KR101855085B1 - Selenium-containing organic semiconductor compound and producing method of the same - Google Patents
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Abstract
셀레늄-함유 유기반도체 화합물, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법, 및 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자에 관한 것이다.A method for producing the selenium-containing organic semiconductor compound, and a photoelectric device including the selenium-containing organic semiconductor compound.
Description
본원은, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 광전소자에 관한 것이다.The present invention relates to a selenium-containing organic semiconductor compound, a method for producing the same, and a photoelectric device including the same.
현재까지 광전소자용 유기반도체의 전하의 이동도를 향상시키기 위한 연구들은 열을 가하거나 자기 조립(self-assembly) 방법을 이용하여 유기분자의 결정화를 유도하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 그러나, 무엇보다 분자간(inter-molecular)의 전도가 쉽게 일어나도록 분자를 설계하는 것이 중요하다.Up to now, studies for improving the charge mobility of organic semiconductors for photoelectric devices have been conducted to induce crystallization of organic molecules by heat or self-assembly. However, it is important to design the molecule so that inter-molecular conduction can easily occur.
이러한 이유로 인해, 1980 년 이후부터 최근까지 다이케토피롤로피롤(diketopyrrolopyrrole, DPP)-기반 유도체들에 대한 합성 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 DDP-기반 유도체는 전자가 부족한 유도체로서 낮은 밴드갭을 가지고, 더 많은 태양빛을 흡수할 수 있어 결과적으로는 보다 많은 광자를 흡수 할 수 있게 해준다. 또한, 알킬 사슬들을 다양하게 도입하여 용액 공정 프로세스가 가능하다는 특징이 있다. 다이케토피롤로피롤 중심부()를 바탕으로 다양한 치환기를 도입함으로써 보다 나은 효율을 얻을 수 있다는 것은 다양한 문헌을 통해서 확인할 수 있으며, 이러한 사실은 앞으로 충분히 더 좋은 효율을 가지는 소재로서 개발 가능성이 있다는 것을 제시해 준다. 종래에 공지된 상기 치환기가 도입된 다이케토피롤로피롤은, 예를 들어, (다이케토피롤로피롤-페닐) 또는 (다이케토피롤로피롤-티오펜) 등이 있다.For this reason, synthetic studies have been actively conducted on diketopyrrolopyrrole (DPP) -based derivatives from 1980 onwards. The DDP-based derivatives are electrons-deficient derivatives that have a low band gap and can absorb more sun light, resulting in more photon absorption. In addition, it is characterized in that a solution process can be carried out by variously introducing alkyl chains. The center of the diketopyrrolopyrrole ( ), It can be confirmed through various documents that the efficiency can be improved by introducing various substituents on the basis of the substituent. This fact suggests that there is possibility of development as a material having a sufficiently high efficiency in the future. The diketopyrrolopyrrole to which the conventionally known substituent is introduced may be, for example, (Diketopyrrolopyrrol-phenyl) or (Diketopyrrolopyrrole-thiophene), and the like.
최근, Less 그룹에서는 셀레노펜-다이케토피롤로피롤(selenophene-diketopyrrolopyrrole) 화합물의 단량체를 기반으로 한 고분자 유도체의 설계 및 합성을 통해서 기반 염료가 기존의 다이케토피롤로피롤(2,5-dihydro-1,4-dioxo-3,6-dithienylpyrrolo-[3,4-c]-pyrrol)와 같이 안정성 및 광학적 특성을 고려했을 때 차세대 감응제로서의 가능성을 제시하였다. Recently, in the Less group, the design and synthesis of polymeric derivatives based on monomers of selenophene-diketopyrrolopyrrole compounds have shown that the base dyes can be used as 2,5-dihydro- 1,4-dioxo-3,6-dithienylpyrrolo- [3,4-c] -pyrrol) as a next generation sensitizer in consideration of stability and optical properties.
한편, 대한민국 공개특허 제2011-0091711호에는 다이케토피롤로피롤에 S 함유 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 중합체를 유기 전계 효과 트랜지스터에서 유기반도체로서 사용하는 것에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 2011-0091711 discloses the use of a polymer in which diketopyrrolopyrrole is directly bonded with an aromatic hetero ring containing S as an organic semiconductor in an organic field effect transistor.
본원은, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법, 및 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자를 제공하고자 한다.The present invention provides a selenium-containing organic semiconductor compound, a method for producing the selenium-containing organic semiconductor compound, and a photoelectric device including the selenium-containing organic semiconductor compound.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1로서 표시되는, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 제공한다:A first aspect of the present invention provides a selenium-containing organic semiconductor compound represented by the following Formula 1:
하기 화학식 1로서 표시되는, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물:1. A selenium-containing organic semiconductor compound represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
; ;
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 1 and R 2 each independently represent a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxycarbonyl group which may be substituted, a linear or branched C 2- A C 5-50 alkenyl group, a linear or branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, Or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
R3은 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기임.R 3 is a C 6-50 aryl group which may be substituted or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted.
본원의 제 2 측면은, 하기 화학식 2로서 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로서 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1로서 표시되는 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 제조하는 것을 포함하는, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법을 제공한다:A second aspect of the present invention is a process for producing a selenium-containing organic semiconductor compound, which comprises reacting a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3) to prepare a selenium- Lt; RTI ID = 0.0 > of:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
; ;
[화학식 2](2)
; ;
[화학식 3](3)
; ;
상기 화학식들에서,In the above formulas,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 1 and R 2 each independently represent a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxycarbonyl group which may be substituted, a linear or branched C 2- A C 5-50 alkenyl group, a linear or branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, Or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
R3은 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 3 is a C 6-50 aryl group which may be substituted or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
X는 할로겐임.X is a halogen.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면 또는 제 2 측면에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자를 제공한다.A third aspect of the present invention provides an optoelectronic device comprising a selenium-containing organic semiconductor compound according to the first aspect or the second aspect of the present invention.
본원의 일 구현예에 의하면, 다양한 형태의 신규한 셀레늄-함유 유기반도체 화합물 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 다이케토피롤로피롤-셀레노펜계 유기반도체를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, various types of novel selenium-containing organic semiconductor compounds and methods of preparing the same can be provided, wherein the selenium-containing organic semiconductor compound includes a diketopyrrolopyrrole-selenophene organic semiconductor .
