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JP2015113448A - Carbon film and element using the same - Google Patents

Carbon film and element using the same Download PDF

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JP2015113448A JP2013258919A JP2013258919A JP2015113448A JP 2015113448 A JP2015113448 A JP 2015113448A JP 2013258919 A JP2013258919 A JP 2013258919A JP 2013258919 A JP2013258919 A JP 2013258919A JP 2015113448 A JP2015113448 A JP 2015113448A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon film which can be obtained by a simple production method such as a coating method, and has a specific width or a specific shape.SOLUTION: Provided is a graphene nanoribbon polymer produced from a polyphenylene polymer, the polyphenylene polymer being formed by benzene rings having two substituted aromatic rings at p-positions, each of the substituted aromatic rings having at a p-position a six-membered ring hydrocarbon containing one or two unsaturated bonds in the ring. The polyphenylene polymer has a group which is soluble in an organic solvent, is dissolved in an organic solvent, and is subjected to wet film-formation. The soluble group is removed to obtain a polyphenylene having only aromaticity, which is further subjected to a dehydrogenation treatment to carry out a ring condensation reaction to form a carbon film. According to the method, a carbon film having a specific width or shape is produced.

Description

本発明は、特定の幅又は特定の形状を有するカーボン膜及びそれを用いた素子に関する。   The present invention relates to a carbon film having a specific width or a specific shape and an element using the carbon film.

グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン等のカーボン材料は、化学的安定性に優れている一方で、特異な物理的・電気的特性を有するため注目されている。これらの中でも、グラフェンにおいて幅又は形状に対する長さの縦横比が大きいグラフェンナノリボンは、端にある炭素原子数と局所的にはバルクの環境にある炭素原子の割合が同程度になるため、端の化学構造と幅又は形状によってバンドギャップや電気導電率等の特性を意図的に制御できると予見されていること(非特許文献1参照)から、各企業、研究機関などで鋭意研究がなされている。
前記グラフェンは、半導体のようなエネルギーギャップが存在しないため、グラフェンで構成した電界効果トランジスタはオン電流を遮断することができない。そのため、グラフェンにバンドギャップを付与することが大きな課題となっている。その一つの解決手段として、カーボンナノチューブと同様にグラフェンの幾何学的形状をリボン状に細くすると、バンドギャップが形成されることが理論的・実験的にも報告されている(非特許文献1、第5節のP74)。
Carbon materials such as graphene, carbon nanotubes, and fullerenes are attracting attention because they have excellent physical stability and unique physical and electrical characteristics. Among these, graphene nanoribbons with a large aspect ratio of width to shape or width in graphene have the same number of carbon atoms at the end as the proportion of carbon atoms in the bulk environment locally, Since it is foreseen that characteristics such as band gap and electrical conductivity can be intentionally controlled by the chemical structure and width or shape (see Non-Patent Document 1), intensive research has been conducted by each company and research institution. .
Since the graphene does not have an energy gap like a semiconductor, a field effect transistor composed of graphene cannot block an on-current. Therefore, providing a band gap to graphene has become a major issue. As one of the solutions, it has been theoretically and experimentally reported that a band gap is formed when the geometrical shape of graphene is made thin like a ribbon like a carbon nanotube (Non-Patent Document 1, (P74 of Section 5).

このようなグラフェンナノリボン膜の製造方法に関する報告としては、トップダウン法とボトムアップ法とがある。
前記トップダウン法としては、例えば、カーボンナノチューブの分散液を超音波処理して酸化開裂させた後、遠心分離してその上澄み液を基板上に塗布することでグラフェンナノリボン膜を製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。
また、化学気相成長法で作製されたグラフェン膜に対してAFMを用いて局所陽極酸化によるリソグラフィーを行いグラフェンナノリボン膜を製造する方法(AFMリソグラフィー法)が報告されている(非特許文献2参照)。
しかし、これらの方法は、いずれも特性制御のために非常に重要な端の化学構造や幅又は形状が均質なグラフェンナノリボン膜を製造することは困難であること、生産性が見込めないことから実用性に耐え得るものではなかった。
There are a top-down method and a bottom-up method as a report on a method for producing such a graphene nanoribbon film.
As the top-down method, for example, a method of producing a graphene nanoribbon film by ultrasonically treating a dispersion of carbon nanotubes and then cleaving and coating the supernatant on a substrate is proposed. (See Patent Document 1).
In addition, a method for producing a graphene nanoribbon film (AFM lithography method) by performing lithography by local anodization using AFM on a graphene film produced by chemical vapor deposition (see Non-Patent Document 2) has been reported. ).
However, these methods are practical because it is difficult to produce a graphene nanoribbon film with a uniform chemical structure, width or shape at the edge, which is very important for property control, and productivity cannot be expected. It was not able to withstand sex.

一方、前記ボトムアップ法としては、例えば、端に溶解基を導入したグラエンナノリボンを合成することで、本来不溶であるグラフェンナノリボンに溶解性を付与し、塗布法でグラフェンナノリボン膜を製造する方法が報告されている(非特許文献3参照)。しかし、この報告では、特性制御に大きな影響を与える端を化学修飾できる余地が少ないこと、本来は不必要な溶解基を導入したことによりグラフェンナノリボン膜の優れた特性が得られないことが課題となっている。   On the other hand, as the bottom-up method, for example, by synthesizing a graphene nanoribbon in which a dissolving group is introduced at the end, a solubility is imparted to the originally insoluble graphene nanoribbon, and a graphene nanoribbon film is manufactured by a coating method Has been reported (see Non-Patent Document 3). However, in this report, there is a problem that there is little room for chemical modification of the edge that has a large influence on the property control, and that the excellent properties of the graphene nanoribbon film cannot be obtained by introducing an originally unnecessary dissolving group. It has become.

また、グラフェンナノリボンのビルディングブロックとなる低分子を真空蒸着法により金の(111)面上に成膜した後で加熱処理を行い、分子を縮環してグラフェンナノリボン膜を製造する方法が報告されている(非特許文献4参照)。しかし、この報告の方法では、重合度の制御が難しいこと、グラフェンナノリボン膜が島状にしか成膜できないことが課題となっている。   In addition, a method for producing a graphene nanoribbon film by forming a low molecular weight, which is a building block of a graphene nanoribbon, on a gold (111) surface by a vacuum deposition method and then heat-treating the molecules to condense the molecule is reported. (See Non-Patent Document 4). However, the method of this report has problems that it is difficult to control the degree of polymerization and that the graphene nanoribbon film can be formed only in an island shape.

したがって、先行技術文献においては、塗布法等のような簡便な製造方法によって端の化学構造や幅又は形状が均一なグラフェンナノリボン膜を得ることは非常に困難であり、新たな製造方法の提供が強く望まれている。   Therefore, in the prior art documents, it is very difficult to obtain a graphene nanoribbon film having a uniform chemical structure, width or shape at the edges by a simple manufacturing method such as a coating method, and a new manufacturing method is provided. It is strongly desired.

本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、塗布法等のような簡便な製造方法によって得られる特定の幅又は特定の形状を有するカーボン膜を提供することを目的にとする。   An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a carbon film having a specific width or a specific shape obtained by a simple manufacturing method such as a coating method.

前記課題を解決するための手段としての本発明のカーボン膜は、下記一般式(I)で表されるポリフェニレン重合体を含み、特定の幅又は特定の形状を有する。   The carbon film of the present invention as a means for solving the problems includes a polyphenylene polymer represented by the following general formula (I), and has a specific width or a specific shape.

<一般式(I)>
ただし、前記一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、及びアリール基から選択されるいずれかである。nは、繰り返し数を示し、0〜5の整数であり、nが1以上の場合には、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは、下記一般式1及び下記一般式2のいずれかで表される基である。
<General formula (I)>
However, in said general formula (I), R < 1 > -R < 8 > is either selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, and an aryl group, respectively. n represents the number of repetitions, and is an integer of 0 to 5. When n is 1 or more, R 1 to R 8 may be the same as or different from each other. X is a group represented by any one of the following general formula 1 and the following general formula 2.

<一般式1>
ただし、前記一般式1中、X及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは、隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<General formula 1>
However, in General Formula 1, one of X 1 and Y 1 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these may be bonded to each other to form a ring.

<一般式2>
ただし、前記一般式2中、X、X、Y、及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<General formula 2>
In General Formula 2, one of X 2 , X 3 , Y 2 , and Y 3 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these groups may be bonded to each other to form a ring.

本発明によると、前記従来における諸問題を解決することができ、塗布法等のような簡便な製造方法によって得られる特定の幅又は特定の形状を有するカーボン膜を提供することができる。   According to the present invention, the conventional problems can be solved, and a carbon film having a specific width or a specific shape obtained by a simple manufacturing method such as a coating method can be provided.

図1は、本発明で用いられるポリフェニレン重合体1のTG及びDSCの図である。FIG. 1 is a diagram of TG and DSC of the polyphenylene polymer 1 used in the present invention. 図2は、本発明で用いられるポリフェニレン重合体1(溶解性重合体)と可溶性基を除去した重合体膜(重合体)の吸収スペクトルの図である。FIG. 2 is a diagram of absorption spectra of the polyphenylene polymer 1 (soluble polymer) used in the present invention and the polymer film (polymer) from which the soluble groups have been removed. 図3は、本発明で用いられる重合体膜とグラフェンナノリボン膜の吸収スペクトルの図である。FIG. 3 is a diagram of absorption spectra of the polymer film and the graphene nanoribbon film used in the present invention. 図4は、本発明で用いられる(1)ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜と、(2)ポリフェニレン重合体2の真空加熱300℃のときと、(3)ポリフェニレン重合体2の真空加熱450℃のときの顕微ラマン分光の図である。4 shows (1) a spin coat film of polyphenylene polymer 2 used in the present invention, (2) vacuum heating of polyphenylene polymer 2 at 300 ° C., and (3) vacuum heating of polyphenylene polymer 2 at 450 ° C. It is a figure of micro Raman spectroscopy at the time of. 図5は、本発明で用いられる(1)ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜と、(2)ポリフェニレン重合体2の真空加熱450℃のときの吸収スペクトルの図である。FIG. 5 is a diagram of (1) a spin coat film of polyphenylene polymer 2 used in the present invention and (2) an absorption spectrum of polyphenylene polymer 2 when heated at 450 ° C. in a vacuum.

(カーボン膜)
本発明のカーボン膜は、下記一般式(I)で表されるポリフェニレン重合体を含み、特定の幅又は特定の形状を有する。
(Carbon film)
The carbon film of the present invention contains a polyphenylene polymer represented by the following general formula (I) and has a specific width or a specific shape.

ここで、前記カーボン膜における特定の幅とは、単層グラフェンを切り取ることで生み出される有限の幅であり、切り取った未結合の端部は、ジグザグ型、アームチェア型、又はこれらの組み合わせとなる。
また、前記カーボン膜の特定の形状とは、単層グラフェンを切り取ることで生み出される形状を意味する。
Here, the specific width in the carbon film is a finite width generated by cutting out single-layer graphene, and the unbonded end portion cut out is a zigzag type, an armchair type, or a combination thereof. .
The specific shape of the carbon film means a shape produced by cutting out single-layer graphene.

<一般式(I)>
ただし、前記一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、及びアリール基から選択されるいずれかである。nは、繰り返し数を示し、0〜5の整数であり、nが1以上の場合には、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは、下記一般式1及び下記一般式2のいずれかで表される基である。
<General formula (I)>
However, in said general formula (I), R < 1 > -R < 8 > is either selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, and an aryl group, respectively. n represents the number of repetitions, and is an integer of 0 to 5. When n is 1 or more, R 1 to R 8 may be the same as or different from each other. X is a group represented by any one of the following general formula 1 and the following general formula 2.

<一般式1>
ただし、前記一般式1中、X及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは、隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<General formula 1>
However, in General Formula 1, one of X 1 and Y 1 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these may be bonded to each other to form a ring.

<一般式2>
ただし、前記一般式2中、X、X、Y、及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<General formula 2>
In General Formula 2, one of X 2 , X 3 , Y 2 , and Y 3 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these groups may be bonded to each other to form a ring.

