明 細 書
π電子共役系有機シラン化合物およびその合成方法
技術分野
[0001] 本発明は π電子共役系有機シラン化合物およびその合成方法に関する。更に詳し くは、電気材料として有用な、導電性又は半導電性の新規物質である π電子共役系 有機シラン化合物及びその合成方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、無機材料を用いた半導体に対し、製造が簡単で加工しやすぐデバイスの大 型化にも対応でき、かつ量産によるコスト低下が見込め、無機材料よりも多様な機能 を有した有機化合物を合成できることから、有機化合物を用いた半導体 (有機半導 体)の研究開発が行われ、その成果が報告されている。
[0003] なかでも、 π電子共役系分子を含有する有機化合物を利用することにより、大きな 移動度を有する TFTを作製することができることが知られて 、る。この有機化合物と しては、代表例としてペンタセンが報告されている(例えば、非特許文献 1)。ここでは 、ペンタセンを用いて有機半導体層を作製し、この有機半導体層で TFTを形成する と、電界効果移動度が 1. 5cm2ZVsとなり、アモルファスシリコンよりも大きな移動度 を有する TFTを構築することが可能であるとの報告がなされている。
しかし、上記に示すような、アモルファスシリコンよりも高い電界効果移動度を得るた めの有機半導体層を作製する場合、抵抗加熱蒸着法や分子線蒸着法などの真空プ 口セスを必要とするため、製造工程が煩雑となるとともに、ある特定の条件下でしか結 晶性を有する膜が得られない。また、基板上への有機化合物膜の吸着が物理吸着 であるため、膜の基板への吸着強度が低ぐ容易に剥がれるという問題がある。更に 、膜中での有機化合物の分子の配向をある程度制御するために、通常、あらかじめ 膜を形成する基板にラビング処理等による配向制御が行われているが、物理吸着に よる成膜では、物理吸着した有機化合物と基板との界面での化合物分子の整合性 や配向性を制御できるとの報告は未だなされて 、な 、。
[0004] 一方、この TFTの特性の代表的な指針となる電界効果移動度に大きな影響を及ぼ
す膜の規則性 (結晶性'配向性)については、近年、その製造が簡便なことから、有 機化合物を用いた自己組織ィ匕膜が着目され、その膜を利用する研究がなされて!/、る 。自己組織化膜とは、有機化合物の一部を、基板表面の官能基と結合させたもので あり、きわめて欠陥が少なぐ高い秩序性すなわち結晶性を有した膜である。この自 己組織化膜は、製造方法がきわめて簡便であるため、基板への成膜を容易に行うこ とができる。通常、自己組織化膜として、金基板上に形成されたチオール膜や、親水 化処理により表面に水酸基を突出可能な基板 (例えば、シリコン基板)上に形成され たケィ素系化合物膜が知られている。なかでも、耐久性が高い点で、ケィ素系化合物 膜が注目されている。ケィ素系化合物膜は、従来力 撥水コーティングとして使用さ れており、撥水効果の高いアルキル基や、フッ化アルキル基を有機官能基として有 するシランカップリング剤が用いて成膜されて 、た。
しかし、自己組織ィ匕膜の導電性は、膜に含まれるケィ素系化合物中の有機官能基 によって決定されるが、市販のシランカップリング剤には、有機官能基に π電子共役 系分子が含まれる化合物はなぐそのため自己組織ィ匕膜に導電性を付与することが 困難である。したがって、 TFTのようなデバイスに適した、 π電子共役系分子が有機 官能基として含まれるケィ素系化合物が求められている。また、電界効果移動度に大 きな影響を与えるもう一つの因子として、材料である有機分子の電子物性が挙げられ る。一般に有機薄膜中での電流の流れやすさは、有機薄膜中のある有機材料分子 から別の有機材料分子への電子の移動しやすさにより大きく左右される。バンドギヤ ップがより小さいほど、電流が流れやすくなるため、前記電子の移動しやすさは、有 機材料分子の有する分子軌道 (特に HOMO及び LUMO)によって大きく変化する。 このようなケィ素系化合物として、分子の末端に官能基としてチォフェン環を 1つ有 し、チオフ ン環が直鎖炭化水素基を介してケィ素原子と結合したィ匕合物が提案さ れている(例えば、特許第 2889768号公報:特許文献 1)。
非特許文献 1 : IEEE Electron Device Lett., 18,606- 608(1997)
特許文献 1:特許第 2889768号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、上記特許文献 1にて提案されて 、る化合物は、基板との化学吸着可 能な自己組織ィ匕膜は作製可能であるが、 TFTなどの電子デバイスに使用できる高い 秩序性、結晶性、電気伝導特性を有する有機薄膜を必ずしも作製できなかった。 高い秩序性、すなわち、高い結晶性を得るためには、分子間に高い引力相互作用 が働く必要がある。分子間力とは、引力項と反発項により構成されており、前者は分 子間距離の 6乗に、後者は分子間距離の 12乗に反比例する。したがって、引力項と 反発項を足し合わせた分子間力は図 2に示す関係を有する。ここで、図 2での極小 点(図中の矢印部分)はファンデルワールス半径と呼ばれており、引力項と反発項と の兼ね合いから最も分子間に高い引力が作用するときの分子間距離である。すなわ ち、より高い結晶性を得るためには、分子間距離を前記ファンデルワールス半径にで きる限り近づけることが重要である。したがって、本来、抵抗加熱蒸着法や分子線蒸 着法等の真空プロセスにおいては、ある特定の条件下においてのみ、 π電子共役系 分子同士の分子間相互作用をうまく制御することで、高い秩序性、すなわち結晶性 が得られている。このように分子間相互作用により構築される結晶性でのみ、高い電 気伝導特性を発現することが可能となる。
[0007] 一方、上記化合物は、 Si— O— Siの 2次元ネットワークを形成することで基板と化学 吸着し、かつ、特定の長鎖アルキル同士の分子間相互作用による秩序性が得られる 可能性はある力 官能基である 1つのチォフェン分子が π電子共役系に寄与するの みであるため、分子間の相互作用が弱ぐまた電気伝導性に不可欠な π電子共役系 の広がりが非常に小さいという問題があった。仮に、上記官能基であるチォフェン分 子の分子数を増やすことができたとしても、膜の秩序性を形成する因子が、長鎖アル キル部とチォフェン部との間で、分子間相互作用を整合一致させることは困難である
[0008] 更に、電気伝導特性としては、官能基である 1つのチォフェン分子では、 HOMO
LUMOエネルギーギャップが大きぐ有機半導体層として TFT等に使用しても、 十分なキャリア移動度が得られな 、と 、う課題が存在して 、た。有機薄膜を用いたデ バイスの特性は有機薄膜の秩序性、材料分子の電子物性の 2項目力 決定されるが 、上記のように、従来は有機薄膜の秩序性の改善に関する報告が多ぐ有機薄膜の
秩序性と材料分子の電子物性の双方を考慮した報告はほとんどなされて 、な 、。
[0009] 本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、簡便な製造方法により容易に結晶 ィ匕させて有機薄膜を形成することができるとともに、得られた有機薄膜を基板表面に 強固に吸着させて物理的な剥がれを防止して、かつ、高い秩序性、結晶性、電気伝 導特性を有する有機薄膜を作製できる π電子共役系有機シラン化合物およびその 合成方法を提供することを目的とする。
[0010] 本発明はまた、 TFTのような半導体電子デバイスに用いた場合に、十分なキャリア 移動度を確保することができる新規な π電子共役系有機シラン化合物及びその合成 方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、一般式 1 Si x X3 (I)
(式中、 R1は長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素か らなる群から選択される原子を含有する単環式複素環ユニットを含み、置換基を有し てもよ 、有機基である; 〜 3は加水分解により水酸基を与える基である)で表され る π電子共役系有機シラン化合物に関する。
[0012] 本発明はまた、
一般式 (II) ; R1 - Li (II)
(式中、 R1は長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素か らなる群から選択される原子を含有する単環式複素環ユニットを含み、置換基を有し てもよい有機基である)で表される化合物、または
一般式 (IV); R1 MgX5 (IV)
(式中、 R1は長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素か らなる群から選択される原子を含有する単環式複素環ユニットを含み、置換基を有し てもよ!、有機基である; X5はハロゲン原子である)で表される化合物と、
一般式(III); X4— SiX'x^3 (III)
(式中、 〜 3は加水分解により水酸基を与える基である; X4は水素原子、ハロゲン 原子又は低級アルコキシ基である)で表される化合物とを反応させることを特徴とする 上記 π電子共役系有機シランィ匕合物を合成する方法に関する。
[0013] 本発明はまた、一般式(α );
Z- (R ) -SiR12R13R14 )
m
(式中、 Zは 5員環および Zまたは 6員環で構成される縮合環数 2〜10の縮合多環式 複素環化合物に由来する 1価の有機基である; R11は 2価の有機基である; mは 0〜 1 0の整数である; R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のァ ルコキシ基である)で表される π電子共役系有機シラン化合物に関する。
[0014] 本発明はまた、一般式( |8 );
Z— (R11) -MgX3° ( β )
m
(式中、 Zは 5員環および Zまたは 6員環で構成される縮合環数 2〜10の縮合多環式 複素環化合物に由来する 1価の有機基である; R11は 2価の有機基である; mは 0〜 1 0の整数である ;X3はハロゲン原子である)で表される化合物と、一般式(γ );
ν31 .„12„13„14 I ヽ
X SiR R R ( y )
(式中、 X31は水素原子、ハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基である; R12 〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基である)で 表される化合物とをグリニャール反応させることを特徴とする上記 π電子共役系有機 シランィ匕合物の製造方法に関する。
発明の効果
[0015] 本発明によれば、一般式 (I)および一般式(ひ)の化合物は、当該化合物分子間で 形成される Si Ο Siの 2次元ネットワーク化により、基板に化学吸着すると共に、膜 の結晶化に必要な分子間相互作用(分子を近距離化させる力)が効率的に働くため 、非常に高い安定性を有し、且つ、高度に結晶化された有機薄膜を形成できる。した がって、基板に物理吸着により作製した膜と比較して、より強固に膜を基板表面に吸 着(固定)させて、物理的な剥がれを防止できる。しかも、一般式 (I)および一般式( a )の化合物は簡便に製造可能である。
また、有機薄膜を構成する化合物のシリル基由来のネットワークと上部を構成する 有機残基が直接結合しており、かつシリル基由来のネットワークと π共役系分子の分 子間相互作用によって、高!、秩序性 (結晶性)結晶性を有する有機薄膜を形成する ことができる。
[0016] さらに、一般式 (I)の化合物は、 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素力 なる群、 特に Si、 Ge、 Sn、 P、 Se、 Te、 Tiおよび Zrからなる群から選ばれるヘテロ原子を含 む単環式複素環ユニットを少なくとも一つ以上含むため、 LUMOが安定ィ匕された、 電子の移動しやすい電子構造を有する。したがって、化合物分子間でのホッピング 伝導により、キャリアの移動がスムーズに行われる。さらに、分子軸方向へも高い導電 性が得られることで、導電性材料として、有機薄膜トランジスタ材料のみならず、太陽 電池、燃料電池、センサー等に広く応用することが可能となる。
[0017] また、一般式(ひ)の有機シランィ匕合物は、縮合多環式複素環化合物の骨格を含 有しているため、化合物の LUMOの安定化が促進される。そのため、 n型半導体材 料としての使用が期待できる。従来、 p型半導体材料の開発は多くなされているが、 本発明のような n型半導体材料の開発はほとんどなされていないため、有機薄膜トラ ンジスタ材料のみならず、太陽電池、燃料電池、センサー等の有機デバイスにおい て、一般式( oc )の有機シランィ匕合物は非常に有用である。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]有機薄膜の分子配列を説明するための概念図である。
[図 2]分子間距離と分子間力との関係を説明するための概略図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 本発明の π電子共役系有機シラン化合物は一般式 (I)または一般式( oc )で表され るものである。以下、一般式 (I)で表される π電子共役系有機シランィ匕合物 (I)および その合成方法、ならびに一般式( (X )で表される π電子共役系有機シラン化合物( oc
)およびその合成方法について順に説明する。
[0020] (有機シラン化合物 (1))
本発明の π電子共役系有機シラン化合物 (I)は一般式 (I);
R'-Six x3 (I)
で表されるものである。以下、当該化合物を有機シラン化合物 (I)という。
[0021] 式 (I)にお 、て R1は長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B 族元素からなる群力 選択される原子を含有する単環式複素環ユニットを含んでなり
、置換基を有してもよい有機基である。そのような原子を含有する単環式複素環にお
いて当該原子部位の σ *軌道と当該複素環が有する 2重結合部位、特にジェン部位 の π *軌道との間で σ *- π *共役が達成されるため、当該原子を含有する単環式複 素環は低い LUMOエネルギー準位を有する。その結果として、化合物の電気伝導 特性 (半導体特性)が顕著に向上するものと考えられる。一方、 S, Ν, Ο, Cなどの原 子のみで構成される化合物では上記のような σ *- π *共役を達成できないので、化 合物の LUMOが有効に安定化されず、結果として化合物の電気伝導特性 (半導体 特性)が比較的低くなると考えられる。
[0022] 長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素力 なる群か ら選択される原子 (以下、 Y
0原子という)は単環式複素環に環構成原子として 1個以 上含有されればよぐ好ましくは 1〜2個含有される。そのような Y原子として、例えば
0