본원의 일 구현예에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 셀레늄을 포함하는 헤테로환(셀레노펜)을 포함함으로써, 셀레늄 분자간(Se…Se)의 상호작용으로 인한 분자간 전하 이동을 용이하게 할 수 있고, 황을 포함하는 헤테로환(티오펜)보다 낮은 산화·환원 전위를 가지며, 티오펜보다 높은 장파장의 광흡수로 인해 다량의 광자의 흡수가 용이하다는 장점이 있다. 따라서, 본원의 일 구현예에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자는 우수한 효율 및 성능을 가지는 전자장치를 제공할 수 있다.The selenium-containing organic semiconductor compound according to one embodiment of the present invention includes heterocyclic ring (selenophene) including selenium, thereby facilitating intermolecular charge transfer due to interaction of selenium molecules (Se ... Se) Has an oxidation / reduction potential lower than that of a heterocycle (thiophene) containing sulfur and has a merit that a large amount of photons can be easily absorbed due to the absorption of light having a longer wavelength than thiophene. Therefore, a photoelectric device including a selenium-containing organic semiconductor compound according to an embodiment of the present invention can provide an electronic device having excellent efficiency and performance.
도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 스즈키 크로스 커플링(suzuki cross-coupling) 반응의 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 상태에 따른 자외선(UV-vis) 흡수 스펙트럼이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 순환 전압 전류 측정을 나타낸 그래프이다.Figure 1 shows the mechanism of the Suzuki cross-coupling reaction in one embodiment of the invention.
2 is an ultraviolet (UV-vis) absorption spectrum according to the state of a selenium-containing organic semiconductor compound in one embodiment of the present invention.
3 is a graph showing cyclic voltammetric measurements of selenium-containing organic semiconductor compounds in one embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms " about, " " substantially, " and the like are used herein to refer to or approximate the numerical value of manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the mentioned disclosure.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The term " step " or " step of ~ " as used throughout the specification does not imply " step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다. Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, 용어 "할로겐" 또는 "할로"는, 주기율표의 17 족에 속하는 할로겐 원소가 작용기의 형태로서 화합물에 포함되어 있는 것을 의미하는 것으로서, 염소, 브롬, 불소 또는 요오드일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term " halogen " or " halo " means that a halogen element belonging to group 17 of the periodic table is included in the compound as a functional group form and may be chlorine, bromine, fluorine or iodine, But may not be limited.
본원 명세서 전체에서, 용어 "알킬기"는, 통상적으로 1 내지 50 개의 탄소 원자, 빈번하게는 1 내지 40, 1 내지 30, 1 내지 20, 1 내지 10, 1 내지 8 개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 4 개의 탄소 원자, 특히 1 내지 3 개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기를 나타낸다. 알킬기가 알킬기로 치환되는 경우, 이는 "분지된 알킬기"로도 상호교환하여 사용된다. 치환기의 예로는 할로(예를 들어, F, Cl, Br, I), 할로알킬(예를 들어, CC13 또는 CF3), 알콕시, 알킬티오, 히드록시, 카르복시(-COOH), 알킬옥시카르보닐(-C(O)R), 알킬카르보닐옥시(-OCOR), 아미노(-NH2), 카르바모일(-NHCOOR- 또는 -OCONHR-), 우레아(-NHCONHR-) 또는 티올(-SH) 중 1 개 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 정의된 알킬기는 1 개 이상의 탄소 대 탄소 이중 결합 또는 1 개 이상의 탄소 대 탄소 삼중 결합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실, 또는 이들의 가능한 모든 이성질체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. Throughout this specification, the term " alkyl group " refers to an alkyl group having from 1 to 50 carbon atoms, frequently from 1 to 40, from 1 to 30, from 1 to 20, from 1 to 10, from 1 to 8 carbon atoms, To a linear or branched alkyl group having from one to four carbon atoms, especially from one to three carbon atoms. When the alkyl group is substituted with an alkyl group, it is used interchangeably with a " branched alkyl group ". Examples of substituents include halo (for example, F, Cl, Br, I), haloalkyl (e.g., CC1 3 or CF 3 ), alkoxy, alkylthio, hydroxy, carboxy (-COOH) carbonyl (-C (O) R), alkylcarbonyloxy (-OCOR), amino (-NH 2), carbamoyl (-NHCOOR- or -OCONHR-), urea (-NHCONHR-) or thiol (-SH ), But the present invention is not limited thereto. In addition, the defined alkyl groups may include, but are not limited to, one or more carbon to carbon double bonds or one or more carbon to carbon triple bonds. Butyl, 1-methylbutyl, 1-ethylbutyl, pentyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, Pentyl, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl, heptyl, heptyl, heptyl, heptyl, octyl, tert-octyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, n-nonyl, 2,2-dimethylbutyl, Methylhexyl, 5-methylhexyl, or all of the possible isomers thereof, but it is not limited thereto. .
본원 명세서 전체에서, 용어 "알케닐기"는, 통상적으로 2 내지 50 개의 탄소 원자, 빈번하게는 2 내지 40, 2 내지 30, 2 내지 20, 2 내지 10, 2 내지 8 개 또는 2 내지 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 단일 불포화 탄화수소 라디칼을 의미한다. 예를 들어, 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 상기 알킬기에서 예시된 것을 들 수 있다. 예를 들어 비닐, 알릴 (2-프로펜-1-일), 1-프로펜-1-일, 2-프로펜-2-일, 메트알릴 (2-메틸프로프-2-엔-1-일), 2-부텐-1-일, 3-부텐-1-일, 2-펜텐-1-일, 3-펜텐-1-일, 4-펜텐-1-일, 1-메틸부트-2-엔-1-일, 2-에틸프로프-2-엔-1-일 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term " alkenyl group " refers to an alkenyl group that typically has from 2 to 50 carbon atoms, frequently from 2 to 40, from 2 to 30, from 2 to 20, from 2 to 10, from 2 to 8, Means a monounsaturated hydrocarbon radical having an atom, preferably 2 to 4 carbon atoms. For example, those exemplified above for the alkyl group containing a carbon-carbon double bond can be mentioned. For example, vinyl, allyl (2-propen-1-yl), 1-propen-1-yl, 2- 1-yl, 1-methylbut-1-yl, 3-penten-1-yl, En-1-yl, 2-ethylprop-2-en-1-yl, and the like.
