社より購入、販売元コード B1337) をトルエン (15 mL) に溶解し、120 ℃で終夜攪拌した。室温まで放冷後、減圧して溶媒を留去し、赤紫色の油状の化合物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーとサイズ排除クロマトグラフィーで分離し、化合物D-8を D-8a : D-8b = 0.5:0.5 の位置異性体混合物として得た。収率は59 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm):12.63 (s, 1H for D-8a), 12.62 (s, 1H for D-8b), 8.12 (s, 1H for D-8a), 8.03 (d, J = 8.4 Hz, 1H for D-8b), 7.63 (d, J = 8.0 Hz, 1H for D-8a), 7.54 (d, J = 8.4 Hz, 1H for D-8b), 7.35 (s, 1H for D-8b), 7.30 (d, J = 8.0 Hz, 1H for D-8a), 6.94 (d, J = 8.8 Hz, 1H for D-8a), 6.86 (d, J = 8.8 Hz, 1H for D-8b), 6.16-6.07 (m, 2H for D-8a and D-8b), 6.07-5.96 (m, 2H for D-8a and D-8b), 3.37-3.15 (m, 8H for D-8a and D-8b), 1.68-1.49 (m, 8H for D-8a and D-8b), 1.37 (s, 9H for D-8b), 1.33 (s, 9H for D-8a), 1.32-1.22 (m, 24H for D-8a and D-8b), 0.96-0.81 (m, 12H for D-8a and D-8b).
100 MHz 13C-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm): 198.83, 198.52, 165.49, 156.72, 154.33, 154.30, 152.65, 138.17, 134.77, 134.58, 131.10, 129.61, 128.24, 128.14, 127.56, 126.22, 125.13, 109.92, 103.91, 103.87, 97.15, 51.16, 35.26, 34.91, 31.61, 31.12, 30.99, 27.29, 26.69, 22.64, 14.03.
HRMS (ESI) m/z calcd. for C30H42NO4 ([M-H]-): 480.3108, found: 480.3093.
実施例8-1で得られた化合物D-8 (0.76 mmol) を濃硫酸 (0.7 mL) に加熱しながら溶解し、1,4-ジメトキシベンゼン (化合物 E-5, 0.37 mmol) を加え、95℃で 3 日間撹拌した。その後、濃硫酸 (6.3 mL) を加え、130℃まで昇温し 6時間撹拌した。室温まで放冷後、冷やしながら飽和重曹水で溶液を弱塩基性にし、クロロホルム (100 mL) で抽出した。減圧してクロロホルムを留去し、緑色固体を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、緑色固体を得た。最後にメタノールとクロロホルムから再沈殿によって、化合物B-8を B-8a:B-8b:B-8c = 0.25:0.5:0.25 の位置異性体混合物として得た。収率は10 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm):8.79-8.72 (m, 2H for B-8a, 1H for B-8b), 8.69-8.59 (m, 1 H for B-8b, 2H for B-8c), 8.49-8.32 (m, 2H for B-8a, 1H and 1H for B-8b, 2H for B-8c), 8.12-8.02 (m, 2H for B-8a, 1H for B-8b), 8.23-7.92 (m, 1H for B-8b, 2H for B-8c), 7.83-7.75 (m, 2H for B-8a, 1 H for B-8b), 7.75-7.65 (m, 1H for B-8b, 2H for B-8c), 6.99-6.87 (m, 2H for B-8a, B-8b, and B-8c), 6.80-6.60 (m, 2H for B-8a, B-8b, and B-8c), 3.53-3.29 (m, 8H for B-8a, B-8b, and B-8c), 1.79-1.64 (m, 8H for B-8a, B-8b, and B-8c), 1.52-1.44 (m, 18H for B-8a, 9H and 9H for B-8b, 18 H for B-8c), 1.44-1.29 (m, 24H for B-8a, B-8b, and B-8c), 1.00-0.85 (m, 12H for B-8a, B-8b, and B-8c).
UV/Vis/NIR: λmax = 828 nm (CHCl3)、ε>7×104M-1cm-1.
Fluorescence:λmax = 865 nm(CHCl3)、φF=4.9%.
HRMS (ESI) m/z calc. for C66H82N2O4 (M+): 966.6269, found: 966.6252.