本発明は、特定の可溶性基を有するポリフェニレンを原料として、特定の幅又は特定の形状を有するカーボン膜を製造する方法を提供するものである。この点について類似の報告がなされている(J.AM.CHEM.SOC. 130, 4216 (2008))。
しかし、本発明のカーボン膜には電気特性、熱安定性を低下させるアルキル基やSP炭素が含まれていないため、高品質なカーボン膜、グラフェンナノリボン、特定の幅又は形状を有するグラファイトを得ることができる。
また、前記グラフェンナノリボンは、キャリア・電子輸送が高く、一軸方向のみが極めて発達している構造になるため、その特性・形状を生かして導電性の配線としての利用などが考えられる。
The present invention provides a method for producing a carbon film having a specific width or a specific shape by using polyphenylene having a specific soluble group as a raw material. Similar reports have been made on this point (J. AM. CHEM. SOC. 130, 4216 (2008)).
However, since the carbon film of the present invention does not contain an alkyl group or SP 3 carbon that lowers electrical characteristics and thermal stability, a high-quality carbon film, graphene nanoribbon, and graphite having a specific width or shape are obtained. be able to.
In addition, the graphene nanoribbon has a high carrier / electron transport and has a structure in which only a uniaxial direction is extremely developed. Therefore, the graphene nanoribbon can be used as a conductive wiring by taking advantage of its characteristics and shape.

<カーボン膜の製造方法>
前記カーボン膜の製造方法について、下記反応式A1に基づいて説明する。
<Method for producing carbon film>
The method for producing the carbon film will be described based on the following reaction formula A1.

<反応式A1>
ただし、前記式中の括弧は繰り返しを意味する。Xは、前記一般式Iと同じ意味を表す。
<Reaction Formula A1>
However, the parentheses in the above formula mean repetition. X represents the same meaning as in the general formula I.

本発明で用いられる特定構造を有するポリフェニレンは、有機溶媒に可溶な基を有しているため、有機溶剤を用いた湿式成膜が可能である。加えて外部エネルギーを印加することにより過程1で示される可溶性基の除去により芳香族性を有する基(π電子共役部位)となる。
前記過程1の可溶性基の除去により得られたポリフェニレンは過程2での脱水素処理により、水素引き抜きによる縮環反応により特定の幅又は形状を有するカーボン膜が生成する。膜の厚みによって一分子膜である場合はグラフェンナノリボンが得られ、複数層堆積した膜では特定の幅又は形状を持ったグラファイトとなる。即ち、出発原料である特定構造を有するポリフェニレンの初期構造に依存してその幅又は形状を決定することができることが大きな特徴である。なお、前記過程1及び前記過程2は同時に進行する場合もある。
Since the polyphenylene having a specific structure used in the present invention has a group soluble in an organic solvent, wet film formation using the organic solvent is possible. In addition, when an external energy is applied, a soluble group (π electron conjugated site) is obtained by removing the soluble group shown in Step 1.
The polyphenylene obtained by the removal of the soluble group in the process 1 generates a carbon film having a specific width or shape by the dehydrogenation process in the process 2 by a ring condensation reaction by hydrogen abstraction. Depending on the thickness of the film, a graphene nanoribbon is obtained in the case of a monomolecular film, and a graphite having a specific width or shape is obtained in a film deposited in a plurality of layers. That is, the major feature is that the width or shape can be determined depending on the initial structure of polyphenylene having a specific structure as a starting material. In addition, the process 1 and the process 2 may proceed simultaneously.

<特定の可溶性基を有するポリフェニレン原料>
本発明の原料であるポリフェニレンに関して、前記一般式1及び前記一般式2においてX〜X、Y〜Yで表される基は、水素原子又は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、X及びYのうち少なくとも一方は、置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又は置換されていてもよい炭素数1以上のアシルオキシ基などであり、他方は水素原子である。このような部分構造を有することにより剛直な構造でも溶解性を付与することができ、高い成膜加工性を得ることができる。また、前記特定の基を導入することで、従来の溶解基とは異なり、π共役系が拡張しつつ溶解性を向上することができる。
<Polyphenylene raw material having specific soluble group>
Respect polyphenylene which is a raw material of the present invention, the group represented by X 1 to X 3, Y 1 to Y 3 in the general formula 1 and the formula 2 is a hydrogen atom or an optionally substituted C 1 or more carbon atoms also And at least one of X and Y is an optionally substituted ether group having 1 or more carbon atoms or an optionally substituted acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the like. Is a hydrogen atom. By having such a partial structure, solubility can be imparted even with a rigid structure, and high film forming processability can be obtained. Also, by introducing the specific group, the solubility can be improved while the π-conjugated system is expanded, unlike the conventional soluble group.

前記置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基としては、炭素数1以上の置換されていてもよい直鎖又は環状の脂肪族アルコール、炭素数4以上の芳香族アルコール等のアルコール由来のエーテル基などが挙げられる。また、前記エーテル中の酸素原子が硫黄原子に置き換わったチオエーテル基も含めることができる。具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ピバロイル基、ペントキシ基、ヘキシロキシ基、ラウリロキシ基、トリフルオロメトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基、ペンタフルオロプロポキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロヘキシロキシ基、トリメチルシリルオキシ基、トリエチルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジフェニルシリルオキシ基などが挙げられ、エーテル結合部位の酸素を硫黄に置き換えた対応するチオエーテル類も同様に含まれる。   The ether group having 1 or more carbon atoms which may be substituted is derived from an alcohol such as a linear or cyclic aliphatic alcohol having 1 or more carbon atoms or an aromatic alcohol having 4 or more carbon atoms. An ether group etc. are mentioned. Further, a thioether group in which an oxygen atom in the ether is replaced with a sulfur atom can also be included. Specifically, for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, isobutoxy group, pivaloyl group, pentoxy group, hexyloxy group, lauryloxy group, trifluoromethoxy group, 3,3,3-trifluoropropoxy group, Pentafluoropropoxy group, cyclopropoxy group, cyclobutoxy group, cyclohexyloxy group, trimethylsilyloxy group, triethylsilyloxy group, tert-butyldimethylsilyloxy group, tert-butyldiphenylsilyloxy group, etc. Corresponding thioethers in which oxygen is replaced with sulfur are also included.

前記置換されていてもよい炭素数1以上のアシルオキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ基、炭素数2以上のハロゲン原子を含んでいてもよい直鎖又は環状の脂肪族カルボン酸及び炭酸ハーフエステル、炭素数4以上の芳香族カルボン酸等、カルボン酸及び炭酸ハーフエステル由来のアシルオキシ基などが挙げられる。また、前記カルボン酸の酸素原子が硫黄に置き換わったチオカルボン酸も含めることができる。具体的には、例えば、ホルミルオキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、ラウロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、トリフルオロアセチルオキシ、3,3,3−トリフルオロプロピオニルオキシ、ペンタフルオロプロピオニルオキシ、シクロプロパノイルオキシ、シクロブタノイルオキシ、シクロヘキサノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ基、ペンタフルオロベンゾイルオキシ基などが挙げられる。加えて、上記例示したアシルオキシ基のカルボニル基とアルキル基あるいはアリール基の間に酸素原子又は硫黄原子を挿入した、炭酸ハーフエステル由来の炭酸エステルも挙げることができる。更に加えて、エーテル結合部位及びカルボニル部位の酸素の1つ以上を硫黄に置き換えた対応するアシルチオオキシ類、チオアシルオキシ類も同様に含まれる。   Examples of the optionally substituted acyloxy group having 1 or more carbon atoms include, for example, a formyloxy group, a linear or cyclic aliphatic carboxylic acid and a carbonic acid half ester optionally containing a halogen atom having 2 or more carbon atoms, Examples thereof include acyloxy groups derived from carboxylic acids and carbonic acid half esters, such as aromatic carboxylic acids having 4 or more carbon atoms. Moreover, thiocarboxylic acid in which the oxygen atom of the carboxylic acid is replaced with sulfur can also be included. Specifically, for example, formyloxy group, acetoxy group, propionyloxy group, butyryloxy group, isobutyryloxy group, pivaloyloxy group, pentanoyloxy, hexanoyloxy, lauroyloxy group, stearoyloxy group, trifluoroacetyloxy 3,3,3-trifluoropropionyloxy, pentafluoropropionyloxy, cyclopropanoyloxy, cyclobutanoyloxy, cyclohexanoyloxy group, benzoyloxy group, p-methoxyphenylcarbonyloxy group, pentafluorobenzoyloxy group Etc. In addition, the carbonic acid ester derived from the carbonic acid half ester which inserted the oxygen atom or the sulfur atom between the carbonyl group of the acyloxy group illustrated above, and an alkyl group or an aryl group can also be mentioned. In addition, the corresponding acylthiooxy compounds and thioacyloxy compounds in which one or more of oxygen at the ether bond site and carbonyl site are replaced with sulfur are also included.

ここで、前記置換基X〜X、Y〜Yの一部について下記に例示する。なお、Etはエチル基、Phはフェニル基を表す。 Here, a part of the substituents X 1 to X 3 and Y 1 to Y 3 will be exemplified below. Et represents an ethyl group and Ph represents a phenyl group.

前記ポリフェニレンにおけるQからQで表される基としては、前述のように、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、あるいは一価の有機基(但し、QからQにおいては置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基以外の1価の有機基)が用いられる。
前記一価の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシル基、チオアルコキシル基、アリールオキシ基、チオアリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ヘテロアリールチオオキシ基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、チオール基、アミノ基などが挙げられる。
As the group represented by Q 1 to Q 6 in the polyphenylene, as described above, a hydrogen atom, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), or a monovalent organic group (however, In Q 1 to Q 6 , an optionally substituted ether group or monovalent organic group other than an acyloxy group having 1 or more carbon atoms is used.
Examples of the monovalent organic group include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkoxyl group, a thioalkoxyl group, an aryloxy group, a thioaryloxy group, a heteroaryloxy group, and a heteroaryl. Examples include a ruthiooxy group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, a carboxyl group, a thiol group, and an amino group.

前記アルキル基は、直鎖又は分岐又は環状の置換又は無置換のアルキル基を表す。これらの例としては、アルキル基[好ましくは置換又は無置換の炭素数1以上のアルキル基〔例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデカン基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、3,7−ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロオクチル基、トリフルオロドデシル基、トリフルオロオクタデシル基、2−シアノエチル基〕]、シクロアルキル基[好ましくは置換又は無置換の炭素数3以上のアルキル基〔例えば、シクロペンチル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、ペンタフルオロシクロヘキシル基〕]などが挙げられる。
なお、以下に説明する他の一価の有機基においても、アルキル基は上記概念のアルキル基を示す。
The alkyl group represents a linear or branched or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. Examples thereof include alkyl groups [preferably substituted or unsubstituted alkyl groups having 1 or more carbon atoms [for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, t-butyl group, s-butyl group]. Group, n-butyl group, i-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group , Octadecyl group, 3,7-dimethyloctyl group, 2-ethylhexyl group, trifluoromethyl group, trifluorooctyl group, trifluorododecyl group, trifluorooctadecyl group, 2-cyanoethyl group]], cycloalkyl group [preferably A substituted or unsubstituted alkyl group having 3 or more carbon atoms [eg, cyclopentyl group, cyclobuty Group, a cyclohexyl group, pentafluoro cyclohexyl]] and the like.
In other monovalent organic groups described below, the alkyl group represents an alkyl group having the above concept.

前記アルケニル基は、直鎖又は分岐又は環状の置換又は無置換のアルケニル基を表す。これらの例としては、アルケニル基[好ましくは置換又は無置換の炭素数2以上のアルケニル基であり、上記した炭素数2以上のアルキル基の任意の炭素―炭素単結合を1つ以上二重結合としたものが挙げられる〔例えば、エテニル基(ビニル基)、プロペニル基(アリル基)、1−ブテニル基、2−ブテニル基、2−メチル−2−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、3−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、2−ヘプテニル基、3−ヘプテニル基、4−ヘプテニル基、1―オクテニル基、2−オクテニル基、3−オクテニル基、4−オクテニル基、1,1,1−トリフルオロ−2−ブテニル基〕。]、シクロアルケニル基[上記した炭素数2以上のシクロアルキル基の任意の炭素−炭素単結合を1つ以上二重結合としたものが挙げられる〔例えば、1−シクロアリル基、1−シクロブテニル基、1−シクロペンテニル基、2−シクロペンテニル基、3−シクロペンテニル基、1−シクロヘキセニル基、2−シクロヘキセニル基、3−シクロヘキセニル基、1−シクロヘプテニル基、2−シクロヘプテニル基、3−シクロヘプテニル基、4−シクロヘプテニル基、3−フルオロ−1−シクロヘキセニル基〕。]等が挙げられる。なお、該アルケニル基はトランス(E)体及びシス(Z)体等の立体異性体が存在する場合は、そのいずれであってもよく、またそれらの任意の割合からなる混合物であってもよい。   The alkenyl group represents a linear or branched or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. Examples thereof include an alkenyl group [preferably a substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 or more carbon atoms and one or more double bonds of any carbon-carbon single bond of the above-described alkyl group having 2 or more carbon atoms. [For example, ethenyl group (vinyl group), propenyl group (allyl group), 1-butenyl group, 2-butenyl group, 2-methyl-2-butenyl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group Group, 3-pentenyl group, 1-hexenyl group, 2-hexenyl group, 3-hexenyl group, 1-heptenyl group, 2-heptenyl group, 3-heptenyl group, 4-heptenyl group, 1-octenyl group, 2-octenyl group Group, 3-octenyl group, 4-octenyl group, 1,1,1-trifluoro-2-butenyl group]. ], A cycloalkenyl group [which includes one or more double bonds of any carbon-carbon single bond of the cycloalkyl group having 2 or more carbon atoms described above [for example, 1-cycloallyl group, 1-cyclobutenyl group, 1-cyclopentenyl group, 2-cyclopentenyl group, 3-cyclopentenyl group, 1-cyclohexenyl group, 2-cyclohexenyl group, 3-cyclohexenyl group, 1-cycloheptenyl group, 2-cycloheptenyl group, 3-cycloheptenyl group 4-cycloheptenyl group, 3-fluoro-1-cyclohexenyl group]. ] Etc. are mentioned. The alkenyl group may be any of stereoisomers such as trans (E) isomer and cis (Z) isomer, and may be a mixture comprising any ratio thereof. .

