JP2008526753A - 誘導体化3,4−アルキレンジオキシチオフェンモノマー、その製造方法およびその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2005年6月27日出願の米国特許公報(特許文献1)および2004年12月30日出願の米国特許公報(特許文献2)に利益を要求する。これらの特許の開示は、本明細書において全体として援用される。
以下に実施形態の詳細を記載する前に、いくつかの用語を定義または説明する。
有機電子デバイス構造の1つの具体例を図1に示す。デバイス100はアノード層110とカソード層160と、そしてそれらの間の光活性層130とを有する。導電性ポリマー、例えば、本発明のポリ(EDOT−CH2OH)/FAPから誘導される正孔注入層を含む層120はアノードに隣接する。任意に、正孔輸送層(図1に示されない)が正孔注入層120と光活性層130との間に挿入される。電子輸送材料を含む電子輸送層140はカソードに隣接する。任意に、デバイスはカソードの次にさらに電子注入層150を使用してもよい。
出版物(非特許文献8)から、3,4−エチレンジオキシチオフェンメタノールの合成を適応させた。
還流冷却器および平衡添加ロートを備えた2つ口丸底フラスコ中、100g(0.667モル)のチオジグリコール酸を500mL還流エタノールに溶解した。平衡添加ロートに40mLの濃硫酸を充填した。酸を滴下し、そして反応物を一晩還流させた。反応物を室温まで冷却する時、それを注意深く600mLの水中へ注ぎ入れた。エーテル洗浄液が所望の生成物を含有しなくなるまで、生成物をジエチルエーテルで抽出した。有機抽出物を3回、飽和重炭酸ナトリウム溶液で洗浄した。硫酸マグネシウムによる乾燥および減圧下での溶媒除去において、無色油状物が単離された(131.3g、収率95%)。1H/13C NMRおよびGC−MSによって構造および純度を確認した。
還流冷却器を備えた2Lの2つ口フラスコ中、175g(2.57モル)のナトリウムエトキシドを1200mLの無水エタノールに溶解した。反応物を0℃まで冷却し、そしてエタノール中106g(0.514モル)ジエチルチオグリコレートおよび188g(1.28モル)のシュウ酸ジエチルの溶液を滴下した。添加終了後、冷却浴を取り外し、そして反応物を一晩還流まで加熱した。次いで反応物を室温まで冷却し、そして濾過した。得られた黄色固体をエタノールで洗浄し、そして乾燥させた。固体を2部に分け、そしてそれぞれを水を含む大型エルレンマイヤーフラスコに添加し、撹拌によって懸濁液を作成した。HClによる酸性化によって白色固体が得られた。固体を濾過し、そして真空下で乾燥させ、80g(収率60%)の生成物を白色粉末として得た。母液の冷却およびその後の濾過によって材料をさらに単離することができる。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造および純度を確認した。
7.7mL(0.0902モル)のエピブロモヒドリンおよび1.92g(0.0139モル)の炭酸カリウムを100mLの水に溶解し、そして350mLエタノール中16.11g(0.0694モル)の3,4−ジヒドロキシチオフェン−2.5−ジカルボン酸ジエチルの還流混合物に添加した。1時間の還流まで加熱後、追加の5.3mL(0.0624モル)のエピブロモヒドリンを添加し、そして反応物を一晩還流まで加熱した。室温まで冷却する時、反応物をエバポレーションによって濃縮し、次いで500mlの水に注ぎ入れた。混合物を酸性化し、次いで、有機洗浄液が生成物が存在することを示さなくなるまで塩化メチレンで抽出した。有機フラクションを飽和塩水で洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒を減圧下で除去し、黄色固体を得た。ヘキサン中60%酢酸エチルを使用してカラムクロマトグラフィを行い、生成物およびプロピレン異性体の70:30混合物を白色固体として収率55%で得た。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造および純度を確認した。
還流冷却器を備えた500mLの丸底フラスコ中、250mLの水中で11.3g(0.0357モル)の2,3−ジヒドロ−2−(ヒドロキシメチル)チエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−5,7−ジカルボン酸ジエチルを12.0g(0.214モル)の水酸化カリウムと組み合わせた。反応混合物を還流させ、そして反応の進行をTLCによって追跡した。加水分解終了後反応物を約100mLに濃縮した。混合物を0℃まで冷却し、次いで濃HClによって酸性化した。一晩室温まで加温後、白色固体を濾過し、そして少量の水で洗浄した。高真空下での乾燥によって、白色の固体として8.5g(90%)の生成物を得た。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造および純度を確認した。