[実施例9-1]
3-(ジヘキシルアミノ)フェノール (化合物 F-8, 3.62 mmol) と 4,5-ジクロロフタル酸無水物 (化合物 G-9, 5.43 mmol,東京化成工業株式会社より購入、販売元コード D2335) を トルエン (10 mL) に溶解し、120℃で 5時間攪拌した。室温まで放冷後、減圧して溶媒を留去し、赤紫色の油状の化合物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し化合物D-9を得た。収率は 91 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm): 12.29 (s, 1H), 8.18 (s, 1H), 7.46 (s, 1H), 6.84 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 6.10 (s, 1H), 6.05 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 3.28 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 1.71-1.50 (m, 4H), 1.40-1.19 (m, 12H), 0.99-0.79 (m, 6H).
100 MHz 13C-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm): 194.73, 168.36, 165.51, 154.67, 140.49, 137.73, 134.22, 133.64, 133.00, 130.16, 127.16, 109.25, 104.33, 97.21, 51.20, 31.58, 27.28, 26.67, 22.64, 14.03.
HRMS (ESI) m/z calc. for C26H32Cl2NO4 ([M-H]-): 492.1703, found: 492.1681.
実施例9-1で得られた化合物D-9 (1.24 mmol) を濃硫酸 (1 mL) に加熱しながら溶解し、1,4-ジメトキシベンゼン (化合物 E-5, 0.59 mmol) を加え、95℃で 3日間撹拌した。その後、濃硫酸 (11 mL) を加え、150℃まで昇温し 3時間撹拌した。室温まで放冷後、冷やしながら飽和重曹水で溶液を弱塩基性にし、クロロホルム (150 mL) で抽出した。減圧してクロロホルムを留去し、褐色固体を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、茶褐色固体を得た。最後にメタノールとクロロホルムから再沈殿によって、化合物B-9を得た。収率は 1 % であった。反応式は以下に示す。
400 MHz 1H-NMR(CDCl3/TMS)δ(ppm): 8.66 (s, 2H), 8.43 (s, 2H), 7.80 (d, J = 9.2 Hz, 2H), 6.76 (s, 2H), 6.68 (d, J = 9.2 Hz, 2H), 3.54-3.30 (m, 8H), 1.80-1.62 (m, 8H), 1.50-1.32 (m, 24H), 1.04-0.91 (m, 12H).
UV/Vis/NIR: λmax = 874 nm (CHCl3)、ε>7×104M-1cm-1.
Fluorescence:λmax = 919 nm(CHCl3)、φF=2.0%.HRMS (ESI) m/z calc. for C58H62N2O4Cl4 (M+): 992.3442, found: 992.3410.
そこで、実施例1で得られた化合物B-1のX線構造座標を利用して、TDDFT法(B3LYP/6-31G*)により以下の化合物の理論吸収スペクトル計算を行なった。
実施例3で合成した化合物B-3(吸収極大波長λabs=829nm)をジクロロメタンに溶解して、試料溶液を調製した。この溶液を、2つの同一のガラス瓶に2等分してそれぞれ注ぎ、窒素ガスを吹き付けて、ジクロロメタンを蒸発させた。2つのガラス瓶の内部には、化合物B-3が膜状に残存していた。この2つのガラス瓶のうち一方を、250℃で30分間、加熱処理した。その後、加熱処理したガラス瓶、及び加熱処理していないガラス瓶のそれぞれに、ジクロロメタンを等量注ぎ、膜状となっていた化合物B-3を再び溶解し、それぞれ溶液試料とした。加熱処理していない化合物B-3の溶液の吸収極大波長の吸光度I0に対する、加熱処理した化合物B-3の溶液の吸収極大波長の吸光度Iの割合(I/I0×100)を算出したところ、98%であった。このことから、一般式(1)の化合物は耐熱性に優れることが理解できる。
なお、同様に、近赤外に吸収を有する有機系化合物、ナフタロシアニン及びシアニン系色素(IR-813 p-トルエンスルホナート)についても、同様に耐熱性を評価したところ、ナフタロシアニンは、化合物B-3と同様か若干劣る程度の耐熱性を示し、IR-813は耐熱性が顕著に劣っていた。
実施例1で合成した化合物B-1について、サイクリックボルタンメトリーを用いて、電気化学的安定性を評価した。具体的には、以下の通りである。
