(57)【要約】  本発明は、一般的に有機化学の分野、詳しくは3D液晶ディスプレイに適用するためのネマティックリオトロピック液晶溶液及び負分散位相差板に関する。負分散位相差板は、基板と、多成分ゲスト-ホスト組成物を含み、かつ基板上にコーティングされる少なくとも1つの光学異方性位相差層とを含んでなる。【選択図】図２
2014502295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水又は水性溶媒と、
紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、
紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、
近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子、並びに、
紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ前記第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子
を含む多成分ゲスト-ホスト組成物と
を含んでなるネマティックリオトロピック液晶溶液。
【請求項２】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記式：
【化１】
2014502295.tif 000067
（式中、ブロック1及びブロック2は下記リスト：
【化２】
2014502295.tif 000068
から独立に選択され；
n及びmは、5〜10000の範囲の整数であり；
側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから独立に選択され、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）
の少なくとも2つの互いに連結したビルディングブロックを含む、
請求項1に記載の溶液。
【請求項３】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記一般構造式I又はその塩
【化３】
2014502295.tif 000069
（式中、コアは紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む有機単位であり、数n1は、前記剛体棒状ポリマー巨大分子中の有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しく；前記イオン生成側基及び数k1は前記棒状巨大分子に剛性を与え；数n1は、巨大分子の中間相形成を促す分子の異方性をもたらす）
を有する、請求項1に記載の溶液。
【請求項４】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記構造1〜29：
【化４】
2014502295.tif 000070
2014502295.tif 000071
2014502295.tif 000072
2014502295.tif 000073
2014502295.tif 000074
2014502295.tif 000075
（式中、Rは、アルキル、(CH2)mSO3H、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOHを含むリストから選択される側基であり、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）
から選択される、請求項1又は3のいずれかに記載の溶液。
【請求項５】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子が、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む、請求項4に記載の溶液。
【請求項６】
前記追加の側基の少なくとも1つが、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して前記有機単位コアと連結している、請求項5に記載の溶液。
【請求項７】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩が、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される、請求項3〜6のいずれかに記載の溶液。
【請求項８】
前記剛体棒状巨大分子がポリマー主剛体鎖を有し、かつ前記共役有機単位が同一である、請求項3に記載の溶液。
【請求項９】
前記剛体棒状巨大分子がコポリマー主剛体鎖を有し、かつ少なくとも1つの共役有機単位が他の共役有機単位と異なる、請求項3に記載の溶液。
【請求項１０】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式II
【化５】
2014502295.tif 000076
（式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の溶液。
【請求項１１】
前記少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1が、下記一般式30〜44の構造から選択される、請求項10に記載の溶液。
【化６】
2014502295.tif 000077
2014502295.tif 000078
【請求項１２】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、下記構造45〜53（前記分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい）から選択される、請求項11に記載の溶液。
【化７】
2014502295.tif 000079
【請求項１３】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む、請求項10〜12のいずれかに記載の溶液。
【請求項１４】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式III
【化８】
2014502295.tif 000080
（式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項1〜13のいずれかに記載の溶液。
【請求項１５】
一般構造式IIIを有する前記有機分子が、下記一般式54〜55：
【化９】
2014502295.tif 000081
（式中、MはNi、Pd又はPtであり、X及びYは、O、S、及びNRから独立に選択され、R、R1及びR2は、アルキル-SO3H、アリール-SO3H、NH-SO3H、(O-アルキル)n-SO3H、及び(OCH2CH2)nOHから独立に選択される）
の構造から選択される、請求項14に記載の溶液。
【請求項１６】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が、下記一般構造式IV
【化１０】
2014502295.tif 000082
（式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項1〜15のいずれかに記載の溶液。
【請求項１７】
一般構造式IVを有する前記有機分子が、下記一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系Sys3を有する、請求項16に記載の溶液。
【化１１】
2014502295.tif 000083
2014502295.tif 000084
【請求項１８】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式V
【化１２】
2014502295.tif 000085
（式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項1〜17のいずれかに記載の溶液。
【請求項１９】
一般構造式Vを有する前記有機分子が、下記一般式70〜76：
【化１３】
2014502295.tif 000086
（式中、MはNi、Pd又はPtであり、X及びYは、O、S、及びNRから独立に選択され、R、R1及びR2は、アルキル-SO3H、アリール-SO3H、NH-SO3H、(O-アルキル)n-SO3H、及び(OCH2CH2)nOHから独立に選択される）
の構造から選択される、請求項18に記載の溶液。
【請求項２０】
前記水性溶媒が、アルカリ及び酸又はそのいずれかの組合せを含むリストから選択される、請求項1〜17のいずれかに記載の溶液。
【請求項２１】
基板と、
下記
−紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、
−紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、
−近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子、並びに、
−紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ前記第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子を
含んでなる、前記基板上の多成分ゲスト-ホスト組成物を含む少なくとも1つの光学異方性位相差層と
を含む負分散位相差板であって、
前記負分散位相差板は可視スペクトル範囲の電磁放射線に実質的に透明であり、かつ可視スペクトル範囲全体にわたって0〜2πの範囲の本質的に固定した光学位相遅延を与える、
負分散位相差板。
【請求項２２】
前記固定光学位相遅延がπ/2に等しい、請求項21に記載の負分散位相差板。
【請求項２３】
前記固定光学位相遅延が3π/2に等しい、請求項21に記載の負分散位相差板。
【請求項２４】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が下記式：
【化１４】
2014502295.tif 000087
（式中、ブロック1及びブロック2は下記リスト：
【化１５】
2014502295.tif 000088
から独立に選択され；
n及びmは、5〜10000の範囲の整数であり；
側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから独立に選択され、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）
の少なくとも2つの互いに連結したビルディングブロックを含む、
請求項21〜23のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項２５】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記一般構造式I又はその塩
【化１６】
2014502295.tif 000089
（式中、コアは紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む共役有機単位であり、数n1は、前記剛体棒状ポリマー巨大分子中の共役有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しく；前記イオン生成側基及び数k1は前記棒状巨大分子に剛性を与え；数n1は、巨大分子の自己組織化を促す分子の異方性をもたらす）
を有する、請求項21〜23のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項２６】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記構造1〜29：
【化１７】
2014502295.tif 000090
2014502295.tif 000091
2014502295.tif 000092
2014502295.tif 000093
2014502295.tif 000094
2014502295.tif 000095
（式中、Rは、アルキル、(CH2)mSO3H、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOHを含むリストから選択される側基であり、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）から選択される、請求項21〜23又は25のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項２７】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子が、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む、請求項25に記載の負分散位相差板。
【請求項２８】
前記追加の側基の少なくとも1つが、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して前記コアと連結している、請求項27に記載の負分散位相差板。
【請求項２９】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩が、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される、請求項21〜23又は25〜28のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項３０】
前記棒状巨大分子がポリマー主剛体鎖を有し、かつ前記共役有機単位が同一である、請求項25に記載の負分散位相差板。
【請求項３１】
前記剛体棒状巨大分子がコポリマー主剛体鎖を有し、かつ少なくとも1つの共役有機単位が他の共役有機単位と異なる、請求項25に記載の負分散位相差板。
【請求項３２】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式II
【化１８】
2014502295.tif 000096
（式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項21〜31のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項３３】
前記少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1が、下記一般式30〜44の構造から選択される、請求項32に記載の負分散位相差板。
【化１９】
2014502295.tif 000097
2014502295.tif 000098
【請求項３４】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、下記構造45〜53（前記分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい）から選択される、請求項33に記載の負分散位相差板。
【化２０】
2014502295.tif 000099
【請求項３５】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む、請求項32〜34のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項３６】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式III
【化２１】
2014502295.tif 000100
（式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項21〜35のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項３７】
一般構造式IIIを有する前記有機分子が、下記一般式54〜55：
【化２２】
2014502295.tif 000101
の構造から選択される、請求項36に記載の負分散位相差板。
【請求項３８】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が、下記一般構造式IV
【化２３】
2014502295.tif 000102
（式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項21〜27のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項３９】
一般構造式IVを有する前記有機分子が、下記一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系Sys3を有する、請求項38に記載の負分散位相差板。
【化２４】
2014502295.tif 000103
2014502295.tif 000104
2014502295.tif 000105
【請求項４０】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式V
【化２５】
2014502295.tif 000106
（式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項21〜39のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４１】
一般構造式Vを有する前記有機分子が、下記一般式70〜76：
【化２６】
2014502295.tif 000107
（式中、MはNi、Pd又はPtであり、X及びYは、O、S、及びNRから独立に選択され、R、R1及びR2は、アルキル-SO3H、アリール-SO3H、NH-SO3H、(O-アルキル)n-SO3H、及び(OCH2CH2)nOHから独立に選択される）
の構造から選択される、請求項40に記載の負分散位相差板。