100mLの丸底フラスコ中、14.0g(0.053モル)の微細粉末状2,3−ジヒドロ−2−(ヒドロキシメチル)チエノ[3,4−b]ダイオキシン−5.7−ジカルボン酸、0.42gの酸化銅(II)および25mLキノリンを組み合わせた。還流冷却器を取り付け、そして反応物フラスコを窒素パージングした。混合物を225℃まで加熱し、そして反応をTLCによって追跡した。全ての出発材料が消費されたら、反応物を室温まで冷却し、エーテルで希釈し、そして濾過した。エーテルを減圧下で除去した。ヘキサン中30%酢酸エチルを使用して、カラムクロマトグラフィによって粗製生成物混合物を精製した。溶媒の除去時に、4.4g(収率48%)の淡黄色油状物が単離された。1H/13C NMRおよびGC−MSによって構造および純度を確認した。
(1)改善されたEDOT−MeOH合成のための3,4−ジブロモチオフェンからの3,4−ジメトキシチオフェン合成)
窒素ブランケット下で還流冷却器を備えた1Lの3つ口フラスコ中、氷浴冷却された無水メタノール(600mL)にナトリウム金属(25g、1.05モル)の小さい立方体をゆっくり添加することによって、ナトリウムメトキシドを調製した。ナトリウムの添加の間、それを灯油で覆い、水分を排除した。ナトリウムの完全な溶解後、50g(0.207モル)の3,4−ジブロモチオフェン、16.5g(0.207モル)の酸化銅(II)および1.37g(0.00827モル)のヨウ化カリウムを反応混合物に添加した。反応物を3日間還流した。次いで、反応物を室温まで冷却し、そして焼結ガラスフリットロートを通して濾過した。得られた固体をエーテルですすぎ、そして濾液を500mLの水に注ぎ入れた。次いで溶液をエーテルで抽出した。有機フラクションを組み合わせ、そして硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒除去によって淡黄色油状物が得られた。真空蒸留によって26.2gの透明無色油状物が得られた。1Hおよび13C NMRならびにGC−MSによって構造および純度を確認した。収率は理論値の88%であった。
窒素雰囲気下、還流冷却器を備えた500mLの丸底フラスコ中、20.0g(0.139モル)のジメトキシチオフェン、17.8g(0.161モル)の3−クロロ−1,2−プロパンジオールおよび5gのp−トルエンスルホン酸を350mLのトルエンに溶解した。次いで反応物を一晩約90℃まで加熱した。この時点で、TLCは出発材料の消費を示した。冷却後、反応混合物を約100mLまで濃縮し、そして飽和炭酸カリウム溶液に注ぎ入れた。混合物をDCMで抽出し、そして組み合わせた抽出物を硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒除去によって暗色油状物が得られ、3:1ヘキサン/DCMを使用してカラムクロマトグラフィによって精製した。溶媒除去によって白色固体として生成物が得られた。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造および純度を確認した。
窒素下で、還流冷却器および撹拌バーを備えた500mLの丸底フラスコ中、20.0g(0.139モル)のジメトキシチオフェン、25.0g(0.161モル)の3−ブロモ−1,2−プロパンジオールおよび5gのp−トルエンスルホン酸を350mLのトルエンと組み合わせた。反応混合物を30分間窒素でパージングし、次いで一晩100℃まで加熱した。室温まで冷却する時、反応混合物を約100mLまで濃縮し、そして飽和炭酸カリウム溶液に注ぎ入れた。得られた溶液をDCMで抽出した。組み合わせた抽出物を塩水で洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒除去によって黒色油状物が得られた。3:1ヘキサン/DCMを使用してカラムクロマトグラフィによって粗製材料を精製した。溶媒除去によって白色固体が得られ、これを一晩高真空下で乾燥し、18.6gの材料が得られた。1H/13C NMRおよびGC−MSによって構造および純度を確認した。収率は理論値の57%であった。
(1)(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−2−イル)メチルアセテート(EDOT−MeOAc)の合成)
50mLのシュレンク管中、1.00gの2−(ブロモメチル)−2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシンを0.5g(0.0051モル)の酢酸カリウムおよび25mLのDMSOと組み合わせた。環を密封し、そして100℃で1時間撹拌した。この時点で、TLCは出発材料の完全消費を示した。反応物を水に注ぎ入れ、そしてエーテルで抽出した。減圧下でエーテルを除去した後、ヘキサン中90%塩化メチレンを使用してカラムクロマトグラフィを行い、90%収率で淡黄色油状物を単離した。1H/13C NMRおよびGC−MSによって構造および純度を確認した。