前記アルキニル基としては、好ましくは置換又は無置換の炭素数2以上のアルキニル基であり、上記した炭素数2以上のアルキル基の任意の炭素―炭素単結合を1つ以上三重結合としたものが挙げられる。このようなアルキニル基として、例えば、エチニル基、プロパギル基、トリメチルシリルエチニル基、トリイソプロピルシリルエチニル基が挙げられる。   The alkynyl group is preferably a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 or more carbon atoms, wherein one or more triple bonds are formed from any carbon-carbon single bond of the above-described alkyl group having 2 or more carbon atoms. Can be mentioned. Examples of such alkynyl groups include ethynyl group, propargyl group, trimethylsilylethynyl group, and triisopropylsilylethynyl group.

前記アリール基としては、好ましくは置換又は無置換の炭素数6以上のアリール基〔例えば、フェニル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、p−クロロフェニル、p−フルオロフェニル、p−トリフルオロフェニル、ナフチル等〕などが挙げられる。   The aryl group is preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 or more carbon atoms [eg, phenyl, o-tolyl, m-tolyl, p-tolyl, p-chlorophenyl, p-fluorophenyl, p-trifluoro. Phenyl, naphthyl, etc.].

前記ヘテロアリール基としては、好ましくは5又は6員の置換又は無置換の、芳香族性もしくは非芳香族性のヘテロ環化合物〔例えば、2−フリル、2−チエニル、3−チエニル、2−チエノチエニル、2−ベンゾチエニル、2−ピリミジル等〕などが挙げられる。   The heteroaryl group is preferably a 5- or 6-membered substituted or unsubstituted aromatic or non-aromatic heterocyclic compound [for example, 2-furyl, 2-thienyl, 3-thienyl, 2-thienothienyl. , 2-benzothienyl, 2-pyrimidyl and the like].

前記アルコキシル基及びチオアルコキシル基としては、好ましくは置換又は無置換のアルコキシル基及びチオアルコキシル基であり、上記に例示したアルキル基及びアルケニル基及びアルキニル基の結合位に酸素原子あるいは硫黄原子を挿入してアルコキシ基あるいはチオアルコキシ基としたものが具体例として挙げられる。   The alkoxyl group and the thioalkoxyl group are preferably a substituted or unsubstituted alkoxyl group and a thioalkoxyl group, and an oxygen atom or a sulfur atom is inserted at the bonding position of the alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group exemplified above. Specific examples thereof include alkoxy groups or thioalkoxy groups.

前記アリールオキシ基及びチオアリールオキシ基としては、好ましくは置換又は無置換のアリールオキシ基及びアリールチオオキシ基であり、上記に例示したアリール基の結合部位に酸素原子あるいは硫黄原子を挿入してアリールオキシ基あるいはチオアルコキシ基としたものが具体例として挙げられる。   The aryloxy group and the thioaryloxy group are preferably a substituted or unsubstituted aryloxy group and an arylthiooxy group, and an aryl atom or sulfur atom is inserted into the aryl group exemplified above to form an aryl group. Specific examples include an oxy group or a thioalkoxy group.

前記ヘテロアリールオキシ基及びヘテロチオアリールオキシ基としては、好ましくは置換又は無置換のヘテロアリールオキシ基及びヘテロアリールチオオキシ基であり、上記に例示したヘテロアリール基の結合部位に酸素原子あるいは硫黄原子を挿入してヘテロアリールオキシ基あるいはヘテロチオアリールオキシ基としたものが具体例として挙げられる。   The heteroaryloxy group and heterothioaryloxy group are preferably a substituted or unsubstituted heteroaryloxy group and heteroarylthiooxy group, and an oxygen atom or a sulfur atom at the binding site of the heteroaryl group exemplified above Specific examples include those in which a heteroaryloxy group or a heterothioaryloxy group is inserted.

前記アミノ基としては、好ましくはアミノ基、置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、置換もしくは無置換のアニリノ基、〔例えば、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、アニリノ基、N−メチル−アニリノ基、ジフェニルアミノ基〕、アシルアミノ基[好ましくは、ホルミルアミノ基、置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基、〔例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ基、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ基、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ基〕]、アミノカルボニルアミノ基[好ましくは、炭素置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ基、〔例えば、カルバモイルアミノ基、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ基、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ基、モルホリノカルボニルアミノ基〕]などが挙げられる。   The amino group is preferably an amino group, a substituted or unsubstituted alkylamino group, a substituted or unsubstituted anilino group [for example, an amino group, a methylamino group, a dimethylamino group, an anilino group, an N-methyl-anilino group. Group, diphenylamino group], acylamino group [preferably formylamino group, substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group, substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group, [for example, formylamino, acetylamino, pivaloylamino group, lauroyl Amino, benzoylamino group, 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino group]], aminocarbonylamino group [preferably carbon-substituted or unsubstituted aminocarbonylamino group, [for example, carbamoylamino group] , N, N-Dime Le aminocarbonylamino group, N, N-diethylamino carbonyl amino group, a morpholinocarbonylamino group]] and the like.

前記QからQで表される一価の有機基としては、前述した範囲で表すことが可能であるが、好ましくは置換基を有していてもよいアリール基又はヘテロアリール基であるか、又は隣り合う基同士で環状構造を形成していることである。更に好ましくは、前記環状構造が置換していてもよいアリール基又はヘテロアリール基からなることである。
前記環の結合、縮環形式の一例としては下記に示すような構造が挙げられる。なお、X及びYは、前記一般式1及び2に記載のX〜X、Y〜Yと同様に定義される基である。
The monovalent organic group represented by Q 1 to Q 6 can be represented in the above-described range, but is preferably an aryl group or a heteroaryl group which may have a substituent? Or that adjacent groups form a ring structure. More preferably, the cyclic structure is an optionally substituted aryl group or heteroaryl group.
Examples of the ring bond and condensed ring form include the following structures. Incidentally, X and Y is a group defined as for X 1 to X 3, Y 1 to Y 3 according to the general formula 1 and 2.

本発明で用いられるポリフェニレン重合体の一例としては以下のものが挙げられる。なお、X及びYは、前記一般式1及び2に記載のX〜X、Y〜Yと同様に定義される基である。 The following are mentioned as an example of the polyphenylene polymer used by this invention. Incidentally, X and Y is a group defined as for X 1 to X 3, Y 1 to Y 3 according to the general formula 1 and 2.

より具体的には以下の構造が挙げられる
More specifically, the following structures are mentioned.

側鎖とは、鎖式化合物の分子構造で、最も長い炭素原子の連鎖(主鎖)から枝分かれしている部分を示す。前記一般式1又は前記一般式2で示される特定の部分構造はどの位置に導入してもよい。例えば、溶解性の観点から、主鎖、側鎖、末端基に導入しても好ましい結果が得られるが、溶解性と製造の両方の観点から側鎖に導入することがより好ましい結果が得られる。   A side chain is a molecular structure of a chain compound and indicates a portion branched from the longest chain of carbon atoms (main chain). The specific partial structure represented by the general formula 1 or the general formula 2 may be introduced at any position. For example, from the viewpoint of solubility, a preferable result can be obtained even when introduced into the main chain, side chain, or terminal group, but it is more preferable to introduce into the side chain from the viewpoint of both solubility and production. .

前記溶媒としては、芳香族系溶媒、ハロゲン系溶媒及びエーテル系溶媒から選択される。
前記溶媒には、更に、アルコール系溶液、ケトン系溶液、パラフィン系溶媒及び炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液から選択される粘度調整液が加えられることが好ましい。
前記溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、アニソール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のアルコキシ基、ハロゲンを有してもよい芳香族系溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The solvent is selected from an aromatic solvent, a halogen solvent, and an ether solvent.
It is preferable that a viscosity adjusting liquid selected from an alcohol solution, a ketone solution, a paraffin solvent, and an alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms is further added to the solvent.
Examples of the solvent include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, anisole, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene and the like, an aromatic solvent that may have a halogen; dichloromethane, dichloroethane, chloroform, four Halogenated hydrocarbon solvents such as carbon chloride, tetrachloroethane, and trichloroethane; ether solvents such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

前記粘度調整液としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、ベンジルアルコール等の直鎖又は分岐のアルコール系溶媒;ブチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、ブチルベンゼン、ドデシルベンゼン等の直鎖又は分岐アルキル基を有してもよい炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶媒などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ここで、前記粘度調整液としてアルコール系溶液とするとアルコール系は水を吸いやすいことから溶液の保存管理に注意を要するところ、粘度調整液として炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液とすると疎水性であるので保管が簡便であるという利点がある。
また、炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液であれば、アルキル基の構造を変化させる(例えば、アルキル鎖を長くする)ことにより粘度調整が可能であるという利点がある。
また、アルコール系溶液は粘度が高いので、高い溶液粘度を必要とする成膜プロセス(例えば、インクジェット法)に適した溶液を調整する際に好適である。
Examples of the viscosity adjusting liquid include linear or branched alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, octanol, nonanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, and benzyl alcohol. An alkyl-substituted aromatic solvent having 4 or more carbon atoms, which may have a linear or branched alkyl group, such as butylbenzene, cyclohexylbenzene, tetralin, butylbenzene, and dodecylbenzene; These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Here, if the alcohol-based solution is used as the viscosity adjusting solution, the alcohol-based solution easily absorbs water. Therefore, the storage control of the solution requires attention. However, if the alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms is used as the viscosity adjusting solution, it is hydrophobic. Therefore, there is an advantage that it is easy to store.
Further, an alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms has an advantage that the viscosity can be adjusted by changing the structure of the alkyl group (for example, lengthening the alkyl chain).
In addition, since the alcohol-based solution has a high viscosity, it is suitable for preparing a solution suitable for a film forming process (for example, an ink jet method) that requires a high solution viscosity.

なお、前記粘度調整液の種類や混合量等は、各種の成膜プロセスに必要な粘度に応じて適宜選択されうる。炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液とは、即ち、芳香族であって炭素数4以上のアルキル置換基を有するものをいう。前記アルキル置換基の炭素数の上限については特に定めるものではないが、例えば、50程度を上限にすることが例として挙げられる。このように芳香族系溶媒、ハロゲン系溶媒及びエーテル系溶媒のうちから溶媒を選択することにより、カーボン膜材料を必要量(例えば、1質量%)以上溶媒に溶解させることができる。   In addition, the kind, mixing amount, etc. of the said viscosity adjusting liquid can be suitably selected according to the viscosity required for various film-forming processes. The alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms means an aromatic solution having an alkyl substituent having 4 or more carbon atoms. The upper limit of the carbon number of the alkyl substituent is not particularly defined, but for example, the upper limit is about 50. Thus, by selecting a solvent from an aromatic solvent, a halogen solvent, and an ether solvent, the carbon film material can be dissolved in a necessary amount (for example, 1% by mass) or more in the solvent.