、 Si、 Ge、 Sn、 P、 Se、 Te、 Tiおよび Zrからなる群から選択される原子が挙げられる [0023] 上記 Y原子を含有する単環式複素環としては 5員環〜 12員環が好ましぐより好ま
0
しくは 5員環ある!/、は 6員環である。
[0024] 単環式複素 5員環ユニットの好ましい具体例として、例えば、以下のユニットが挙げ られる。
[化 1]
[0025] 上記具体例中、 Yは共通して 4A族および 4B族元素で表される原子であり、例え
I
ば、 Si、 Ge、 Sn、 Tiまたは Zrである。
Yは共通して 5Β族元素で表される原子であり、例えば、 Ρである。
II
Υ は共通して 6Β族元素で表される原子であり、例えば、 Seまたは Teである。
III
Y、Yおよび Υ のうちの 1種の Υ基が 1のユニットに 2個以上含まれる場合、それら
I II III
の Υ基はそれぞれ独立して上記範囲内で選択されればよい。
[0026] 単環式複素 6員環ユニットの好ましい具体例として、例えば、以下のユニットが挙げ られる。
[化 2]
[0027] 上記具体例中、 Y、 Yおよび Y は単環式複素 5員環ユニットの上記具体例にお
I II III
いてと同様である。
[0028] 上記単環式複素 5員環ユニットおよび単環式複素 6員環ユニットの具体例のうち左 右対称性を有しないユニットは当該ユニットの鏡像異性体も包含して意味するものと する。
[0029] Y原子を含有する単環式複素環ユニットは 1つの R1に 1個以上含まれていればよく
0
、例えば、 1〜30個含まれてよい。特に、収率、経済性、量産化の観点から、 R1は 1 〜9個の上記 Y原子含有単環式複素環ユニットを含むことが好ま 、。
0
[0030] R1が Y原子含有単環式複素環ユニットを複数個含む場合、それらのユニットは全
て同種のものであってもよいし、または一部または全部が異種のものであってもよい。
[0031] R1は π電子共役を示す他の単環式複素環ユニットまたは Ζおよび単環式芳香族 炭化水素環ユニットをさらに含んでもよい。
他の単環式複素環ユニットに含有される複素原子としては、例えば、酸素、窒素お よび硫黄原子が挙げられる。 R1に含まれ得る他の単環式複素環ユニットの具体例と して、例えば、フランのような酸素原子含有複素環、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピ 口リン、イミダゾリンおよびピラゾリン等の窒素原子含有複素環、チォフェンのような硫 黄原子含有複素環、ォキサゾールおよびイソキサゾール等の窒素及び酸素原子含 有複素環、チアゾールおよびイソチアゾール等の硫黄及び窒素原子含有複素環等 が挙げられる。なかでも、チォフェンが特に好ましい。
[0032] R1に含まれ得る単環式芳香族炭化水素環ユニットの具体例として、ベンゼン環が 挙げられる。
[0033] R1がそのような他の単環式複素環ユニットまたは Ζおよび単環式芳香族炭化水素 環ユニットを含む場合は、それらのユニットと前記 Υ原子含有単環式複素環ユニット
0
との合計数が、上記した Υ
0原子含有単環式複素環ユニット数の範囲内であればよい
[0034] R1が他の単環式複素環ユニットを複数個含む場合、それらのユニットは全て同種の ものであってもよいし、または一部または全部が異種のものであってもよい。 R1が単 環式芳香族炭化水素環ユニットを複数個含む場合も同様である。
[0035] R1に上記のような Υ原子含有単環式複素環ユニット、他の単環式複素環ユニット
0
および単環式芳香族炭化水素環ユニット等のユニットが複数個含まれる場合、それ らのユニットは、直線状に結合されていても、または分岐状に結合されていてもよい。 分岐状に結合されるとは、少なくとも 1個のユニットが分岐点となり、当該ユニットに 2 個以上のユニットが結合されることを意味する。有機薄膜の結晶性 (秩序性)の観点 力も好ましくは、直線状に結合されて 、ることが好ま 、。
[0036] R1が複数種類のユニットを含む場合、複数種類のユニットは規則的な繰り返し単位 で配列されて結合して 、てもよ 、し、またはランダムに配列されて結合して 、てもよ ヽ
[0037] また、 R1を構成するユニットが Y原子含有単環式複素環ユニット、他の単環式複素
0
環ユニットおよび単環式芳香族炭化水素環ユニットのいずれであっても、ユニットの 結合位置 ίま、ユニット力 5員環の場合に ίま、 2, 5—位、 3, 4一位、 2, 3—位、 2, 4 位等のいずれでもよぐなかでも 2, 5—位が好ましい。この場合、特に Υ原子含有単
0
環式複素環ユニットの結合位置は、上記以外に、 1, 1一位であってもよい。ユニット 力 S6員環の場合に ίま、 1, 4—位、 1, 2—位、 1, 3—位、 2, 3—位、 2, 4—位、 2, 5— 位等のいずれでもよぐなかでも 2, 5—位が好ましい。なお、結合位置を示す上記値 は、環が 1個のへテロ原子を有する場合は当該へテロ原子を基準に、環が 2個以上 のへテロ原子を有する場合は分子量が最も大き 、ヘテロ原子を基準に、環がヘテロ 原子を有しない場合は任意の炭素原子を基準にした値である。
[0038] R1が複数個のユニットを含む場合、それらのユニットは直接的に結合されていても よいし、またはビ-レン基類によって間接的に結合されていてもよい。ビ-レン基類は 以下の炭化水素類の両端の水素原子を除いてなる 2価の不飽和有機基である。ビ- レン基類を与える炭化水素類としては、アルケン、アルカジエン、アルカトリェン等が 挙げられる。アルケンとしては、炭素数 2〜4の化合物、例えば、エチレン、プロピレン 、ブチレン等が挙げられ、なかでもエチレンが好ましい。アルカジエンとしては、炭素 数 4〜6の化合物、ブタジエン、ペンタジェン、へキサジェン等が挙げられる。アル力 トリェンとしては、炭素数 6〜8の化合物、例えば、へキサトリェン、ヘプタトリエン、ォ クタトリェン等が挙げられる。
[0039] R1が有していてもよい置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、置換若しくは無置 換のァミノ基、ニトロ基、シァノ基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは 無置換のアルケニル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置 換のアルコキシ基、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換 の芳香族複素環基、置換若しくは無置換のァラルキル基、置換若しくは無置換のァリ ールォキシ基、置換若しくは無置換のアルコキシカルボ-ル基、又は、カルボキシル 基、エステル基等が挙げられる。これらの置換基のなかでも、立体障害により有機薄 膜の結晶化を阻害しない基が好ましぐ例えば炭素数 1〜30、特に 1〜4の直鎖アル キル基がより好ましい。
[0040] 式 (I)中、 〜 3は加水分解により水酸基を与える基である。加水分解により水酸 基を与える基としては、特に限定されるものではなぐ例えば、ハロゲン原子又は低級 アルコキシ基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、ヨウ素、臭素原 子が挙げられる。低級アルコキシ基としては、炭素数 1〜4のアルコキシ基が挙げられ る。例えば、メトキシ基、エトキシ基、 n—プロポキシ基、 2—プロポキシ基、 n—ブトキ シ基、 sec—ブトキシ基、 tert—ブトキシ基等が挙げられ、その一部が更に別の官能 基(トリアルキルシリル基、他のアルコキシ基等)で置換されたものでもよい。 X1、 X2及 び X3は同一であっても、または一部または全部が異なっていてもよいが、全てが同一 であることが好ましい。
[0041] 以上のような有機シランィ匕合物 (I)の好ま U、具体例として、例えば、以下の一般式
(1)〜(11)で表される化合物が挙げられる。
[化 3]
一般式(1)〜(11)にお 、て以下に示す共通する番号の基および記号は同様の意 味内容を有するものとする。
R2〜R4はそれぞれ独立して、前記「1^が有してレ、てもよ 、置換基」の範囲内であれ ばいずれの基であっても力まわないが、特に水素原子、炭素数 1〜4の炭化水素基、 炭素数 5〜 12のシクロアルキル基、炭素数 6〜: 18のァリール基が好まし 、。
各一般式にぉ 、て複数の R3がある場合、それらの R3はそれぞれ独立して上記範 囲内から選択されればよい。
〜 3は式 (I)においてと同様であり、それぞれ独立してフッ素原子、塩素原子、ョ ゥ素原子、臭素原子、メトキシ基、エトキシ基、 n—プロポキシ基、 2—プロポキシ基、 n
—ブトキシ基、 sec—ブトキシ基または tert—ブトキシ基である。好ましくは、塩素原子 、メトキシ基、エトキシ基である。
[0044] 他の基および記号については以下、各式において個別に説明する。
一般式(1)中、 Y1は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tほたは Zrであり、好ましくは Sほた は Seである。詳しくは Y1が Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y1 (R4) ―、 Υ1が Ρのとき
2
は— Y^R4)—であり、 Y1が Se、 Teのときは— Y1—である。ただし、 R4は水素原子、 メチル基、ェチル基、 n—プロピル基、 2—プロピル基、 n—ブチル基、 sec—ブチル 基、 tert—ブチル基、フエニル基であり、好ましくは水素原子、メチル基である。 nlは 1〜9、好ましくは 2〜8の整数である。
[0045] 一般式(2)中、 Y2は Seまたは Teである。詳しくは Y2が Se、 Teのときは一 Y2—であ る。
nlは 1〜9、好ましくは 2〜8の整数である。
[0046] 一般式(3)中、 Y3は Si, Ge, P, Sn, Tほたは Zrであり、好ましくは Si,Pである。詳 しくは Y3力 i, Ge, Sn, Ti, Zrのときは一 Y3 (R4) =、 Y3が Pのときは一 Y3=である。 ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。 nlは 1〜9、好ましくは 2〜8の整数である。
[0047] 一般式 (4)中、 Y4および Y5はそれぞれ独立して Si, Ge, Sn, Tほたは Zrであり、 好ましくは Siである。
nlは 1〜9、好ましくは 2〜8の整数である。
[0048] 一般式(5)中、 Y6〜Y8はそれぞれ独立して S, Ν, Ο, Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Ti または Zrである。ただし、 Y6〜Y8のうち少なくとも 1個の基、好ましくは少なくとも Υ7は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しくは Y6力 ^Si, Ge, Sn, Ti, Zrのと きは一 Y6 (R4) ―、 Y6が N, Pのときは一 Y6 (R4)—であり、 Y6が S、 0、 Se、 Teのとき
2
は— Y6—である。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水素原子、メ チル基である。詳 ヽ Y7および Y8は上記詳 ヽ Y6に準じるものとする。
n2+n3+n4は 1〜9、好ましくは 5〜9の整数である。但し、 n2は 1以上、好ましく は 2以上であり、 n3は 1以上であり、 n4は 1以上、好ましくは 2以上である。
[0049] 一般式(6)中、 Y9は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しくは Y9が Si
, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y9 (R4) ―、 Y9が Pのときは— Y9 (R4)—であり、 Y9が Se
2
、 Teのときは— Y9—である。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水 素原子、メチル基である。
Ζ1および Ζ2はそれぞれ独立して Ν, C, Si, Ge, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しく は Z1が C, Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは一 Z1 (R4) =、 Z1が N、 Pのときは一 Z1 =であ る。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。 詳 ヽ Z2は上記詳 1に準じるものとする。
n2+n3+n4は 1〜9、好ましくは 5〜9の整数である。但し、 n2は 1以上、好ましく は 2以上であり、 n3は 1以上、好ましくは 2以上であり、 n4は 1以上、好ましくは 2以上 である。
[0050] 一般式(7)中、 γ Υ11はそれぞれ独立して S, Ν, Ο, Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tほたは Zrである。ただし、 γ Υ11のうち少なくとも 1個の基は Si, Ge, Se, Te, P , Sn, Tほたは Zrである。詳しくは Y10が Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y10 (R4) —、
2
Y10が N, Pのときは一 Y10 (R4)—であり、 Y10が S、 0、 Se、 Teのときは一 Y10—である 。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。 詳 ヽ Υ11は上記詳 ヽ に準じるものとする。
η5+η6は 1〜9、好ましくは 5〜8の整数である。但し、 η5は 0以上、好ましくは 1以 上であり、 η6は 0以上、好ましくは 1以上である。
[0051] 一般式(8)中、 Υ12は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しくは Y12が S i, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y12 (R4) ―、 Y12が Pのときは— Y12 (R4)—であり、 Y12
2
力 e、 Teのときは一 Y12—である。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好まし くは水素原子、メチル基である。
Ζ3は Ν, C, Si, Ge, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しくは Z3力 ^C, Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Z3 (R4) =、 Z3が N、 Pのときは— Z3 =である。ただし、 R4は式(1)にお いてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。