還流冷却器を備えた25mLの丸底フラスコ中、0.64g(0.0030モル)の(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−2−イル)酢酸メチルを水中50%NaOHと組み合わせた。反応物を一晩還流し、次いで室温まで冷却した。次いで、それを100mLの水で充填されたエルレンマイヤーフラスコに注ぎ入れた。混合物を酸性化し、次いでDCMで抽出した。溶媒を減圧下で除去し、そしてカラムクロマトグラフィ(7:3ヘキサン/酢酸エチル)を行い、0.46g(90%)の生成物を得た。LC−MSおよび1H/13C NMRによって構造を確認した。
(1)(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−3−イル)メチルベンゾエートの合成)
100mLの丸底フラスコ中、9.00g(0.0382モル)の2−(ブロモメチル)−2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン、6.39g(0.0459モル)の安息香酸アンモニウムおよび55gのDMSOを組み合わせた。還流冷却器を取り付け、そして反応物を一晩100℃まで加熱した。室温まで冷却後、反応混合物を水に注ぎ入れ、そして生成物を塩化メチレンで抽出した。有機フラクションを組み合わせ、そして溶媒を減圧下で除去した。カラムクロマトグラフィによる精製によって、7.5g(収率71%)の白色固体が得られた。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造を確認した。
100mLの丸底フラスコ中、7.5g(0.027モル)の(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−3−イル)メチルベンゾエートを最小量の温エタノールに溶解し、そして50mLの水中の4.58g(0.081モル)の水酸化カリウムの還流溶液に滴下した。一晩加熱後、反応物を室温まで冷却し、そして濃塩酸の滴下によってpH7まで酸性化した。反応混合物を塩化メチレンで抽出した。有機フラクションを組み合わせ、そして溶媒を減圧下で除去した。カラムクロマトグラフィによる精製によって、3.95g(収率85%)の(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b][1,4]ダイオキシン−3−イル)メタノールが得られた。1H/13C NMRおよびLC−MSによって構造を確認した。
クロロメチル−EDOTを、極性/非プロトン性溶媒、例えばDMF、DMAcまたはDMSO中で100〜140℃まで加熱されたカルボン酸塩、例えば酢酸塩と反応させる。次いで、典型的な塩基鹸化、例えばMeOH/H2O中1%KOHを使用して、またはMeOHの存在下で酸もしくは塩基を使用するエステル交換反応によって、得られたエステルは容易に開裂する。
ナトリウムまたは水素化ナトリウムを使用して、以下のアルコール:
丸底フラスコ中、1gのブロモメチル−EDOTをアセトンに溶解する。次いで、ヨウ化ナトリウムの触媒量を添加する。次いで少量のDI水と一緒に、固体KOHを添加する。得られる沈殿物はKClであり、所望の生成物が生じる。
ブロモメチル−EDOTを極性有機物に溶解し、次いでOH−による求核攻撃を受けさせる。単離には水による抽出および他の標準的実行が含まれる。
ブロモメチル−EDOTは、必要とされる「予めの誘導体化(pre−derivitzation)」がなくても求核攻撃を受ける。この化合物を極性有機物に溶解し、次いで、触媒量の適切なクラウンエーテルの存在下でOH−による求核攻撃を受ける。クラウンエーテルは、例えばNaOHを使用する場合、15−クラウン−5が使用される。単離には水による抽出および他の標準的実行が含まれる。
約23℃の室温での水溶性に関して、アルドリッチ アドバンス サイエンス カンパニー(Aldrich Advance Science Company)(米国、ミルウォーキー(Milwaukee,USA))から購入したEDOT(2,3−ジヒドロチエノ[3,4−b]−1,4−ダイオキシン)モノマーおよび実施例5で製造されたEDOT−MeOHを試験した。EDOTは0.4%(w/w)未満の溶解性を有するが、EDOT−MeOHは1.4%(w/w)の溶解性を有する。このような改善は、実施例11で例示される濃度における重合を促進するために十分である。
(1)ナフィオン(Nafion)(登録商標)、ポリ(テトラフルオロエチレン)/ペルフルオロエーテルスルホン酸 の存在下でのEDOT−MeOHの重合)
温度が約270℃であったことを除き、米国特許公報(特許文献13)、実施例1、パート2の手順と同様の手順を使用して、EW1050を有する25%(w/w)のナフィオン(Nafion)(登録商標)分散体を製造した。次いで、これを水で希釈し、重合のために13.2%(w/w)分散体を形成した。本実施例で使用されるEDOT−MeOHは、実施例5の手順に従って製造された。