また、前記粘度調整液としてアルコール系溶液、ケトン系溶液、パラフィン系溶液及び炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液のうちから選択した溶液を加えると、カーボン膜材料含有溶液の粘度を増加させて各種の塗布手段(例えば、インクジェット、ノズルプリント、スピンコート)に適した粘度に調整することができる。
なお、溶媒は、芳香族系溶媒、ハロゲン系溶媒及びエーテル系溶媒のうちから選択される少なくとも一つであり、2つ以上を混合してもよいことはもちろんである。
同様に、粘度調整液も、アルコール系溶液、ケトン系溶液、パラフィン系溶液及び炭素数4以上のアルキル置換芳香族系溶液のうちから選択される少なくとも一つであり、2つ以上を混合してもよいことはもちろんである。
Further, when a solution selected from an alcohol solution, a ketone solution, a paraffin solution and an alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms is added as the viscosity adjusting solution, the viscosity of the carbon film material-containing solution is increased. Thus, the viscosity can be adjusted to be suitable for various application means (for example, inkjet, nozzle printing, spin coating).
The solvent is at least one selected from an aromatic solvent, a halogen solvent, and an ether solvent, and of course, two or more may be mixed.
Similarly, the viscosity adjusting liquid is at least one selected from an alcohol solution, a ketone solution, a paraffin solution, and an alkyl-substituted aromatic solution having 4 or more carbon atoms. Of course it is good.

<ポリフェニレン原料の合成例:モノマーの誘導>
下記反応式A2に、ポリフェニレン原料の合成例をモノマーから誘導する具体的方法を開示するが、本発明に関わる合成方法はこれらの合成例に限定されるものではない。なお、前記式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又はアリール基から選択されるいずれかである(以下、同様)。
<Synthesis example of polyphenylene raw material: Induction of monomer>
A specific method for deriving synthesis examples of polyphenylene raw materials from monomers is disclosed in the following reaction formula A2, but the synthesis method according to the present invention is not limited to these synthesis examples. In the above formula, R 1 is any one selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an aryl group (hereinafter the same).

<反応式A2>
<Reaction Formula A2>

<モノマーの製造例>
・[工程1]AIBNとNBSを用いた臭素化もしくはBrを用いた臭素化により製造することができる。
・[工程2]一般的なエステル化方法、エーテル化方法を用いることができるが、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド5水和物とR−COOH、DBUと塩基及びR−COOHを用いることでも形成することができる。Williamsonエーテル合成を用いることでエーテル基を形成することも容易である。これにより本発明で用いられるアシルオキシ基、例えば(3)を形成することができる。
・[工程3]ジブロモジヨードベンゼン(4)とジボロン体とのSuzukiカップリングによって得られる。ジボロンエステルが好ましく用いられ、例えば、ビス(カテコラート)ジボロン、ビス(ヘキシレングリコラート)ジボロン、ビス(ピナコラート)ジボロン、ビス(ネオペンチル)ジボロンなどが好ましく用いられる。
・[工程4]ジヨードベンゼンとのSuzukiカップリング反応により製造できる。
・[工程5]工程3と同様に製造することができる。
・[工程6]アシルオキシ基を有する化合物(3)とジボロン体(7)のSuzukiカップリング反応により製造できる。
・[工程7]ジボロンジブロモ化合物とビフェニルボロン酸化合物とのSuzukiカップリング反応により製造できる。
・[工程8]化合物(9)を脱水極低温の状態で、有機リチウム、例えば、n−BuLiを加えリチオ化し、トリメチルスズクロライドと反応することで、トリメチルスズ体(10)を得ることができる。
これにより本発明で用いられるモノマーの一例を製造することができる。
<Example of monomer production>
[Step 1] It can be produced by bromination using AIBN and NBS or bromination using Br 2 .
[Step 2] A general esterification method or etherification method can be used. For example, tetramethylammonium hydroxide pentahydrate and R-COOH, DBU, base, and R-COOH are also used. can do. It is also easy to form an ether group by using Williamson ether synthesis. Thereby, the acyloxy group used in the present invention, for example, (3) can be formed.
[Step 3] Obtained by Suzuki coupling of dibromodiiodobenzene (4) and a diboron compound. Diboron esters are preferably used. For example, bis (catecholate) diboron, bis (hexylene glycolate) diboron, bis (pinacolato) diboron, bis (neopentyl) diboron and the like are preferably used.
[Step 4] It can be produced by a Suzuki coupling reaction with diiodobenzene.
[Step 5] It can be produced in the same manner as in Step 3.
[Step 6] The compound can be produced by a Suzuki coupling reaction of a compound (3) having an acyloxy group and a diboron (7).
[Step 7] It can be produced by a Suzuki coupling reaction of a diboron dibromo compound and a biphenylboronic acid compound.
[Step 8] Trimethyltin body (10) can be obtained by reacting compound (9) with trimethyltin chloride by adding organolithium, for example, n-BuLi, to lithiate in a dehydrated cryogenic state. .
Thereby, an example of the monomer used by this invention can be manufactured.

<重合体の製造例>
<<製造例1>>
<Example of polymer production>
<< Production Example 1 >>

前述した化合物(8)とジボロン酸とのSuzukiカップリング反応を用いることで、共重合体を合成することができる。   A copolymer can be synthesized by using the Suzuki coupling reaction between the compound (8) and diboronic acid.

<<製造例2>>
前記化合物(8)とジボロンとのSuzukiカップリング反応を用いることで、ホモカップリングを行うことができる。また、前記化合物(8)を用い、Yamamoto反応を用いることでも得ることができる。
<< Production Example 2 >>
By using a Suzuki coupling reaction between the compound (8) and diboron, homocoupling can be performed. It can also be obtained by using the Yamamoto reaction using the compound (8).

<<製造例3>>
前記化合物(8)と化合物(10)とのStilleカップリング反応を用いることで共重合体を得ることができる。
<< Production Example 3 >>
A copolymer can be obtained by using a Stille coupling reaction between the compound (8) and the compound (10).

<ポリフェニレン原料の合成例:重合>
以下重合法について更に詳しく説明する。
本発明のカーボン膜のポリフェニレン原料の製造方法は、電界重合法、酸化的重合、化学的重合などの方法が挙げられるが、化学的重合が好ましく、結合部位が選択的に結合し、高分子量でありながら、溶媒に可溶な重合体が得られやすい。
前記ポリフェニレン原料を製造するには、モノマーが必要であるが、モノマーの製造方法は一般的な有機合成により製造することができる。
<Synthesis example of polyphenylene raw material: polymerization>
Hereinafter, the polymerization method will be described in more detail.
Examples of the method for producing the polyphenylene raw material for the carbon film of the present invention include methods such as electric field polymerization, oxidative polymerization, and chemical polymerization. Chemical polymerization is preferable, the bonding sites are selectively bonded, and the molecular weight is high. However, it is easy to obtain a polymer soluble in a solvent.
In order to produce the polyphenylene raw material, a monomer is required, and the method for producing the monomer can be produced by general organic synthesis.

前記 ポリフェニレン原料の製造方法において、縮合重合の方法としては、特に制限はなく、縮合重合に関与する置換基に応じて、既知の縮合反応を用いることができる。例えば、該当するモノマーをSuzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、Stilleカップリング反応により重合する方法、Ni(0)錯体により重合する方法、FeCl等の酸化剤により重合する方法、又は電気化学的に酸化重合する方法など、公知の方法が例示される。
これらの中でも、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、Stilleカップリング反応により重合する方法、ニッケルゼロ価錯体により重合する方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。
In the method for producing the polyphenylene raw material, the method for condensation polymerization is not particularly limited, and a known condensation reaction can be used depending on the substituent involved in the condensation polymerization. For example, a method of polymerizing a corresponding monomer by a Suzuki coupling reaction, a method of polymerizing by a Grignard reaction, a method of polymerizing by a Stille coupling reaction, a method of polymerizing by a Ni (0) complex, or a polymerization by an oxidizing agent such as FeCl 3 A known method such as a method or a method of electrochemically oxidative polymerization is exemplified.
Among these, the method of polymerizing by Suzuki coupling reaction, the method of polymerizing by Grignard reaction, the method of polymerizing by Stille coupling reaction, and the method of polymerizing by nickel zero-valent complex are preferable in terms of easy structure control.

重合に関与する置換基として好ましい置換基は重合反応の種類によって異なるが、例えば、Yamamoto反応等の0価ニッケル錯体を用いる場合には、ハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基、アリールアルキルスルホネート基などが挙げられる。また、Suzukiカップリング反応等のニッケル触媒又はパラジウム触媒を用いる場合には、アルキルスルホネート基、ハロゲン原子、ホウ酸エステル基、−B(OH)などが挙げられる。 A preferable substituent as a substituent involved in the polymerization varies depending on the kind of the polymerization reaction. For example, when a zerovalent nickel complex such as Yamamoto reaction is used, a halogen atom, an alkyl sulfonate group, an aryl sulfonate group, an aryl alkyl sulfonate group Etc. Moreover, when using nickel catalysts or palladium catalysts, such as a Suzuki coupling reaction, an alkyl sulfonate group, a halogen atom, a boric acid ester group, -B (OH) 2 etc. are mentioned.

アリールハロゲン化物のハロゲン原子としては、反応性の観点からヨウ素化物又は臭素化物が好ましい。
Grignard反応の場合には、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタンなどのエーテル系溶媒中でハロゲン化物と金属Mgとを反応させてGrignard試薬溶液とし、これと別に用意したモノマー溶液とを混合し、ニッケル又はパラジウム触媒を過剰反応に注意しながら添加した後に昇温して還流させながら反応させる方法が例示される。
前記Grignard試薬は、前記モノマーに対して1当量以上が好ましく、1当量〜1.5当量がより好ましく、1当量〜1.2当量が更に好ましい。これら以外の方法で重合する場合も、公知の方法に従って反応させることができる。
The halogen atom of the aryl halide is preferably an iodide or bromide from the viewpoint of reactivity.
In the case of the Grignard reaction, a halide and metal Mg are reacted in an ether solvent such as tetrahydrofuran, diethyl ether, dimethoxyethane or the like to form a Grignard reagent solution, which is mixed with a monomer solution prepared separately, and nickel or An example is a method in which a palladium catalyst is added while paying attention to excess reaction, and then reacted while heating to reflux.
The Grignard reagent is preferably 1 equivalent or more, more preferably 1 equivalent to 1.5 equivalents, still more preferably 1 equivalent to 1.2 equivalents, relative to the monomer. Also in the case of polymerizing by a method other than these, the reaction can be carried out according to a known method.

Suzukiカップリング反応に用いられるアリールホウ素化合物としては、例えば、アリールボロン酸、アリールボロン酸エステル、アリールボロン酸塩などが挙げられる。
これらの中でも、アリールボロン酸エステルは、アリールボロン酸のように三無水物(ボロキシン)を生成しない、また、結晶性が高く、精製が容易である点からより好ましい。
Examples of the aryl boron compound used in the Suzuki coupling reaction include aryl boronic acid, aryl boronic acid ester, aryl boronic acid salt and the like.
Among these, aryl boronic acid esters are more preferable because they do not produce a dianhydride (boroxine) like aryl boronic acids, are highly crystalline, and are easily purified.

前記アリールボロン酸エステルの合成方法としては、例えば、(i)アリールボロン酸とアルキルジオールを無水有機溶媒中にて加熱反応する方法、(ii)アリールハロゲン化物のハロゲン部位をメタル化した後に、アルコキシボロンエステルを加える反応による方法、(iii)アリールハロゲンのグリニャール試薬を調製した後に、アルコキシボロンエステルを加える反応による方法、(iv)アリールハロゲン化物とビス(ピナコラート)ジボロンやビス(ネオペンチルグリコラート)ジボロンをパラジウム触媒下にて加熱反応する方法などが挙げられる。   Examples of the method for synthesizing the aryl boronic acid ester include (i) a method in which an aryl boronic acid and an alkyl diol are heated and reacted in an anhydrous organic solvent, and (ii) metallization of the halogen moiety of the aryl halide, followed by alkoxy (Iii) a method by a reaction by adding an alkoxyboron ester after preparing a Grignard reagent of aryl halogen, (iv) an aryl halide and bis (pinacolato) diboron or bis (neopentyl glycolate) Examples thereof include a method in which diboron is heated and reacted in the presence of a palladium catalyst.

前記パラジウム触媒としては、例えば、Pd(PPh、PdCl(PPh、Pd(OAc)、PdCl又はパラジウムカーボンに配位子として別途トリフェニルホスフィンを加える、など種々の触媒を用いることができる。これらの中でも、Pd(PPh特に好ましい。 Examples of the palladium catalyst include various catalysts such as Pd (PPh 3 ) 4 , PdCl 2 (PPh 3 ) 2 , Pd (OAc) 2 , PdCl 2, or triphenylphosphine separately added to palladium carbon as a ligand. Can be used. Among these, Pd (PPh 3 ) 4 is particularly preferable.