n5+n6は 1〜9、好ましくは 5〜8の整数である。但し、 n5は 1以上、好ましくは 2以 上であり、 n6は 0以上、好ましくは 1以上である。
[0052] 一般式(9)中、 Y13は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tほたは Zrである。詳しくは Y13が S
i, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y13 (R4) ―、 Y13が Pのときは— Y13 (R4)—であり、 Y13
2
力 e、 Teのときは一 Y13—である。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好まし くは水素原子、メチル基である。
Ζ4は Ν, C, Si, Ge, P, Sn, Tiまたは Zrである。詳しくは Z4力 ^C, Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Z4 (R4) =、 Z4が N、 Pのときは— Z4 =である。ただし、 R4は式(1)にお いてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。
n5+n6は 1〜9、好ましくは 5〜8の整数である。但し、 n5は 1以上、好ましくは 2以 上であり、 n6は 0以上、好ましくは 1以上である。
[0053] 一般式(10)中、 Y14〜Y15はそれぞれ独立して S, Ν, Ο, Si, Ge, Se, Te, P, Sn , Tほたは Zrである。ただし、 Y14〜Y15のうち少なくとも 1個の基は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Tほたは Zrである。詳しくは Y"が Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y" (R4) -
2
、 Y14が N, Pのときは— Y14 (R4)—であり、 Y14が S、 0、 Se、 Teのときは— Y14—であ る。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。 詳 ヽ Υ15は上記詳 ヽ Υ14に準じるものとする。
η5+η6は 1〜9、好ましくは 5〜8の整数である。但し、 η5は 0以上、好ましくは 1以 上であり、 η6は 0以上、好ましくは 1以上である。
[0054] 一般式(11)中、 Υ16は Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Ήまたは Zrである。詳しくは Y16が Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Y16 (R4) ―、 Y16が Pのときは— Y16 (R4)—であり、 Y1
2
6が Se、 Teのときは— Y16—である。ただし、 R4は式(1)においてと同様であり、好まし くは水素原子、メチル基である。
Ζ5ίま Ν, C, Si, Ge, P, Sn, Tiまた ίま Zrである。詳しく ίま Z5力 ^C, Si, Ge, Sn, Ti, Zrのときは— Z5 (R4) =、 Z5が N、 Pのときは— Z5 =である。ただし、 R4は式(1)にお いてと同様であり、好ましくは水素原子、メチル基である。
n5+n6は 1〜9、好ましくは 5〜8の整数である。但し、 n5は 1以上、好ましくは 2以 上であり、 n6は 0以上、好ましくは 1以上である。
[0055] (有機シランィ匕合物 (I)の合成方法)
以下、本発明の有機シラン化合物 (I)の合成方法を説明する。
本発明の有機シラン化合物 (I)は、
一般式 (Il R1 - Li (II)
(式中、 R1は前記式 (I)においてと同義である)で表される化合物と、
一般式(III); X4— SiX'X^3 (III)
(式中、 X1、 X2および X3は前記式 (I)においてと同義である; X4は水素原子、ハロゲ ン原子 (例えば、フッ素、塩素、ヨウ素または臭素原子)又は低級アルコキシ基 (例え ば、メトキシ基、エトキシ基、 n—プロポキシ基、 2—プロポキシ基、 n—ブトキシ基、 sec ブトキシ基、 tert ブトキシ基等)である)で表される化合物とを反応させる力、又は 一般式 (IV); R1 MgX5 (IV)
(式中、 R1は前記式 (I)においてと同義である; X5はハロゲン原子である)で表される 化合物と、
上記一般式 (ΠΙ)で表される化合物とをグリニャール反応させることにより得ることが できる。
[0056] 一般式 (Π)又は (IV)の化合物は、例えば、 R¾ (式中、 R1は前記式 (I)においてと 同義である)で表される化合物を、アルキルリチウムと反応させて得る力 あるいは R1 X5 (式中、 R1は前記式 (I)においてと同義である; X5はハロゲン原子、例えば、フッ素 、塩素、ヨウ素または臭素原子である)で表される化合物をアルキルマグネシウムハラ イド又は金属マグネシウム等と反応させて得ることができる。
[0057] この反応で用いられるアルキルリチウムとしては、 n—ブチルリチウム、 s ブチルリ チウム、 t ブチルリチウム等の低級 (炭素数 1〜4程度)アルキルリチウムが挙げられ る。その使用量は化合物 I^Hlモルに対して 1〜5モルが好ましぐより好ましくは 1〜 2モルである。アルキルマグネシウムハライドとしてはェチルマグネシウムブロミド、メチ ルマグネシウムクロリド等が挙げられる。その使用量は原料ィ匕合物 Ι^Χ51モルに対し て 1〜 10モルが好ましく、より好ましくは 1〜4モルである。
[0058] 一般式 (Π)の化合物と一般式 (ΠΙ)の化合物との反応、又は一般式 (IV)の化合物 と一般式 (ΠΙ)の化合物との反応に際して、反応温度は、例えば、 100〜150°Cが 好ましぐより好ましくは— 20〜100°Cである。反応時間は、例えば、 0. 1〜48時間 程度である。反応は、通常、反応に影響のない有機溶媒中で行われる。反応に悪影
響のない有機溶媒としては、例えば、へキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン等脂肪 族又は芳香族炭化水素、ジェチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジォキサン、テト ラヒドロフラン (THF)等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらは単独で又は混合 液として用いることができる。なかでも、ジェチルエーテルと THFが好適である。反応 は、任意に触媒を用いてもよい。触媒としては、白金触媒、ノラジウム触媒、ニッケル 触媒等、触媒として公知のものを用いることができる。
[0059] 以下、上記一般式 (Π)の化合物を得るための化合物 R¾の合成方法にっ 、て後 述の具体例 (合成ルート 1〜5)を参照しながら説明する。なお、上記一般式 (IV)の 化合物を得るための化合物 I^X5の合成方法については、 I^Hを、 N—ブロモスクシ ンイミド、 N—クロロスクシンイミド等のハロゲンィ匕材によりハロゲンィ匕することにより合 成可能である。
[0060] · tfmp,— ( 1)の化 A物に: ¾ 、てシリル が Hに置 ¾されたネ、の
以下では長周期型元素周期表における 4A族、 4B族、 5B族および 6B族元素から なる群から選択される原子 (Y原子)として Seまたは Siを含有する単環式複素環ュ-
0
ットを含む R¾の合成方法について説明する力 同様の手法を用いれば、 Ge, Te, P, Sn, Ti, Zr等の他のへテロ原子を含有する単環式複素環ユニットを含む R も 合成可能であることは明らかである。
[0061] セレノフェン環に由来するユニットから構成される 5員環の前駆体 (I^H)の合成方 法としては、「Polymer (2003,44,5597-5603)」で報告がなされており、本発明におい ても、前記報告での方法に基づ!、て合成可能である。
また、シロール環に由来するユニットから構成される前駆体 (I^H)の合成方法とし ては、「Journal of Organometallic Chemistry (2002,653,223-228)」、 「Journal of Orga nometallic Chemistry (1998,559,73-80)」、 [Coordination Chemistry Reviews (2003,2 44,1-44)」の報告がなされており、本発明においても、前記報告での方法に基づい て合成である。
[0062] Y原子含有単環式複素環ユニット (例えば、セレノフェン環ユニット、シロール環ュ
0
ニット)の数は、出発原料として予め用意した Y
0原子含有単環式複素環ユニットを含 有する化合物の所定部位をハロゲンィ匕し、得られたハロゲンィ匕合物と Y原子含有単
環式ユニットを含有するグリニャール試薬を用いてグリニャール反応を行う操作を繰 り返すことによって制御可能である(例えば、合成ルート 1;第 1〜第 4反応式、合成ル ート 2 ;第 1〜第 2反応式、下記反応式 A、合成ルート 3 ;第 1反応式参照)。
[化 5] 反
f心式^ Mg , 1
2 . Ni (dppp) Cl
2
[0064] 合成ルート 1の第 1〜第 4反応式では、セレノフェン環のみ力もなる前駆体 (I^H)の 合成方法が示されており、セレノフェンの 1量体から 2あるいは 3量体を合成する反応 が示されて 、る。この手法によりセレノフェン環の数を一つずつ増やすことが可能で あるため、 4量体以上の前駆体についても同様の反応を繰り返すことによって合成可 能である。
合成ルート 2の第 1反応式、上記反応式 A、および合成ルート 3の第 1反応式では、 シロール環のみからなる前駆体の合成方法が示されており、シロールの 1または 2量 体から 2あるいは 4〜6量体を合成する反応が示されている。この手法においても、シ ロール環の数を一つずつ増やすことが可能であるため、 3量体あるいは 7量体以上の 前駆体についても同様の反応を繰り返すことによって合成可能である。
[0065] また、グリニャール試薬を適用する方法以外にも、適当な金属触媒 (Cu、 Al、 Zn、 Zr、 Sn等)を利用したカップリングによっても R1における単環式複素環ユニットの数を 制御しつつ I^Hを合成できる。
[0066] '前記一般式 (5)あ び (6)の化合物に: いてシリル が?^に置 ¾されたネ、の
また、 R1が 3種類のブロック型ユニットを含有するブロック型の I^Hは、中央のブロッ クを含有する化合物の両端に、端のブロックを含有する化合物を結合させることによ り合成可能である。その方法としては、例えば、 Suzukiカップリングを使用する方法、 あるいはグリニャール反応を使用する方法がある。
[0067] 例えば、シロール環を有する化合物の両末端に、チォフェンあるいはベンゼン由来 のユニットをそれぞれ結合させる方法 (合成ルート 4 ;第 1〜第 3反応式、合成ルート 5 ;第 1反応式参照)としては、まず、シロール環を有する化合物に n— BuLi、 B (0-i Pr) を付与することによって脱ブロモ化及びホウ素化させる。このときの溶媒は、エー
3
テルが好ましい。また、ホウ素化させる場合の反応は、 2段階であり、初期は反応を安 定ィ匕させるために 1段階目は— 78°Cで行い、 2段階目は— 78°Cから室温に徐々に 温度を上昇させることが好ましい。続いて、末端にハロゲン基 (例えば、ブロモ基)を 有する単純ベンゼン系化合物あるいは単純チオフ ン系化合物と上記のホウ素化さ れた化合物を、例えばトルエン溶媒中に展開させ、 Pd (PPh ) 、 Na COの
3 4 2 3 存在下、
85°Cの反応温度にて、反応を完全に進行させれば、カップリングを起こさせることが 可能である。なお、シロール環を有する化合物を用いる場合について説明した力 へ テロ原子として Ge, Se, Te, P, Sn, Ti, Zrを含有する単環式複素環化合物につい ても、 2, 5—位の反応性はシロールと同様である。したがって、上記と同様の合成方 法により、 Ge, Se, Te, P, Sn, Ti, Zrをへテロ原子として含有する単環式複素環化 合物の両末端に、チォフェンあるいはベンゼン由来のユニットをそれぞれ結合させる ことができる。また、上記ではチォフェンあるいはベンゼン由来のユニットを結合させ る場合について説明した力 チォフェンあるいはベンゼン由来のユニット部分力 前 記 Si、 Ge, Se, Te, P, Sn, Ti, Zrをへテロ原子として含む単環式複素環化合物に 由来するユニットであっても力まわない。
[0068] 上記した I^Hの 、ずれの合成方法にお!、ても、予め所定の部位に所望の置換基 ( 例えばアルキル基)を有する原料を用いることにより、 R に置換基を導入できる。例 えば、合成ルート 1において原料として 2—ォクタデシルセレノフェンを用いれば、 2— ォクタデシルターセレノフェンを得ることができる(第 4反応式)。その後は、前記一般 式 (ΠΙ)のシランィ匕合物と反応させることによって、所定の対応部位に所望の置換基
を有する有機シラン化合物 (I)を得ることができる。
[0069] 本発明の有機シラン化合物 (I)の合成方法の具体例を合成ルート 1〜5に示す。
[0070] [化 6]
合成ルート 1
'Seゝ NBS , 0°C .Se
-Br
[0071] [化 7]
合成ルート 2
化 9]
[0074] [化 10]
合成ルート 5
[0075] 以上のようにして得られる有機シランィ匕合物 (I)は、公知の手段、例えば転溶、濃縮 、溶媒抽出、分留、結晶化、再結晶、クロマトグラフィー等により反応溶液力 単離、 精製することができる。
[0076] (有機シランィ匕合物(ひ ))
本発明の π電子共役系有機シラン化合物(ひ)は、一般式(ひ) ;
Ζ - (R11) - SiR12R13R14 ( α )
m
で表されるものである。以下、当該化合物を有機シランィ匕合物(ひ)という。
[0077] 式(ひ)中、 Ζは π電子共役を示す縮合多環式複素環化合物に由来する 1価の有 機基であり、すなわち当該縮合多環式複素環化合物のいずれかの環構成原子から 1個の水素原子を除いてなる 1価の残基である。 π電子共役とは、化合物が有する σ 結合及び π結合に基づ!/、て、 π結合をつ力さどる π電子が非局在化することを意味 する。
[0078] 有機基 Ζを誘導する縮合多環式複素環化合物は 5員環および Ζまたは 6員環で構 成され、少なくとも 1個、好ましくは 1または 2個の複素環を有する。複素環を構成する ヘテロ原子として、ケィ素原子(Si)、ゲルマニウム原子 (Ge)、スズ原子(Sn)、チタン 原子 (Ti)ジルコニウム原子 (Zr)、窒素原子 (N)、リン原子 (P)、酸素原子 (O)、硫黄
原子 (S)、セレン原子 (Se)、またはテルル原子 (Te)が挙げられる。縮合多環式複素 環化合物の合成における収率を考慮すると、ヘテロ原子としては N, O, Sが好ましい γ V