본원 명세서 전체에서, 용어 "알키닐기"는, 통상적으로 2 내지 50 개의 탄소 원자, 빈번하게는 2 내지 40, 2 내지 30, 2 내지 20, 2 내지 10, 2 내지 8 개 또는 2 내지 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4 개의 탄소 원자 및 임의의 위치에 1 또는 2 개의 삼중 결합을 갖는 불포화 선형 또는 분지형 탄화수소 라디칼, 예를 들어 에티닐, 프로파르길 (2-프로핀-1-일), 1-프로핀-1-일, 1-메틸프로프-2-인-1-일, 2-부틴-1-일, 3-부틴-1-일, 1-펜틴-1-일, 3-펜틴-1-일, 4-펜틴-1-일, 1-메틸부트-2-인-1-일, 1-에틸프로프-2-인-1-일 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term " alkynyl group " refers to an alkyl group having from 2 to 50 carbon atoms, frequently from 2 to 40, from 2 to 30, from 2 to 20, from 2 to 10, from 2 to 8, An unsaturated linear or branched hydrocarbon radical having one, two or three carbon atoms and optionally one or two triple bonds at any position, such as ethynyl, propargyl (2-propyn-1- 1-yl, 1-pentyn-1-yl, 3-butyne-1-yl, 1-yl, 1-ethylprop-2-yn-1-yl, and the like, But may not be limited.
본원 명세서 전체에서, 용어 "알콕시드기"는, 상기 정의된 알킬기와 산소 원자가 결합된 형태로, C1-50 알콕시드기를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 메톡사이드, 에톡사이드, 프로폭사이드, 부톡사이드, 펜톡사이드, 헥속사이드, 헵속사이드, 옥톡사이드, 노녹사이드, 데속사이드, 또는 이들의 가능한 모든 이성질체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. Throughout this specification, the term " alkoxy group " may include a C 1-50 alkoxy group in the form of an alkyl and oxygen atom as defined above, including, for example, methoxide, ethoxide, propoxide But are not limited to, including but not limited to, butoxides, pentoses, hexoses, heptoxides, octoxides, nonoxides, dexides, or all possible isomers thereof.
본원 명세서 전체에서, 용어 "아릴"은, 예를 들어, 페닐, 치환 페닐 등과 같은 모노시클릭뿐 아니라, 예를 들어, 나프틸, 페난트레닐 등과 같은 융합된 비시클릭과 같은 모노시클릭 또는 비시클릭 방향족 고리를 의미한다. 이에, 아릴기는 적어도 6 개의 원자를 갖는 적어도 1 개의 고리를 함유하며, 5 개 이하의 상기 고리는 22 개 이하의 원자를 함유하며, 인접하는 탄소 원자 또는 적합한 이형 원자들 사이에서 이중 결합이 교대(공명)한다. 아릴기는 할로겐, 알킬, 알콕시, 히드록시, 카르복시, 카르바모일, 알킬옥시카르보닐, 니트로, 트리플루오로메틸, 아미노, 시클로알킬, 시아노, 알킬 S(O) m (m = O, 1,2) 또는 티올을 포함하나, 이에 제한되지 않는 기 중 1 개 이상의 기로 임의로 치환될 수 있다. 예를 들어, 본원 명세서 전체에서 치환 또는 비치환된 C6-50 아릴기는, 벤젠 고리, 톨루엔 고리, 나프탈렌고리, 안트라센 고리, 페난트렌 고리, 펜타렌 고리, 인덴 고리, 비페닐렌 고리, 페날렌 고리, 아즈렌 고리, 헵타렌 고리, 아세나프틸렌 고리, 플루오렌 고리, 테트라센 고리, 트리페닐렌 고리, 피렌 고리, 크리센 고리, 에틸-크리센 고리, 피센 고리, 페릴렌 고리, 펜타펜 고리, 펜타센 고리, 테트라페닐렌 고리, 헥사펜 고리, 헥사센고리, 루비센 고리, 코로넨 고리, 트리나프틸렌 고리, 헵타펜 고리, 헵타센 고리, 피란트렌 고리, 오바렌 고리, 플로란센 고리, 벤조플로란센 고리, 9-안트릴기, 2-안트릴기, 9-페난트릴기, 2-페난트릴기, 1-피렌일기, 크라이센일기, 나프타센일기, 코로닐기, 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term " aryl " refers to monocyclic, such as, for example, phenyl, substituted phenyl, and the like, as well as monocyclic, such as fused bicyclic, such as naphthyl, phenanthrenyl, Refers to a click aromatic ring. Wherein the aryl group contains at least one ring having at least 6 atoms and up to 5 of the rings contain up to 22 atoms and wherein the double bonds between adjacent carbon atoms or suitable heteroatoms are alternating Resonance). The aryl group is optionally substituted with at least one substituent selected from the group consisting of halogen, alkyl, alkoxy, hydroxy, carboxy, carbamoyl, alkyloxycarbonyl, nitro, trifluoromethyl, amino, cycloalkyl, cyano, alkylS 2), or thiol. The term " alkyl " For example, the C 6-50 aryl group which is substituted or unsubstituted throughout the specification may be a benzene ring, a toluene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a phenanthrene ring, a pentaren ring, an indene ring, a biphenylene ring, A heterocyclic ring, an acenaphthylene ring, an acenaphthylene ring, an acenaphthylene ring, a fluorene ring, a tetracene ring, a triphenylene ring, a pyrene ring, a chrysene ring, an ethyl- A heterocyclic ring, a pentachene ring, a tetraphenylene ring, a hexaphen ring, a hexachene ring, a rubisene ring, a coronene ring, a trinaphthylene ring, a heptaphene ring, a heptacene ring, a pyranthrene ring, A phenanthryl group, a 1-pyrenyl group, a chrysenyl group, a naphthacenylene group, a coronyl group, and a cyclopentadienyl group; And derivatives thereof. However, the present invention is not limited thereto. There can not be.