Suzukiカップリング反応においては塩基が必要であるが、NaCO、NaHCO、KCOなどの比較的弱い塩基が良好な結果を与える。立体障害等の影響を受ける場合には、Ba(OH)やKPOなどの強塩基が有効である。その他苛性ソーダ、苛性カリ、金属アルコシド等、例えば、カリウムt−ブトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、リチウムt−ブトキシド、カリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、カリウムメトキシドなどが挙げられる。 The Suzuki coupling reaction requires a base, but relatively weak bases such as Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , K 2 CO 3 give good results. When affected by steric hindrance or the like, strong bases such as Ba (OH) 2 and K 3 PO 4 are effective. Other caustic soda, caustic potash, metal alkoxide, etc., for example, potassium t-butoxide, sodium t-butoxide, lithium t-butoxide, potassium 2-methyl-2-butoxide, sodium 2-methyl-2-butoxide, sodium methoxide, sodium ethoxy And potassium ethoxide.

また、反応をよりスムーズに進行させるために相間移動触媒を用いてもよい。前記相間移動触媒としては、例えば、テトラアルキルハロゲン化アンモニウム、テトラアルキル硫酸水素アンモニウム、又はテトラアルキル水酸化アンモニウムなどが挙げられる。好ましい例としては、テトラ−n−ブチルハロゲン化アンモニウム、ベンジルトリエチルハロゲン化アンモニウム、トリカプリルイルメチル塩化アンモニウムである。   Further, a phase transfer catalyst may be used in order to make the reaction proceed more smoothly. Examples of the phase transfer catalyst include tetraalkyl ammonium halide, tetraalkyl ammonium hydrogen sulfate, and tetraalkyl ammonium hydroxide. Preferred examples include tetra-n-butyl ammonium halide, benzyltriethyl ammonium halide, and tricaprylylmethyl ammonium chloride.

反応溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、2−メトキシエタノール、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル等のアルコール及びエーテル系、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル系の他、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどが挙げられる。   Examples of the reaction solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, 2-methoxyethanol, 1,2-dimethoxyethane, and bis (2-methoxyethyl) ether, and ether ethers, and cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran. In addition, benzene, toluene, xylene, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like can be mentioned.

Yamamoto反応において用いられるゼロ価のニッケル錯体としては、例えば、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)、(エチレン)ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(0)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケルなどがあげられる。これらの中でも、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)が好ましい。   Examples of the zero-valent nickel complex used in the Yamamoto reaction include bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0), (ethylene) bis (triphenylphosphine) nickel (0), and tetrakis (triphenylphosphine). For example, nickel. Among these, bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0) is preferable.

前記重合反応の反応温度は、用いるモノマーの反応性、また、反応溶媒により適宜設定されるが、溶媒の沸点以下に抑えることが好ましい。
前記重合反応における反応時間は、用いるモノマーの反応性、又は、望まれる重合体の分子量などにおいて適宜設定することができ、2時間〜50時間が好ましく、5時間〜24時間がより好ましい。
The reaction temperature of the polymerization reaction is appropriately set depending on the reactivity of the monomer used and the reaction solvent, but it is preferable to keep it below the boiling point of the solvent.
The reaction time in the polymerization reaction can be appropriately set in terms of the reactivity of the monomers used or the molecular weight of the desired polymer, and is preferably 2 hours to 50 hours, more preferably 5 hours to 24 hours.

また、以上の重合操作において分子量を調節するために分子量調節剤、又は末端修飾基として重合体の末端を封止するための封止剤を反応系に添加することも可能であり、反応開始時に添加しておくことも可能である。したがって、本発明における重合体の末端には停止剤に基づく基が結合してもよい。
前記分子量調節剤、末端封止剤としては、例えば、フェニルボロン酸、ブロモベンゼン、ヨウ化ベンゼン等、反応活性基を1個有する化合物が挙げられる。
It is also possible to add a molecular weight regulator in order to adjust the molecular weight in the above polymerization operation, or a sealing agent for sealing the end of the polymer as a terminal modifying group to the reaction system. It is also possible to add it. Accordingly, a group based on a terminator may be bonded to the end of the polymer in the present invention.
Examples of the molecular weight regulator and the end-capping agent include compounds having one reactive group such as phenylboronic acid, bromobenzene, and iodide benzene.

前記ポリフェニレン原料の平均分子量は、ポリスチレン換算による数平均分子量で、1,000〜1,000,000が好ましく、2,000〜500,000がより好ましい。
前記数平均分子量が、小さすぎる場合には、クラックの発生等の成膜性が悪化し実用性に乏しくなる。加えて、原料の分子量によってカーボン膜の分子量が決定されるため低分子量は好ましくない。一方、前記数平均分子量が、大きすぎる場合には、一般の有機溶媒への溶解性が悪くなり、溶液の粘度が高くなって塗工が困難になり、やはり実用上問題になる。
The average molecular weight of the polyphenylene raw material is a number average molecular weight in terms of polystyrene, preferably 1,000 to 1,000,000, and more preferably 2,000 to 500,000.
When the number average molecular weight is too small, the film formability such as generation of cracks is deteriorated and the practicality becomes poor. In addition, since the molecular weight of the carbon film is determined by the molecular weight of the raw material, a low molecular weight is not preferable. On the other hand, when the number average molecular weight is too large, the solubility in a general organic solvent is deteriorated, the viscosity of the solution becomes high and coating becomes difficult, which is also a practical problem.

以上のようにして得られた本発明で用いるポリフェニレン原料は、重合に使用した塩基、未反応モノマー、末端停止剤、又、重合中に発生した無機塩等の不純物を除去して使用される。これら精製操作は再沈澱、抽出、ソックスレー抽出、限外濾過、透析等をはじめとする従来公知の方法を使用できる。   The polyphenylene raw material used in the present invention obtained as described above is used after removing impurities such as bases, unreacted monomers, terminal terminators used in the polymerization, and inorganic salts generated during the polymerization. For these purification operations, conventionally known methods such as reprecipitation, extraction, Soxhlet extraction, ultrafiltration, dialysis and the like can be used.

<ポリフェニレン原料の可溶性基の除去>
前記ポリフェニレン原料の可溶性基の除去は、下記反応式A3に示す置換基脱離化合物の離脱反応によって除去される。
<Removal of soluble groups from polyphenylene raw material>
The removal of the soluble group of the polyphenylene raw material is removed by the elimination reaction of the substituent leaving compound shown in the following reaction formula A3.

<反応式A3>
ただし、前記反応式A3中、X及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは、隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<Reaction Formula A3>
However, in the reaction formula A3, one of X and Y is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these may be bonded to each other to form a ring.

前記ポリフェニレン原料に修飾されている前記一般式(A)で表される部分構造は、エネルギー付与により前記一般式(B)で表される芳香族基(π電子共役部位)とX−Yで表される化合物に変換する。   The partial structure represented by the general formula (A) modified to the polyphenylene raw material is represented by X—Y with an aromatic group (π electron conjugated site) represented by the general formula (B) by energy application. Is converted to

前記一般式(A)で表される部分構造には置換基の立体的な配置が異なる異性体が複数存在するが、いずれも前記一般式(B)で示される特定部分構造へと変換され、脱離成分は同一であることに変わりはない。
前記一般式(A)で表される化合物から脱離する基であるX及びYは脱離性置換基と定義され、それらが結合して生成したX−Yは脱離成分と定義される。脱離成分は固体、液体、気体の3態を取りえるが、系外への除去を考えると、脱離成分が液体又は気体であることが好ましく、特に好ましくは常温で気体であること又は、脱離反応を行う温度において気体となることである。
In the partial structure represented by the general formula (A), there are a plurality of isomers having different steric arrangements of substituents, all of which are converted into the specific partial structure represented by the general formula (B), The desorbing component remains the same.
X and Y, which are groups leaving from the compound represented by the general formula (A), are defined as a leaving substituent, and XY formed by combining them is defined as a leaving component. The desorbing component can take three states of solid, liquid, and gas, but considering removal to the outside of the system, the desorbing component is preferably liquid or gas, particularly preferably a gas at normal temperature, It becomes a gas at the temperature at which the elimination reaction is performed.

前記脱離成分の沸点としては大気圧(1,013hPa)において、500℃以下が好ましく、系外への除去の容易さと生成するπ共役化合物の分解・昇華温度を考えると、400℃以下がより好ましく、300℃以下が更に好ましい。   The boiling point of the desorbing component is preferably 500 ° C. or lower at atmospheric pressure (1,013 hPa). Considering the ease of removal out of the system and the decomposition / sublimation temperature of the π-conjugated compound produced, 400 ° C. or lower is more preferable. Preferably, 300 degrees C or less is still more preferable.

以下に、前記一般式(A)におけるXが置換されていてもよいアシルオキシ基であり、Y及びQ,Qが水素原子である場合を一例とし、下記反応式A4にその離脱反応による変換の式を示す。なお、本発明における置換基脱離化合物の離脱反応による変換はこれに限定されるものではない。 In the following, in the general formula (A), X is an optionally substituted acyloxy group, and Y, Q 1 , and Q 6 are hydrogen atoms as an example. The following formula is shown. The conversion by the leaving reaction of the substituent leaving compound in the present invention is not limited to this.

<反応式A4>
なお、前記式中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又はアリール基から選択されるいずれかである(以下、同様)。
<Reaction Formula A4>
In the above formula, R 3 is any one selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an aryl group (hereinafter the same).

上記の例の場合、エネルギー付与(加熱)により、前記一般式(C)で表されるシクロヘキサジエン環構造から、脱離成分として前記一般式(E)で表されるアルキル鎖を有するカルボン酸が脱離し、前記一般式(D)で表されるベンゼン環を含む構造の特定化合物に変換される。加熱温度がカルボン酸の沸点を超えている場合にはカルボン酸は速やかに気体となる。   In the case of the above example, by applying energy (heating), a carboxylic acid having an alkyl chain represented by the general formula (E) as a leaving component from the cyclohexadiene ring structure represented by the general formula (C). It is desorbed and converted into a specific compound having a structure containing a benzene ring represented by the general formula (D). When the heating temperature exceeds the boiling point of the carboxylic acid, the carboxylic acid quickly becomes a gas.

以下に、一般式(F)で表される化合物から脱離成分が脱離する機構について、下記反応式A5により概略を示す。   Hereinafter, the mechanism by which the desorbing component is desorbed from the compound represented by the general formula (F) is outlined by the following reaction formula A5.

<反応式A5>
本発明で用いられるシクロヘキサジエン環構造からの脱離成分の脱離機構は前記一般式(F)から前記一般式(H)への変換である。説明を補足するため、シクロヘキセン環[前記一般式(G)]の場合の脱離機構も含めて示す。
<Reaction Formula A5>
The elimination mechanism of the elimination component from the cyclohexadiene ring structure used in the present invention is the conversion from the general formula (F) to the general formula (H). In order to supplement the explanation, the elimination mechanism in the case of the cyclohexene ring [general formula (G)] is also shown.

前記反応式A5に示すように、前記一般式(F)で表されるシクロヘキセン環の場合、六員環状の遷移状態を取ることで、β−炭素上の水素原子がカルボニルの酸素原子上へと1,5−転位することで協奏的な脱離反応が起こり、カルボン酸化合物が脱離し、シクロヘキセン環構造から一般式(H)で表されるようなベンゼン環構造へと変換される。
2つのアシルオキシ基を有するシクロヘキセン構造を有する化合物[前記一般式(F)]の場合、脱離反応は2段階で進行すると考えられ、まず一つのカルボン酸が脱離して前記一般式(G)で表されるシクロヘキサジエン環構造となる。
この時、前記一般式(F)で表される2置換体からカルボン酸1分子を脱離させるために必要な活性化エネルギーは、前記一般式(G)で表される1置換体から同1分子を脱離させるのに要するそれに比べて、十分に大きいため、反応は速やかに2段階進行し、前記一般式(H)で表される構造まで変換される。
As shown in the reaction formula A5, in the case of the cyclohexene ring represented by the general formula (F), by taking a transition state of a six-membered ring, the hydrogen atom on the β-carbon is transferred onto the oxygen atom of the carbonyl. The 1,5-rearrangement causes a concerted elimination reaction, whereby the carboxylic acid compound is eliminated and converted from a cyclohexene ring structure to a benzene ring structure represented by the general formula (H).
In the case of a compound having a cyclohexene structure having two acyloxy groups [the general formula (F)], the elimination reaction is considered to proceed in two stages. First, one carboxylic acid is eliminated and the general formula (G) The resulting cyclohexadiene ring structure is obtained.
At this time, the activation energy required to desorb one molecule of carboxylic acid from the disubstituted product represented by the general formula (F) is the same as that of the 1 substituted product represented by the general formula (G). Since it is sufficiently larger than that required for desorbing the molecule, the reaction proceeds rapidly in two steps and converted to the structure represented by the general formula (H).