[0079] 縮合多環式複素環化合物を構成し得る 5員環および 6員環として以下に示す環が 挙げられる。なお、以下の環が縮合によって縮合多環式複素環化合物を構成すると き、通常は当該環における 2個の炭素原子が他の環に共有される。
[化 11] γ Ρ-
Η
[0080] [化 12]
[0081] 上記具体例中、 Y は共通して Si、 Ge、 Sn、 Tほたは Zrである。
VI
Y は共通して Νまたは Ρである。
VII
Υ は共通して 0、 S、 Seまたは Teである。
VIII
[0082] 縮合多環式複素環化合物を構成する縮合環の数は 2〜10であり、縮合環の数は 収率の観点から 2〜5が好まし 、。
[0083] そのような縮合多環式複素環化合物から誘導される有機基 Zの具体例として、以下 の基が挙げられる;
(式中、 X11は C、 N、 Oまたは Sであり、 X ¾Cまたは Nである(ただし、 X11および X が同時に Cの場合は除く); ni lは 0〜8の整数である)
(式中、 Xldは N、 Oまたは Sである; nl2及び nl3は 0≤nl2+nl3≤7を満たす整数 である)
(式中、 X14および 1&はそれぞれ独立して Cまたは Nである(ただし、 X14および &が 同時に Cの場合は除く); nl4は 0〜8の整数である)
(式中、 Xlbおよび X"はそれぞれ独立して Cまたは Nである(ただし、 Xlbおよび X"が 同時に Cの場合は除く); nl5は 0〜8の整数である)
(式中、 X18および X19はそれぞれ独立して C、 N、 Oまたは Sである(ただし、 X18およ び X19が同時に Cの場合は除く); nl6及び nl7は 0≤nl6+nl7≤7を満たす整数 である)
[0089] [化 18]
(式中、 X およひ
21はそれぞれ独立して Cまたは Nである(ただし、 X および X
1が 同時に Cの場合は除く); nl8及び nl9は 0≤nl8+nl9≤7を満たす整数である)。
[0090] 有機シランィ匕合物(ひ)は、有機基 Zと後述のシリル基との間に 2価の有機基を有し ていても良い。すなわち式 )中、 R11は 2価の有機基であり、 mは 0〜10の整数で ある。
[0091] 有機基 R11は詳しくは π電子共役系分子または非 π電子共役系分子に由来する 2 価の有機基であり、すなわち π電子共役系分子または非 π電子共役系分子から 2個 の水素原子を除いてなる 2価の残基またはそれらの複合基である。
[0092] 有機基 R11を誘導する π電子共役系分子として、単環式芳香族炭化水素化合物、 単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合物等が挙げられる。
単環式芳香族炭化水素化合物として例えば、ベンゼンが挙げられる。
[0093] 単環式複素環化合物に含まれるヘテロ原子としては、例えば、 Ν, Ο, S, Si, Ge, Se, Te, P, Sn, Ti, Zr原子等が挙げられ、合成コストの観点力 好ましくは N, O, Sである。
そのような好ましい単環式複素環化合物として、例えば、フラン、ピロール、ピリジン 、ピリミジン、ピロリン、イミダゾリン、ピラゾリン、チォフェン、ォキサゾーノレ、イソキサゾ ール、チアゾール、イソチアゾールが挙げられる。
[0094] 縮合多環式芳香族炭化水素化合物は 2個以上のベンゼン環が縮合してなるもので あり、導電性の観点からは対称性、特に線対称性を有するものが好ましい。そのよう な好ましい化合物の具体例として、例えば、一般式;
(式中、 n20は 0〜8の整数である)で表される化合物、フエナレン、ペリレン、コロネン 、ォバレンが挙げられる。
上記一般式で表される縮合多環式芳香族炭化水素化合物として、例えば、ナフタ レン、アントラセン、テトラセン(ナフタセン)、ペンタセン、へキサセン、ヘプタセン、ォ
クタセンが挙げられる。
[0096] 有機基 R11を誘導する非 π電子共役系分子として、例えば、直鎖状飽和脂肪族炭 化水素化合物)等が挙げられる。直鎖状飽和脂肪族炭化水素化合物からは一(CH
2
) 一が誘導される。
[0097] mが 2以上のとき、複数の有機基 R11は同一の基であってもよいし、または一部また は全部が異なって!/、ても良 ヽ。
[0098] 上記式 )中、シリル基を構成する R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子ま たは炭素数 1〜4のアルコキシ基である。アルコキシ基は直鎖状のものが好まし 、。 アルコキシ基の具体例として、例えば、メトキシ基、エトキシ基、 n—プロポキシ基、 2 プロポキシ基、 n—ブトキシ基、 sec ブトキシ基、 tert ブトキシ基などが挙げられ る。アルコキシ基は一部の水素がさらに別の置換基、例えば、トリアルキルシリル基( アルキル基は炭素数 1〜4)、アルコキシ基 (炭素数 1〜4)などで置換されていてもよ い。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子など が挙げられるが、反応性を考慮すると、好ましくは塩素原子である。
好ましい R12〜R14はそれぞれ独立して塩素原子または炭素数 1〜2のアルコキシ基 である。
[0099] 以上のような有機シランィ匕合物( ex )の好ま U、具体例として、以下に示す一般式で 表される有機シラン化合物が挙げられる。
[0100] ( 1)一般式(a l) ;
[化 20]
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
一般式( α ΐ)中、 X11は C、 N、 Oまたは S、好ましくは N、 Oまたは S、より好ましくは Nである;詳しくは、 X11が Cのときは一 CH—であり、 X11が Nのときは一 NH であり
2
、 X11が Oまたは Sのときは X11—である;
X は Cまたは Nであり、好ましくは Nである;詳しくは、 X1が Cのときは— CH =であ り、 X12が Nのときは N =である;
ただし、 X11および X12が同時に Cの場合は除く;
nl l«0〜8、好ましくは 0〜3の整数である;
[0102] 式( α ΐ)において RU〜R14および mは前記式( α )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは下記一般式 (i)〜(iv) ;
[化 21]
— CH2— ( iv )
(式中、 n20は 0〜8、好ましくは 0または 1の整数である)力 なる群力 選択される 2 価の有機基である。最も好まし 、RUは前記一般式 (i)〜 (iii)の基である;後述の m 力^以上のとき、複数の有機基 R11は同一の基であってもよいし、または一部または全 部が異なっていても良い;
mは 0〜10、好ましくは 0〜7、より好ましくは 0〜3の整数である;
R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0103] そのような一般式(ひ I)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合物 が挙げられる。
[化 22]
( 1-3 )
(2)—般式(a II) ;
[化 23]
( ll )
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
一般式 II)中、 X13は N、 Oまたは Sであり、好ましくは Nまたは Oである;詳しくは 、 X13が Nのときは NH であり、 X13が Oまたは Sのときは X13 である;
nl2及び nl3は 0≤nl2+nl3≤7、好ましくは0≤1112+1113≤2を満たす整数で ある;
[0106] 式( a ll)において R 〜R および mは前記式( a )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは前記一般式 (i)〜(iv) (式中、 n20は 0〜8、 好ましくは 0または 1の整数である)力 なる群力 選択される 2価の有機基である。最 も好ま U、R"は前記一般式 (i)および (iii)の基である;後述の mが 2以上のとき、複 数の有機基 R11は同一の基であってもよいし、または一部または全部が異なっていて も良い;
mは 0〜10、好ましくは 0〜2、より好ましくは 0または 1の整数である;
R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0107] そのような一般式(a ll)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合 物が挙げられる。
[化 24]
[0108] (3)—般式(a III) ;
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
[0109] 一般式( α ΠΙ)中、 X14および X15はそれぞれ独立して Cまたは Νであり、好ましくは X 14は Νであり、 X15は Cである;詳しくは、 X14が Cのときは— CH =であり、 X14が Nのと きは N =である;また、 X15が Cのときは CH =であり、 X15が Nのときは N =であ る;
ただし、 X14および X15が同時に Cの場合は除く;
nl4は 0〜8、好ましくは 0〜3、より好ましくは 0または 1の整数である;
[0110] 式( α ΠΙ)において RU〜R14および mは前記式( α )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは前記一般式 (i)〜(iv) (式中、 n20は 0〜8、 好ましくは 0または 1の整数である)力 なる群力 選択される 2価の有機基である。最 も好ま U、R"は前記一般式 (ii)および (iii)の基である;後述の mが 2以上のとき、複 数の有機基 R11は同一の基であってもよいし、または一部または全部が異なっていて も良い;
mは 0〜10、好ましくは 0〜2、より好ましくは 0または 1の整数である;
R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0111] そのような一般式(ひ ΠΙ)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合 物が挙げられる。
[0112] (4)一般式(a IV) ;
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
[0113] 一般式( a IV)中、 X16および X17はそれぞれ独立して Cまたは Nであり、好ましくは X16および X17は同時に Nである;詳しくは、 X16が Cのときは— CH =であり、 X16が N のときは N =である;また、 X17が Cのときは CH =であり、 X17が Nのときは N = である;
ただし、 X16および X17が同時に Cの場合は除く;
nl5は 0〜8、好ましくは 0〜3、より好ましくは 0または 1の整数である;
[0114] 式( a lV)において RU〜R14および mは前記式( α )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは前記一般式 (i)〜(iv) (式中、 n20は 0〜8、 好ましくは 0〜3の整数である)力 なる群力 選択される 2価の有機基である。最も好 ましい R11は前記一般式 (i)の基である;後述の mが 2以上のとき、複数の有機基 R11 は同一の基であってもよ 、し、または一部または全部が異なって 、ても良 ヽ; mは 0〜10、好ましくは 0〜3の整数である;
R"〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0115] 一般式(ひ IV)において、 mが 0のときは、縮合ベンゼン環または複素環に、炭素数
1〜30のアルキル基等の疎水基を有して!/、てよ!/、。
[0116] そのような一般式(ひ IV)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合 物が挙げられる。
[化 28]
[0117] (5)—般式(a V) ;
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
[0118] 一般式 V)中、 X18および X19はそれぞれ独立して C、 N、 Oまたは Sであり、 X18 —X19の組み合わせは N— S、 N— 0、 S— 0、?^ー?^ぉょびじー?^が好ましぐより好 ましくは N— Sである;詳しくは、 X18が Cのときは一 CH—であり、 X18が Nのときは一
2
NH であり、 X18が Oまたは Sのときは X18 である;また、 X19が Cのときは CH
2 一であり、 X19が Nのときは NH であり、 X19が Oまたは Sのときは X19 である; ただし、 X18および X19が同時に Cの場合は除く;
nl6及び nl7は 0≤nl6+nl7≤7、好ましくは0≤1116+1117≤2を満たす整数で ある;
[0119] 式 V)において RU〜R14および mは前記式 )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは前記一般式 (i)〜(iv) (式中、 n20は 0〜8、 好ましくは 0〜3の整数である)力 なる群力 選択される 2価の有機基である。最も好 ましい R11は前記一般式 (i)〜 (iii)の基である;後述の mが 2以上のとき、複数の有機 基 R11は同一の基であってもよ 、し、または一部または全部が異なって 、ても良!ヽ; mは 0〜10、好ましくは 0〜4の整数である;
R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0120] そのような一般式(ひ V)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合 物が挙げられる。
[化 30]
[0121] (6)—般式(a VI) ;
[化 31]
で表される π電子共役系有機シラン化合物;
[0122] 一般式( a VI)中、 X2および X21はそれぞれ独立して Cまたは Nであり、好ましくは 同時に Nである;詳しくは、 X2Gが Cのときは一 CH =であり、 X21が Nのときは一 N =で ある;また、 X21が Cのときは一 CH =であり、 X21が Nのときは一 N =である;
ただし、 x2Gおよび X21が同時に Cの場合は除く;
nl8及び nl9は 0≤nl8+nl9≤7、好ましくは0≤1118+1119≤2を満たす整数で める;
[0123] 式( α VI)において R 〜R および mは前記式( α )においてと同様である。