【請求項４２】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸が前記超分子の縦軸と一致し、前記超分子の少なくとも一部がそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子が、前記基板上にコーティングされるBA型の位相差層を形成し、この位相差層は前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、これらの主屈折率は下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<nz<ny及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）を満たす、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４３】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸が前記超分子の縦軸と一致し、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子が、前記基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、これらの主屈折率は下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<ny=nz及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）を満たす、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４４】
リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられ、多成分ゲスト-ホスト組成物を含む前記光学異方性位相差層は厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δnadd(λ)/∂λ|<|∂Δn(λ)/∂λ|、∂Δn(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４５】
リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられ、多成分ゲスト-ホスト組成物を含む前記光学異方性位相差層は厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δn(λ)/∂λ|<|∂Δnadd(λ)/∂λ|、∂Δnadd(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４６】
前記基板がガラス製である、請求項21〜45のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４７】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の前記超分子、第2型の前記超分子及び第3型の前記超分子のモル部がC0、C1、C2及びC3である場合に、前記モル部C0が0に等しく、前記基板が厚さdsubと、前記基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、前記基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートであり、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記超分子が、前記基板上にコーティングされる二軸BA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<nz<ny及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４８】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の前記超分子、第2型の前記超分子及び第3型の前記超分子のモル部がC0、C1、C2及びC3である場合に、前記モル部C0が0に等しく、前記基板が厚さdsubと、前記基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、前記基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートであり、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記超分子が、前記基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<ny=nz及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項21〜41のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項４９】
前記基板材料が、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタラート(PEN)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカルボナート(PC)、配向ポリプロピレン(OPP)、ポリエチレン(PE)、ポリイミド(PI)、及びポリエステルを含むリストから選択される、請求項47又は48のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項５０】
直線偏光子と、
下記：
基板と、
−紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、
−紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、
−近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子、並びに、
−紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ前記第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子を
含んでなる、前記基板上の多成分ゲスト-ホスト組成物を含む少なくとも1つの光学異方性位相差層と
を含む負分散位相差板であって、
前記負分散位相差板は可視スペクトル範囲の電磁放射線に実質的に透明であり、かつ可視スペクトル範囲全体にわたって0〜2πの範囲の本質的に固定した光学位相遅延を与える、
負分散位相差板と
を含んでなるアクロマティック円偏光子。
【請求項５１】
前記固定した光学位相遅延がπ/2に等しい、請求項50に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５２】
前記固定した光学位相遅延が3π/2に等しい、請求項50に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５３】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記式：
【化２７】
2014502295.tif 000108
（式中、ブロック1及びブロック2は下記リスト：
【化２８】
2014502295.tif 000109
から独立に選択され；
n及びmは、5〜10000の範囲の整数であり；
側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから独立に選択され、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）
の少なくとも2つの互いに連結したビルディングブロックを含む、
請求項50〜52のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５４】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記一般構造式I又はその塩
【化２９】
2014502295.tif 000110
（式中、コアは紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む共役有機単位であり、数n1は、前記剛体棒状ポリマー巨大分子中の共役有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しく；前記イオン生成側基及び数k1は前記棒状巨大分子に剛性を与え；数n1は、巨大分子の自己組織化を促す分子の異方性をもたらす）
を有する、請求項50〜52のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５５】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子が、下記構造1〜29：
【化３０】
2014502295.tif 000111
2014502295.tif 000112
2014502295.tif 000113
2014502295.tif 000114
2014502295.tif 000115
2014502295.tif 000116
（式中、Rは、アルキル、(CH2)mSO3H、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOHを含むリストから選択される側基であり、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである）から選択される、請求項50〜52又は54のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５６】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子が、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む、請求項54に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５７】
前記追加の側基の少なくとも1つが、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して前記コアと連結している、請求項56に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５８】
前記一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩が、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される、請求項50〜52又は54〜57のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項５９】
前記棒状巨大分子がポリマー主剛体鎖を有し、かつ前記共役有機単位が同一である、請求項54に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６０】
前記剛体棒状巨大分子がコポリマー主剛体鎖を有し、かつ少なくとも1つの共役有機単位が他の共役有機単位と異なる、請求項54に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６１】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式II
【化３１】
2014502295.tif 000117
（式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項50〜60のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６２】
前記少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1が、下記一般式30〜44の構造から選択される、請求項61に記載のアクロマティック円偏光子。
【化３２】
2014502295.tif 000118
2014502295.tif 000119
【請求項６３】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、下記構造45〜53（前記分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい）から選択される、請求項62に記載のアクロマティック円偏光子。
【化３３】
2014502295.tif 000120
【請求項６４】
一般構造式IIを有する前記有機分子が、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む、請求項61〜63のいずれかに記載の負分散位相差板。
【請求項６５】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式III
【化３４】
2014502295.tif 000121
（式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項50〜64のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６６】
一般構造式IIIを有する前記有機分子が、下記一般式54〜55：
【化３５】
2014502295.tif 000122
の構造から選択される、請求項65に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６７】
前記第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が、下記一般構造式IV
【化３６】
2014502295.tif 000123
（式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項50〜66のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項６８】
一般構造式IVを有する前記有機分子が、下記一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系Sys3を有する、請求項67に記載のアクロマティック円偏光子。
【化３７】
2014502295.tif 000124
2014502295.tif 000125
【請求項６９】
前記第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子が下記一般構造式V
【化３８】
2014502295.tif 000126
（式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である）
を有する、請求項50〜68のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７０】
一般構造式Vを有する前記有機分子が、下記一般式70〜76：
【化３９】
2014502295.tif 000127
（式中、MはNi、Pd又はPtであり、X及びYは、O、S、及びNRから独立に選択され、R、R1及びR2は、アルキル-SO3H、アリール-SO3H、NH-SO3H、(O-アルキル)n-SO3H、及び(OCH2CH2)nOHから独立に選択される）
の構造から選択される、請求項69に記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７１】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸が前記超分子の縦軸と一致し、前記超分子の少なくとも一部がそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子が、前記基板上にコーティングされるBA型の位相差層を形成し、この位相差層は前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、これらの主屈折率は下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<nz<ny及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）を満たす、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７２】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸が前記超分子の縦軸と一致し、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子が、前記基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、これらの主屈折率は下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<ny=nz及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）を満たす、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７３】
リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられ、多成分ゲスト-ホスト組成物を含む前記光学異方性位相差層は厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δnadd(λ)/∂λ|<|∂Δn(λ)/∂λ|、∂Δn(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７４】
リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられ、多成分ゲスト-ホスト組成物を含む前記光学異方性位相差層は厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δn(λ)/∂λ|<|∂Δnadd(λ)/∂λ|、∂Δnadd(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７５】
前記基板がガラス製である、請求項50〜74のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７６】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の前記超分子、第2型の前記超分子及び第3型の前記超分子のモル部がC0、C1、C2及びC3である場合に、前記モル部C0が0に等しく、前記基板が厚さdsubと、前記基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、前記基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートであり、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記超分子が、前記基板上にコーティングされる二軸BA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<nz<ny及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７７】
前記剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の前記超分子、第2型の前記超分子及び第3型の前記超分子のモル部がC0、C1、C2及びC3である場合に、前記モル部C0が0に等しく、前記基板が、前記基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、前記基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートであり、前記超分子がそれらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記超分子が、前記基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、前記位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、前記位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられ、かつ下記条件：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<ny=nz及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）が満たされる、請求項50〜70のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【請求項７８】
前記基板材料が、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタラート(PEN)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカルボナート(PC)、配向ポリプロピレン(OPP)、ポリエチレン(PE)、ポリイミド(PI)、及びポリエステルを含むリストから選択される、請求項76又は77のいずれかに記載のアクロマティック円偏光子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的に有機化学の分野、詳しくは3D液晶ディスプレイに適用するためのネマティックリオトロピック液晶溶液及び負分散位相差板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
現代の光学的応用では、光学異方性材料は極めてである。情報ディスプレイ技術における周知の成果は、液晶(LC)及び様々なタイプの機能性ポリマー等の材料製の異方性光学位相差層の開発に基づいている(Broer, D.J.; van Haaren, J.A.M.M.; van de Witte, P.; Bastiaansen, C. Macromol. Symp. 2000, 154, 1)。これらの材料の機能特性はそれらの相状態によって決まる。特定バルク相の対称性及びその超分子構造は、材料の巨視的性能、すなわちその光学的、機械的その他の特性を与える。一例はサーモトロピック液晶である。温度に応じて、サーモトロピック液晶は様々な熱力学的に安定な相状態であり得る。しかしながら、バルク特性のセット(対称性によって許される)が光学及び情報ディスプレイにおけるそれらのユビキタスアプリケーションを支持するのはネマティック相についてだけである。単一タイプの分子のサーモトロピック液晶材料は典型的にネマティック相の非常に狭い温度範囲を示す(ほんの数℃)。この問題は、多くの場合「ゲスト-ホスト系」と命名されることもある液晶混合物を開発することによって解決された(Bahadur, B. in Handbook of Liquid Crystals; Demus, D.; Goodby, J., Gray, G.W.; Spiess, H.-W., Vill, V. Eds.; Vol. 2A; Wiley-VCH: Weinheim, 1998, 257)。「ゲスト-ホスト」アプローチのために、サーモトロピック液晶材料は100℃を超える温度範囲ではネマティック相を形成する。ゲスト-ホスト系は超分子化学(Anslyn, E.V.; Dougherty, D.A. Modern Physical Organic Chemistry; John Wiley: New York, 2006)及び生物学(Lodish, H.; Berk, A.; Kaiser, C.; Molecular Cell Biology, 6th ed.; Freeman, 2008)において周知である。それらは、完全な共有結合力以外の力による独特の構造関係で一緒に保持された2以上の分子又はイオンで構成される(Lodish, H.; Berk, A.; Kaiser, C.; Molecular Cell Biology, 6th ed.; Freeman, 2008)。液晶においては、染料、不純物等のいずれの分子若しくは分子群又はメソゲン(mesogenic)分子でさえの液晶による溶解及び配向現象をもゲスト-ホスト現象と呼ばれることがある(Bahadur, B. in Handbook of Liquid Crystals; Demus, D.; Goodby, J., Gray, G.W.; Spiess, H.-W., Vill, V. Eds.; Vol. 2A; Wiley-VCH: Weinheim, 1998, 257)。ゲスト分子は液晶の異方性分子間相互作用場と結合するが、ホスト内ではかなり自由に拡散し得る。基本的な特徴は、ゲスト-ホスト系は相分離のない単一材料で構成されることである。様々な理由から、材料がネマティック相を形成する能力は非常に重要である。例えば、ネマティック相の粘弾性特性の異方性は、ずり流れによる固体基板上の分子の微細配向を可能にする(Bobrov, Y.; Kuchenkova, O.; Kouznetsov,M.; Lazarev, P.; Manko, A.; Nazarov, V.; Ovchinnikova, N.; Paukshto, M.; Protsenko, P.; Remizov, S.; J. SID 2004, 12/2, 125)。このように光学的に異方性の薄い固体位相差層を様々な基板上に沈着させ得る。不運なことに、サーモトロピック液晶は、特有の狭い温度範囲のネマティック相を示す。サーモトロピック液晶は、制御された光学異方性を備える薄い固体フィルムを作り出すことができない。
【０００３】
典型的LCDでは、液晶層を2つの偏光子間に置く。軸外コントラスト低下はLC材料の光学異方性から生じる固有の欠点の1つであり、交差偏光子を通じた光の伝播の特徴である。例えば、斜視方向では、交差偏光子を通じて光漏れが現れることがあり、これは軸外角度が大きくなるにつれて増大する。従ってLCの光学異方性と偏光子の両方に起因する光漏れを抑制すべきである。この累積的な軸外コントラスト比低下の問題は、光学的に異方性の材料から製造される位相差層を含む位相差板を用いて解決される。適切な位相差板はLCDに小さい色ずれ及び高い軸外コントラスト(広視野角でのコントラスト比)を与える。後者の場合コーティング後に溶媒が蒸発する。電場の適用或いはラビング(rubbing)又は光配向によって生じた配向層の使用等のさらなる配向手順が関与する。このプロセスを用いて、正及び負の光学異方性を有する一軸光学位相差層(Harding, R.; Parri, O.; Marden, S.; Skjonnemand, K.; Verrall, M.; Fiebranz, B. In Proceedings of IDW’06, Otsu, Japan, 2006; Society for Information Display: Q13 Campbell, CA, 2006; p. 307)、連続コーティング層用の二軸リターダー(Tilsch,M.K.; Hendrix,K.;Tan, K.; Shemo,D.;Bradley, R.; Erz, R.; Buth, J. Thin Solid Films 2007, 516, 107, Seiberle, H.; Benecke, C.; Bachels, T. SID Symposium Digest 2003, 34, 1162)、及びねじれネマティック(TN)LCDモードの光学補償のための局所光学軸(チルト及びスプレー(splayed))の複雑な空間分布を有する光学位相差層(Oikawa, T.; Yasuda, S.; Takeuchi, K.; Sakai, E.; Mori H. J. SID 2007, 15/2, 133)を製造することができる。光配向と位相差機能を単一材料に併せ持たせることができた(Seiberle, H.; Bachels, ; T. Benecke, C.; Ibn-Elhaj, M. In Proceedings of IDW’06, Otsu, Japan, 2006; Society for Information Display: Campbell, CA, 2006; p. 33)。紫外線(UV)硬化性材料を半透過型(transflective)LCDの高分解能パターン化リターダーに使用できる(Hasebe, H.; Kuwana, Y.; Nakata, H.; Yamazaki, O.; Takeuchi, K.; Tsai, J.-C. SID Symposium Digest 2008, 39, 1904)。
【０００４】
現代のLCD技術で用いられるほとんどの位相差層は、押出及び鋳造ポリマーの機械的延伸手段によって製造される。これらの材料は、光学異方性を制御するための限られた機会を有する。従って、光学異方性の制御は、延伸パラメーターを調整することや、材料の異方性を増大又は抑制できる特殊な添加剤を使用することによって達成される。例えば、保護層間に挟まれたPVA(ポリビニルアルコール)偏光子にポリマー位相差層を付着させることができる。他方で、位相差層が光学補償と保護機能を併せ持つことができる。例えば、ポリシクロ-オレフィンは、同時に保護機能を供給しながら、垂直配向(VA)及び面内切替(IPS)LCDモードの光学補償のための位相差層の製造に用いられる。しかしながら、ポリシクロ-オレフィンをベースにした位相差層並びに他の疎水性ポリマー材料は親水性PVA層への接着の問題を有する。その上、トリアセチルセルロース等の親水性の延伸位相差層の場合でさえ、特に大型スクリーンディスプレイの製造では、機械的延伸プロセスの限界のためそれらの性能の改善は困難である。
【０００５】
延伸位相差層の他の欠点は、それらの小さい光学異方性である。典型的に、延伸位相差層は小さい光学異方性を有する(Δn=0.001-0.005)。その理由は、位相差層とPVA偏光子保護層の結合機能は通常、プラスチック層が約50μmの特定厚で得られる機械的強度を有する場合に達せられるからである。このような層は高い光学的品質(例えば低いヘイズ値)をも有し、かつ技術的プロセスで容易に使用できなければならない。このような「厚い」位相差層の代替は、それぞれ、プラスチック又はガラス基板上に実現され、従来の偏光子の中又はLCセルの内側に組み込まれる薄いコーティングである。架橋性サーモトロピック液晶に基づいたコーティング可能なリターダーの大きなグループがある。該位相差層の製造は、基板上に融成物又は溶液をコーティングする工程を含む。溶液のコーティングの場合、コーティング後に溶媒を蒸発させる。電場の適用又はラビング若しくは光配向によって作り出される配向層の使用等のさらなる配向手順が関与する。このプロセスを用いて、正及び負の光学異方性を有する一軸光学層、連続コーティング層用の二軸リターダー、並びにねじれネマティック(TN)LCDモードの光学補償のための局所光学軸(チルト及びスプレー)の複雑な空間分布を有する位相差層を製造することができる。光配向及び位相差機能を単一材料に併せ持たせ得る。紫外線(UV)硬化性材料を半透過型LCD用の高分解能パターン化リターダーに使用できる。光学フィルムの、代わりの簡単かつ対費用効果の高い製造方法はLLC溶液のコーティングであり、この方法では円柱状超分子内で小分子が自己組織化できる。これらの化合物はクロモニック化合物としても知られ、平坦な共役したコア及び周辺に極性可溶化基を有する両親媒性分子から成る。水溶液中における自己組織化は、芳香族コア間のp-p相互作用及び疎水性効果に基づいている。水溶液中の棒状超分子はネマティック型の液晶状態を形成し、この状態では1つのドメイン内の超分子の軸はいくつかの好ましい方向に沿って配向する。液晶溶液が基板(コーティング)上に沈着する過程で、外部ずり応力がかかって、全ての超分子はずり応力方向に沿って配向するようになる。該ずり流れ配向はサーモトロピックLCでは周知であり、ネマティック相の粘弾性特性の異方性によって説明できる。LLCを配向させるために他のアプローチ、例えばリオトロピック液晶溶液の光配向層上へのコーティングを利用できる。その秩序ある構造を溶媒の蒸発が固定し、巨視的光学異方性を備える固体複屈折フィルの形成をもたらす。これらの位相差層内の分子は通常、最小主屈折率に対応するコーティング方向に沿ってそれらの最小分極率の軸を備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記欠点を解決するため、本発明により、光学異方性が制御された薄い固体位相差層を作り出せるようにするリオトロピック液晶(LLC)ゲスト-ホスト系を提供する。サーモトロピック液晶は特定の温度範囲でネマティック相を示すが、開示するリオトロピック液晶のネマティック相は、溶液中特定範囲の濃度の物質中で存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明は、水又は水性溶媒と、紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子並びに紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子を含む多成分ゲスト-ホスト組成物とを含んでなるネマティックリオトロピック液晶溶液を提供する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、基板と、少なくとも1つの光学異方性位相差層とを含んでなる負の分散位相差板を提供する。位相差層は、多成分ゲスト-ホスト組成物を含み、基板上にコーティングされる。組成物は、紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子並びに紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子を含む。剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の超分子、第2型の超分子及び第3型の超分子のモル部(molar portion)はC0、C1、C2及びC3である。負分散位相差板は、可視スペクトル範囲の電磁放射線に実質的に透明であり、可視スペクトル範囲全体にわたって0〜2πの範囲の本質的に固定した光学位相遅延を与える。
【０００９】
さらなる態様では、本発明は、直線偏光子と、本発明で開示する負分散位相差板とを含むアクロマティック円偏光子を提供する。前記位相差板は、基板と、この基板上にコーティングされ、多成分ゲスト-ホスト組成物を含んでなる光学異方性位相差層とを含む。組成物は、ゲストとして働き、かつ紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有する剛体棒状ポリマー巨大分子、紫外線波長範囲に吸収を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第1型の超分子、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子によってπ-π相互作用を介して形成された第2型の超分子並びに紫外線及び近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ第1型及び第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子の混合物によってπ-π相互作用を介して形成された第3型の超分子を含む。剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸は、前記超分子の縦軸と一致する。剛体棒状ポリマー巨大分子、第1型の超分子、第2型の超分子及び第3型の超分子のモル部は、C0、C1、C2及びC3である。負分散位相差板は、可視スペクトル範囲の電磁放射線に実質的に透明であり、可視スペクトル範囲全体にわたってπ/2又は3π/2にほぼ等しい本質的に固体した光学位相遅延を与える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ずり速度に対するゲスト-ホストLLCの粘度依存性を示す。