ここで、置換基(アシルオキシ基と水素等)の位置関係の違いによる、複数の立体異性体が存在する場合においても、反応の速度は異なるが上記反応は進行する。
前記シクロヘキサジエン骨格の、脱離反応の低温化はアシルオキシ基だけに限られるわけではなく、エーテル基などでも同様の効果が見られる。
前記反応式A5においてβ炭素上の水素原子の引き抜き、転移が反応の第一段階であるため、酸素原子の水素原子を引きつける力が強いほど反応は起こりやすいと考えられる。その度合いは、例えば、アシルオキシ基側のアルキル鎖によっても変わってくるし、酸素原子を同じく第16族の元素である硫黄、セレン、テルル、ポロニウムなどのカルコゲン原子などに変えることによっても変化する。
Here, even when there are a plurality of stereoisomers due to the difference in the positional relationship between substituents (acyloxy group and hydrogen, etc.), the above reaction proceeds although the reaction rate is different.
The temperature reduction of the elimination reaction of the cyclohexadiene skeleton is not limited to the acyloxy group, and the same effect can be seen with an ether group or the like.
In the reaction formula A5, the extraction and transfer of hydrogen atoms on the β carbon are the first stage of the reaction. Therefore, the stronger the force of attracting hydrogen atoms of oxygen atoms, the more likely the reaction occurs. The degree varies depending on, for example, the alkyl chain on the acyloxy group side, and also varies by changing the oxygen atom to a chalcogen atom such as sulfur, selenium, tellurium, polonium or the like, which is also a group 16 element.

この脱離反応を行うために付与(印加)するエネルギーとしては、熱、光、電磁波が挙げられるが、反応性及び収率、後処理の観点から、熱エネルギーあるいは光エネルギーが好ましく、特に熱エネルギーが好ましい。また、酸又は塩基の存在下で上記エネルギーを印加してもよい。
通常、前記脱離反応には、官能基の構造にも依存するが、反応速度及び反応率の観点から加熱が必要となることが多い。脱離反応を行うための加熱の方法には、支持体上で加熱する方法、オーブン内で加熱する方法、マイクロ波の照射による方法、レーザーを用いて光を熱に変換して加熱する方法、光熱変換層を用いる等種々の方法を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
Examples of the energy applied (applied) for performing this elimination reaction include heat, light, and electromagnetic waves. From the viewpoint of reactivity, yield, and post-treatment, thermal energy or light energy is preferable, and in particular, thermal energy. Is preferred. Moreover, you may apply the said energy in presence of an acid or a base.
Usually, the elimination reaction depends on the structure of the functional group, but heating is often required from the viewpoint of reaction rate and reaction rate. The heating method for performing the elimination reaction includes a method of heating on a support, a method of heating in an oven, a method of irradiation with microwaves, a method of heating by converting light into heat using a laser, Although various methods, such as using a photothermal conversion layer, can be used, it is not limited to these.

脱離反応を行うための加熱温度については、室温(およそ25℃)〜500℃の範囲を用いることが可能であり、下限温度は材料の熱安定性及び脱離成分の沸点を考え、上限温度ではエネルギー効率や、未変換分子の存在率、変換後の化合物の分解、昇華等を考慮すると、40℃〜500℃の範囲が好ましく、更に置換基脱離化合物の合成時の熱安定性を考慮すると、60℃〜500℃の範囲がより好ましく、80℃〜400℃が特に好ましい。
前記加熱の時間については、高温であるほど反応時間は短く、低温であるほど脱離反応に必要な時間は長くなる。また、置換基脱離化合物の反応性、量にもよるが、0.5分間〜120分間が好ましく、1分間〜60分間がより好ましく、1分間〜30分間が特に好ましい。
Regarding the heating temperature for carrying out the elimination reaction, it is possible to use a range of room temperature (approximately 25 ° C.) to 500 ° C. The lower limit temperature is the upper limit temperature considering the thermal stability of the material and the boiling point of the elimination component. In view of energy efficiency, the abundance of unconverted molecules, decomposition of the compound after conversion, sublimation, etc., the range of 40 ° C. to 500 ° C. is preferable, and further consideration is given to the thermal stability during the synthesis of the substituent elimination compound. Then, the range of 60 degreeC-500 degreeC is more preferable, and 80 degreeC-400 degreeC is especially preferable.
Regarding the heating time, the higher the temperature, the shorter the reaction time, and the lower the temperature, the longer the time required for the elimination reaction. Further, although depending on the reactivity and amount of the substituent-eliminating compound, it is preferably 0.5 minutes to 120 minutes, more preferably 1 minute to 60 minutes, and particularly preferably 1 minute to 30 minutes.

光を外部刺激として用いる場合は、赤外線ランプや、化合物が吸収する波長の光を照射すること(例えば、405nm以下の波長に露光)等を利用してもよい。その際に半導体レーザーを用いてもよい。例えば、近赤外域のレーザー光(通常は780nm付近の波長のレーザー光)、可視レーザー光(通常は、630nm〜680nmの範囲の波長のレーザー光)、波長390nm〜440nmのレーザー光が挙げられる。好ましくは波長390nm〜440nmのレーザー光であり、440nm以下の範囲の発振波長を有する半導体レーザー光が好適に用いられる。これらの中でも、好ましい光源としては、390nm〜440(更に好ましくは390nm〜415nm)の範囲の発振波長を有する青紫色半導体レーザー光、中心発振波長850nmの赤外半導体レーザー光を光導波路素子を使って半分の波長にした中心発振波長425nmの青紫色SHGレーザー光を挙げることができる。   When light is used as an external stimulus, an infrared lamp, irradiation with light having a wavelength absorbed by the compound (for example, exposure to a wavelength of 405 nm or less), and the like may be used. At that time, a semiconductor laser may be used. For example, near-infrared laser light (usually laser light having a wavelength near 780 nm), visible laser light (usually laser light having a wavelength in the range of 630 nm to 680 nm), and laser light having a wavelength of 390 nm to 440 nm can be mentioned. Laser light having a wavelength of 390 nm to 440 nm is preferable, and semiconductor laser light having an oscillation wavelength in the range of 440 nm or less is preferably used. Among these, as a preferable light source, blue-violet semiconductor laser light having an oscillation wavelength in the range of 390 nm to 440 (more preferably 390 nm to 415 nm) and infrared semiconductor laser light having a central oscillation wavelength of 850 nm are used using an optical waveguide device. A blue-violet SHG laser beam having a center oscillation wavelength of 425 nm and a half wavelength can be given.

前記脱離性置換基の脱離反応において、酸又は塩基は触媒として働き、より低温での変換が可能となる。これらの使用方法は特に限定はされないが、置換基脱離化合物に対してそのまま添加してもよいし、任意の溶媒に溶解させ溶液にして添加してもよいし、気化させてその雰囲気中で加熱処理を行ってもよく、光酸発生剤及び光塩基発生剤等を添加し、光照射によって系内で酸及び塩基を得てもよい。   In the elimination reaction of the leaving substituent, the acid or base acts as a catalyst, and conversion at a lower temperature is possible. The method of using these is not particularly limited, but it may be added as it is to the substituent-eliminating compound, or it may be dissolved in any solvent and added as a solution, or it is vaporized in the atmosphere. Heat treatment may be performed, a photoacid generator, a photobase generator, or the like may be added, and an acid and a base may be obtained in the system by light irradiation.

前記酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、3,3,3−トリフルオロプロピオン酸、蟻酸、リン酸、2−ブチルオクタン酸などが挙げられる。   Examples of the acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, 3,3,3-trifluoropropionic acid, formic acid, phosphoric acid, 2-butyloctanoic acid, and the like.

前記光酸発生剤としては、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩等のイオン性発生剤とイオン性光酸発生剤イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジスルホニルジアゾメタン、ニトロベンジルスルホネート等の非イオン性発生剤を用いることができる。
また、塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン類、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン等のアミジン類などを用いることができる。
また、光塩基発生剤としては、例えば、カルバマート類、アシルオキシム類、アンモニウム塩等を用いることができる。
これらの中でも、揮発性の酸又は塩基の雰囲気中に行うのが、反応後の酸塩基の系外への除去の容易さを考えると好ましい。
Examples of the photoacid generator include ionic generators such as sulfonium salts and iodonium salts and nonionic generators such as ionic photoacid generator imide sulfonate, oxime sulfonate, disulfonyldiazomethane, and nitrobenzyl sulfonate. be able to.
Examples of the base include hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, carbonates such as sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate, amines such as triethylamine and pyridine, diazabicycloundecene, dia Amidines such as zabicyclononene can be used.
As the photobase generator, for example, carbamates, acyl oximes, ammonium salts and the like can be used.
Among these, it is preferable to carry out in an atmosphere of a volatile acid or base in view of the ease of removing the acid-base after the reaction outside the system.

脱離反応を行う際の雰囲気については、上記触媒の有無に関わらず大気下においても行うことが可能であるが、酸化等の副反応及び水分の影響を除くため、更に脱離した成分の系外への排除を促すために、不活性ガス雰囲気下又は減圧下で行うことが好ましい。   The atmosphere for the desorption reaction can be performed in the air with or without the above catalyst, but in order to eliminate side reactions such as oxidation and the influence of moisture, the system of further desorbed components is used. In order to promote the exclusion to the outside, it is preferable to carry out under an inert gas atmosphere or under reduced pressure.

脱離性置換基となるアシルオキシ基等の形成方法については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、後述のアルコールとカルボン酸クロライドもしくはカルボン酸無水物を反応させる又はハロゲン原子とカルボン酸銀もしくはカルボン酸−4級アンモニウム塩の交換反応によってカルボン酸エステルを得る方法以外にも、ホスゲンとアルコールを反応させ炭酸エステルを得る方法、アルコールに二硫化炭素を加えた後、ヨウ化アルキルを反応させキサントゲン酸エステルを得る方法、三級アミンと過酸化水素あるいはカルボン酸を反応させアミンオキシドを得る方法、アルコールにオルトセレノシアノニトロベンゼンを反応させセレノキシドを得る方法などが挙げられる。   The method for forming an acyloxy group or the like to be a leaving substituent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. A later-described alcohol is reacted with a carboxylic acid chloride or a carboxylic acid anhydride or a halogen atom. In addition to the method of obtaining a carboxylic acid ester by the exchange reaction of carboxylic acid silver or carboxylic acid-quaternary ammonium salt, a method of reacting phosgene with an alcohol to obtain a carbonate ester, adding carbon disulfide to the alcohol, and then iodide Examples thereof include a method of obtaining xanthate by reacting alkyl, a method of obtaining amine oxide by reacting tertiary amine with hydrogen peroxide or carboxylic acid, and a method of obtaining selenoxide by reacting orthoselenocyanonitrobenzene with alcohol.

<ポリフェニレン原料の重合構造と可溶性基除去後の重合体構造>
ポリフェニレン原料の詳細な例示として以下のものが挙げられる。なお、X及びYは、前記一般式1及び2に記載のX〜X、Y〜Yと同様に定義される基である。
<Polyphenylene raw material polymer structure and polymer structure after removal of soluble groups>
The following are mentioned as a detailed illustration of a polyphenylene raw material. Incidentally, X and Y is a group defined as for X 1 to X 3, Y 1 to Y 3 according to the general formula 1 and 2.

より具体的には以下の構造が挙げられる。
More specifically, the following structures are mentioned.

上述に記載の通り、外部エネルギーを印加することにより例示化合物(1)から(11)は以下の特定構造に変換される。
変換前のポリフェニレン重合体を塗布し形成加工し、外部エネルギーを印加することで所望の形態の重合膜を得ることができる。
As described above, the exemplary compounds (1) to (11) are converted into the following specific structures by applying external energy.
A polymer film having a desired form can be obtained by applying and forming a polyphenylene polymer before conversion and applying external energy.