詳しくは R11は 2価の有機基であり、すなわち一般式(ひ)の説明で前記した単環式 芳香族炭化水素化合物、単環式複素環化合物、縮合多環式芳香族炭化水素化合 物、または飽和脂肪族炭化水素化合物力 2個の水素原子を除いてなる 2価の残基 またはそれらの複合基である。好ましくは前記一般式 (i)〜(iv) (式中、 n20は 0〜8、 好ましくは 0〜3の整数である)力 なる群力 選択される 2価の有機基である。最も好 ましい R11は前記一般式 (iii)の基である;後述の mが 2以上のとき、複数の有機基 R11 は同一の基であってもよ 、し、または一部または全部が異なって 、ても良 ヽ; mは 0〜10、好ましくは 0〜2の整数である;
R12〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基、好 ましくは塩素原子、メトキシ基、エトキシ基である。
[0124] 一般式(ひ VI)において、 mが 0のときは、縮合ベンゼン環または複素環に、炭素数
1〜30のアルキル基等の疎水基を有して!/、てよ!/、。
[0125] そのような一般式(ひ VI)の有機シランィ匕合物のさらなる具体例として、以下の化合 物が挙げられる。
[化 32]
(有機シランィ匕合物( a )の合成方法)
本発明の有機化合物(ひ)は、一般式 ( β ) ',
Z— (R11) — MgX3° ( β )
m
(式中、 Z、 R11および mはそれぞれ一般式 )においてと同様である; X3はハロゲ
ン原子である)で表される化合物と、一般式( γ );
X31 - SiR12R13R14 ( γ )
(式中、 X31は水素原子、ハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基である; R12 〜R14はそれぞれ独立してハロゲン原子または炭素数 1〜4のアルコキシ基である)で 表される化合物とをグリニャール反応させることによって製造可能である。なお、前記 一般式(ひ I)〜(ひ VI)の有機シランィ匕合物もまた当該方法に従って合成可能である
[0127] 反応温度は、例えば、— 100〜150°Cが好ましぐより好ましくは— 20〜100°Cで ある。反応時間は、例えば、 0. 1〜48時間程度である。反応は、通常、反応に影響 のない有機溶媒中で行われる。反応に悪影響のない有機溶媒としては、例えば、へ キサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン等の脂肪族又は芳香族炭化水素、ジェチルェ 一テル、ジプロピルエーテル、ジォキサン、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系 溶媒等が挙げられ、これらは単独で又は混合液として用いることができる。なかでも、 ジェチルエーテルと THFが好適である。反応は、任意に触媒を用いてもよい。触媒と しては、白金触媒、パラジウム触媒、ニッケル触媒等、触媒として公知のものを用いる ことができる。
[0128] このようにして得られる有機シランィ匕合物( α )は、公知の手段、例えば転溶、濃縮、 溶媒抽出、分留、結晶化、再結晶、クロマトグラフィー等により反応溶液力 単離、精 製することができる。
[0129] 上記一般式( β )で表される化合物(以下、化合物( |8 )という;グリニャール試薬)は 、前記と同様の有機溶媒中、一般式(|8—1);
Z - (R ) —X3° ( P—l)
m
(式中、 Z、 1、 mおよび X3はそれぞれ一般式( |8 )においてと同様である)で表され る化合物(以下、化合物( j8 — 1)と 、う)を金属マグネシウムと反応させることによって 得ることができる。
[0130] mが 0のときの化合物 ( β— 1)は、一般式 ( β— 2)または( j8— 3);
Z -H ( β - 2)
Ζ— OH ( β - 3)
(共通して、式中、 Zは一般式(|8 )においてと同様である)で表される化合物(以下、 それぞれ化合物( )8— 2)または( |8— 3)と 、う)を四塩ィ匕炭素等の溶媒中、 N クロ ロスクシンイミド (NCS)、 N—ブロモスクシンイミド (NBS)等を用いて、所定の位置で ノ、ロゲンィ匕すること〖こよって得ることができる。
[0131] mが 0のときの化合物( j8— 1)は市販品として入手することもできる。
例えば、 2 クロ口べンズイミダゾール(CAS. N07228— 38— 8)、 2 クロロフエノ チアジン(CAS. N092— 39— 7)、 2 クロ口キノリン(CAS . N0612— 62— 4)は それぞれ例えばシグマアルドリッチ株式会社より市販品として入手可能である。
[0132] 化合物( j8— 2)および( |8— 3)は一般に市販品として入手可能である。
例えば、 4, 7 ジメチル— 1 , 10 フエナント口リン(CAS. N03248— 05— 3)、 2 —ヒドロキシジベンゾフラン(CAS . N086— 77— 1)、 2 ヒドロキシカルバゾール(C AS. N086— 79— 3)、 2, 3 ジメチルキノキサリン(CAS. N02379— 55— 7)は それぞれ例えばシグマアルドリッチ株式会社より市販品として入手可能である。
[0133] mが 1以上のときの化合物( 1)は、上記化合物( j8— 2)または、一般式 — 4 );
H— (R11) — Η ( β— 4)
(式中、 R11および mはそれぞれ一般式( |8 )においてと同様である)で表される化合 物(以下、化合物( )8—4)という)の一方の化合物を用いたグリニャール試薬を調製 し、該グリニャール試薬と、他方の化合物のハロゲンィ匕物とを反応させることにより得 ることがでさる。
[0134] 特に、化合物( 4)を用いてグリニャールを調製する場合、一般的には、該化合 物の両端をジハロゲン化し、一方のハロゲン原子のみにマグネシウム等の金属を作 用させてグリニャール試薬を調製する。次いで、該グリニャール試薬を、化合物( 2)のハロゲンィ匕物と反応させればよ!、。
[0135] 化合物( β 4)には市販品として入手することもできるものもあれば、公知の方法 によって合成できるものもある。
例えば、ベンゼン、ビフエ-ル、ターフェ-ル、チォフェン、ビチォフェン、ターチォ フェン、クォーターチォフェン、ナフタレン、およびそれらのモノまたはジハロゲン化物
等は市販品として容易に入手可能である。
[0136] また例えば、ベンゼン骨格含有分子は以下の方法によって合成可能である。ただし 、ベンゼン骨格含有分子と同様の方法を用いれば、 N, Si, Ge, P, Sn, Tiまたは Zr を含む複素環骨格含有分子についても合成できる。
ベンゼン骨格含有分子の合成方法としては、まず、ベンゼンの反応部位をハロゲン 化させた後に、グリニャール反応を利用する方法が有効である。この方法を使用す れば、ベンゼン環の数を制御できる。また、グリニャール試薬を適用する方法以外に も、適当な金属触媒 (Cu、 Al、 Zn、 Zr、 Sn等)を利用したカップリングによっても合成 することができる。
[0137] 一例として、ベンゼン骨格含有分子の合成方法を以下に示す。なお、下記合成例 では、ベンゼンの 3量体から(3 +m)量体への反応のみを示した。し力し、ユニット数 の異なる出発原料を反応させれば、前記 4〜7量体以外のベンゼン骨格含有分子を 形成できる。
[0138] [化 33]
[0139] また例えば、チォフェン骨格含有分子は以下の方法によって合成可能である。ただ し、チォフェン骨格含有分子と同様の方法を用いれば、 0、 Nを含む複素環骨格含 有分子についても合成できる。
チォフェン骨格含有分子の合成方法としては、まず、チォフェンの反応部位をハロ ゲンィ匕させた後に、グリニャール反応を利用する方法が有効である。この方法を使用 すれば、チオフ ン環の数を制御できる。また、グリニャール試薬を適用する方法以 外にも、適当な金属触媒 (Cu、 Al、 Zn、 Zr、 Sn等)を利用したカップリングによっても 合成することができる。
[0140] 更に、チォフェン骨格含有分子については、グリニャール試薬を利用する方法以
外に、下記合成方法を利用することができる。
すなわち、まず、チォフェンの 2,位あるいは 5,位をハロゲン化(例えば、クロ口化)さ せる。ハロゲン化させる方法としては、例えば、 1当量の N—クロロスクシンイミド処理 や、ォキシ塩ィ匕燐 (POC1 )処理が挙げられる。このときの溶媒としては、例えばクロ口
3
ホルム ·酢酸 (AcOH)混合液や DMFが使用できる。また、ハロゲン化したチォフェン 同士を、 DMF溶媒中でトリス(トリフエ-ルホスフィン)ニッケル (tris(triphenylphosphin e)Nickel: (PPh ) Ni)を触媒として反応させることによって、結果的にハロゲン化させ
3 3
た部分でチォフェン同士を直接結合できる。
[0141] 更に、ハロゲン化したチォフェンに対して、ジビニルスルホンを加え、カップリングさ せることにより 1, 4—ジケトン体を形成させる。続いて、乾燥トルエン溶液中で、ローゥ エツソン剤(Lawesson Regent :LR)あるいは P S を加え、前者の場合ー晚、後者の
4 10
場合 3時間程度還流させることによって、閉環反応を起こさせる。その結果、カツプリ ングしたチォフェンの合計数よりもひとつチォフェンの数が多いチォフェン骨格含有 分子を合成できる。
チォフェンの上記反応を利用して、チォフェン環の数を増加させることができる。
[0142] 一例として、チォフェン骨格含有分子の合成方法を以下に示す。なお、下記合成 例では、チォフェンの 2量体から 4量体への反応、およびチォフェンの 3量体から 6あ るいは 7量体への反応のみを示した。しかし、ユニット数の異なるチォフェンと反応さ せれば、前記 4, 6あるいは 7量体以外のチォフェン骨格含有分子を形成できる。例 えば、 2—クロロチォフェンをカツプリングした後に NCSによりクロロイ匕させた 2—クロ口 ビチォフェンに、チォフェン 3量体の 2—クロ口体を反応させることによって、チォフエ ン 5量体を形成できる。更には、チォフェン 4量体を NCSによりクロ口化させれば更に チォフェン 8あるいは 9量体も形成することができる。
[0143] [化 34]
[0144] また例えば、上記ベンゼン骨格含有分子およびチォフェン骨格含有分子の合成方 法を組み合わせることによって、ベンゼン骨格とチォフェン骨格とを含有する分子を 合成することができる。
[0145] また例えば、ァセン骨格含有分子は以下の方法によって合成可能である。
ァセン骨格含有分子の合成方法としては、例えば、原料化合物の所定位置の炭素 原子に結合する水素原子をトリフラート基で置換し、フラン又はその誘導体と反応さ せ、続いて酸ィ匕させる工程を繰り返す方法等が挙げられる。この方法を用いたァセン 骨格の合成法の一例を以下に示す。
n= 1-7
[0147] (有機薄膜およびその形成方法)
本発明の有機シラン化合物 (I)または有機シランィ匕合物( (X )を用いて有機薄膜 (特 に、単分子膜)を形成できる。好ましくは、当該単分子膜は基板上に形成される。
[0148] 有機シランィ匕合物 (I)および有機シラン化合物( oc )はシリル基によって化学結合( 特にシラノール結合(一 Si— O— ) )を介して基板と吸着 (結合)可能である。そのため 、当該有機シラン化合物 (I)または有機シランィ匕合物( (X )からなる単分子膜中、該化 合物分子は、基板側にシリル基、膜表面側に R1基または Z基が位置するように配列 する。その結果、そのような単分子膜は、当該化合物分子の高い秩序性 (結晶性)な らびに優れた耐剥離性を有する。しカゝも有機シランィ匕合物 (I)は π電子共役を示す R 1基を、有機シラン化合物( α )は π電子共役を示す Ζ基を含有するので、得られる単 分子膜は、有機薄膜トランジスタ、有機光電変換素子、および有機エレクト口ルミネッ センス素子等の有機デバイスにおける有機層(薄膜)として用いた場合におけるキヤ リア移動特性などのような電気的特性が優れている。
[0149] 基板は、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、ガリウムヒ素、亜鉛化セ レン等の化合物半導体材料、石英ガラス、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、
ポリテトラフルォロエチレン等の高分子材料が使用可能である。また基板は半導体デ バイスの電極として使用される無機物質力 なっていてもよぐさらにその表面に有機 物質からなる膜が形成されて ヽてもよ ヽ。本発明にお ヽて基板表面は水酸基やカル ボキシル基等の親水基、特に水酸基を有することが好ましぐ有しない場合には、基 板に親水化処理を施すことによって、親水基を基板表面に付与すればよい。基板の 親水化処理は、過酸化水素水 硫酸混合溶液への浸漬、紫外光の照射等により行 うことができる。
[0150] 以下、有機シランィ匕合物 (I)または有機シランィ匕合物( (X )を用いた有機薄膜の形 成方法を説明する。
有機薄膜の形成に際しては、まず、有機シランィ匕合物 (I)または有機シラン化合物 ( a )のシリル基を加水分解して基板表面と反応させ、基板に直接吸着 (結合)した単 分子膜を形成する。具体的には、例えば、いわゆる LB法 (Langmuir Blodget法)、デ イツビング法、コート法等の方法を採用できる。
[0151] 詳しくは、例えば、 LB法では、有機シランィ匕合物 (I)または有機シランィ匕合物(ひ) を非水系有機溶剤に溶解し、得られた溶液を pHが調整された水面上に滴下し、水 面上に薄膜を形成する。このとき、有機シランィ匕合物 (I)のシリル基における 〜 3 基または有機シランィ匕合物( (X )のシリル基における R12〜R14基が加水分解によって 水酸基に変換される。次いで、その状態で水面上に圧力を加え、親水基 (特に水酸 基)を表面に有する基板を引き上げることによって、有機シラン化合物 (I)または有機 シランィ匕合物( 0C )におけるシリル基と基板とが反応して化学結合 (特にシラノール結 合)が形成され単分子膜が得られる。溶液が滴下される水の pHは 〜 3基または R 12〜R14基が加水分解されるように適宜調整されればよ!、。
[0152] また例えば、デイツビング法、コート法では、有機シラン化合物 (I)または有機シラン 化合物(α )を非水系有機溶剤に溶解し、得られた溶液中に、親水基 (特に水酸基) を表面に有する基板を浸漬して、引き上げる。あるいは、得られた溶液を基体表面に コートする。このとき、非水系有機溶剤中の微量の水によって、有機シランィ匕合物 (I) のシリル基における 〜 3基または有機シランィ匕合物( α )のシリル基における R12
〜R14基が加水分解され、水酸基に変換される。次いで、所定時間、保持すること〖こ
よって、有機シランィ匕合物 (I)または有機シランィ匕合物( (X )におけるシリル基と基板と が反応して化学結合 (特にシラノール結合)が形成され単分子膜が得られる。 〜 3 基または R12〜R14基が加水分解されない場合は、溶液中に、 pHが調整された水を 少量混合すればよい。