化合物B-1及び電解質TBAP(過塩素酸テトラブチルアンモニウム)を、ジクロロメタンに溶解して、溶液を調製した。なお、TBAPの濃度は0.1Mとした。この溶液を試料として、電気化学測定システム(北斗電工社製)を用いて、大気雰囲気下電極電位を0V→1V→-0.1Vに掃引して、応答電流を測定した。これを50サイクル行なった。結果を図4に示す。なお、図4中、上側は酸化過程を、下側は還元過程を示し、酸化過程の最初(低電位)のピークは、中性種からモノカチオンラジカル種への酸化、酸化過程の2番目(高電位)のピークは、モノカチオンラジカル種からジカチオン種への酸化にそれぞれ帰属され、還元過程の最初(高電位)のピークは、ジカチオン種からモノカチオンラジカル種への還元、還元過程の2番目(低電位)のピークは、モノカチオンラジカル種から中性種への還元、それぞれに帰属される。
図4に示す結果から、一般式(1)の化合物は、電気化学的安定性が高いことが理解できる。
実施例1で合成した化合物B-1について、以下の方法でエレクトロクロミック性能を評価した。
化合物B-1の0.1M TBAP/ジクロロメタン溶液を調製した。この溶液の吸収スペクトルを図5に示す。次に、この溶液に対して、電気化学測定システム(北斗電工社製)を用いて、第一酸化電位に対応する200mVの正の電圧を印加した後、同様に吸収スペクトルを測定した結果、さらに第二酸化電位に対応する700mVの正の電圧を印加した後、同様に吸収スペクトルを測定した結果を併せて、図5に示す。
図5に示した結果から、一般式(1)の化合物は、近赤外領域において安定的にエレクトロクロミック性を示すことが理解できる。
実施例1で合成した化合物B-1について、以下の方法でFET素子を作製し、半導体特性(ホール輸送性)を評価した。
作製したFET素子の概略図を図6Aに示す。FET素子の基板としてSi/SiO2(厚さ300nm)を用い、該基板に対して2-プロパノール、アセトン及びクロロホルムの各溶媒を用いて順に超音波洗浄を行なったのち、UVオゾン洗浄を行い、基板表面上の有機化合物を除去した。続いて、洗浄後の基板に、終夜OTS溶液を浸潤させ、ヘキサンリンスを行なったのち、空気中120℃で2分間アニーリングし、基板にOTS処理を施した。次に、化合物B-1のクロロホルム溶液(13mg/mL)を調製し、該クロロホルム溶液をクロマトディスク(4N/0.45μm)によりろ過し、ろ液をスピンコート(1000rpm、10sec)によりOTS処理後の基板に塗布し、常温で2時間乾燥させることにより、膜厚106nmの有機薄膜層を形成した。最後に、金電極を蒸着させることにより、トップコンタクト-ボトムゲート型FET素子を作製した。
結果を図6Bに示す。ホール輸送性μhは、1.6×10-3cm2V-1s-1であった。図6Bの結果から、一般式(1)の化合物は正極性半導体材料として有用であることがわかる。
実施例1で合成した化合物B-1について、以下の方法で光導電素子を作製し、光起電力特性を評価した。
光導電素子の基板として、パターン化ITO基板を用い、該基板に対して純水、2-プロパノール、アセトン及びクロロホルムの各溶媒を用いて順に超音波洗浄を行なったのち、UVオゾン洗浄を行い、基板表面の有機化合物を除去した。次に、化合物B-1とPVK(ポリ(ビニルカルバゾール))のクロロホルム溶液(2.1mg/4.9mg/0.4mL)を終夜撹拌して調製し、該クロロホルム溶液をクロマトディスク(4N/0.45μm)によりろ過し、ろ液をスピンコート(1000rpm、10sec)により基板に塗布し、50℃で4時間乾燥させることにより、膜厚140nmの有機薄膜層を形成した。最後に、金電極を蒸着させることにより、サンドイッチ型の光導電素子を作製した。
結果を図7に示す。図7の結果から、一般式(1)の化合物は、近赤外領域に応答して起電力を生じることが理解できる。
2 有機薄膜層
3 Si/SiO2基板
4 ITO基板
Claims (8)
- 一般式(1)中のRで示される有機基が、それぞれ独立に、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基又はアルキルアリールアミノ基である、請求項1に記載の化合物。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含有する近赤外光吸収材。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含有する太陽電池素子。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含有する有機半導体素子。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含有するエレクトロクロミック材料。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含有する膜。
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