【図２】バルクLLC溶液内及び基板上への沈着後のPBDTと有機化合物45のキネティック単位の相互の位置を概略的に示す。
【図３】固体位相差フィルムのNZファクター対液晶溶液中の二軸BAプレート成分(有機化合物45)の質量部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明の一般的説明を行なったが、具体的な好ましい実施形態を参照してさらなる理解を得ることができる。これらの実施形態は、例示目的のためだけにここに与えられ、添付の特許請求の範囲を制限するものではない。
本発明の説明及び特許請求の範囲で使用する種々の用語の定義を以下に列挙する。
用語「可視スペクトル範囲」は、約400nmに等しい下方限界と、約700nmに等しい上方限界を有するスペクトル範囲を意味する。
用語「位相差層」は、3つの主屈折率(nx、ny及びnz)によって特徴づけられ、屈折率nx及びnyの2つの主方向は、位相差層の平面と一致するxy-平面に属し、主屈折率(nz)の1つの主方向は位相差層の法線と一致する。
用語「光学異方性二軸位相差層」は、主屈折率nx、ny、及びnzが可視スペクトル範囲で下記条件：nx≠nz≠nyに従う光学層を意味する。
用語「BA型の光学異方性位相差層」は、主屈折率nx、ny、及びnzが可視スペクトル範囲で下記条件：nx<nz<nyに従う光学層を意味する。
用語「ポジティブA型の光学異方性位相差層」は、主屈折率nx、ny、及びnzが可視スペクトル範囲で下記条件：nz=ny<nxに従う一軸光学層を意味する。
用語「ネガティブA型の光学異方性位相差層」は、主屈折率nx、ny、及びnzが可視スペクトル範囲で下記条件：nz=ny>nxに従う一軸光学層を意味する。
用語「NZファクター」は、二軸性度の定量的尺度を意味し、以下のように計算される。
【００１２】
【数１】
2014502295.tif 000003
【００１３】
上記定義は、全ての型の異方性層に垂直なz軸の周りの(実験室枠の)座標系の回転に対して不変である。
本発明は、上述したようにネマティックリオトロピック液晶溶液を提供する。
溶液の一実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、下記式の少なくとも2つの互いに連結したビルディングブロックを含む。
【００１４】
【化１】
2014502295.tif 000004
【００１５】
式中、ブロック1及びブロック2は、下記リストから独立に選択される。
【００１６】
【化２】
2014502295.tif 000005
【００１７】
n及びmは、5〜10000の範囲の整数である。側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから独立に選択される。対イオンMは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される。溶液の別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は下記一般構造式I又はその塩を有する。
【００１８】
【化３】
2014502295.tif 000006
【００１９】
式中、コアは紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む有機単位である。数n1は、剛体棒状ポリマー巨大分子中の有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい。イオン生成側基及び数k1は棒状巨大分子に剛性を与え、数n1は、巨大分子の中間相形成を促す分子の異方性をもたらす。溶液のさらに別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、表1に示す構造1〜29から選択される。
【００２０】
表1  本発明の剛体棒状ポリマー巨大分子の構造式の例
2014502295.tif 000007
【００２１】
2014502295.tif 000008
【００２２】
2014502295.tif 000009
【００２３】
2014502295.tif 000010
【００２４】
2014502295.tif 000011
【００２５】
2014502295.tif 000012
【００２６】
式中、Rは、アルキル、(CH2)mSO3H、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOHを含むリストから選択される側基であり、Mは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される対イオンである。
さらに別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子は、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む。溶液の一実施形態では、追加の側基の少なくとも1つが、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して有機単位コアと連結している。溶液の別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩は、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される。溶液のさらに別の実施形態では、棒状巨大分子は、ポリマー主剛体鎖を有し、かつ共役有機単位は同一である。さらに別の実施形態では、剛体棒状ポ巨大分子はコポリマー主剛体鎖を有し、かつ少なくとも1つの共役有機単位は他の共役有機単位と異なる。溶液の一実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIを有する。
【００２７】
【化４】
2014502295.tif 000013
【００２８】
式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である。溶液の別の実施形態では、少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1は、表2に示す一般式30〜44の構造から選択される。
【００２９】
表2  本発明の多環式分子系Sys1の構造式の例
2014502295.tif 000014
2014502295.tif 000015
【００３０】
溶液の別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、表3に示す構造45〜53から選択され、分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい。
【００３１】
表3  本発明の一般構造式IIを有する有機分子の構造式の例
2014502295.tif 000016
【００３２】
溶液のさらに別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む。
溶液のさらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIIを有する。
【００３３】
【化５】
2014502295.tif 000017
【００３４】
式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である。溶液の一実施形態では、一般構造式IIIを有する有機化合物は、表4に示す一般式54〜55の構造から選択される。
【００３５】
表4  本発明の一般構造式IIIを有する有機分子の構造式の例
2014502295.tif 000018
【００３６】
溶液の別の実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IVを有する。
【００３７】
【化６】
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【００３８】
式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。溶液のさらに別の実施形態では、一般構造式IVを有する有機分子は、下表5に示す一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系Sys3を有する。
【００３９】
表5  本発明の一般構造式IVを有する有機分子の構造式の例
2014502295.tif 000020
2014502295.tif 000021
【００４０】
溶液のさらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式Vを有する。
【００４１】
【化７】
2014502295.tif 000022
【００４２】
式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。溶液の一実施形態では、一般構造式Vを有する有機化合物は、表6に示す一般式70〜76の構造から選択される。
【００４３】
表6  本発明の一般構造式Vを有する有機分子の構造式の例
2014502295.tif 000023
2014502295.tif 000024
【００４４】
溶液の別の実施形態では、溶媒は水、アルカリ及び酸又はそのいずれかの組合せを含むリストから選択される。
本発明は、上述したように負分散位相差板をも提供する。負分散位相差板の一実施形態では、固定した光学位相遅延はπ/2に等しい。負分散位相差板の別の実施形態では、固定した光学位相遅延は3π/2に等しい。負分散位相差板の一実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、下記式の少なくとも2つの互いに連結したビルディングブロックを含む。
【００４５】
【化８】
2014502295.tif 000025
【００４６】
式中、ブロック1及びブロック2は下記リストから独立に選択される。
【００４７】
【化９】
2014502295.tif 000026
【００４８】
n及びmは、5〜10000の範囲の整数である。側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから選択される。対イオンMは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される。負分散位相差板の別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は下記一般構造式I又はその塩を有する。
【００４９】
【化１０】
2014502295.tif 000027
【００５０】
式中、コアは、紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む有機単位である。数n1は剛体棒状ポリマー巨大分子中の有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい。イオン生成側基及び数k1は棒状巨大分子に剛性を与え、数n1は、巨大分子の中間相形成を促す分子の異方性をもたらす。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、表1に示す構造1〜29から選択される。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子は、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む。負分散位相差板の一実施形態では、追加の側基の少なくとも1つは、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して有機単位コアと連結している。負分散位相差板の別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩は、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、棒状巨大分子は、ポリマー主剛体鎖を有し、かつ共役有機単位は同一である。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、剛体棒状巨大分子はコポリマー主剛体鎖を含み、かつ少なくとも1つの共役有機単位は他の共役有機単位と異なる。負分散位相差板の一実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIを有する。
【００５１】
【化１１】
2014502295.tif 000028
【００５２】
式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である。溶液の別の実施形態では、少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1は、表2に示す一般式30〜44の構造から選択される。溶液の別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、表3に示す構造45〜53から選択され、分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIIを有する。
【００５３】
【化１２】
2014502295.tif 000029
【００５４】
式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である。溶液の一実施形態では、一般構造式IIIを有する有機分子は、表4に示す一般式54〜55の構造から選択される。負分散位相差板の別の実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IVを有する。
【００５５】
【化１３】
2014502295.tif 000030
【００５６】
式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、一般構造式IVを有する有機分子は、表5に示す一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys3を有する。負分散位相差板のさらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式Vを有する。
【００５７】
【化１４】
2014502295.tif 000031
【００５８】
式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。負分散位相差板の一実施形態では、一般構造式Vを有する有機化合物は、表6に示す一般式70〜76の構造から選択される。
負分散位相差板の別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸は前記超分子の縦軸と一致する。超分子の少なくとも一部は、それらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有する。剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子は、基板上にコーティングされるBA型の位相差層を形成し、この位相差層は位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<nz<ny及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）。
負分散位相差板の一実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸は、前記超分子の縦軸と一致する。超分子は、それらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有する。前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子は、基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<ny=nz及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）。
本発明の別の実施形態では、負分散位相差板は、リオトロピック液晶に基づいた追加の層を含み、この層は、厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられる。多成分ゲスト-ホスト組成物を含む光学異方性位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。下記条件が満たされる：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δnadd(λ)/∂λ|<|∂Δn(λ)/∂λ|、∂Δn(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）。
本発明の別の実施形態では、負分散位相差板は、リオトロピック液晶に基づいた追加の層を含み、この層は、厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられる。多成分ゲスト-ホスト組成物を含む光学異方性位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。下記条件が満たされる：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δn(λ)/∂λ|<|∂Δnadd(λ)/∂λ|、∂Δnadd(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）。