[0153] 非水系有機溶剤は、水と相溶せず、かつ有機シランィ匕合物( α )を溶解可能な限り 特に制限されず、例えば、へキサン、クロ口ホルム、四塩化炭素等が使用可能である
[0154] 単分子膜を形成した後は、通常、非水系有機溶剤を用いて単分子膜から未反応の 有機シラン化合物を洗浄除去する。さらには水洗し、放置するか加熱することにより 乾燥して有機薄膜を定着させる。
[0155] 得られた有機薄膜は、直接電気材料として用いてもよいし、更に電解重合等の処 理を施して用いてもよい。有機薄膜は、本発明の有機シラン化合物 (I)または有機シ ラン化合物( α )を用いることで、図 1に示すように Si— Ο - Siネットワーク化が起こる とともに、隣接分子間距離が小さくなり、かつ高度に秩序化 (結晶化)される。また、 R1 または Z— (R11) の各ユニットが直線状に結合されている場合には、隣接分子にお けるユニット同士は結合することなぐ隣接分子環距離が更に小さくなり、より高度に 結晶化された有機薄膜を得ることができる。
以下、本発明の有機シラン化合物及びその製造方法を実施例によりさらに具体的 に説明する。
実施例
[0156] 合成例 1 前記一般式(1) (X1=X-=Xa=CL Y=Se、 R2=Ra=H、 nl = 3)で表 されるターセレノフェントリクロロシランの合成(グリニャール法)
前記合成ルート 1に従った。詳しくは、まず、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50m 1とセレノフェン 70mMを仕込み、温度を 0°Cとし、 NBS (N—ブロモスクシンイミド)を 2 OMカロえ 1時間攪拌した。純水にて抽出した後、減圧下、 80°Cにて精製し、 2—プロ モセレノフェンを得た。続いて、窒素雰囲気下の 50mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、 2—ブロモセレノフェン 30mMを仕込み、マグネシウムを加えた後、 2時間攪拌した。 その後、触媒である Ni (dppp) Cl (ジクロ口 [1, 3—ビス(ジフエ-ルホスフイノ)プロパ
ン]ニッケル (Π) )及び 2 -ブロモセレノフェン 30mMを含む乾燥 THF5mlを加え、 0 °Cにて 12時間反応させた。純水にて抽出した後、フラッシュクロマトグラフィにて精製 しジセレノフェンを得た。
次!、で、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlとジセレノフェン 70mMを仕込み、 温度を 0°Cとし、 NBS (N—ブロモスクシンイミド)を 70Mカ卩ぇ 1時間攪拌した。純水に て抽出した後、減圧下、 80°Cにて精製し、 2—プロモジセレノフェンを得た (収率 50 %)。続いて、窒素雰囲気下の 50mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、ジセレノフェンの 合成の中間体である 2—ブロモセレノフェン 7mMを仕込み、マグネシウムを加えた後 、 2時間攪拌した。その後、触媒である Ni (dppp) Cl (ジクロ口 [1, 3—ビス (ジフヱ-
2
ルホスフイノ)プロパン]ニッケル (II) )及び 2—ブロモジセレノフェン 3mMを含む乾燥 THF5mlをカ卩え、 0°Cにて 12時間反応させた。純水にて抽出した後、フラッシュクロ マトグラフィにて精製しターセレノフェンを得た(30%)。
さらに、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlとターセレノフェン 5mMを仕込み、 温度を 0°Cとし、 NBSを 20Mカ卩ぇ 1時間攪拌した。純水にて抽出した後、減圧下、 80 °Cにて精製し、 2—ブロモターセレノフェンを合成した。さらに、窒素雰囲気下にて、 2 00mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、 2—ブロモターセレノフェン、マグネシウムをカロえ た後、 2時間攪拌することにより、グリニャール試薬を得た。
攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 200mけスフラスコに SiCl (テ
4 トラクロロシラン) 20mM、トルエン 50mlを仕込み、氷冷し、内温 20°C以下にて、ダリ 二ヤール試薬を 2時間かけてカ卩え、滴下終了後、 30°Cにて 1時間成熟を行った (ダリ 二ヤール反応)。
次いで、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液からトルエン 及び未反応のテトラクロロシランをストリップし、この溶液を蒸留して、標題化合物を 4 0%の収率で得た。
得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測 定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物をエタノー
ルと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変換した後 、測定を行った。
7. 7ppm(s) (1H、セレノフェン環由来)
7. 2ppm〜7. lppm (m) (6H、セレノフェン環由来)
3. 8ppm〜3. 7ppm (m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
1. 30ppm〜l. 20ppm (m) (9H、エトキシ基のメチル基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
[0158]
で表されるクォーターセレノフェントリメトキシシランの合成
まず、窒素雰囲気下の 50mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、合成例 1の中間体であ る 2—ブロモジセレノフェン 5mMを仕込み、マグネシウムを加えた後、 2時間攪拌した 。その後、触媒である Ni (dppp) Cl及び 2—ブロモジセレノフェン 5mMを含む乾燥 T
2
HF5mlをカ卩え、 0°Cにて 10時間反応させた。純水にて抽出した後、フラッシュクロマ トグラフィにて精製しクォーターセレノフェンを得た(35%)。
続いて、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlと、合成例 2の中間体であるクオ一 ターセレノフェン 70mMを仕込み、温度を 0°Cとし、 NBSを 70M加え 1時間攪拌した 。純水にて抽出した後、減圧下、 80°Cにて精製し、 2—プロモクオーターセレノフェン を形成した (収率 40%)。窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、 2—プロモクオーターセレノフェン、マグネシウムを加えた後、 2時間攪拌することによ り、グリニャール試薬を形成した。
さらに、攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mけスフラスコにト リメトキシクロロシラン 10mM、トルエン 30mlを仕込み、氷冷したのち、グリニャール 試薬を 2時間かけてカ卩え、滴下終了後、 30°Cにて 1時間成熟を行った (グリニャール 反応)。
次いで、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液からトルエン 及び未反応のトリメトキシクロ口シランをストリップし、この溶液を蒸留して、標題化合物 を 45%の収率で得た。
[0159] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に
SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 8ppm (s) (1H、セレノフヱン環由来)
7. 4ppm〜7. 3ppm (m) (8H、セレノフェン環由来)
3. 50ppm (m) (9H、メチル基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
[0160] 合成例 3 tftfB— ^^:(1) (X1=X~=Xa=OC H ^_Y=Se^R2=Ra=H^nl = 8l
2 ~~ 5
で表されるォクチセレノフェントリエトキシシランの合成
まず、窒素雰囲気下の 50mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、合成例 2の中間体であ る 2—ブロモクオーターセレノフェン 5mMを仕込み、マグネシウムを加えた後、 3時間 攪拌した。その後、触媒である Ni (dppp) Cl及び前記 2—プロモクオーターセレノフ
2
ェン 5mMを含む乾燥 THF5mlをカ卩え、 0°Cにて 12時間反応させた。純水にて抽出 した後、フラッシュクロマトグラフィにて精製しォクチセレノフェンを得た(30%)。
続いて、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlと、前記ォクチセレノフェン 10mM を仕込み、温度を 0°Cとし、 NBSを 10Mカ卩ぇ 1時間攪拌した。純水にて抽出した後、 減圧下、 80°Cにて精製し、 2—プロモクオーターセレノフェンを形成した。
さらに、窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、 2—ブロモォクチ セレノフェン、マグネシウムを加えた後、 2時間攪拌することにより、グリニャール試薬 を形成した。さらに、攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mけス フラスコにトリエトキシクロロシラン 10mM、トルエン 30mlを仕込み、氷冷したのち、グ リニヤール試薬を 2時間かけてカ卩え、滴下終了後、 30°Cにて 1時間成熟を行った (グ リニヤール反応)。次いで、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、 ろ液からトルエン及び未反応のトリエトキシクロロシランをストリップし、この溶液を蒸留 して、標題ィ匕合物を 35%の収率で得た。
[0161] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 7ppm (s) (1H、セレノフヱン環由来)
7. 2ppm〜7. lppm(m) (16H、セレノフェン環由来)
3. 8ppm〜3. 7ppm(m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
1. 3ppm〜l. 2ppm(m) (9H、エトキシ基のメチル基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
合成例 4 置 (メチル某)を有する前記一般式 (1) (X^X^X^CL Y=SL R2=H^ Ra=CH nl = 2)で表されるシロール化合物の合成
3
合成ルート 2に従った。詳しくは、まず、 20mMの 2, 5 ブロモ—3, 4 ジメチルー 1H シロールをエタノール溶媒に溶解させた後、 22mMブチルリチウムを含むエタ ノール溶液に加え、 5位のブロモ基を Li基に変換させた後、 12mMCuCNの THF溶 液を加え銅の酸化的付加を行った。続いて、 30mMトリメチルエチレンジァミン及び 1 OOmMのパラージ-トロベンゼンをカ卩えることにより 2分子カップリングを達成し、収率 60%で 5,—ジブ口モー 3, 4, 3' , 4,テトラメチルー 1H, 1Η,— [2, 2, ]ビシローリル (5, 5, — dibromo— 3, 4, 3,, 4' tetramethyl- 1H, 1H,— [2, 2, ] bisilolyl)を 得た。
続いて、窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、前記 5, 5'ージ ブロモ 3, 4, 3' , 4,テトラメチル一 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリル、マグネシウム をカロえた後、 1時間攪拌することにより、 5位のみが Mgと反応したグリニャール試薬を 形成した。さらに、攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた ΙΟΟπ ナスフラ スコにトリメチルクロロシラン 10mM、 THF30mlを仕込み、氷冷したのち、前記グリニ ヤール試薬を加え、 30°Cにて 1時間成熟を行った。次いで、反応液を減圧にてろ過 し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液からトルエン及び未反応のトリメチルクロロシラ ンをストリップすることにより、 5—トリメチルシリル一 5 '—ブロモ 3, 4, 3' , 4'テトラメ チル— 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを合成した。続いて、前記 5 トリメチルシリ ルー 5,—ブロモ—3, 4, 3' , 4,テトラメチル— 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを T HF20mlに溶解させ、 PHN+Me F—を用いてトリメチルシリル基を脱離させることに
3
より、 5 ブロモ—3, 4, 3' , 4,テトラメチル— 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを得 た。さらに、窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、前記 5 ブロ モー 3, 4, 3' , 4,テトラメチル一 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリル、マグネシウムを加
えた後、 1時間攪拌することにより、グリニャール試薬を形成したのち、攪拌機、還流 冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mlナスフラスコにテトラクロロシラン 10mM 、 THF30mlを仕込み、氷冷したのち、前記グリニャール試薬をカ卩え、 30°Cにて 1時 間成熟を行った。次いで、反応液を減圧にてろ過し、塩ィ匕マグネシウムを除いた後、 ろ液から THF及び未反応のテトラクロロシランをストリップすることにより標記化合物を 30%の収率で得た。
[0163] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に
SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に得られた化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接
NMR測定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物を エタノールと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変 換した後、測定を行った。