<脱水素過程>
脱水素過程は、外部エネルギーによって、ラジカル又は還元・酸化的に水素が脱離する。また、触媒などを用いて脱水素が促進されることが多数報告されている。
下記反応式A6〜A10に、特定の出発原料から得られる特定の幅又は形状を有するカーボン膜の具体的な構造を示している。このように出発原料の大きさに応じて分子短軸方向の幅や形状が異なる。なお、X及びYは、前記一般式1及び2に記載のX〜X、Y〜Yと同様に定義される基である。
<Dehydrogenation process>
In the dehydrogenation process, hydrogen is eliminated radically or reductively and oxidatively by external energy. In addition, it has been reported that dehydrogenation is promoted using a catalyst or the like.
In the following reaction formulas A6 to A10, a specific structure of a carbon film having a specific width or shape obtained from a specific starting material is shown. Thus, the width and shape in the molecular minor axis direction vary depending on the size of the starting material. Incidentally, X and Y is a group defined as for X 1 to X 3, Y 1 to Y 3 according to the general formula 1 and 2.

<反応式A6>
<Reaction Formula A6>

<反応式A7>
<Reaction Formula A7>

<反応式A8>
<Reaction Formula A8>

<反応式A9>
<Reaction Formula A9>

<反応式A10>
<Reaction Formula A10>

[外部エネルギーの印加方法]
この可溶性基の除去及び脱水素反応を行うために外部から付与(印加)するエネルギーとしては、熱、光、電磁波が挙げられるが、反応性及び収率、後処理の観点から、熱エネルギーあるいは光エネルギーが好ましく、熱エネルギーが特に好ましい。また、酸又は塩基の存在下で上記エネルギーを印加してもよい。
[Method of applying external energy]
Examples of the energy applied (applied) from the outside in order to remove the soluble group and perform the dehydrogenation reaction include heat, light, and electromagnetic waves. From the viewpoint of reactivity, yield, and post-treatment, thermal energy or light is used. Energy is preferred and thermal energy is particularly preferred. Moreover, you may apply the said energy in presence of an acid or a base.

加熱の方法としては、支持体上で加熱する方法、オーブン内で加熱する方法、マイクロ波の照射による方法、レーザーを用いて光を熱に変換して加熱する方法、光熱変換層を用いる等種々の方法を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
加熱温度については、室温(およそ25℃)〜2,000℃の範囲を用いることが可能であり、下限温度は材料の熱安定性及び脱離成分の沸点を考え、上限温度ではエネルギー効率や、用いられる基板、未変換分子の存在率、変換後の化合物の分解、昇華等を考慮すると、40℃〜1,000℃の範囲が好ましく、更に置換基脱離化合物の合成時の熱安定性を考慮すると、60℃〜800℃の範囲がより好ましく、100℃〜650℃の範囲が更に好ましい。
加熱の時間については、高温であるほど反応時間は短く、低温であるほど長くなる。また、可溶性基の除去の時間は、0.5分間〜120分間が好ましく、1分間〜60分間がより好ましく、1分間〜30分間が特に好ましい。
脱水素反応における時間は、0.5分間〜12時間が好ましく、10分間〜2時間がより好ましく、30分間〜1時間が特に好ましい。
As a heating method, there are various methods such as a method of heating on a support, a method of heating in an oven, a method of irradiation with microwaves, a method of converting light into heat using a laser, a method of using a photothermal conversion layer, etc. However, it is not limited to these methods.
Regarding the heating temperature, it is possible to use a range of room temperature (approximately 25 ° C.) to 2,000 ° C., and the lower limit temperature considers the thermal stability of the material and the boiling point of the desorbing component. Considering the substrate to be used, the abundance of unconverted molecules, the decomposition of the compound after conversion, sublimation, etc., the range of 40 ° C. to 1,000 ° C. is preferable, and further the thermal stability during the synthesis of the substituent elimination compound In consideration, the range of 60 ° C to 800 ° C is more preferable, and the range of 100 ° C to 650 ° C is more preferable.
Regarding the heating time, the higher the temperature, the shorter the reaction time, and the longer the temperature, the longer the reaction time. The time for removing the soluble group is preferably 0.5 minutes to 120 minutes, more preferably 1 minute to 60 minutes, and particularly preferably 1 minute to 30 minutes.
The time in the dehydrogenation reaction is preferably 0.5 minutes to 12 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours, and particularly preferably 30 minutes to 1 hour.

光を外部刺激として用いる場合は、赤外線ランプや、化合物が吸収する波長の光を照射すること(例えば、405nm以下の波長に露光)等を利用してもよい。その際に半導体レーザーを用いてもよい。例えば、近赤外域のレーザー光(通常は780nm付近の波長のレーザー光)、可視レーザー光(通常は、630nm〜680nmの範囲の波長のレーザー光)、波長390nm〜440nmのレーザー光が挙げられる。これらの中でも、波長390nm〜440nmのレーザー光が好ましく、440nm以下の範囲の発振波長を有する半導体レーザー光が好適に用いられる。中でも好ましい光源としては、390nm〜440(更に好ましくは390nm〜415nm)の範囲の発振波長を有する青紫色半導体レーザー光、中心発振波長850nmの赤外半導体レーザー光を光導波路素子を使って半分の波長にした中心発振波長425nmの青紫色SHGレーザー光を挙げることができる。
加熱するときの雰囲気は周囲に酸素が含まれていないことが好ましい。
When light is used as an external stimulus, an infrared lamp, irradiation with light having a wavelength absorbed by the compound (for example, exposure to a wavelength of 405 nm or less), and the like may be used. At that time, a semiconductor laser may be used. For example, near-infrared laser light (usually laser light having a wavelength near 780 nm), visible laser light (usually laser light having a wavelength in the range of 630 nm to 680 nm), and laser light having a wavelength of 390 nm to 440 nm can be mentioned. Among these, a laser beam having a wavelength of 390 nm to 440 nm is preferable, and a semiconductor laser beam having an oscillation wavelength in the range of 440 nm or less is preferably used. Among these, as a preferable light source, a blue-violet semiconductor laser beam having an oscillation wavelength in the range of 390 nm to 440 (more preferably 390 nm to 415 nm) and an infrared semiconductor laser beam having a central oscillation wavelength of 850 nm are half wavelength using an optical waveguide device. And blue-violet SHG laser light having a central oscillation wavelength of 425 nm.
The atmosphere when heating is preferably free of oxygen in the surroundings.

<触媒>
脱水素反応を促進させるために、触媒を用いることが好ましい。グラフェンの製造方法で用いられるような触媒が好ましく用いられ、例えば、結晶化した金属膜を用いることが挙げられる。カーボン材料の六員環の方位を揃えてエピタキシャルに合成できる方法が報告されており、Au、Ag、Cu、Ni、Fe、Coなどの結晶膜が挙げられる。また、HOPGなどの結晶膜も好ましく用いられる。これらに出発原料であるポリフェニレンを密着させることで触媒として機能する。支持基板上に結晶膜を設けその上にポリフェニレンを塗布することにより密着させる方法が好ましく用いられる。更に化学的な触媒も用いることができ、例えば、酸化剤を用いることで、脱水素反応であるScholl反応を促進することができる。例えば、塩化アルミニウム、塩化鉄(III)、塩化銅(II)、PIFA、ボロントリフルオライドエセレート、塩化モリブデン(V)、四酢酸鉛などが挙げられる。これらは原料と共に溶解・分散させて用いてもよい。
<Catalyst>
In order to promote the dehydrogenation reaction, it is preferable to use a catalyst. A catalyst such as that used in the graphene production method is preferably used. For example, a crystallized metal film can be used. There has been reported a method capable of epitaxially synthesizing the orientation of the six-membered ring of the carbon material, and examples thereof include crystal films of Au, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, and the like. A crystal film such as HOPG is also preferably used. By adhering polyphenylene as a starting material to these, it functions as a catalyst. A method in which a crystal film is provided on a support substrate and polyphenylene is applied thereon is preferably used. Furthermore, a chemical catalyst can also be used. For example, by using an oxidizing agent, the Scholl reaction which is a dehydrogenation reaction can be promoted. For example, aluminum chloride, iron (III) chloride, copper (II) chloride, PIFA, boron trifluoride etherate, molybdenum chloride (V), lead tetraacetate and the like can be mentioned. These may be used by dissolving and dispersing together with the raw materials.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
−カーボン膜の作製−
以下の反応式に基づき、カーボン膜を作製した。
(Example 1)
-Fabrication of carbon film-
A carbon film was prepared based on the following reaction formula.

(過程1)溶解基の除去
ポリフェニレン重合体1(重合度25,000)を塗工する基板としては、洗浄液、超純水、及びイソプロピルアルコール(IPA)をそれぞれ用いて超音波洗浄した石英基板を用いた。
ポリフェニレン重合体1をテトラヒドロフラン(THF)に対して5質量%加えた溶液を調製し、前記石英基板上にスピンコート法により成膜した。成膜後に窒素雰囲気下、280℃で30分間加熱してポリフェニレン重合体1から可溶性基を除去した重合体膜を得た。
(Process 1) Removal of dissolved group As a substrate on which the polyphenylene polymer 1 (degree of polymerization 25,000) is applied, a quartz substrate that has been subjected to ultrasonic cleaning using a cleaning liquid, ultrapure water, and isopropyl alcohol (IPA), respectively. Using.
A solution in which 5% by mass of polyphenylene polymer 1 was added to tetrahydrofuran (THF) was prepared, and a film was formed on the quartz substrate by spin coating. After the film formation, a polymer film in which soluble groups were removed from the polyphenylene polymer 1 was obtained by heating at 280 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.

(過程2)脱水素反応
アルゴン雰囲気下、石英基板上に成膜した重合体膜を塩化鉄(III)の20質量%ジクロロメタン溶液に30分間浸漬後、メタノールで洗浄することでカーボン膜を得た。
(Process 2) Dehydrogenation reaction A polymer film formed on a quartz substrate in an argon atmosphere was immersed in a 20% by mass dichloromethane solution of iron (III) chloride for 30 minutes and then washed with methanol to obtain a carbon film. .

ここで用いたポリフェニレン重合体1のTG及びDSCの測定結果を図1に示す。また、ポリフェニレン重合体1(溶解性重合体)と可溶性基を除去した重合体膜(重合体)の吸収スペクトルの結果を図2に示す。また、重合体膜とカーボン膜(グラフェンナノリボン膜)の吸収スペクトルの結果を図3に示す。更に、薄膜のラマン分光(Nanofinder)により、カーボン膜が得られていることが確認された。また、元素分析結果から、炭素と水素のみが観測されている。
TG及びDSCは、X−DSC7000及びTG/DTA7200(SII社製)を用いて測定した。
吸収スペクトルは、U3300(日立製作所製)を用いて測定した。
The TG and DSC measurement results of the polyphenylene polymer 1 used here are shown in FIG. Moreover, the result of the absorption spectrum of the polymer film (polymer) from which the polyphenylene polymer 1 (soluble polymer) and the soluble group were removed is shown in FIG. Moreover, the result of the absorption spectrum of a polymer film and a carbon film (graphene nanoribbon film) is shown in FIG. Further, it was confirmed that a carbon film was obtained by Raman spectroscopy of the thin film. Moreover, only carbon and hydrogen are observed from the elemental analysis results.
TG and DSC were measured using X-DSC7000 and TG / DTA7200 (manufactured by SII).
The absorption spectrum was measured using U3300 (manufactured by Hitachi, Ltd.).

図1及び図2の結果から(過程1)における溶解基の除去が、280℃で速やかに除去されているのが分かり、前記構造式で示された構造になっていることが示される。更に、酸化剤である塩化鉄(III)を加えることで吸収波長が長波長化しており、グラフェンナノリボン膜が生成していることを支持している。   From the results of FIGS. 1 and 2, it can be seen that the removal of the dissolving group in (Process 1) is rapidly removed at 280 ° C., which indicates that the structure shown in the structural formula is obtained. Furthermore, the absorption wavelength is increased by adding iron (III) chloride, which is an oxidizing agent, supporting the formation of the graphene nanoribbon film.

(実施例2)
−カーボン膜の作製−
以下の反応式に基づき、カーボン膜を作製した。
(Example 2)
-Fabrication of carbon film-
A carbon film was prepared based on the following reaction formula.

ポリフェニレン重合体2(重合度15,000)を塗工する基板としては、マイカ基板にAuを堆積しAu(111)面が露出している基板を用いた。
ポリフェニレン重合体2をTHFに対して0.1質量%加えた溶液を調製し、前記基板上にスピンコート法(1,000rpm)により成膜した。成膜後に真空チャンバ(背圧1.0×10−4Pa)に入れて、セラミックヒーターにより加熱を行った。それぞれ300℃及び450℃で1時間加熱した。
As a substrate on which the polyphenylene polymer 2 (degree of polymerization 15,000) was applied, a substrate on which Au was deposited on a mica substrate and the Au (111) surface was exposed was used.
A solution in which 0.1% by mass of polyphenylene polymer 2 was added to THF was prepared, and a film was formed on the substrate by spin coating (1,000 rpm). After film formation, the film was placed in a vacuum chamber (back pressure 1.0 × 10 −4 Pa) and heated with a ceramic heater. Each was heated at 300 ° C. and 450 ° C. for 1 hour.