実施例11の項目1で製造されたポリ(EDOT−MeOH)/ナフィオン(Nafion)(登録商標)分散体を、ガラス/ITOバックライト基材(30mm×30mm)上でスピンコーティングした。100nm〜150nmのITO厚さを有する各ITO基材は、発光のため5mm×5mmピクセルの3ピースおよび2mm×2mmピクセルの1ピースからなる。ITO基材上にスピンコーティングされたら、フィルムを最初に空気中10分間130度で焼成し、次いで10分間200℃で焼成した。焼成後の層の厚さは185nmであった。空気中、(p−キシレン中1%w/v溶液から)ダウ ケミカルズ(Dow Chemicals)からのルミネーション グリーン(Lumination Green)1303エレクトロルミネセンスポリマーの厚さ約74nmのフィルムによって、ポリ(EDOT−MeOH)/ナフィオン(Nafion)(登録商標)層をトップコーティングした。乾燥ボックス中、30分間130℃でエレクトロルミネッセンスフィルムの焼成後、次いで、3nmのBaおよび250nmのAlからなるカソードを4×10-6Torr未満の圧力で熱蒸発させた。UV硬化性エポキシ樹脂を使用して、ガラススライドをデバイスの裏面に結合することによって、デバイスのカプセル化は達成された。
Claims (23)
- 無機水酸化物がアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、水酸化アンモニウムまたは水酸化アルキルアンモニウムであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- Xがクロロまたはブロモであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 無機水酸化物がKOH、NaOH、LiOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、NH4OH、NR4OHまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記接触工程が触媒の存在下で行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 触媒がクラウンエーテル、クリプタンド、ヨウ化ナトリウムまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- カルボン酸塩が酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸アンモニウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸アンモニウムまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 酸の存在下で3,4−アルキレンジオキシチオフェンと3−ハロ−1,2−プロパンジオールとを接触させて、式IVの化合物を提供することによって、式IVの化合物が製造されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- nが1であり、かつハロ−1,2−アルカンジオールが3−ハロ−1,2−プロパンジオールであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 酸がパラ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、硫酸またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記接触工程がアルゴンまたは窒素の不活性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記接触工程が溶媒の存在下で行われることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 溶媒がアラルカンであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記3,4−ジアルコキシチオフェンが、銅およびヨウ素含有試薬の存在下で3,4−ジハロチオフェンとアルコキシドとを接触させることによって調製されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 接触工程がアルゴンまたは窒素の不活性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 3,4−ジハロチオフェンとアルコキシドとの接触工程が溶媒の存在下で行われることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 請求項16に記載の方法によって製造されたことを特徴とする化合物。
- 請求項20に記載の化合物およびフルオロポリマー酸を用いて製造された導電性ポリマーを含有するポリマー層を含むことを特徴とする電子デバイス。
- デバイスが光センサー、光スイッチ、光トランジスター、光導電体、バイオセンサー、光電管、IR検出器、光起電力デバイス、光起電セル、光抵抗器、太陽電池、発光ダイオード、発光ダイオードディスプレイ、ダイオード、エレクトロクロミックディスプレイ、電磁遮蔽デバイス、記憶装置デバイス、トランジスター、固体電解質コンデンサー、充電式バッテリー、プリント回路基板のスルーホールめっきおよびダイオードレーザーであることを特徴とする請求項21に記載の電子デバイス。
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