4. 5ppm (m) (1H、シロール環由来)
4. 3〜4. 2ppm (m) (4H Siと直接結合した水素由来)
3. 8ppm〜3. 7ppm(m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
2. Oppm〜l. 9ppm(m) (12H、シロール環メチル基由来)
1. 5ppm〜l. 4ppm(m) (9H、エトキシ基のメチノレ基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
[0164] 合成例 5 置 (メチル某) 有する前 P,—般式 Π ) (X^X^X^CL Y=SL
R2=H、 Ra=CH、 nl = 6)で表されるシロール化合物の合成
3
まず、合成例 4と同様に、中間体である 5, 5 '—ジブ口モー 3, 4, 3' , 4'テトラメチ ル— 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを合成した。その後、合成ルート 3に従った。詳 しくは、まず、窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、前記 5, 5, ジブ口モー 3, 4, 3' , 4,テトラメチルー 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを 5mM、 マグネシウムを加えた後、 5時間攪拌することにより、グリニャール試薬を形成した。 続いて、攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mけスフラスコに 5 —ブロモー 3, 4, 3' , 4,テトラメチル一 1H, 1Η' - [2, 2, ]ビシローリルを 10mM、 THF30mlを仕込み、氷冷したのち、前記グリニャール試薬を加え、 0°Cにて 15時間
反応させた。純水にて抽出した後、フラッシュクロマトグラフィにて精製し、中間体 (A) を合成した。
続いて、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlと、前記中間体 (A) 10mMを仕込 み、温度を 0°Cとし、 NBSを 10Mカ卩ぇ 1時間攪拌した。純水にて抽出した後、減圧下 、 80°Cにて精製し、中間体 (A)の一端の水素原子がブロモ化されたィ匕合物を形成し た。窒素雰囲気下にて、 200mlナスフラスコに乾燥 THF5ml、前記中間体 (A)の一 端の水素原子がブロモ化されたィ匕合物を 5mM、マグネシウムを加えた後、 1時間攪 拌することにより、グリニャール試薬を形成した。攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下 ロートを備えた 100mlナスフラスコにテトラクロロシラン 5mM、 THF30mlを仕込み、 氷冷したのち、前記グリニャール試薬を加え、 30°Cにて 1時間成熟を行った。次いで 、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液から THF及び未反 応のテトラクロロシランをストリップすることにより標題ィ匕合物を 20%の収率で得た。
[0165] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1100cm—1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。 ) 更に得られた化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物を エタノールと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変 換した後、測定を行った。
4. 4ppm (m) (1H、シロール環由来)
4. 3ppm〜4. 2ppm (m) (12H Siと直接結合した水素由来)
3. 8ppm〜3. 7ppm (m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
2. lppm〜2. Oppm (m) (36H、シロール環メチル基由来)
1. 5ppm〜l. 4ppm (m) (9H、エトキシ基のメチル基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題の化合物であることを確認した。
[0166] 準備例 1 2—ブロモターチォフェンの合成
攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mlガラスフラスコに、ターチ ォフェン ImMを四塩化炭素に溶解させた後、 NBS、 AIBN (ァゾイソブチ口-トリル) を加え、 2. 5時間攪拌した後に減圧濾過することによって、 2—ブロモターチォフェン
を得た。
合成例 6 置 (メチル某)を有する前記一般式 (5) (X^X^X^OC H
=n4 = 3、 n3 = 2)で表されるシロール化合物の合成
まず、合成例 4と同様に、中間体である 5, 5 '—ジブ口モー 3, 4, 3' , 4'テトラメチ ルー 1H, 1Η' - [2, 2,]ビシローリルを合成した。その後、合成ルート 4 (m= 3、 n= 2)の第 2式以降の反応式に従った。詳しくは、攪拌器、還流冷却器、温度計、滴下口 ートを備えた 500mlガラスフラスコに 0. 5mMの n—ブチルリチウムを仕込み、—78 °Cに冷却した後に前記 5, 5'—ジブ口モー 3, 4, 3' , 4'テトラメチル— 1H, 1H'— [ 2, 2' ]ビシローリルを滴下ロートを用いて 30分かけてカ卩え、リチウム化合物に変換し た後、 1. 5mMのビス(ピナコラト)ジボロンをカ卩え、 12時間力 4ナて、 78°Cから室温 まで容器の内温を上昇させることにより反応を進行させた。反応終了後、 2M塩酸を カロえることにより、ジボロンィ匕合物(C)を合成した。さらに、前記ジボロンィ匕合物(C)を トルエン溶液に溶解させたのち、 3モル%Pd(PPh) 及び少量の炭酸ナトリウム水溶
3
液を含む攪拌器、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 200mlガラスフラスコに 仕込み、準備例 1にて合成した 2—ブロモターチォフェンのトルエン溶液を滴下ロート を用いてカ卩え、 85°Cで 12時間反応させることによりシロール環の 2位及び 5"位がタ ーチォフェンと直接結合した中間体 (D)を形成した。
さらに、続いて、 100mlナスフラスコにクロ口ホルム 50mlと、前記中間体(D) 5mM を仕込み、温度を 0°Cとし、 NBSを 5Mカ卩ぇ 1時間攪拌した。純水にて抽出した後、減 圧下、 80°Cにて精製し中間体 (E)を形成した。窒素雰囲気下にて、 200π ナスフラ スコに乾燥 THF5ml、前記中間体 (E)を 5mM、マグネシウムを加えた後、 1時間攪 拌することにより、グリニャール試薬を形成した。その後、攪拌機、還流冷却器、温度 計、滴下ロートを備えた 100mlナスフラスコにトリエトキシクロロシラン 5mM、 THF30 mlを仕込み、氷冷したのち、前記グリニャール試薬を加え、 30°Cにて 1時間成熟を 行った。次いで、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液から T HF及び未反応のテトラクロロシランをストリップすることにより標題ィ匕合物を 15%の収 率で得た。
得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。 ) 更に得られた化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 7ppm (s) (1H、チオフ ン環由来)
7. 3ppm -7. 2ppm (m) (12H、チォフェン環由来)
4. 5ppm -4. 3ppm (m) (4H Siと直接結合した水素由来)
3. 7ppm -3. 6ppm (m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
2. 2ppm -2. lppm (m) (12Hシロール環メチル基由来)
1. 4ppm -1. 3ppm (m) (9H、エトキシ基のメチル基由来)
これらの結果から、得られたィ匕合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
[0169] 準備例 2 4—ブロモクオーターフエニルの合成
攪拌機、還流冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 100mlガラスフラスコに、クオ ターフェ-ル 0. 5mMを四塩化炭素に溶解させた後、 NBS AIBNをカ卩え、 3時間攪 拌した後に減圧濾過することによって、プロモクオーターフエ-ルを得た。
[0170] 合成例 7 置椽某 (メチル某) 有する前記一般式 (6) (X^X^X^CL Y≤=Si
Z1=Z2=C、中 の 5昌環の Ra=CH、両端の 6昌環の Ra=H n2=n4=4 _n3
3
= 1)で表されるシロール化合物の合成
合成ルート 5 (m=4 n= l)に従った。詳しくは、 2—ブロモターチォフェンの代わり に 4ーブロモクオーターフエ-ルを用いたこと、 85°Cで 12時間反応させる代わりに 80 °Cで 15時間反応させたこと、 5, 5 ジブ口モー 3, 4, 3' , 4'テトラメチルー 1H, 1H — [2, 2,]ビシローリルの代わりに 2, 5—ジブ口モー 3, 4—ジメチルー 1H—シロー ルを用いたこと、およびトリエトキシクロロシランの代わりにテトラクロロシランを用いた ことを除き、合成例 6と同様の手法により、標題化合物を合成した。
[0171] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1100cm—1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に得られた化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物を エタノールと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変
換した後、測定を行った。
7. 6ppm〜7. 5ppm (m) (8H、ベンゼン環由来)
7. 5ppm〜7. 4ppm (m) (20H、ベンゼン環由来)
7. 2ppm (m) (1H、ベンゼン環由来)
7. lppm (m) (4H、ベンゼン環由来)
4. 3ppm (m) (2H Siと直接結合した水素由来)
3. 8ppm〜3. 7ppm (m) (6H、エトキシ基のメチレン基由来)
2. lppm〜2. Oppm (m) (12H、シロール環のメチル基由来)
1. 5ppm〜l. 4ppm (m) (9H、エトキシ基のメチル基由来)
これらの結果から、得られた化合物が標題ィ匕合物であることを確認した。
[0172] '準位エネノレギ一の検討
合成例 1〜 7に合成した有機シランィ匕合物の LUMO準位エネルギーは分子軌道 計算により— 2. 6eVと見積もられる。一方、上記有機シランィ匕合物の LUMO準位ェ ネルギーを光電子分光法を用いて評価したところ、ぃずれもLUMO準位がー2. 5e V以下であることを確認できた。すなわち、いずれの化合物も、ヘテロ原子を含まない 化合物と比較して、 LUMOが安定ィ匕されることを確認した。つまり、上記有機シラン 化合物は、ヘテロ原子を含まない化合物と比較して、小さなバンドギャップを有するこ とが明らかであり、したがって上記有機シランィ匕合物は、高い半導体特性を有する化 合物であることがわ力つた。
[0173] 合成例 8 :前記一般式(《I— 1)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、窒素雰囲気下、攪拌機、還流 冷却器、温度計、滴下ロートを備えた 500mlガラスフラスコに、金属マグネシウム 0. 5 モル、 THF (テトラヒドロフラン) 300mlを仕込み、 2—クロ口べンズイミダゾール 0. 5モ ルを 50〜60°Cにて滴下ロートから 2時間かけて滴下し、滴下終了後 65°Cにて 2時間 成熟させ、グリニャール試薬を調製した。続いて、 1リットルガラスフラスコに、 SiCl (
4 テトラクロロシラン) 1. 0モル、トルエン 300mlを仕込み、氷冷し、内温 20°C以下にて 、グリニャール試薬を 2時間かけてカ卩え、滴下終了後、 30°Cにて 1時間成熟を行った 。反応終了後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液からト
ルェン及び未反応のテトラクロロシランを除去することによって、標題ィ匕合物を 50% の収率で得た。
[0174] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測 定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物をエタノー ルと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変換した後 、測定を行った。
7. 7ppm (m) (2H 芳香族)
7. 2ppm (m) (2H 芳香族)
5. 2ppm (m) (1H 窒素原子と直接結合を有する水素)
3. 8ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 4ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( α ΐ— 1)に示す化合物であるこ とを確認した。
[0175] 合 例 9:tfmP,— ( rv, V- l)にて表される有機シラン化 物の^^
表題の化合物は以下の手法により合成した。合成例 8と同様に、まず、窒素雰囲気 下、 0. 5モルの金属マグネシウム及び THF30mlを仕込み、 2—クロロフエノチアジン 0. 5モルを加え、 60°Cで 2時間反応させることによりグリニャール試薬を調整した。続 いて、クロロトリメトキシシラン 1. 0モルを含むトルエン溶液中に前記グリニャール試薬 を加え、 30°Cで 1時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マ グネシゥムを除 、た後、ろ液からトルエン及び未反応のクロロトリメトキシシランを除去 することによって、標題ィ匕合物を 55%の収率で得た。
[0176] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 0ppm〜6. lppm (m) (7H 芳香族)
5. 3ppm (1H 窒素原子と直接結合を有する水素)
3. 7ppm (m) (9H メトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( a V— 1)に示すィ匕合物であるこ とを確認した。