得られた膜の顕微ラマン分光を測定した。結果を図4に示す。図4中1は、ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜、2は、ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜を300℃で真空加熱したもの、3は、ポリフェニレン重合体2の450℃で真空加熱したときの顕微ラマン分光の図である。
顕微ラマン分光は、Nanofinder(東京インスツルメンツ社製)を用いて測定した。
また、吸収スペクトルを測定するために、洗浄液、超純水、イソプロピルアルコール(IPA)をそれぞれ用いて超音波洗浄した石英基板を用いた。前記ポリフェニレン重合体2をテトラヒドロフラン(THF)に対して1質量%加えた溶液を調製し、石英基板上にスピンコート法(1,000rpm)により成膜した。成膜後に真空チャンバ(背圧1.0×10−4Pa)に入れて、セラミックヒーターにより加熱を行った。450℃で1時間加熱し、加熱前後での吸収スペクトルの変化を調べた。結果を図5に示す。図5中1は、ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜、2は、ポリフェニレン重合体2のスピンコート膜を450℃で真空加熱したときの吸収スペクトルである。
Microscopic Raman spectroscopy of the obtained film was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a spin coat film of polyphenylene polymer 2, 2 is a spin coat film of polyphenylene polymer 2 vacuum-heated at 300 ° C., 3 is vacuum heat of polyphenylene polymer 2 at 450 ° C. It is a figure of microscopic Raman spectroscopy.
Micro-Raman spectroscopy was measured using Nanofinder (manufactured by Tokyo Instruments).
Moreover, in order to measure an absorption spectrum, the quartz substrate which ultrasonically cleaned using the washing | cleaning liquid, ultrapure water, and isopropyl alcohol (IPA) was used, respectively. A solution in which 1% by mass of the polyphenylene polymer 2 was added to tetrahydrofuran (THF) was prepared, and a film was formed on a quartz substrate by a spin coating method (1,000 rpm). After film formation, the film was placed in a vacuum chamber (back pressure 1.0 × 10 −4 Pa) and heated with a ceramic heater. The sample was heated at 450 ° C. for 1 hour, and the change in absorption spectrum before and after heating was examined. The results are shown in FIG. In FIG. 5, 1 is a spin coat film of the polyphenylene polymer 2, and 2 is an absorption spectrum when the spin coat film of the polyphenylene polymer 2 is heated at 450 ° C. in a vacuum.

顕微ラマン分光から示すように、300℃又は450℃の真空加熱により、Gバンド(1,590cm−1)とDバンド(1,350cm−1)が生成していることが分かった。このことはグラフェンナノリボン膜が製造されていることを示している。更に、同一条件で加熱(450℃)した石英基板での吸収スペクトルでも、出発原料に比べて、吸収が発達し、π共役が拡張されており、グラフェンナノリボン膜が生成していることを更に支持している。
このように特定の構造を有する重合体を用いることで、塗布で簡便にカーボン薄膜、グラフェンナノリボンが製造できることが明らかとなった。
As shown by microscopic Raman spectroscopy, it was found that a G band (1,590 cm −1 ) and a D band (1,350 cm −1 ) were generated by vacuum heating at 300 ° C. or 450 ° C. This indicates that a graphene nanoribbon film is manufactured. Furthermore, even in the absorption spectrum of a quartz substrate heated (450 ° C) under the same conditions, the absorption is developed, the π conjugation is expanded, and the graphene nanoribbon film is formed more than the starting material. doing.
Thus, it became clear that a carbon thin film and a graphene nanoribbon can be easily produced by coating by using a polymer having a specific structure.

(実施例3)
<カーボン薄膜を用いた素子>
/KI溶液のエッチング溶液に、実施例2で作製したカーボン薄膜が形成されたマイカAu基板を浸漬させた。10分間基板をエッチング溶液に浸し、カーボン薄膜を遊離させた。遊離した薄膜をシリコン基板(Nドープ、膜厚300nmの熱酸化膜)ですくい取ることで転写した。純水及びメタノールで洗浄を数回行い、真空乾燥することで、転写膜を得た。
(Example 3)
<Elements using carbon thin film>
The mica Au substrate on which the carbon thin film produced in Example 2 was formed was immersed in an etching solution of an I 2 / KI solution. The substrate was immersed in an etching solution for 10 minutes to release the carbon thin film. The released thin film was transferred by scooping with a silicon substrate (N-doped, 300 nm thick thermal oxide film). The transfer film was obtained by washing several times with pure water and methanol and vacuum drying.

得られた転写膜に対して、シャドウマスクを用いて金を真空蒸着(背圧〜10−4Pa、蒸着レート1Å/s〜2Å/s、膜厚:50nm)することによりソース電極及びドレイン電極を形成した(チャネル長50μm、チャネル幅2mm)。ソース電極及びドレイン電極とは異なる部位の有機半導体層及びシリコン酸化膜を削り取り、その部分に導電性ペースト(導電性ペースト、藤倉化成社製)を付け溶媒を乾燥させた。この部分を用いて、ゲート電極としてのシリコン基板に電圧を印加した。以上により、FET(電界効果型トランジスタ)素子を作製した。
得られたFET(電界効果型トランジスタ)素子の電気特性を、半導体パラメーターアナライザー4156C(アジレント社製)を用いて大気下で評価した。
その結果、ゲート電圧の変調により、ソースとドレイン間の電流の変化が見られた。更にP型とN型のバイポーラー特性を確認した。これによりトランジスタ素子として有効であることがわかった。
The obtained transfer film is vacuum-deposited using a shadow mask (back pressure: 10 −4 Pa, deposition rate: 1 Å / s to 2 Å / s, film thickness: 50 nm), thereby forming a source electrode and a drain electrode (Channel length 50 μm, channel width 2 mm). The organic semiconductor layer and the silicon oxide film at portions different from the source electrode and the drain electrode were scraped off, and a conductive paste (conductive paste, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was applied to the portion, and the solvent was dried. Using this portion, a voltage was applied to the silicon substrate as the gate electrode. Thus, an FET (Field Effect Transistor) element was produced.
The electrical characteristics of the obtained FET (field effect transistor) element were evaluated in the atmosphere using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent).
As a result, a change in current between the source and drain was observed due to the modulation of the gate voltage. Furthermore, bipolar characteristics of P-type and N-type were confirmed. This proved effective as a transistor element.

(実施例4)
実施例3と同様にして得られた転写膜に対して、実施例3と同様の方法で金電極を形成した。形成した金電極間に、硝酸をスピンコート(1,500rpm)し、自然乾燥させた。N雰囲気下、室温で一晩放置することで導電素子を得た。IV測定(アジレント社製、B1500A)をすることでシート抵抗を概算すると1,000Ω/□程度であり、本素子は導電性を有していることがわかった。
Example 4
A gold electrode was formed in the same manner as in Example 3 on the transfer film obtained in the same manner as in Example 3. Nitric acid was spin-coated (1,500 rpm) between the formed gold electrodes and allowed to dry naturally. A conductive element was obtained by allowing to stand overnight at room temperature in an N 2 atmosphere. When the sheet resistance is estimated by performing IV measurement (manufactured by Agilent, B1500A), it is about 1,000 Ω / □, and it was found that this element has conductivity.

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 下記一般式(I)で表されるポリフェニレン重合体を含み、特定の幅又は特定の形状を有することを特徴とするカーボン膜である。
<一般式(I)>
ただし、前記一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、及びアリール基から選択されるいずれかである。nは、繰り返し数を示し、0〜5の整数であり、nが1以上の場合には、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは、下記一般式1及び下記一般式2のいずれかで表される基である。
<一般式1>
ただし、前記一般式1中、X及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは、隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<一般式2>
ただし、前記一般式2中、X、X、Y、及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<2> 前記カーボン膜が、グラフェンナノリボンである前記<1>に記載のカーボン膜である。
<3> 前記<1>から<2>のいずれかに記載のカーボン膜を用いたことを特徴とする導電性素子である。
<4> 支持基板と、前記基板上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に、前記<1>から<2>のいずれかに記載のカーボン膜からなるカーボン膜層と、前記カーボン膜層に隣接して形成された第一の電極と、前記カーボン層で前記第一電極と離隔された第二電極とを有することを特徴とするカーボン膜素子である。
As an aspect of this invention, it is as follows, for example.
<1> A carbon film including a polyphenylene polymer represented by the following general formula (I) and having a specific width or a specific shape.
<General formula (I)>
However, in said general formula (I), R < 1 > -R < 8 > is either selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, and an aryl group, respectively. n represents the number of repetitions, and is an integer of 0 to 5. When n is 1 or more, R 1 to R 8 may be the same as or different from each other. X is a group represented by any one of the following general formula 1 and the following general formula 2.
<General formula 1>
However, in General Formula 1, one of X 1 and Y 1 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these may be bonded to each other to form a ring.
<General formula 2>
In General Formula 2, one of X 2 , X 3 , Y 2 , and Y 3 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these groups may be bonded to each other to form a ring.
<2> The carbon film according to <1>, wherein the carbon film is a graphene nanoribbon.
<3> A conductive element using the carbon film according to any one of <1> to <2>.
<4> A support substrate, a gate insulating layer on the substrate, a carbon film layer made of the carbon film according to any one of <1> to <2> on the gate insulating layer, and the carbon film layer And a second electrode spaced apart from the first electrode by the carbon layer. The carbon film element is characterized in that the first electrode is formed adjacent to the first electrode.

特表2012−500179号公報JP-T-2012-500199

PRL 99, 186801 (2007)PRL 99, 186801 (2007) Appl. Phys. Lett. 94, 082107 (2009)Appl. Phys. Lett. 94, 082107 (2009) J.AM.CHEM.SOC. 130, 4216 (2008)J. et al. AM. CHEM. SOC. 130, 4216 (2008) Nature 466, 470, (2010)Nature 466, 470, (2010)

Claims (4)

下記一般式(I)で表されるポリフェニレン重合体を含み、特定の幅又は特定の形状を有することを特徴とするカーボン膜。
<一般式(I)>
ただし、前記一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、及びアリール基から選択されるいずれかである。nは、繰り返し数を示し、0〜5の整数であり、nが1以上の場合には、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは、下記一般式1及び下記一般式2のいずれかで表される基である。
<一般式1>
ただし、前記一般式1中、X及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは、隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
<一般式2>
ただし、前記一般式2中、X、X、Y、及びYのうち一方は置換されていてもよい炭素数1以上のエーテル基又はアシルオキシ基であり、他方は水素原子である。QからQは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、及び1価の有機基のいずれかであり、これらは隣接する基同士でそれぞれ結合して環を形成していてもよい。
A carbon film comprising a polyphenylene polymer represented by the following general formula (I) and having a specific width or a specific shape.
<General formula (I)>
However, in said general formula (I), R < 1 > -R < 8 > is either selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, and an aryl group, respectively. n represents the number of repetitions, and is an integer of 0 to 5. When n is 1 or more, R 1 to R 8 may be the same as or different from each other. X is a group represented by any one of the following general formula 1 and the following general formula 2.
<General formula 1>
However, in General Formula 1, one of X 1 and Y 1 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these may be bonded to each other to form a ring.
<General formula 2>
In General Formula 2, one of X 2 , X 3 , Y 2 , and Y 3 is an optionally substituted ether group or acyloxy group having 1 or more carbon atoms, and the other is a hydrogen atom. Q 1 to Q 6 are each independently any one of a hydrogen atom, a halogen atom, and a monovalent organic group, and these groups may be bonded to each other to form a ring.
前記カーボン膜が、グラフェンナノリボンである請求項1に記載のカーボン膜。   The carbon film according to claim 1, wherein the carbon film is a graphene nanoribbon. 請求項1から2のいずれかに記載のカーボン膜を用いたことを特徴とする導電性素子。   A conductive element comprising the carbon film according to claim 1. 支持基板と、前記基板上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に、請求項1から2のいずれかに記載のカーボン膜からなるカーボン膜層と、前記カーボン膜層に隣接して形成された第一の電極と、前記カーボン層で前記第一電極と離隔された第二電極とを有することを特徴とするカーボン膜素子。   A support substrate, a gate insulating layer on the substrate, and a carbon film layer made of the carbon film according to claim 1 on the gate insulating layer, and formed adjacent to the carbon film layer. A carbon film element comprising: a first electrode; and a second electrode spaced apart from the first electrode by the carbon layer.
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