본원 명세서 전체에서, 용어 "스즈키 크로스 커플링(suzuki cross-coupling) 반응"은, 1979년 처음 아키라 스즈키(Akira Suzuki)와 그의 그룹에 의해서 발표된 것으로서, 스즈키 크로스 커플링(suzuki cross-coupling) 반응은 카본-카본(C-C bond)을 만들어 내는 매우 빠르고 급격한 반응이다. 높은 반응성을 가진 유기금속 시약(organometallic reagent)과 아릴할라이드(aryl halides)를 다양한 촉매가 있는 상태에서 반응을 진행하며, 상기 반응들은 알킬보론산(alkyl-boronic acid)을 사용한 스즈키 크로스 커플링 반응은 상대적으로 낮은 독성과 공기중에서 안정하면서도 다양한 작용기가 존재하는 상황에서도 C-C bond를 형성하는 반응 중의 하나를 의미한다. 구체적으로, 본원 명세서에서 반응은 아릴(aryl) 또는 비닐보로닉산(vinyl-boronic acid)과 팔라듐(palladium)에 의해 촉매화된 aryl-, vinyl- 또는 alkyl halid를 이용한 것이다. 상기 반응은 폴리 올레핀(poly-olefin), 스타이렌(styrene), 또는 치환된 비페닐(biphenyl)을 합성하는데 사용된다[Miyaura,N., Suzuki,A. J.Chem.Soc., Chem.Commun. 1979, 866-867., Suzuki A. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 1749-1758.].Throughout the present specification, the term " suzuki cross-coupling reaction ", which was first published by Akira Suzuki and his group in 1979, includes a Suzuki cross- Is a very rapid and rapid reaction that produces carbon-carbon bonds. The reaction is carried out in the presence of various catalysts with organometallic reagents and aryl halides having high reactivity and the Suzuki cross coupling reaction using an alkyl-boronic acid It is one of the reactions that form CC bonds even in the presence of relatively low toxicity and stable in the air and various functional groups. Specifically, in the present specification, the reaction utilizes aryl, vinyl- or alkyl halides catalyzed by aryl or vinyl-boronic acid and palladium. The reaction is used to synthesize polyolefins, styrenes, or substituted biphenyls (Miyaura, N., Suzuki, A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 866-867., Suzuki A. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 1749-1758.).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1로서 표시되는, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 제공한다:A first aspect of the present invention provides a selenium-containing organic semiconductor compound represented by the following Formula 1:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
; ;
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 1 and R 2 each independently represent a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxycarbonyl group which may be substituted, a linear or branched C 2- A C 5-50 alkenyl group, a linear or branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, Or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
R3은 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기임.R 3 is a C 6-50 aryl group which may be substituted or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로탄화수소고리기 또는 헤테로아릴기에 포함되는 헤테로원소는 N, O, S, Te, Se, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heteroatom contained in the hetero hydrocarbon ring group or the heteroaryl group may be selected from the group consisting of N, O, S, Te, Se, and combinations thereof. .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알콕사이드기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알키닐기, C5-50, C5-40, C5-30, C5-20, 또는 C5-10의 불포화 탄화수소고리기, C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50, C6-40, C6-30, C6-20, 또는 C6-10의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 헤테로아릴기인 것일 수 있다.In one embodiment, R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of halogen, optionally substituted linear or branched C 1-50 , C 1-40 , C 1-30 , C 1-20 , or C 1-10 alkyl, linear or branched optionally substituted C 1-50, C 1-40, C 1-30 , C 1-20, or alkoxide group of C 1-10, linear or branched C 2 -50, C 2-40, C 2-30, C 2-20, or C 2-10 alkenyl group, a linear or branched C 2-50, C 2-40, C 2-30 , C 2-20 , Or an unsaturated hydrocarbon ring group of C 2-10 , C 5-50 , C 5-40 , C 5-30 , C 5-20 , or C 5-10 , C 3-50 , C 3-40 , C 3-30, C 3-20, or unsaturated hetero ring group of C 3-10 hydrocarbons, which may be substituted with C 6-50, C 6-40, C 6-30 , C 6-20, or C 6 -10 aryl group, or a C 3-50 , C 3-40 , C 3-30 , C 3-20 , or C 3-10 heteroaryl group which may be substituted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R3은 치환될 수 있는 C6-50, C6-40, C6-30, C6-20, 또는 C6-10의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 헤테로아릴기인 것일 수 있다.In one embodiment herein, R 3 is an optionally substituted C 6-50 , C 6-40 , C 6-30 , C 6-20 , or C 6-10 aryl group or an optionally substituted C 3-50 , C 3-40 , C 3-30 , C 3-20 , or a C 3-10 heteroaryl group.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R3은 하기 치환기로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, R 3 may include, but is not limited to, those selected from the following substituents:
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
여기서, R4 내지 R6은 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기임.Here, R 4 to R 6 are Each independently represents a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxy group which may be substituted, a linear or branched C 2-50 alkenyl group, Or a branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, or a C Lt ; / RTI >
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 다이케토피롤로피롤(diketopyrrolopyrrole)을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the selenium-containing organic semiconductor compound may include diketopyrrolopyrrole.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 하기 화합물들로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, the selenium-containing organic semiconductor compound may include, but is not limited to, those selected from the following compounds:
; ;
본원의 제 2 측면은, 하기 화학식 2로서 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로서 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1로서 표시되는 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 제조하는 것을 포함하는, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법을 제공한다:A second aspect of the present invention is a process for producing a selenium-containing organic semiconductor compound, which comprises reacting a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3) to prepare a selenium- Lt; RTI ID = 0.0 > of:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
; ;
[화학식 2](2)
; ;
[화학식 3](3)
; ;
상기 화학식들에서,In the above formulas,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 1 and R 2 each independently represent a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxycarbonyl group which may be substituted, a linear or branched C 2- A C 5-50 alkenyl group, a linear or branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, Or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
R3은 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기이고,R 3 is a C 6-50 aryl group which may be substituted or a C 3-50 heteroaryl group which may be substituted,
X는 할로겐임.X is a halogen.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the detailed description of the parts overlapping with the first aspect of the present application is omitted, the description of the first aspect of the present invention can be applied equally to the second aspect.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알콕사이드기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알키닐기, C5-50, C5-40, C5-30, C5-20, 또는 C5-10의 불포화 탄화수소고리기, C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50, C6-40, C6-30, C6-20, 또는 C6-10의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 헤테로아릴기인 것일 수 있다.In one embodiment, R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of halogen, optionally substituted linear or branched C 1-50 , C 1-40 , C 1-30 , C 1-20 , or C 1-10 alkyl, linear or branched optionally substituted C 1-50, C 1-40, C 1-30 , C 1-20, or alkoxide group of C 1-10, linear or branched C 2 -50, C 2-40, C 2-30, C 2-20, or C 2-10 alkenyl group, a linear or branched C 2-50, C 2-40, C 2-30 , C 2-20 , Or an unsaturated hydrocarbon ring group of C 2-10 , C 5-50 , C 5-40 , C 5-30 , C 5-20 , or C 5-10 , C 3-50 , C 3-40 , C 3-30, C 3-20, or unsaturated hetero ring group of C 3-10 hydrocarbons, which may be substituted with C 6-50, C 6-40, C 6-30 , C 6-20, or C 6 -10 aryl group, or a C 3-50 , C 3-40 , C 3-30 , C 3-20 , or C 3-10 heteroaryl group which may be substituted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R3은 치환될 수 있는 C6-50, C6-40, C6-30, C6-20, 또는 C6-10의 아릴기 또는 치환될 수 있는 C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 헤테로아릴기인 것일 수 있다.In one embodiment herein, R 3 is an optionally substituted C 6-50 , C 6-40 , C 6-30 , C 6-20 , or C 6-10 aryl group or an optionally substituted C 3-50 , C 3-40 , C 3-30 , C 3-20 , or a C 3-10 heteroaryl group.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로탄화수소고리기 또는 헤테로아릴기에 포함되는 헤테로원소는 N, O, S, Te, Se, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heteroatom contained in the hetero hydrocarbon ring group or the heteroaryl group may be selected from the group consisting of N, O, S, Te, Se, and combinations thereof. .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 하기 치환기들로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, R 1 and R 2 may each independently include, but are not limited to, those selected from the following substituents:
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R3은 하기 치환기로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, R 3 may include, but is not limited to, those selected from the following substituents.