【００５９】
本発明の別の実施形態では、基板はガラス製である。
負分散位相差板の一実施形態では、モル部C0は0に等しく、基板は、厚さdsubと、基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートである。超分子はそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記超分子は、基板上にコーティングされる二軸BA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<nz<ny及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）。
負分散位相差板の別の実施形態では、モル部C0は0に等しく、基板は、厚さdsubと、基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートである。超分子は、それらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記超分子は基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<ny=nz及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）。
【００６０】
負分散位相差板のさらに別の実施形態では、基板材料は、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタラート(PEN)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカルボナート(PC)、配向ポリプロピレン(OPP)、ポリエチレン(PE)、ポリイミド(PI)、及びポリエステルを含むリストから選択される。
本発明は、上記で開示したようにアクロマティック円偏光子をも提供する。
アクロマティック円偏光子の一実施形態では、固定した光学位相遅延はπ/2に等しい。別の実施形態では、固定した光学位相遅延は3π/2に等しい。アクロマティック円偏光子の一実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、下記式の互いに連結した少なくとも2つのビルディングブロックを含む。
【００６１】
【化１５】
2014502295.tif 000032
【００６２】
式中、ブロック1及びブロック2は、下記リスト：
【００６３】
【化１６】
2014502295.tif 000033
【００６４】
から独立に選択され、n及びmは、5〜10000の範囲の整数である。側基R、R1、R2、R3、R4、R5は、H、アルキル、SO3H、(CH2)mSO3H、PO3H2、(CH2)mSi(Oアルキル)3、CH2フェニル、(CH2)mOH、NH2、COOH、OHを含むリストから選択される。対イオンMは、H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+及びNH4-kQk+（Qは直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、(C2-C20)アルキニル、及び(C6-C20)アリールアルキルを含むリストから選択され、kは0、1、2、3又は4である）を含むリストから選択される。アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、下記一般構造式I又はその塩を有する。
【００６５】
【化１７】
2014502295.tif 000034
【００６６】
式中、コアは紫外線及び／又は近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつイオン生成側基のセットGk1を含む有機単位である。数n1は、剛体棒状ポリマー巨大分子中の有機単位数であって、10〜10000の範囲の整数に等しく、k1は0、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい。イオン生成側基及び数k1は棒状ポリマー巨大分子に剛性を与え、数n1は、巨大分子の中間相形成を促す分子の異方性をもたらす。アクロマティック円偏光子のさらに別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子は、表1に示す構造1〜29から選択される。さらに別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子は、直鎖及び分岐鎖(C1-C20)アルキル、(C2-C20)アルケニル、及び(C2-C20)アルキニルを含むリストから独立に選択される追加の側基をさらに含む。アクロマティック円偏光子の一実施形態では、追加の側基の少なくとも1つは、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-,-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、及びそのいずれかの組合せを含むリストから選択される架橋基Aを介して有機単位コアと連結している。アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、一般構造式Iの剛体棒状ポリマー巨大分子の塩は、アンモニウム塩及びアルカリ金属塩を含むリストから選択される。さらに別の実施形態では、棒状巨大分子はポリマー主剛体鎖を有し、かつ共役有機単位は同一である。さらに別の実施形態では、剛体棒状巨大分子はコポリマー主剛体鎖を有し、かつ少なくとも1つの共役有機単位は他の共役有機単位と異なる。アクロマティック円偏光子の一実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIを有する。
【００６７】
【化１８】
2014502295.tif 000035
【００６８】
式中、Sys1は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X1、Y1、Z1、及びQ1は置換基であり；置換基X1はカルボン酸基-COOHであり、m1は0、1、2、3又は4であり；置換基Y1はスルホン酸基-SO3Hであり、h1は0、1、2、3又は4であり；置換基Z1はカルボキサミド-CONH2であり、p1は0、1、2、3又は4であり；置換基Q1はスルホンアミド-SO2NH2であり、v1は0、1、2、3又は4である。アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys1は、表2に示す一般式30〜44の構造から選択される。別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、表3に示す構造45〜53から選択され、分子系Sys1は構造30及び37〜44から選択され、置換基はスルホン酸基-SO3Hであり、m1、p1、及びv1は0に等しい。アクロマティック円偏光子のさらに別の実施形態では、一般構造式IIを有する有機分子は、CH3、C2H5、Cl、Br、NO2、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、及びNHCOCH3を含むリストから選択される少なくとも1つの置換基をさらに含む。さらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IIIを有する。
【００６９】
【化１９】
2014502295.tif 000036
【００７０】
式中、Sys2は、近似的に(主に)板状形を有し、かつ近赤外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子系であり、X2、Y2、Z2、及びQ2は置換基であり；置換基X2はカルボン酸基-COOHであり、m2は0、1、2、3又は4であり；置換基Y2はスルホン酸基-SO3Hであり、h2は0、1、2、3又は4であり；置換基Z2はカルボキサミド-CONH2であり、p2は0、1、2、3又は4であり；置換基Q2はスルホンアミド-SO2NH2であり、v2は0、1、2、3又は4である。一実施形態では、一般構造式IIIを有する有機分子は、表4に示す一般式54〜55の構造から選択される。アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、第1型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式IVを有する。
【００７１】
【化２０】
2014502295.tif 000037
【００７２】
式中、Sys3は、近似的に(主に)円板形を有し、かつ紫外線波長範囲に吸収を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系であり、X3、Y3、Z3、及びQ3は置換基であり；置換基X3はカルボン酸基-COOHであり、m3は0、1、2、3又は4であり；置換基Y3はスルホン酸基-SO3Hであり、h3は0、1、2、3又は4であり；置換基Z3はカルボキサミド-CONH2であり、p3は0、1、2、3又は4であり；置換基Q3はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。アクロマティック円偏光子のさらに別の実施形態では、一般構造式IVを有する有機分子は、表5に示す一般式56〜69の構造から選択される少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系Sys3を有する。さらに別の実施形態では、第2型の部分的に共役した実質的に平面の多環式有機分子は下記一般構造式Vを有する。
【００７３】
【化２１】
2014502295.tif 000038
【００７４】
式中、Sys4は、近赤外線波長範囲に吸収を有し、かつ近似的に(主に)円板形を有する少なくとも部分的に共役した実質的に平面の多環式分子系であり、X4、Y4、Z4、及びQ4は置換基であり；置換基X4はカルボン酸基-COOHであり、m4は0、1、2、3又は4であり；置換基Y4はスルホン酸基-SO3Hであり、h4は0、1、2、3又は4であり；置換基Z4はカルボキサミド-CONH2であり、p4は0、1、2、3又は4であり；置換基Q4はスルホンアミド-SO2NH2であり、v3は0、1、2、3又は4である。アクロマティック円偏光子の一実施形態では、一般構造式Vを有する有機化合物は、表6に示す一般式70〜76の構造から選択される。
アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸は前記超分子の縦軸と一致する。超分子の少なくとも一部は、それらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有する。剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子は、基板上にコーティングされるBA型の位相差層を形成し、この位相差層は位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<nz<ny及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）。
アクロマティック円偏光子の一実施形態では、剛体棒状ポリマー巨大分子の縦軸は、前記超分子の縦軸と一致する。超分子は、それらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有する。前記剛体棒状ポリマー巨大分子及び前記超分子は、基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx<ny=nz及び∂Δn(λ)/∂λ>0（Δn=ny-nx）。
本発明の別の実施形態では、アクロマティック円偏光子は、リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は、厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられる。多成分ゲスト-ホスト組成物を含む光学異方性位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。下記条件が満たされる：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δnadd(λ)/∂λ|<|∂Δn(λ)/∂λ|、∂Δn(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）。
本発明の別の実施形態では、アクロマティック円偏光子は、リオトロピック液晶に基づいた追加の層をさらに含み、この層は、厚さdaddと、前記層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,addb及びny,add)と、前記層の法線方向の1つの主屈折率(nz,add)とによって特徴づけられる。多成分ゲスト-ホスト組成物を含む光学異方性位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。下記条件が満たされる：可視スペクトル範囲全体にわたって|∂Δn(λ)/∂λ|<|∂Δnadd(λ)/∂λ|、Δnadd(λ)/∂λ<0及び∂R(λ)/∂λ>0（Δnadd=nx,add-ny,add、Δn=nx-ny及びR=(nx,add-ny,add)・dadd+(nx-ny)・d）。
【００７５】
本発明の別の実施形態では、基板はガラス製である。
アクロマティック円偏光子の一実施形態では、モル部C0は0に等しく、基板は厚さdsubと、基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートである。超分子はそれらの縦軸に垂直な面内に異方性分極率を有し、かつ前記超分子は、基板上にコーティングされる二軸BA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<nz<ny及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）。
アクロマティック円偏光子の別の実施形態では、モル部C0は0に等しく、基板は、厚さdsubと、基板の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx,sub及びny,sub)と、基板の法線方向の1つの主屈折率(nz,sub)とによって特徴づけられるポジティブA型のプレートである。超分子は、それらの縦軸に垂直な面内に等方性分極率を有し、かつ前記超分子は基板上にコーティングされるネガティブA型の位相差層を形成し、この位相差層は、厚さdと、位相差層の面内の2つの相互に垂直な方向に対応する2つの主屈折率(nx及びny)と、位相差層の法線方向の1つの主屈折率(nz)とによって特徴づけられる。これらの主屈折率は下記条件を満たす：可視スペクトル範囲全体にわたってnx,sub>ny,sub=nz,sub、nx<ny=nz及び∂R(λ)/∂λ>0（R=(nx,sub-ny,sub)・dsub+(nx-ny)・d）。
【００７６】
アクロマティック円偏光子のさらに別の実施形態では、基板材料は、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタラート(PEN)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカルボナート(PC)、配向ポリプロピレン(OPP)、ポリエチレン(PE)、ポリイミド(PI)、及びポリエステルを含むリストから選択される。
本発明をさらに容易に理解できるように、下記実施例を参照する。これらの実施例は本発明の説明に役立つものであるが、本発明の範囲を制限する意図ではない。
【実施例】
【００７７】
実施例1
この実施例はポリ(2,2’-ジスルホ-4,4’-ベンジジンテレフタルアミド)セシウム塩(表1の構造1)の合成を記述する。
1.377g(0.004モル)の4,4'-ジアミノビフェニル-2,2'-ジスルホンを1.2g(0.008モル)の水酸化セシウムと40mlの水と混合し、分散撹拌機で溶解するまで撹拌した。0.672g(0.008モル)の炭酸水素ナトリウムを溶液に加えて撹拌した。得られた溶液を高速(2500rpm)で撹拌しながら乾燥トルエン(15mL)中0.812g(0.004モル)のテレフタロイルジクロリドの溶液を5分以内で徐々に加えた。さらに5分間撹拌を続けて粘性白色エマルションを形成した。次にエマルションを40mlの水で希釈し、撹拌速度を100rpmに減じた。反応塊をホモジナイズした後、250mlのアセトンを添加することによってポリマーを沈殿させた。繊維状沈降物をろ過して乾燥させた。
ダイオードアレイ検出器(λ=230nm)を備えたHewlett Packard 1050クロマトグラフで、Varian GPCソフトウェアCirrus 3.2及びTOSOH Bioscience TSKgel G5000 PWXLカラム並びに移動相として0.2Mリン酸緩衝液(pH=7)を用いてゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を行なった。ポリ(パラ-スチレンスルホン酸)ナトリウム塩をGPC標準物質として使用した。数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw、及び多分散度Pは、それぞれ3.9×105、1.7×106、及び4.4と分かった。
【００７８】
実施例2
この実施例は、ポリ(2,2'-ジスルホ-4,4'-ベンジジンスルホテレフタルアミド)(表1の構造2)の合成を記述する。