[0177] 合成例 10 :前記一般式( α ΠΙ— 1)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。合成例 8と同様に、まず、窒素雰囲気 下、 0. 3モルの金属マグネシウム及び THF30mlを仕込み、 2—クロ口キノリン 0. 3モ ルをカ卩え、 60°Cで 1. 5時間反応させることによりグリニャール試薬を調整した。続い て、テトラクロロシラン 0. 5モルを含む THF溶液中に前記グリニャール試薬をカ卩え、 3 0°Cで 1時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウム を除 、た後、ろ液から THF及び未反応のテトラクロロシランを除去することによって、 標題ィ匕合物を 55%の収率で得た。
[0178] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測 定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物をエタノー ルと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変換した後 、測定を行った。
7. 8ppm〜7. 2ppm (m) (6H 芳香族)
3. 7ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 6ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( α III— 1)に示す化合物である ことを確認した。
[0179] 合成例 11:前記一般式 ( a VI- 1)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、 4, 7—ジメチルー 1, 10—フエ ナント口リンを 0. 5mM含む四塩ィ匕炭素溶液中に 1Mの NBSをカ卩え、 2時間攪拌した のちに減圧濾過することによって、 3—ブロモー 4, 7—ジメチルー 1, 10—フエナント 口リンを得た。続いて合成例 8と同様に、窒素雰囲気下、 0. 3モルの金属マグネシゥ ム及び THF30mlを仕込み、前記 3—ブロモ—4, 7—ジメチルー 1, 10—フエナント
口リンを加え、 60°Cで 1. 5時間反応させることによりグリニャール試薬を調整した。続 いて、クロロトリメトキシシラン 0. 5モルを含む THF溶液中に前記グリニャール試薬を 加え、 30°Cで 1時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグ ネシゥムを除いた後、ろ液力 THF及び未反応物を除去することによって、標題化合 物を 50%の収率で得た。
[0180] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
8. 6ppm (m) (2H 芳香族)
7. 7ppm (m) (1H 芳香族)
7. 5ppm (m) (2H 芳香族)
3. 6ppm (m) (9H メトキシ基メチル基)
2. 4ppm (m) (6H メチノレ基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( α VI— 1)に示す化合物である ことを確認した。
[0181] 合成例 ί 2 :前首 Ρ,—般式( rv. n- 1)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、合成例 11と同様に、 2—ヒドロキ シジベンゾフランを 0. 5mM含む四塩化炭素溶液中に 1Mの NBS及び AIBNを加え 、 2時間攪拌したのちに減圧濾過することによって、 2—プロモジベンゾフランを得た 。続いて合成例 8と同様に、窒素雰囲気下、 0. 3モルの金属マグネシウム及び THF 30mlを仕込み、前記 2—ブロモジベンゾフランをカ卩え、 55°Cで 2時間反応させること によりグリニャール試薬を調整した。続いて、クロロトリエトキシシラン 0. 5モルを含む THF溶液中に前記グリニャール試薬を加え、 20°Cで 1時間反応させた。反応終了 後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液から THF及び未 反応物を除去することによって、標題ィ匕合物を 60%の収率で得た。
[0182] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 5ppm (m) (4H 芳香族)
7. 2ppm (m) (3H 芳香族)
3. 5ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 6ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( a ll— 1)に示す化合物であるこ とを確認した。
[0183] 合成例 13 :前記一般式( a ll— 3)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、合成例 11と同様に、 2—ヒドロキ シカルバゾールを 0. 5mM含む四塩化炭素溶液中に 1 Mの NBS及び AIBNを加え 、 2時間攪拌したのちに減圧濾過することによって、 2—プロモカルバゾールを得た。 続いて合成例 8と同様に、窒素雰囲気下、 0. 3モルの金属マグネシウム及び THF3 Omlを仕込み、前記 2—ブロモカルバゾールを加え、 60°Cで 2時間反応させることに よりグリニャール試薬を調整した。続いて、テトラクロロシラン 0. 5モルを含む THF溶 液中に前記グリニャール試薬を加え、 20°Cで 1時間反応させた。反応終了後、反応 液を減圧にてろ過し、塩化マグネシウムを除いた後、ろ液から THF及び未反応物を 除去することによって、標題ィ匕合物を 60%の収率で得た。
[0184] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1080cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。得られた化合物を直接 NMR測 定することは、化合物の反応性が高いことより不可能であるため、化合物をエタノー ルと反応させ (塩ィ匕水素の発生を確認した)、末端の塩素をエトキシ基に変換した後 、測定を行った。
8. 5ppm (m) (1H 窒素原子と直接結合を有する水素)
7. 6ppm〜7. 5ppm (m) (4H 芳香族)
7. 2ppm (m) (3H 芳香族)
3. 5ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 4ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( a II— 3)に示す化合物であるこ
とを確認した。
[0185] 合成例 14 :前記一般式(《IV— 1)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、合成例 11と同様に、 2, 3—ジメ チルキノキサリンを 0. 4mM含む四塩化炭素溶液中に 1Mの NBS及び ΑΙΒΝをカロえ 、 1. 5時間攪拌したのちに減圧濾過することによって、 2, 3—ジメチル一 7—ブロモ キノキサリンを得た。続いて合成例 8と同様に、窒素雰囲気下、 0. 2モルの金属マグ ネシゥム及び THF30mlを仕込み、前記 2, 3—ジメチルー 7—ブロモキノキサリンを 加え、 50°Cで 4時間反応させることによりグリニャール試薬を調整した。続いて、クロ ロトリエトキシシラン 0. 3モルを含む THF溶液中に前記グリニャール試薬を加え、 20 °Cで 1. 5時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧にてろ過し、塩化マグネシゥ ムを除いた後、ろ液から THF及び未反応物を除去することによって、標題化合物を 5 5%の収率で得た。
[0186] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1085cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
8. Oppm (m) (2H 芳香族)
7. 6ppm (m) (1H 芳香族)
3. 5ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
2. 4ppm (m) (6H メチノレ基)
1. 4ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( α IV— 1)に示す化合物である ことを確認した。
[0187] 合成例 15 :前記一般式(《I— 2)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、 0. 5Μターフェニルを含む四塩 化炭素溶液中に、 1Mの NBS及び ΑΙΒΝを仕込み、 8時間攪拌した後に、減圧濾過 することによってジブロモターフェ-ルを得た。続いて、前記ジブロモターフェ-ルを 0 . 2Μを含む THF溶液中に、窒素雰囲気にて金属マグネシウム 0. 2モルを加え、 50 °Cで 2時間反応させることにより、グリニャール試薬 (Α)
[化 36]
を形成させたのち、前記グリニャール試薬の THF溶液中に 2—クロ口べンズイミダゾ ールを 0. 2Mを加え 20°Cで 1時間反応させることによって中間体 (B)を形成させた。
[0188] さらに、中間体 (B)を THFに溶解させ、金属マグネシウムと 55°C2時間反応させる ことによって、グリニャール試薬を合成した後、クロロトリエトキシシラン 0. 1Mをカ卩ぇ 2 5°Cで 2時間反応させることによって、表題の化合物を 40%の収率で合成した。
[0189] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1075cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 7ppm (m) (2H 芳香族;ベンズイミダゾール由来)
7. 6ppm〜7. 5ppm (m) (10H 芳香族;ターフェ-ル由来)
7. 4ppm (m) (2H 芳香族;ターフェ-ル由来)
7. 3ppm (m) (2H 芳香族;ベンズイミダゾール由来)
3. 5ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 4ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( α ΐ— 2)に示す化合物であるこ とを確認した。
なお、同様の手法により、フエ-レン基数の異なる有機シランィ匕合物及び末端の縮 合多環式ィ匕合物由来の基が異なる有機シランィ匕合物を合成することができる。
[0190] 合成例 ί6 :前首 Ρ,—般式( rv. V- 2)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず、 0. 5Mクォーターチォフェンを 含む四塩ィ匕炭素溶液中に、 1Mの NBS及び AIBNを仕込み、 6時間攪拌した後に、 減圧濾過することによってジブ口モクオーターチォフェンを得た。続いて、前記ジブ口
モクオーターチォフェン 0. 2Mを含む THF溶液中に、窒素雰囲気にて金属マグネシ ゥム 0. 2モルをカ卩え、 60°Cで 3時間反応させることにより、合成例 15と同様に片側の ブロモ基のみにマグネシウムが含まれるグリニャール試薬を形成させ、 2—クロ口フエ ノチアジンを 0. 2M含む THF溶液中にカ卩えたのち、 20°Cで 1時間反応させることに よって中間体 (C)を形成させた。
[0191] さらに、中間体 (C)を THFに溶解させ、金属マグネシウムをカ卩えた後 55°Cで 2時間 反応させること〖こよって、グリニャール試薬を形成した後、クロロトリメトキシシラン 0. 1 Mをカ卩ぇ 25°Cで 2時間反応させることによって、表題の化合物を 40%の収率で合成 した。
[0192] 得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
8. 5ppm (m) (1H 窒素原子と直接結合を有する水素)
7. lppm (m) (8H チオフ ン環)
6. 9ppm (m) (5H 芳香族)
6. 8ppm (m) (2H 芳香族)
3. 5ppm (m) (9H メトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( a V— 2)に示すィ匕合物であるこ とを確認した。
なお、同様の手法により、チォフェン基数の異なる有機シラン化合物及び末端の縮 合多環式ィ匕合物由来の基が異なる有機シランィ匕合物を合成することができる。
[0193] 合成例 17 :前記一般式( — 2)にて表される有機シラン化合物の合成
表題の化合物は以下の手法により合成した。まず合成例 12の中間体である 2—ブ ロモジベンゾフランを 0. 5M含む THF溶液中に、窒素雰囲気にて金属マグネシウム 0. 5モルをカ卩え、 50°Cで 3時間反応させることにより、グリニャール試薬を形成させ、
続いて 1ーブロモナフタレンを 0. 5M加えたのち、 20°Cで 1時間反応させることによつ て 3 ナフタレン一 2—ィル一ジベンゾフランを形成させた。
さらに、 1MNBS及び AIBNを含む四塩化炭素溶液中に、前記 3 ナフタレン 2 ーィルージベンゾフランを 0. 5M加え、 55°Cで 2時間反応させることによって、中間 体 (D)
を形成させた後に、クロロトリエトキシシラン 0. 5Mを加え 20°Cで 2時間反応させること によって、表題の化合物を 30%の収率で合成した。
得られたィ匕合物について、赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、 1090cm_1に SiC由来の吸収が観測され、化合物が SiC結合を有することが確認できた。
更に化合物の核磁気共鳴 (NMR)測定を行った。
7. 8ppm (m (4H 芳香族)
7. 5ppm、m) (5H 芳香族)
7. 3ppm、m) (2H 芳香族)
7. 2ppm (m) (2H 芳香族)
3. 6ppm (m) (6H エトキシ基メチレン基)
1. 5ppm (m) (9H エトキシ基メチル基)
これらの結果から、得られたィ匕合物が前記一般式( a ll— 2)に示すィ匕合物であるこ とを確認した。
なお、同様の手法により、ァセン骨格数の異なる有機シランィ匕合物及び末端の縮 合多環式ィ匕合物由来の基が異なる有機シランィ匕合物を合成することができる。
産業上の利用可能性
本発明の有機シラン化合物は電気伝導特性 (半導体特性)、配向性 (結晶性,秩序 性)および基板に対する密着性に優れているので、 TFT、太陽電池、燃料電池、セ ンサ一等の半導体電子デバイスの製造に有用である。