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
여기서, R4 내지 R6은 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50의 알콕시드기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50의 알키닐기, C5-50의 불포화 탄화수소고리기, C3-50의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50의 헤테로아릴기임.Here, R 4 to R 6 are Each independently represents a halogen, a linear or branched C 1-50 alkyl group which may be substituted, a linear or branched C 1-50 alkoxy group which may be substituted, a linear or branched C 2-50 alkenyl group, Or a branched C 2-50 alkynyl group, a C 5-50 unsaturated hydrocarbon ring group, a C 3-50 unsaturated heterohydrocarbon ring group, a C 6-50 aryl group which may be substituted, or a C Lt ; / RTI >
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 R4 내지 R6은 각각 독립적으로, 할로겐, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알킬기, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 C1-50, C1-40, C1-30, C1-20, 또는 C1-10의 알콕사이드기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알케닐기, 선형 또는 분지형 C2-50, C2-40, C2-30, C2-20, 또는 C2-10의 알키닐기, C5-50, C5-40, C5-30, C5-20, 또는 C5-10의 불포화 탄화수소고리기, C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 불포화 헤테로탄화수소고리기, 치환될 수 있는 C6-50, C6-40, C6-30, C6-20, 또는 C6-10의 아릴기, 또는 치환될 수 있는 C3-50, C3-40, C3-30, C3-20, 또는 C3-10의 헤테로아릴기인 것일 수 있다.In one embodiment, R 4 to R 6 are each independently selected from the group consisting of halogen, linear or branched C 1-50 , C 1-40 , C 1-30 , C 1-20 , C 1-10 alkyl, linear or branched optionally substituted C 1-50, C 1-40, C 1-30 , C 1-20, or alkoxide group of C 1-10, linear or branched C 2 -50, C 2-40, C 2-30, C 2-20, or C 2-10 alkenyl group, a linear or branched C 2-50, C 2-40, C 2-30 , C 2-20 , Or an unsaturated hydrocarbon ring group of C 2-10 , C 5-50 , C 5-40 , C 5-30 , C 5-20 , or C 5-10 , C 3-50 , C 3-40 , C 3-30, C 3-20, or unsaturated hetero ring group of C 3-10 hydrocarbons, which may be substituted with C 6-50, C 6-40, C 6-30 , C 6-20, or C 6 -10 aryl group, or a C 3-50 , C 3-40 , C 3-30 , C 3-20 , or C 3-10 heteroaryl group which may be substituted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 스즈키 크로스 커플링(suzuki cross-coupling) 반응에 의하여 제조되는 것일 수 있고, 상기 반응에 의해 D-A(π-bridge)-D 형태의 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the selenium-containing organic semiconductor compound may be prepared by a Suzuki cross-coupling reaction, and by the reaction, the structure of the DA (π-bridge) But it is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 코어(core) 물질로서, 셀레늄(Se)을 포함하는 다이케토피롤로피롤(diketopyrrolopyrrole) 유도체에 티에노티오펜(thienothiophene) 그룹을 도입하여 합성한 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the selenium-containing organic semiconductor compound is a core material of the selenium-containing organic semiconductor compound, and includes diketopyrrolopyrrole derivatives containing selenium (Se) May be synthesized by introducing a thienothiophene group.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자를 제공한다. 상기 본원의 제 3 측면에 따른 광전소자는 상기 본원의 제 1 측면에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물 및 상기 본원의 제 2 측면에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법에 대하여 기재된 내용이 모두 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.A third aspect of the present invention provides an optoelectronic device comprising a selenium-containing organic semiconductor compound according to the first aspect of the present invention. The photoelectric device according to the third aspect of the present invention is applicable to both the selenium-containing organic semiconductor compound according to the first aspect of the present invention and the method for producing the selenium-containing organic semiconductor compound according to the second aspect of the present invention But is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 셀레늄을 포함하는 헤테로환(셀레노펜)을 포함함으로써, 셀레늄 분자간(Se…Se)의 상호작용으로 인한 분자간 전하 이동을 용이하게 할 수 있고, 황을 포함하는 헤테로환(티오펜)보다 낮은 산화·환원 전위를 가지며, 티오펜보다 높은 장파장의 광흡수로 인해 다량의 광자의 흡수가 용이하다는 장점이 있다. 따라서, 본원의 일 구현예에 따른 셀레늄-함유 유기반도체 화합물을 포함하는 광전소자는 우수한 효율 및 성능을 가지는 전자장치를 제공할 수 있다.The selenium-containing organic semiconductor compound according to one embodiment of the present invention includes heterocyclic ring (selenophene) including selenium, thereby facilitating intermolecular charge transfer due to interaction of selenium molecules (Se ... Se) Has an oxidation / reduction potential lower than that of a heterocycle (thiophene) containing sulfur and has a merit that a large amount of photons can be easily absorbed due to the absorption of light having a longer wavelength than thiophene. Therefore, a photoelectric device including a selenium-containing organic semiconductor compound according to an embodiment of the present invention can provide an electronic device having excellent efficiency and performance.
이하, 실시예를 참조하여 본원을 좀더 자세히 설명하지만, 본원은 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[[ 실시예Example ]]
<< 제조예Manufacturing example 1> 1>
화합물 T2의 제조Preparation of Compound T2
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
화합물 T2는 J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 3686-3694을 참고하여 2-옥틸티에노[3,2-b]티오펜(2-octylthieno[3,2-b]thiophene, T2)을 합성하였다(반응식 1).Compound T2 was prepared according to the procedure described in J. Mater. Chem. 2-octylthieno [3,2-b] thiophene (T2) was synthesized by referring to the following reaction formula (1): C, 2013, 1, 3686-3694.