10g(40ミリモル)の2-スルホテレフタル酸、27.5g(88.7ミリモル)のトリフェニルホスフィン、20gの塩化リチウム及び50mlのピリジンを200mlのN-メチルピロリドンに500mlの三つ口フラスコ内で溶かした。混合物を40℃で15分間撹拌してから13.77g(40ミリモル)の4,4'-ジアミノビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を加えた。反応混合物を115℃で3時間撹拌した。1Lのメタノールを粘性溶液に加え、生じた黄色沈殿物をろ過し、メタノール(500ml)及びジエチルエーテル(500ml)で連続して洗浄した。黄色がかった固体を真空中80℃で一晩乾燥させた。実施例1で述べたようにGPCを用いてサンプルの分子量分析を行なった。
【００７９】
実施例3
この実施例は、ポリ(パラ-フェニレンスルホテレフタルアミド)(表1の構造3)の合成を記述する。
10g(40ミリモル)の2-スルホテレフタル酸、27.5g(88.7ミリモル)のトリフェニルホスフィン、20gの塩化リチウム及び50mlのピリジンを200mlのN-メチルピロリドンに500mlの三つ口フラスコ内で溶かした。混合物を40℃で15分間撹拌してから4.35g(40ミリモル)の1,4-フェニレンジアミンを加えた。反応混合物を115℃で3時間撹拌した。1Lのメタノールを粘性溶液に加え、生じた黄色沈殿物をろ過し、メタノール(500ml)及びジエチルエーテル(500ml)で連続して洗浄した。黄色がかった固体を真空中80℃で一晩乾燥させた。実施例1で述べたようにGPCを用いてサンプルの分子量分析を行なった。
【００８０】
実施例4
この実施例は、ポリ(2-スルホ-1,4-フェニレンスルホテレフタルアミド)(表1の構造4)の合成を記述する。
10g(40ミリモル)の2-スルホテレフタル酸、27.5g(88.7ミリモル)のトリフェニルホスフィン、20gの塩化リチウム及び50mlのピリジンを200mlのN-メチルピロリドンに500mlの三つ口フラスコ内で溶かした。混合物を40℃で15分間撹拌してから7.52g(40ミリモル)の2-スルホ-1,4-フェニレンジアミンを加えた。反応混合物を115℃で3時間撹拌した。1Lのメタノールを粘性溶液に加え、生じた黄色沈殿物をろ過し、メタノール(500ml)及びジエチルエーテル(500ml)で連続して洗浄した。黄色がかった固体を真空中80℃で一晩乾燥させた。実施例1で述べたようにGPCを用いてサンプルの分子量分析を行なった。
【００８１】
実施例5
この実施例は、ポリ(2,2’-ジスルホ-4,4’-ベンジジンナフタレン-2,6-ジカルボキサミド)セシウム塩(表1の構造5)の合成を記述する。
0.344g(0.001モル)の4,4'-ジアミノビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を0.3g(0.002モル)の水酸化セシウム及び10mlの水と混合し、分散撹拌機で溶解するまで撹拌した。0.168g(0.002モル)の炭酸水素ナトリウムを溶液に加えて撹拌した。得られた溶液を高速(2500rpm)で撹拌しながら乾燥トルエン(4mL)中0.203g(0.001モル)のテレフタロイルジクロリドの溶液を5分以内で徐々に加えた。さらに5分間撹拌を続け、粘性の白色エマルションを形成した。次にエマルションを10mlの水で希釈し、撹拌速度を100rpmに減じた。反応塊をホモジナイズした後、60mlのアセトンを添加することによってポリマーを沈殿させた。繊維状沈降物をろ過して乾燥させた。実施例1で述べたようにGPCを用いてサンプルの分子量分析を行なった。
【００８２】
実施例6
【００８３】
【化２２】
2014502295.tif 000039
【００８４】
この実施例は、ポリ(ジスルホビフェニレン-1,2-エチレン-2,2’-ジスルホビフェニレン)(表1の構造6)の合成を記述する。
ペトリ皿内の36gの微粉末状ビベンジルを、蒸発皿を備えたデシケーター内の磁器ラック上に、該ラックが80gの臭素を含む状態で置く。デシケーターを閉じるが、臭化水素を逃すために非常に小さい開口を設ける。ジベンジルを臭素蒸気と一晩接触させたままにする。次に臭素を含む皿をデシケーターから取り出し、過剰の臭素蒸気をウォーターポンプで排除する。次に橙色固体を450mlのイソプロピルアルコールから再結晶させる。4,4’-ジブロモビベンジルの収量は20gである。
アルゴン下で100mlの乾燥テトラヒドロフラン中3gの4,4’-ジブロモビベンジルの撹拌溶液にブチルリチウムのヘキサン中2.5M溶液5.4mlを-78℃で滴加する。この温度で混合物を6時間撹拌して白色懸濁液を生成する。6mlのトリイソプロピルボラートを加え、混合物を一晩撹拌して温度を室温に戻す。30mlの水を加え、混合物を室温で4時間撹拌する。ロータリーエバボレーター(rotavapor)(35℃,40ミリバール)で有機溶媒を除去してから110mlの水を加え、混合物を濃HClで酸性にする。生成物をジエチルエーテル(7×30ml)に抽出し、有機層を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、ロータリーエバボレーターで溶媒を除去する。残渣を11mlのアセトンに溶かし、13mlの水と7mlの濃塩酸の混合物中で再沈殿させる。ビベンジル4,4’-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルの収量は2.4gである。
100gの4,4’-ジアミノ-2,2’-ビフェニルジスルホン酸、23.2gの水酸化ナトリウム及び3500mlの水を混合し、0〜5℃に冷却する。300mlの水中41gの亜硝酸ナトリウムの溶液を加え、5分間撹拌してから、この溶液に100mlの6M塩酸を加える。結果として生じる暗黄色溶液に300mlの水中71.4gの臭化カリウムの予冷溶液を2mlずつ加える。全ての臭化カリウムを添加した後、溶液を室温に戻す。次に反応混合物を加熱し、90℃で16時間維持する。300mlの水中70gの水酸化ナトリウムの溶液を加え、その溶液をエバポレートして総体積400mlとし、2500mlのメタノールで希釈して無機塩を沈殿させ、ろ過する。メタノールを蒸発させて20〜30mlとし、3000mlのイソプロパノールを加える。沈殿物をフィルター上でメタノールを用いて洗浄し、メタノールから再結晶させる。4,4’-ジブロモ-2,2’-ビフェニルジスルホン酸の収量は10.7gである。
窒素下で重合を行なう。2.7gの4,4’-ジヒドロキシ-2,2’-ビフェニルジスルホン酸及び2.0gのビベンジル4,4’-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルを2.8gの炭酸水素ナトリウム、28.5mlのテトラヒドロフラン及び17mlの水の混合物に溶かす。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える(ビベンジル4,4’-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルに比べて5×10-3モル当量)。結果として生じる懸濁液を20時間撹拌する。次に0.04gのブロモベンゼンを加える。2時間後、それを150mlのエタノールに注ぐことによってポリマーを沈殿させる。生成物を水で洗浄し、乾燥させ、トルエンに溶かす。ろ過溶液を濃縮し、5倍過剰のエタノールでポリマーを沈殿させ、乾燥させる。ポリマーの収量は2.7gである。
8.8gの95%硫酸を110℃に加熱し、2.7gのポリマーを加える。温度を140℃に上昇させて4時間維持する。100℃に冷却後、8mlの水を滴加し、混合物を冷ます。結果として生じる懸濁液をろ過し、濃塩酸で洗浄して乾燥させる。スルホン化ポリマーの収量は約2gである。
【００８５】
実施例7
【００８６】
【化２３】
2014502295.tif 000040
【００８７】
この実施例は、ポリ(2,2’-ジスルホビフェニル-ジオキシテレフタロイル)(表1の構造7)の合成を記述する。
500mlのビーカーで1.384g(0.004モル)の4,4'-ジヒドロキシビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を2.61g(0.008モル)の炭酸ナトリウム及び40mlの水と混合し、固体が完全に溶解するまで分散撹拌機で撹拌した。この溶液にジクロロメタン(50ml)を加えた。高速(7000rpm)で撹拌したら、無水ジクロロメタン(15ml)中0.812g(0.004モル)のテレフタロイルクロリドの溶液を加えた。撹拌を30分間続け、濃厚反応塊に400mlのアセトンを加えた。撹拌機で固体ポリマーを粉砕し、ろ過で分離した。生成物を80%エタノールで3回洗浄し、50℃で乾燥させた。
【００８８】
実施例8
【００８９】
【化２４】
2014502295.tif 000041
【００９０】
この実施例は、ポリ(2,2’-ジスルホビフェニル-2-スルホジオキシテレフタロイル)(表1の構造8)の合成を記述する。
500mlのビーカーで1.384g(0.004モル)の4,4'-ジヒドロキシビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を3.26g(0.010モル)の炭酸ナトリウム及び40mlの水と混合し、固体が完全に溶解するまで分散撹拌機で撹拌した。この溶液にジクロロメタン(60ml)を加えた。高速(7000rpm)で撹拌したら、1.132g(0.004モル)の2-スルホテレフタロイルクロリドを15分以内で加えた。撹拌を3時間続け、濃厚反応塊に400mlのアセトンを加えた。沈殿したポリマーをろ過で分離し、50℃で乾燥させた。
【００９１】
実施例9
【００９２】
【化２５】
2014502295.tif 000042
【００９３】
この実施例は、ポリ(スルホフェニレン-1,2-エチレン-2,2’-ジスルホビフェニレン)(表1の構造9)の合成を記述する。
ペトリ皿内の36gの微粉末状ビベンジルを、蒸発皿を備えたデシケーター内の磁器ラック上に、ラックが80gの臭素を含む状態で置く。臭化水素を逃すための非常に小さい開口を設けてデシケーターを閉じる。ジベンジルを臭素蒸気と一晩接触させたままにする。次に臭素を含む皿をデシケーターから取り出し、過剰の臭素蒸気をウォーターポンプで排除する。次に橙色固体を450mlのイソプロピルアルコールから再結晶させる。4,4’-ジブロモビベンジルの収量は20gである。
90mlの乾燥テトラヒドロフラン中23.6gの1,4-ジブロモベンゼンの溶液を調製する。この溶液10mlを撹拌しながら、60mlの乾燥テトラヒドロフラン中の5.0gのマグネシウムチップ及びヨウ素の数個の結晶に添加し、反応が開始するまで混合物を加熱する。残りのジブロモベンゼン溶液を徐々に添加して沸騰状態を維持する。そして反応混合物を8時間煮沸してアルゴン下で室温にて一晩放置する。アルゴン圧を利用してホースを通して混合物を滴下漏斗に移し、40mlの乾燥テトラヒドロフラン中24mlのトリメチルボラートの溶液に3時間-78-70℃で(固体二酸化炭素/アセトン浴)激しく撹拌しながら加える。混合物を2時間撹拌してからアルゴン下で一晩撹拌しながら室温まで加熱する。混合物を20mlのエーテルで希釈し、砕氷(200g)と濃H2SO4(6ml)の撹拌混合物に注ぐ。有機層と水層の分離を容易にするため20mlのエーテルと125mlの水を加えて混合物をろ過する。水層をエーテル(4×40ml)で抽出し、混ぜ合わせた有機抽出物を50mlの水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、蒸発乾固させる。淡褐色固体を800mlのクロロホルムに溶かして澄ます。
クロロホルム溶液をほとんど蒸発乾固させ、残留固体をベンゼンから再結晶させる。わずかに黄色がかった白色沈殿物をろ別して乾燥させる。ベンザイン1,4-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルの収量は0.74gである。
窒素下で重合を行なう。2.7gの4,4’-ジブロモ-2,2’-ビベンジル及び1.9gのベンザイン1,4-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルを2.8gの炭酸水素ナトリウム、28.5mlのテトラヒドロフラン及び17mlの水の混合物に加える。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える(ベンザイン1,4-ジボロン酸のジプロピレングリコールエステルに比べて5×10-3モル当量)。結果として生じる懸濁液を20時間撹拌する。次に0.04gのブロモベンゼンを加える。さらに2時間後にそれを150mlのエタノールに注ぐことによってポリマーを沈殿させる。生成物を水で洗浄し、乾燥させ、トルエンに溶かす。ろ過溶液を濃縮し、ポリマーを5倍過剰のエタノール中で沈殿させて乾燥させる。ポリマーの収量は2.5gである。
8.8gの95%硫酸を110℃に加熱し、2.7gのポリマーを加える。温度を140℃に上げて4時間保持する。室温に冷ました後、8mlの水を滴加して混合物を冷ます。結果として生じる懸濁液をろ過し、濃塩酸で洗浄して乾燥させる。スルホン化ポリマーの収量は1.5gである。
【００９４】
実施例10
この実施例はポリ(2-スルホフェニレン-1,2-エチレン-2’-スルホフェニレン)(表1の構造10)の合成を記述する。
【００９５】
【化２６】
2014502295.tif 000043
【００９６】
窒素下で重合を行なう。10.2gの2,2'-[エタン-1,2-ジイルビス(4,1-フェニレン)]ビス-1,3,2-ジオキサボリナン、10.5gの1,1'-エタン-1,2-ジイルビス(4-ブロモベンゼン)及び1gのテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を窒素下で混合する。炭酸カリウムの2.4M溶液50mlと300mlのテトラヒドロフランの混合物を窒素通気により脱気する。得られた溶液を最初の混合物に加える。その後、反応混合物を約40℃で72時間撹拌する。それを150mlのエタノールに注ぐことによってポリマーを沈殿させる。生成物を水で洗浄して乾燥させる。ポリマーの収量は8.7gである。
8.5gのポリマーを45mlの95%硫酸に投入する。反応塊を約140℃で4時間撹拌する。室温に冷ました後、74mlの水を滴加して混合物を冷ます。結果として生じる懸濁液をろ過し、濃塩酸で洗浄して乾燥させる。スルホン化ポリマーの収量は8gである。
【００９７】
実施例11
この実施例は、ポリ(2,2’-ジスルホビフェニル-2-スルホ-1,4-ジオキシメチルフェニレン)(表1の構造11)の合成を記述する。
【００９８】
【化２７】
2014502295.tif 000044
【００９９】
190gの4,4’-ジアミノビフェニル-2,2’-ジスルホン酸及び41.5gの水酸化ナトリウムを1300mlの水に溶かす。1180gの氷をこの溶液に撹拌しながら入れる。次に70.3gの亜硝酸ナトリウム、230.0mlの硫酸及び1180mlの水を反応塊に加え、それを-2〜0℃で1時間撹拌する。次にそれをろ過し、2400mlの氷水で洗浄する。フィルターケークを800mlの水に懸濁させて100℃に加熱する。次に約600mlの溶液が残るまで水を留出させる。110mlの水中166gの水酸化セシウム水和物を溶液に加える。次にそれを6000mlのエタノールに加え、結果として生じる懸濁液を室温で撹拌し、ろ過し、フィルターケークを600mlのエタノールで洗浄し、真空オーブンで45℃にて乾燥させる。4,4’-ジヒドロキシビフェニル-2,2’-ジスルホン酸の収量は230gである。
30mlの96%硫酸と21gのp-キシレンを混合し、100℃に加熱し、この温度で15分間維持する。反応塊を室温に冷まし、50gの水と氷でクエンチする。結果として生じる懸濁液を-10℃に冷却し、ろ過し、得られたフィルターケークを冷塩酸(15mlの濃塩酸と10mlの水)で洗浄する。沈殿物を絞り取って塩酸溶液(40mlの濃塩酸と25mlの水)から再結晶させる。白色物質を真空下90℃で乾燥させる。p-キシレンスルホン酸の収量は 34gである。
35mlの四塩化炭素、2.5gのp-キシレンスルホン酸、4.8gのN-ブロモスクシンイミド及び0.16gの過酸化ベンゾイルの混合物を撹拌しながら沸騰するまで加熱して温度を60分維持する。次にさらに0.16gの過酸化ベンゾイルを加え、混合物をさらに60分間沸騰させておく。冷却後、生成物を45mlの水で抽出し、20%塩酸から再結晶させる。2,5-ビス(ブロモメチル)ベンゼンスルホン酸の収量は約1gである。
冷却管と窒素の出入口を備えた25mlのフラスコに0.23gの4,4’-ジヒドロキシビフェニル-2,2’-ジスルホン酸、1.2mlのo-ジクロロベンゼン、0.22gの2,5-ビス(ブロモメチル)ベンゼンスルホン酸、1.2mlの10N水酸化ナトリウム、及び0.081gのテトラブチルアンモニウム水素スルファートを連続して加える。反応混合物を窒素下80℃で撹拌する。6時間の反応後、有機層を単離して水、次いで希塩酸、再び水で洗浄する。次に溶液をメタノールに加えて白色ポリマーを沈殿させる。次にポリマーをアセトン及びメタノールから再沈殿させる。
【０１００】
実施例12
この実施例は、表1の一般構造式12（式中、R1はCH3であり、MはCsである）の剛体棒状巨大分子の合成を記述する。
【０１０１】
【化２８】
2014502295.tif 000045
【０１０２】
30gの4,4'-ジアミノビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を300mlのピリジンと混合する。混合物に撹拌しながら60mlの塩化アセチルを加え、結果として生じる反応塊を35〜45℃で2時間撹拌する。次いでそれをろ過し、フィルターケークを50mlのピリジンですすいでから1200mlのエタノールで洗浄する。得られたアルコールで湿った固体を60℃で乾燥させる。4,4'-ビス(アセチルアミノ)ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸ピリジニウム塩の収率は95%である。