건조된 반응 플라스크에 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)(1 g, 7.13 mmol; T1)을 THF(20 mL)에 녹인 용액에 n-BuLi(헥산 중에서 1.6 M; 4 mL, 6.42 mmol)을 -78℃ 및 아르곤 충전 조건하에서 천천히 적가하여 반응시켰고, 이어서, 1 시간 정도 교반한 후 동일한 온도에서, 1-브로모옥탄(1-bromooctane)(1.2 mL, 7.13 mmol)을 천천히 적가하였다. 이어서, 상기 용액을 -78℃에서 30 분 정도 교반시킨 후 실온으로 온도를 올려 12 시간 동안 교반시킨 다음, 얼음물을 붓고 다이클로로메탄을 이용하여 추출하였고, Na2SO4 를 이용하여 물을 제거하였다. 상기 반응 용액을 농축하여 실리카겔 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(silica gel column chromatography, 헥산)를 이용하여 화합물 T2(610 mg, 64%)를 수득하였다.To a solution of thieno [3,2-b] thiophene (1 g, 7.13 mmol; T1) in THF (20 mL) was added n-BuLi (1.6 M in hexane, 4 mL, 6.42 mmol) was slowly added dropwise under argon charging conditions at -78 ° C. After stirring for 1 hour, 1-bromooctane (1.2 mL, 7.13 mmol) was slowly added dropwise. Then, the solution was stirred at -78 ° C for 30 minutes, then the temperature was raised to room temperature and stirred for 12 hours. Then, the ice water was poured out, extracted with dichloromethane, washed with Na 2 SO 4 To remove water. The reaction solution was concentrated, and Compound T2 (610 mg, 64%) was obtained by silica gel column chromatography (hexane).
1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 7.30 (d, J = 5.1Hz, 1H), 7.22 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 6.99 (s, 1H), 2.92 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.92 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 1.77 (t, J = 7.8, 7.5 Hz, 2H), 1.52-1.35 (m, 10H), 0.97 (t, J = 6.6 Hz, 3H). 1 H NMR (300MHz, CDCl 3 ) δ 7.30 (d, J = 5.1Hz, 1H), 7.22 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 6.99 (s, 1H), 2.92 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.92 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 1.77 (t, J = 7.8, 7.5 Hz, 2H), 1.52-1.35 (m, 10H), 0.97 (t, J = 6.6 Hz, 3H).
화합물 T3의 제조Preparation of compound T3
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
화합물 T3은, J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 3686-3694를 참고하여 2-브로모-5-옥틸티에노[3,2-b]티오펜(2-bromo-5-octylthieno[3,2-b]thiophene, T3)을 합성하였다(반응식 2).Compound T3 is prepared as described in J. Mater. Chem. 2-bromo-5-octylthieno [3,2-b] thiophene (T3) (Scheme 2).
상기 제조예 1에서 수득한 화합물 화합물 T2(1.38 g, 5.47 mmol)에 NBS(0.97 g, 5.47 mmol)을 0℃에서 천천히 적가하였고, 천천히 실온으로 올린 후 2 시간 동안 교반시킨 다음, 얼음물을 붓고 다이클로로메탄을 이용하여 추출한 다음, Na2SO4를 이용하여 물을 제거하였다. 상기 반응 용액을 농축하여 실리카겔 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(헥산)를 이용하여 화합물 T3(1.5 g, 83%)을 수득하였다.NBS (0.97 g, 5.47 mmol) was slowly added dropwise at 0 ° C to the compound T2 (1.38 g, 5.47 mmol) obtained in Preparation Example 1, slowly warmed to room temperature and stirred for 2 hours, Extraction was carried out using chloromethane, and then water was removed using Na 2 SO 4 . The reaction solution was concentrated, and the compound T3 (1.5 g, 83%) was isolated by flash column chromatography (hexane) .
1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 7.17 (s, 1H), 6.85 (s, 1H), 2.85 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.72-1.65 (m, 2H), 1.44-1.29 (m, 10H), 0.89 (t, J = 6.6 Hz, 3H). 1 H NMR (300MHz, CDCl 3 ) δ 7.17 (s, 1H), 6.85 (s, 1H), 2.85 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.72-1.65 (m, 2H), 1.44-1.29 (m , 10H), 0.89 (t, J = 6.6 Hz, 3H).
화합물 T4의 제조Preparation of compound T4
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
화합물 T4는, 상기 반응식 3과 같이, 4,4,5,5-테트라메틸-2-(2-옥틸티에노[3,2-b]티오펜-5-일)-1,3,2-디옥사보로란[4,4,5,5-tetramethyl-2-(2-octylthieno[3,2-b]thiophen-5-yl)-1,3,2-dioxaborolane, T4]을 제조하였다.Compound T4 can be obtained by reacting 4,4,5,5-tetramethyl-2- (2-octylthieno [3,2-b] thiophen- (4,4,5,5-tetramethyl-2- (2-octylthieno [3,2-b] thiophen-5-yl) -1,3,2-dioxaborolane, T4.
건조된 반응 플라스크에, 상기 제조예 2에서 수득한 화합물 T3(190 mg, 0.57 mmol)을 THF(3 mL)에 녹인 용액에 n-BuLi(헥산 용액 중에서 1.6 M, 0.4 mL, 0.63 mmol)을 -78℃ 및 아르곤 충전 조건하에서 천천히 적가하였고, 이를 1 시간 정도 교반한 후, 동일한 온도에서 (i-Pro)Bpin (0.2 mL, 0.86 mmol)을 천천히 적가하였다. 상기 용액을 -78℃에서 30 분 정도 교반시킨 후 실온으로 온도를 올려 12 시간 동안 교반시킨 다음, 이에 얼음물을 붓고 다이클로로메탄을 이용하여 추출한 후 Na2SO4를 이용허여 물을 제거하였다. 상기 반응 용액을 농축하여 실리카겔 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-Hexane = 1 : 5)로 화합물 T4(160 mg, 74%)를 수득하였다. N- BuLi (1.6 M in hexane solution, 0.4 mL, 0.63 mmol) was added to a dried reaction flask in which T3 (190 mg, 0.57 mmol) obtained in Preparation Example 2 was dissolved in THF (3 mL) The mixture was slowly added dropwise under 78 ° C and argon charging conditions. After stirring for 1 hour, ( i- Pro) Bpin (0.2 mL, 0.86 mmol) was slowly added dropwise at the same temperature. The solution was stirred at -78 ° C for about 30 minutes, the temperature was raised to room temperature, and the mixture was stirred for 12 hours. Then, ice water was added thereto, and the mixture was extracted with dichloromethane, followed by removal of the residue with Na 2 SO 4 . The reaction solution was concentrated and the compound T4 (160 mg, 74%) was obtained by silica gel flash column chromatography (EtOAc: n- Hexane = 1: 5).
1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 7.68 (s, 1H), 6.97 (s, 1H), 2.87 (t, J = 7.8Hz, 2H), 1.76-1.66 (m, 2H), 1.43-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 5.4 Hz, 3H). 1 H NMR (300MHz, CDCl 3 ) δ 7.68 (s, 1H), 6.97 (s, 1H), 2.87 (t, J = 7.8Hz, 2H), 1.76-1.66 (m, 2H), 1.43-1.24 (m , 24H), 0.89 (t, J = 5.4 Hz, 3H).
제조예Manufacturing example 2: 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 2: Preparation of selenium-containing organic semiconductor compound
하기 반응식 4 와 같은 스즈키-크로스 커플링 반응을 이용하기 위하여, π-브릿지(bridge)인 셀레늄(selenium)-기반 유기반도체 물질의 코어(core)가 될 수 있는 화합물 A를 Martin Heeney 그룹의 셀레노펜-다이케토피롤로피롤(selenophene-diketopyrrolopyrrole) 화합물의 단량체를 참고하여 우선적으로 합성하였다.In order to utilize the Suzuki-cross coupling reaction as shown in the following Reaction Scheme 4, Compound A, which can be a core of a selenium-based organic semiconductor material which is a bridge of π- is reacted with selenophene of the Martin Heeney group - The monomers of selenophene-diketopyrrolopyrrole compounds were firstly referred to.
[반응식 4] [Reaction Scheme 4]
상기 합성된 화합물 A (100 mg, 0.09mmol) 및 화합물 T4(84.9 mg, 0.22 mmol)를 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF; 0.9 mL) : 물(0.3 mL)의 혼합 용매에 용해시킨 후, 상기 용해된 용액에 Pd(PPh3)4(10 mol%) 및 K2CO3(211 mg, 1.53 mmol)을 첨가시켰다. 상기 용액을 30 분간 N2를 이용하여 처리한 후, 80°C에서 24 시간 동안 환류시켰다. 상기 반응이 완료된 용액에 MeOH을 첨가시켜 생성된 침전물을 여과한 후, 실리카겔 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(dichloromethane : n-Hexane = 1 : 1)을 이용하여 화합물 TSeDPPT (86mg , 66% )를 수득하였다. The compound A (100 mg, 0.09 mmol) and the compound T4 (84.9 mg, 0.22 mmol) were dissolved in a mixed solvent of tetrahydrofuran (THF; 0.9 mL) and water (0.3 mL) the solution was added to Pd (PPh 3) 4 (10 mol%) and K 2 CO 3 (211 mg, 1.53 mmol). The solution was treated with N 2 for 30 min and then refluxed at 80 ° C for 24 h. MeOH was added to the reaction solution, and the resultant precipitate was filtered. Compound TSeDPPT (86 mg, 66%) was obtained by silica gel flash column chromatography (dichloromethane: n- Hexane = 1: 1).
상기 반응식 4에 나타낸 바와 같이, 화합물 A를 화합물 T4와 스즈키-크로스 커플링 시켜서 D-A(π-브릿지)-D 형태의 구조를 가지는 DPP(Se)-기반 유기반도체 단분자 TSeDPPT를 성공적으로 합성할 수 있었다. As shown in Reaction Scheme 4, a compound DPP (Se) -based organic semiconductor single molecule TSeDPPT having a structure of a DA (π-bridge) -D form can be successfully synthesized by Suzuki- there was.
1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 8.73 (d, J = 4.2 Hz, 2H), 7.40 (d, J = 4.5 Hz, 2H), 7.36 (s, 2H), 6.90 (s, 2H), 3.95 (d, J = 7.5 Hz, 4H), 2.88 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 2.02-1.96 (m, 2H), 1.76-1.65 (m, 6H), 1.27-1.24 (m, 76H), 0.89-0.84 (m, 24H). 1 H NMR (300MHz, CDCl 3 ) δ 8.73 (d, J = 4.2 Hz, 2H), 7.40 (d, J = 4.5 Hz, 2H), 7.36 (s, 2H), 6.90 (s, 2H), 3.95 ( d, J = 7.5 Hz, 4H ), 2.88 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 2.02-1.96 (m, 2H), 1.76-1.65 (m, 6H), 1.27-1.24 (m, 76H), 0.89 -0.84 (m, 24H).
실험예Experimental Example 1: 광학 특성 1: Optical properties
상기 본 제조예 2에서 합성된 셀레늄-함유 유기반도체 화합물(TSeDPPT)의 광 흡수영역을 용액 상태(클로로포름) 및 필름 상태에서 측정하였다(도 2).The light absorption region of the selenium-containing organic semiconductor compound (TSeDPPT) synthesized in Production Example 2 was measured in a solution state (chloroform) and a film state (FIG. 2).
도 2에 나타낸 바와 같이, 자외선(UV-vis) 흡수 스펙트럼에 있어서, 용액 상태에서의 광 흡수 최고값 λmax는 622 nm 및 652 nm였으며, 광 흡수 λonset은 715 nm 영역까지 나타냄을 확인하였다. 한편, 필름 상태의 광 흡수 최고값 λmax는 756 nm였으며, 광 흡수 λonset은 816 nm 영역까지 나타내었고, 따라서, 상기 필름 상태가 상기 용액 상태에서보다 더 넓은 장파장 영역까지 흡수함을 확인하였다.As shown in Fig. 2, in the ultraviolet (UV-vis) absorption spectrum, the maximum absorption maxima λ max in the solution state were 622 nm and 652 nm, and the optical absorption λ onset was found to reach 715 nm. On the other hand, the maximum absorption maxima of the film state, λ max, was 756 nm, and the optical absorption λ onset was shown up to 816 nm, thus confirming that the film state absorbed to a longer wavelength region than in the solution state.