12.6gの4,4'-ビス(アセチルアミノ)ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸ピリジニウム塩を200mlのDMFと混合する。3.4gの水素化ナトリウム(油中60%の分散系)を加える。反応塊を室温で16時間撹拌する。7.6mlのヨウ化メチルを加えて反応塊を室温で16時間撹拌する。次に蒸留して反応混合物の揮発性成分を除去し、残渣を800mlのアセトンで洗浄して乾燥させる。得られた4,4’-ビス[アセチル(メチル)アミノ]ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を36mlの4M水酸化ナトリウムに溶かす。2gの活性炭を溶液に加えて80℃で2時間撹拌する。この液体をろ過で澄まし、35%HClで中和してpHを約1にし、蒸発により体積で約30%まで減らす。次にそれを一晩冷蔵(5℃)し、沈殿物質を単離して乾燥させる。4,4'-ビス[メチルアミノ]ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸の収率は80%である。
2.0gの4,4'-ビス[メチルアミノ]ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸及び4.2gの炭酸水素セシウムを6mlの水と混合する。この溶液をIKA UltraTurrax T25で5000rpmにて1分間撹拌する。2mlのトリエチレングリコールジメチルエーテルの添加後、20000rpmで1分間撹拌しながら4.0mlのトルエンを加える。次に2.0mlのトルエン中1.2gのテレフタロイルクロリドの溶液を混合物に20000rpmで加える。ポリマーのエマルションを60分間撹拌してから150mlのエタノールに20000rpmで加える。20分の撹拌後、ポリマーの懸濁液をブフナー漏斗で繊維フィルターを用いてろ過し、結果として生じるポリマーを8mlの水に溶かし、50mlのエタノールに注ぐことによって沈殿させ、70℃で12時間乾燥させる。収量は2.3gである。
最終生成物(4,4'-ビス[メチルアミノ]ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸)の合成及び純度の分析管理はイオン対HPLCで行なった。中間生成物及び最終生成物のHPLC分析は、自動サンプル注入器、quatpump、恒温カラム室、ダイオードアレイ検出器及びChemStation B10.03ソフトウェアを具備するHewlett Packard 1050(Agilent, USA)システムで行なった。15cm×4.6mm内径、5μm粒子、Dr. Maisch GmbH ReproSil-Pur Basic C18カラムで、アセトニトリル(成分A)、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロミドの0.01M水溶液(成分B)、及びリン酸緩衝液0.005M(pH=6.9〜7.0を有する)(成分C)から調製した線形勾配を利用して化合物を分離した。勾配は、20分でA-B-C 20:75:5(v/v)→A-B-C 35:60:5(v/v)であった。流速は1.5mL分-1、カラム温度は30℃であり、流出物をダイオードアレイ検出器で230及び300nmにてモニターした。
【０１０３】
実施例13
この実施例は表1の構造17で示されるポリマーのナトリウム塩の合成を記述する。
【０１０４】
【化２９】
2014502295.tif 000046
【０１０５】
0.654gの塩化銅(II)(4.82ミリモル,0.07当量)を周囲条件で2500mlのビーカー内で撹拌しながら410.0mlの水に溶かした(それを排気により脱気し、アルゴンで充填してからアルゴンでパージした)。得られた溶液に26.0gの2,5-ビス-(ブロモメチル)-ベンゼンスルホン酸(66.02ミリモル)を加えてから、白っぽい懸濁液に25.82gの臭化ナトリウム(250.88ミリモル,3.8当量)を加えた。反応混合物に115.5mlのn-アミルアルコールを添加すると同時に激しく撹拌した。反応混合物に52.0mlの水中の10.03gの水素化ホウ素ナトリウム(264.08ミリモル,4.0当量)を一度に添加すると同時に激しく撹拌した。結果として生じる混合物を10分間撹拌した。底部の水層を単離し、この暗い霧深い溶液を二重層ガラスろ紙(D=185mm)でろ過した。結果として生じる溶液をフィルター膜(Millipore,PHWP29325,混合セルロースエステル,0.3μm)で撹拌限外ろ過セルを用いてろ過した。水を蒸発させて24.1gの乾燥ポリマーを得た。(Mn=20536、Mw=130480、Pd=6.3)。
【０１０６】
実施例14
この実施例は、表1の構造20で示されるポリマーのナトリウム塩の合成を記述する。
【０１０７】
【化３０】
2014502295.tif 000047
【０１０８】
556mgの2,5-ビス(ブロモメチル)ベンゼンスルホン酸、557mgの4,4'-ジヒドロキシビフェニル-2,2'-ジスルホン酸及び500mgのテトラ-n-ブチルアンモニウムブロミドを10mlの無水N-メチルピロリドンに溶かした。この溶液に332mgの60%水素化ナトリウム(5.1当量)を少しずつ加え、混合物を50℃で4日間撹拌した。その後、混合物を100mlのエタノールに注ぎ、ろ別した。沈殿物を水(約5ml)に溶かし、100mlのエタノール中で沈殿させて再びろ別した。
340mgのポリマー(Mn=9K、Mw=15K)を得た。
【０１０９】
実施例15
この実施例は、表1の構造18で示されるポリマーのナトリウム塩の合成を記述する。
【０１１０】
【化３１】
2014502295.tif 000048
【０１１１】
400mgの4,4'-ビス(クロロメチル)ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸、337mgの4,4'-ジヒドロキシビフェニル-2,2'-ジスルホン酸及び400mgのテトラ-n-ブチルアンモニウムブロミドを10mlの無水N-メチルピロリドンに溶かした。この溶液に238mgの60%水素化ナトリウム(6.1当量)を少しずつ加え、混合物を50℃で4日間撹拌した。その後、混合物を100mlのエタノールに注ぎ、ろ別した。沈殿物を水(約5ml)に溶かし、100mlのエタノール中に沈殿させて再びろ別した。
330mgのポリマー(Mn=3K、Mw=5K)を得た。
このポリマーのモノマーの合成は以下のように行なった：
中間体1：
【０１１２】
【化３２】
2014502295.tif 000049
【０１１３】
2-ヨード-5-メチルベンゼンスルホン酸(46g,137ミリモル)を二つ口フラスコ(容積500mL)に入れて水(200mL)を加えた。結果として生じた溶液に水(40mL)中の胆礬硫酸銅(0.25g,1ミリモル)を加えてから混合物を85℃に15分間加熱した。暗色溶液に銅粉末(14g,227ミリモル)を加えた。温度を90℃に上昇させてから反応混合物を80〜85℃で3時間撹拌した。
反応混合物を2回ろ過し、溶液をロータリーエバポレーターで75mLまで濃縮し、0℃に冷却し、エタノールを滴加した(25mL)。生じた沈殿物をろ別し、エタノールで洗浄し、50℃で乾燥させた。収量は28gであった。
中間体2：
【０１１４】
【化３３】
2014502295.tif 000050
【０１１５】
4,4'-ジメチルビフェニル-2,2'-ジスルホン酸(30.0g,71.7ミリモル)を水(600mL)に溶かし、水酸化ナトリウムを加えた(12g,300ミリモル)。結果として生じた溶液を45〜50℃に加熱し、過マンガン酸カリウム(72g,45ミリモル)を1時間30分で少しずつ加えた。結果として生じた混合物を50〜54℃で16時間撹拌してから40℃に冷却し、メタノールを加え(5mL)、温度を70℃に上げた。混合物を40℃に冷却し、酸化マンガンからろ過し、清澄無色溶液を100mLまで濃縮し、塩酸(50mL)で酸性にした。結果として生じた混合物を一晩放置し、0℃に冷却し、ろ別し、アセトニトリル(100mL,再懸濁液)及びジエチルエーテルで洗浄し、乾燥させ、13.5gの繊維状白色固体が形成された。
中間体3:
【０１１６】
【化３４】
2014502295.tif 000051
【０１１７】
2,2'-ジスルホビフェニル-4,4'-ジカルボン酸(7.5g,18.6ミリモル)をn-ペンタノール(85mL,68g,772ミリモル)及び硫酸(0.5mL)と混合し、3時間以上加熱してDean-Starkトラップを用いて還流させた。反応混合物を50℃に冷却し、ヘキサン(150mL)で希釈し、10分間同温度で撹拌し、次に沈殿物をろ別し、ヘキサン(3×50mL)で洗浄してから50℃で4時間乾燥させた。白色固体物質の重量は8.56g(84%)であった。
中間体4：
【０１１８】
【化３５】
2014502295.tif 000052
【０１１９】
冷却管、マグネチックスターラ、温度計及びアルゴンT字管を備えたフラスコに無水テトラヒドロフラン(400mL)を入れた。水素化アルミニウムリチウム(Lithium alumohydride)(3.5g,92ミリモル)をテトラヒドロフランに加え、結果として生じた懸濁液を50℃に加熱し、4,4'-ビス[(ペンチルオキシ)カルボニル]ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸を効率的に撹拌しながら10分間で分けて添加した(20.0g,37ミリモル)。結果として生じた懸濁液を還流下で1.5時間穏やかに煮沸した(63〜64℃)。
反応混合物を10℃(氷水)に冷却し、水素の発生が止むまで撹拌しながら水を加えた(5〜5.2mL)。混合物を無水テトラヒドロフラン(100mL)で希釈して撹拌を効率的にした。結果として生じた白色懸濁液を1L容積のフラスコに移し、塩酸36%(24g)で酸性にした。粘着性沈殿物が生じた。それをガラス棒でよく撹拌してから混合物をロータリーエバポレーターで乾燥させ、残渣を無水テトラヒドロフラン(100mL)と混合し、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去し、白色固体残渣を乾燥ピストル(pistol)内で67℃/10mmHg(煮沸メタノール)にて2時間乾燥させた。白色片を粉末にして1時間以上乾燥させた。
結果としての重量は30gの白色粉末物質であった。計算された生成物含量は無機塩(AlCl3,LiCl)と溶媒和水の混合物中約1.25ミリモル/g(50%)のジオールであった。
粗製4,4'-ビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル-2,2'-ジスルホン酸(3.0g,3ミリモル)を塩酸36%(10mL)と混合し、85℃で1.5時間撹拌した。15分後及び1時間20分の加熱後に塩化水素ガスを反応混合物に10分間2回通した。清澄溶液は形成されないが、ほとんど清澄な懸濁液が観察された。反応混合物を氷水浴で0℃に冷却し、同温度にて塩酸流下で撹拌し、白色沈殿物をろ別し、水酸化カリウム上で一晩真空中にて乾燥させた。収量は2.6gであった。
【０１２０】
実施例16
この実施例は、表1の構造19で示されるポリマーのナトリウム塩の合成を記述する。
【０１２１】
【化３６】
2014502295.tif 000053
【０１２２】
100mgの4,4'-ビス(ブロモメチル)ビフェニル-2-スルホン酸、83mgの4,4'-ジヒドロキシビフェニル-2,2'-ジスルホン酸及び80mgのテトラ-n-ブチルアンモニウムブロミドを2mlの無水N-メチルピロリドンに溶かした。この溶液に50mgの60%水素化ナトリウム(5.1当量)を少しずつ加え、混合物を50℃で4日間撹拌した。その後、混合物を20mlのエタノールに注ぎ、ろ別した。沈殿物を水(約2〜3ml)に溶かし、50mlのエタノール中で沈殿させ、再びろ別した。
100mgのポリマー(Mn=10K、Mw=23K)を得た。
このポリマーのモノマーの合成は以下のように行なった：
中間体5：
【０１２３】
【化３７】
2014502295.tif 000054
【０１２４】
2-スルホ-p-トルイジン(50g,267ミリモル)を水(100mL)及び塩酸36%(100mL)と混合した。混合物を撹拌し、0℃に冷却した。温度を3〜5℃に維持しながら水(50mL)中の亜硝酸ナトリウム(20g,289ミリモル)の溶液をゆっくり加えた(滴下漏斗、1.25時間)。結果として生じた懸濁液を次に0〜3℃で1時間45分間撹拌し、ろ過により生じた暗色塊をマグネチックスターラと温度計を備え、25%硫酸(212mL)に溶解したヨウ化カリウム(66.5g,400ミリモル)を含有するトールビーカーに湿式で分けて加え；添加工程中は温度を約10℃で維持した。大量の窒素が発生し、発泡するので、大きい磁気棒が必要であった。次に反応混合物を室温に戻し、硫酸の25%溶液(200mL)を加えた。70℃に温度を維持しながら加熱を30分間続け、硫酸の25%溶液(150mL)を加え、しばらくの間撹拌した。黒色の不溶性固体から混合物を熱ろ過し、撹拌しながら室温に冷ました。沈殿が生じ、溶液は暗色であった。沈殿物をPallガラスシートでろ過し、エタノール-水1:1(100mL)で洗浄し、再懸濁させ(エタノール100mL)、もう一度ろ過し、フィルター上でエタノール(50mL)を用いて洗浄し、ストーブで50℃にて乾燥させ、結果として生じた化合物は淡褐色である。収量は46g(57%)であった。
中間体6：
【０１２５】
【化３８】
2014502295.tif 000055
【０１２６】
一つ口フラスコ(容積1L)に水(500mL)を入れた後、水酸化ナトリウム(6.5g,160ミリモル)と3-スルホ-4-ヨードトルエン(20.0g,67.1ミリモル)を入れた。結果として生じた溶液を40℃まで温め、よく撹拌した液体に微粉状の過マンガン酸カリウム(31.8g,201ミリモル)を10分間隔で少しずつ導入した。添加を1時間30分行なった。添加中、温度を40〜45℃(浴で)で維持した。次に反応混合物を75〜80℃(浴で)まで加熱し、この温度で16時間放置した。メタノール-水の1:1混合物(5.5mL)を60℃で加え、暗色懸濁液を35〜40℃に冷まし、ろ別した。澄んだ透明溶液を塩酸36%(130mL)で酸性にし、ロータリーエバポレーターで濃縮し、約1/3の溶媒を蒸留した。白色沈殿が生じた。懸濁液を氷上で冷却し、ろ別し、アセトニトリル(50mL)とジエチルエーテル(50mL)で洗浄した。塩酸臭が消えるまで(4時間)、白色固体物質をストーブで50℃にて乾燥させた。収量は22gであった。
中間体7：
【０１２７】
【化３９】
2014502295.tif 000056
【０１２８】
温度計、マグネチックスターラ、アルゴン注入管及び気泡計数器を備え、40℃に加熱したフラスコに水(550mL)を入れてから炭酸カリウムを添加した後(40.2g,291ミリモル)、4-ヨード-3-スルホ安息香酸(19.1g,58.3ミリモル)及び4-メチルフェニルボロン酸(8.33g,61.2ミリモル)を加えた。装置を排気し、撹拌しながらアルゴンを4回充填した。Pd/C10%(Aldrich,1.54mg,1.46ミリモル)を加え、装置にアルゴンを3回以上流した。溶液の温度を75〜80℃に上昇させ、結果として生じた混合物をアルゴン下で16時間撹拌した。反応混合物を40℃に冷まして2回ろ過し、CO2の発生が止まるまで(約55g)36%塩酸を滴加した(氷浴)。結果として生じた懸濁液を氷上で冷却し、ろ別し、ビーカー内でアセトニトリル(50ml)を用いて洗浄し、ろ過し、フィルター上でジエチルエーテル(50mL)を用いて洗浄してからストーブで3時間45℃で乾燥させた。収量は10.0g(58%)であった。
中間体8：
【０１２９】
【化４０】
2014502295.tif 000057
【０１３０】
二つ口フラスコ(容積0.5L)に水を入れた後(500mL)、水酸化ナトリウム(4.4g,109ミリモル)及び4'-メチル-2-スルホビフェニル-4-カルボン酸(10.0g,34.2ミリモル)を入れた。結果として生じた溶液を40℃まで温め(油浴、内部温度)、よく撹拌した液体に微粉状過マンガン酸カリウム(16.2g,102.6ミリモル)を10分間隔で少しずつ導入した。添加を45分間行なった。この工程中、温度を40〜45℃で維持した。次に反応混合物を50℃(内部)まで加熱し、この温度で撹拌しながら18時間放置した。メタノール-水の1:1混合物(2mL)を45℃で加え、暗色懸濁液を室温に冷ましてろ別した。澄んだ透明溶液を塩酸36%(13g)で酸性にした。白色沈殿が生じた。懸濁液を氷上で冷却し、ろ別し、ビーカー内でアセトニトリル(50mL)を用いて洗浄し、ろ過し、フィルター上でジエチルエーテル(50mL)を用いて洗浄した。塩酸臭が消えるまで(4時間)、白色固体をストーブで50℃にて乾燥させた。収量は7.5g(68%)であった。
中間体9：
【０１３１】
【化４１】
2014502295.tif 000058
【０１３２】
粉末状2-スルホビフェニル-4,4'-ジカルボン酸(7.5g,23.3ミリモル)を無水(マグネシウム上で蒸留)メタノール(100mL)及び硫酸(d 1.84,2.22mL,4.0g,42.6ミリモル)と混合した。結果として生じた懸濁液を撹拌かつ穏やかに煮沸しながら2日間放置した。炭酸ナトリウム(5.01g,47.7ミリモル)をメタノール溶液に加え、45分間撹拌してからロータリーエバポレーターでエバポレートした。残渣(白色粉末)をテトラヒドロフランと混合していずれの大きい粒子をも除去し(100mL)、結果として生じた懸濁液をロータリーエバポレーター上で乾燥させてからデシケーター内で減圧下にて酸化リン上で一晩乾燥させた。結果として生じた残渣をそのままさらなる変換で使用した。