종래의 D-A-D-A-D 구조 형태의 용액형 단분자 전자공여체가 재료로 사용된 것으로서 잘 알려진 7% 효율을 나타내는 2011 년 Bazan 연구팀의 유기반도체인 7,7'-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl]bis[6-fluoro-4-(5′'-hexyl-[2,2'-bithiophen]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole](p-DTS(FBTTh2)2) 유기반도체 화합물은 자외선(UV-vis) 흡수 스펙트럼에서 광 흡수 최고값(λmax)은 599 nm(용액 상태 클로로포름)로 측정 보고되었다. 이와 비교하여, 본원의 실시예에 따른 신규 물질 합성된 셀레늄-함유 유기반도체 화합물(TSeDPPT)의 광 흡수 영역은 최근 보고된 고효율을 나타내는 기존 물질의 700 nm 영역대와 비슷하거나 필름상태에서는 더 장파장대 영역까지 흡수함으로써 광흡수 능력이 향상됨을 알 수 있었다. In the 2011 Bazan research team's 7,7 '- [4,4-Bis (2-ethylhexyl) - (2-ethylhexyl) 4H- silolo [3,2- b : 4,5- b '] dithiophene-2,6-diyl bis [6-fluoro-4- (5'- hexyl- [2,2'- 5-yl) benzo [ c ] [1,2,5] thiadiazole] (p-DTS (FBTTh 2 ) 2 ) The organic semiconductor compound was reported to have a maximum absorption maximum (λ max ) of 599 nm (chloroform in solution) in an ultraviolet (UV-vis) absorption spectrum. In comparison, the light absorption region of the synthesized selenium-containing organic semiconductor compound (TSeDPPT) according to the embodiment of the present invention is similar to the recently reported high efficiency 700 nm region of the existing material, or in the film state, It was found that the light absorption ability was improved.
실험예Experimental Example 2: 전기화학적 특성 2: Electrochemical properties
상기 실시예 1에서 합성된 셀레늄-함유 유기반도체 화합물(TSeDPPT)의 전기화학적 성질을 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서, HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 도 2에서 측정한 결과 값을 이용하여 계산한 값이다. 도 2 및 하기 표 1는, 전기화학적 특성을 분석하기 위해서 바탕 용액을 TBAPF6(0.1 몰농도)의 용매 CH2Cl2에서 100 mV/s의 조건에서 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 측정한 결과를 나타내었다.The electrochemical properties of the selenium-containing organic semiconductor compound (TSeDPPT) synthesized in Example 1 are shown in Table 1 below. In Table 1, the highest occupied molecular orbital (HOMO) value is a value calculated using the result measured in FIG. 2 and Table 1 below show the results obtained by using cyclic voltammetry at 100 mV / s in TBAPF 6 (0.1 molar concentration) solvent CH 2 Cl 2 in order to analyze electrochemical characteristics The measurement results are shown.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 합성된 셀레늄-함유 유기반도체 화합물(TSeDPPT)은 낮은 밴드값을 가지고 있어 전하의 이동도가 높아, 이를 포함하여 제조된 유기소자에서 우수한 전기적 특성을 가진다. 종래의 알려진 P3HT 또는 p-DTS(FBTTh2)2의 반도체 화합물과 비교 했을 때, 보다 낮은 HOMO 값을 가짐으로써 높은 개방전압의 형성이 가능할 뿐만 아니라 산화 안정성도 높아지게 되어 상용화의 큰 장점이 될 수 있다. As shown in the following Table 1, the synthesized selenium-containing organic semiconductor compound (TSeDPPT) has a low band-like value and high charge mobility, and has excellent electrical characteristics in an organic device manufactured thereby. Compared with the known semiconductor compound of P3HT or p-DTS (FBTTh 2 ) 2 , it has a lower HOMO value, which not only makes it possible to form a high open-circuit voltage but also increases the oxidation stability, which is a great advantage of commercialization .
화합물compound
상기 표 1에서, HOMO는 최고준위 점유 분자 궤도를 의미하고, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)는 최저준위 비점유 분자 궤도를 의미한다.In Table 1, HOMO denotes the highest level occupied molecular orbital, and LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) denotes the lowest level occupied molecular orbital.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .
Claims (7)
상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 D-A-D 형태의 구조를 가지는 것이고,
상기 A는 하기 화학식 1에 표시된 셀레노펜-다이케토피롤로피롤 유도체 고리를 나타내며,
상기 D는 하기 화학식 1의 R3를 나타내는 것인,
셀레늄-함유 유기반도체 화합물:
[화학식 1]
;
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-30의 선형 알킬기 또는 C3-30의 분지형 알킬기이고,
R3은 이며, 상기 R3에서 R4는 C1-30의 선형 알킬기 또는 C3-30의 분지형 알킬기임.
1. A selenium-containing organic semiconductor compound represented by the following formula (1)
The selenium-containing organic semiconductor compound has a DAD-type structure,
Wherein A represents a selenophene-diketopyrrolopyrrole derivative ring represented by the following formula (1)
Wherein D represents R < 3 >
Selenium-containing organic semiconductor compound:
[Chemical Formula 1]
;
In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently a C 1-30 linear alkyl group or a C 3-30 branched alkyl group,
R 3 is Wherein R 3 to R 4 are C 1-30 linear alkyl groups or C 3-30 branched alkyl groups.
상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 D-A-D 형태의 구조를 가지는 것이고,
상기 A는 하기 화학식 1에 표시된 셀레노펜-다이케토피롤로피롤 유도체 고리를 나타내며,
상기 D는 하기 화학식 1의 R3를 나타내는 것인,
셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법:
[화학식 1]
;
[화학식 2]
;
[화학식 3]
;
상기 화학식들에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-30의 선형 알킬기 또는 C3-30의 분지형 알킬기이고,
R3은 이며, 상기 R3에서 R4는 C1-30의 선형 알킬기 또는 C3-30의 분지형 알킬기이고,X는 할로겐임.
A process for producing a selenium-containing organic semiconductor compound, which comprises reacting a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3) to prepare a selenium-containing organic semiconductor compound represented by the following formula
The selenium-containing organic semiconductor compound has a DAD-type structure,
Wherein A represents a selenophene-diketopyrrolopyrrole derivative ring represented by the following formula (1)
Wherein D represents R < 3 >
Method of preparing selenium-containing organic semiconductor compound:
[Chemical Formula 1]
;
(2)
;
(3)
;
In the above formulas,
R 1 and R 2 are each independently a C 1-30 linear alkyl group or a C 3-30 branched alkyl group,
R 3 is Wherein R 3 to R 4 are C 1-30 linear alkyl groups or C 3-30 branched alkyl groups, and X is halogen.
상기 셀레늄-함유 유기반도체 화합물은 스즈키 크로스 커플링(suzuki cross-coupling) 반응에 의하여 제조되는 것인, 셀레늄-함유 유기반도체 화합물의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the selenium-containing organic semiconductor compound is produced by a Suzuki cross-coupling reaction.
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Polym. Chem., 2015, 6, pp.1777~1785 * |
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