乾燥した粗製4,4'-ビス(メトキシカルボニル)ビフェニル-2-スルホン酸とマグネチックスターラを含有し、栓で閉じた一つ口フラスコ(容積250mL)をテトラヒドロフラン(ナトリウム上で無水、150mL)で満たした。白色懸濁液を室温で20分間撹拌してその滑らかさを確保してから水素化アルミニウムリチウム(lithium alumohydride)を分けて(0.2〜0.3g)40分間で添加した。発熱作用が観察された。温度が45〜50℃に上昇した。次にジョイントを軟らかいティッシュペーパーできれいにし、フラスコに冷却管とアルゴン気泡T字計数器を装備した。結果として生じた懸濁液を撹拌しながら(浴74℃)3時間加熱した。
反応混合物を氷上で10℃に冷却し、水素の発生(ここでは注意すべきである)が止まるまで水を滴加した(4mL)。懸濁液が乳白色になるまで臭化水素酸(48%)を少しずつ添加した(43g,計測記録用紙の酸反応)。懸濁液を0.5L容積のフラスコに移し、それをロータリーエバポレーター上で乾燥させた。48%臭化水素酸をフラスコに添加し(160mL)、結果として生じた泥状溶液をろ過し(PALL)、温度計を有するh字管とアルゴン注入管をフラスコに装備した。装置にアルゴンを流し、油浴上に置いた。温度(内部)を75℃に上昇させながら15分間撹拌を行なった。この温度で7分後に白色沈殿の形成が観察された。70〜75℃で1.5時間撹拌を行なってから懸濁液を30℃に冷却し、ろ別し、フィルター上で沈殿物を冷却臭化水素酸48%(30mL)で洗浄し、軽く圧搾した。デシケーター内で定期的にアルゴンを満たしながらフィルターケークを減圧下にて水酸化ナトリウム上で乾燥させた。収量は7.0g(二酸に対して72%)であった。
【０１３３】
実施例17
この実施例は、7-(4-スルホフェニル)ジベンゾ[b,d]チオフェン-3-スルホン酸5,5-ジオキシド(表3の構造53)の合成を記述する。
【０１３４】
【化４２】
2014502295.tif 000059
【０１３５】
7.83gのp-テルフェニルを55mlの10%発煙硫酸に10〜20℃で溶かし、混合物を周囲温度で20時間撹拌した。この生じた懸濁液に20gの氷を加えて混合物を0℃に冷却した。固体をろ過し、36%塩酸で洗浄し、最小量の水に溶かし(溶液を不純物からろ過した)、36%塩酸で沈殿させた。生成物をろ過し、36%塩酸で洗浄し、乾燥させた。収量は9.23gであった。
【０１３６】
実施例18
この実施例は、表3の構造45の多環式有機化合物の調製を記述する。
【０１３７】
【化４３】
2014502295.tif 000060
(II)
【０１３８】
4,4'-(5,5-ジオキシドジベンゾ[b,d]チエン-3,7-ジイル)ジベンゼンスルホン酸を1,1':4',1'':4'',1'''-クアテルフェニルのスルホン化によって調製した。1,1':4',1'':4'',1'''-クアテルフェニル(10g)を20%発煙硫酸(100ml)に投入した。反応塊を周囲条件で5時間撹拌した。その後、反応混合物を水(170ml)で希釈した。最終硫酸濃度は約55%になった。沈殿物をろ過し、氷酢酸(約200ml)ですすいだ。フィルターケークを約110℃のオーブンで乾燥させた。このプロセスは8gの4,4'-(5,5-ジオキシドジベンゾ[b,d]チエン-3,7-ジイル)ジベンゼンスルホン酸を生じさせた。
生成物を1H NMR(Brucker Avance-600, DMSO-d6, δ, ppm)で分析すると下記結果を示した：7.735 (d, 4H, 4CHAr(3,3’,5,5’)); 7.845 (d, 4H, 4CHAr(2,2’,6,6’)); 8.165 (dd, 2H, 2CHAr(2,8)); 8.34 (m, 4H, 4CHAr(1,9,4,6))。分光計UV/VIS Varian Cary 500 Scanを用いて水溶液中で測定した生成物の電子吸収スペクトルはλmax1=218nm(ε=3.42*104)、λmax2=259nm(ε=3.89*104)、及びλmax3=314nm(ε=4.20*104)で吸収最大値を示した。Brucker Daltonics Ultraflex TOF/TOFを用いて記録した生成物の質量スペクトルは以下のとおりである：分子イオン(M-= 529)、FW=528.57。
【０１３９】
実施例19
この実施例は、9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホンアミドと9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホンアミド(表5の有機化合物57のカルボキシ誘導体)の混合物の合成を記述する。
【０１４０】
【化４４】
2014502295.tif 000061
【０１４１】
A.  9-カルボキシ-アセナフトキノキサリンの合成
75mlの水中の3,4-ジアミノ安息香酸塩酸塩(1.88g,0.01モル)を80mlの酢酸中のアセナフトキノン(1.82g,0.01モル)の懸濁液に加えた。反応混合物を95〜100℃に加熱し、この温度で15分間撹拌しながら処理し、冷却した。沈殿物をろ過で分離し、酢酸で洗浄した。最終生成物収量は2.6g(87%)であった。質量スペクトル(VISION 2000分光計、陰イオン反射モード)：m/z, 298.5; mol. wt., 298.29；電子吸収スペクトル(Ocean PC 2000分光計、アンモニウム塩の水溶液)：λmax1=235nm、及びλmax2=320nm。
【０１４２】
B.  9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホン酸と9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホン酸の混合物の合成
9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン(2.0g,0.0067モル)を20mlの30%発煙硫酸に添加して3.5時間撹拌しながら80〜90℃で維持した。次に反応混合物を36mlの水で希釈し、ろ過により沈殿物を分離し、酢酸(100ml)から再沈殿させ、ろ過し、アセトンで洗浄した。最終生成物収量は1.92g(76%)であった。質量スペクトル(VISION 2000分光計、陰イオン反射モード)：m/z, 377.1; mol. wt., 378.36；電子吸収スペクトル(Ocean PC 2000分光計、アンモニウム塩の水溶液)：λmax1=235nm、及びλmax2=320nm。
【０１４３】
C.  9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホン酸及び9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホン酸の塩化物の混合物の合成
9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホン酸と9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホン酸(1.8g,0.0047モル)の混合物をクロロスルホン酸(18ml)に加えた。次に0.3gのNaClを加え、反応混合物を3時間撹拌しながら80〜85℃で維持し、冷却し、350gの氷に注いだ。ろ過により沈殿物を分離し、中性pHになるまで氷冷水で洗浄した。最終生成物収量は8〜9gのフィルターケークであった。
【０１４４】
D.  9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホンアミドと9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホンアミドの混合物の合成
9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-2-スルホン酸及び9-カルボキシ-アセナフトキノキサリン-5-スルホン酸の塩化物の混合物のフィルターケーク(8〜10g)を20mlのアンモニアに加え、混合物を3〜5℃で0.5時間維持してから周囲条件下で0.5時間撹拌した。得られたアンモニア溶液をろ過し、イソプロパノール(約30ml)で希釈した。ろ過により沈殿物を分離し、フィルター上でイソプロパノールを用いて洗浄した。最終生成物収量は1.2g(67%)であった。質量スペクトル(VISION 2000分光計)：m/z, 377.2; mol. wt., 377.37；電子吸収スペクトル(Ocean PC 2000分光計、アンモニウム塩の水溶液)：λmax1=235nm、及びλmax2=320nm。元素分析：元素分析：C, 60.22; H, 2.91; N, 11.11;; C18H10N2O3Sの分析計算値：C, 60.47; H, 2.94; N, 11.13; O, 16.96; S, 8.50。
【０１４５】
実施例20
この実施例はトリカルボキシ-5,11,17-トリメチルビス[3,1]ベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a][3,1]ベンズイミダゾール-5,11,17-トリイウムトリブロミド(表5の有機化合物56のカルボキシ誘導体)の混合物の合成を記述する：
【０１４６】
【化４５】
2014502295.tif 000062
【０１４７】
A.  1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸の合成
3,4-ジアミノ安息香酸(20g,0.13モル)をギ酸(120ml)に冷却しながら懸濁させた。その後、塩酸(12ml)を加えた。得られた反応塊を室温で24時間撹拌した。ガラス繊維フィルターを通して反応混合物をろ過した。次にフィルターケークを水(400ml)に溶かし、アンモニア溶液でpHを2.0に調整し、反応塊を一晩撹拌した。結果として生じた懸濁液をろ過し、ろ液のpHをアンモニア溶液で3.0に調整し、反応塊を2時間撹拌した。沈殿物をろ過し、約100℃で乾燥させた。H1NMR(Brucker Avance-300, DMSO-d6, δ, ppm)：7.695 (d, H, CHAr(7)); 7.877 (dd, H, CHAr(6)); 8.25 (d, H, CHAr(4)); 8.44 (s, H, (s, H, CHAr(2)); 12.82 (s, 2H, NH, COOH)。収量は11.3g(54%)であった。
【０１４８】
B.  2-ブロモ-1-メチル-1H-ベンズイミダゾール-5(6)-カルボン酸の合成
メタノール(200ml)中の臭素(64ml,1.25モル)の溶液をメタノール(270ml)中の1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸(20g,0.12モル)の懸濁液に冷却しながら投入した。反応塊を室温で3日間撹拌した。その後、ロータリーエバポレーターで溶液体積を120mlに減じた。得られた濃縮物をアセトン(1.7l)に加えて一晩撹拌した。沈殿物をろ過し、アセトンですすいで乾燥させた。H1NMR(Brucker Avance-300, DMSO-d6, δ, ppm)：3.94 (s, 3H, CH3); 7.995 (d, H, CHAr(7)); 8.14 (dd, H, CHAr(6)); 8.39 (d, H, CHAr(4)); 9.79 (s, H, COOH)。収量は20.5g(65%)であった。
【０１４９】
C.  トリカルボキシ-5,11,17-トリメチルビス[3,1]ベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a][3,1]ベンズイミダゾール-5,11,17-トリイウムトリブロミドの合成
2-ブロモ-1-メチル-1H-ベンズイミダゾール-5(6)-カルボン酸(20g,0.08モル)をN-メチルピロリドン(100ml)に投入した。反応塊を150〜155℃で6時間撹拌した。自冷後、それをクロロホルム(2リットル)に加えて2時間撹拌した。沈殿物をろ過した。フィルターケークをクロロホルム(700ml)に懸濁させ、ろ過し、クロロホルムですすいだ。約90℃で生成物を乾燥させた。H1NMR(Brucker Avance-300, DMSO-d6, δ, ppm): 4.12 (s, 3H, CH3);4.14 (s, 3H, CH3); 4.16 (s, 3H, CH3); 4.18 (s, 3H, CH3); 8.105 (m, 6H, 3*CHArCHAr); 8.485 (m, 3H, 3*CHAr); 9.90 (s, H, COOHAr); 9.705 (m, 3H, COOH)。生成物を約90℃で乾燥させた。収量は18.8g(90%)であった。
【０１５０】
実施例21
この実施例はビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール-トリスルホン酸(表6の有機化合物56のスルホ誘導体)の混合物の合成を記述する：
【０１５１】
【化４６】
2014502295.tif 000063
【０１５２】
A.  ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾールの合成
2-クロロ-1H-ベンズイミダゾール(4g,0.026モル)を200〜220℃まで加熱し、30分間撹拌した(塩化水素の放出が止まるまで)。ニトロベンゼンを反応塊に加えて25分間撹拌しながら煮沸した。約80℃まで自冷後、それをろ過し、アセトンですすいだ。フィルターケークを約100℃で乾燥させた。収量は2.1g(70%)であった。
【０１５３】
B.  ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール-トリスルホン酸の混合物の合成
ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール(2.0g,0.006モル)を20%発煙硫酸(20ml)に投入し、一晩撹拌した。その後、反応塊を水(28.2ml)で希釈した。沈殿物をろ過し、濃塩酸、1,4-ジオキサン及びアセトンですすいだ。生成物をデシケーター内で乾燥させた。収量は1.32g(40%)であった。
【０１５４】
実施例22
この実施例はビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール-トリカルボン酸(表5の有機化合物56のカルボキシ誘導体)の混合物の合成を記述する：
【０１５５】
【化４７】
2014502295.tif 000064
【０１５６】
A.  2-オキソ-2,3-ジヒドロ-1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸メチルの合成
3,4-ジアミノ安息香酸メチル二塩酸塩(20g,0.08モル)を尿素(6.54g,0.11モル)と混合した。反応混合物を約150℃で7時間加熱した。冷却後、粉末を水(400ml)に懸濁させ、この懸濁液のpHを塩酸で0.45に調整した。沈殿物をろ過し、水及び塩酸ですすいだ(pH=1.5)。得られたフィルターケークを約100℃で乾燥させた。収量は15.7g(97%)であった。
【０１５７】
B.  2-クロロ-1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸メチルの合成
2-オキソ-2,3-ジヒドロ-1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸メチル(43g,0.22モル)をオキシ塩化リン(286ml)に投入した。沸騰反応塊を通して乾燥塩化水素を12時間泡立てた。冷却後、反応塊を氷と水の混合物(2kg)に注いだ。沈殿物をろ過して取り除いた。ろ液を水(1.25リットル)とアンモニア溶液(約800ml)で希釈し、その後にアンモニア溶液でpHを5.6に調整した。沈殿物をろ過し、水ですすいだ。収量は39.5g(84%)であった。
【０１５８】
C.  ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール-トリカルボン酸トリメチルの合成
2-クロロ-1H-ベンズイミダゾール-6-カルボン酸メチル(38g,0.18モル)を185〜190℃で10時間加熱した。収量は30.3g(96%)であった。
【０１５９】
D.  ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾールトリカルボン酸の合成
ビスベンズイミダゾ[1',2':3,4;1'',2'':5,6][1,3,5]トリアジノ[1,2-a]ベンズイミダゾール-トリカルボン酸トリメチル(30g,0.06モル)を水酸化カリウムの5%溶液(250ml)に投入し、1.5時間煮沸した。冷却後、得られた溶液をろ過し、塩酸塩溶液で中和し、塩酸で溶液のpHを1.25に調整した。沈殿物をろ過し、水ですすぎ、約100℃で乾燥させた。質量スペクトル(Ultraflex TOF/TOF (Bruker Daltonics, Bremen, Germany))：M/Z=480 (FW=480.39)。収量は26.3g(95%)であった。
【０１６０】
実施例23
この実施例は、下記スキームに従って行なわれる6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オンのスルホンアミド-カルボン酸の混合物の合成を記述する(表5の有機化合物58のカルボキシ誘導体)：
【０１６１】
【化４８】
2014502295.tif 000065
【０１６２】
6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸と6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸の混合物(5.0g)をクロロスルホン酸(50ml)と95℃で4時間撹拌する。次に反応塊を氷(150g)中に注ぐ。沈殿物をろ過により分離し、氷冷水(100ml)で（洗浄水の中性反応まで）洗浄する。HPLCデータによると、フィルター上の残渣は、91.5%の目的生成物と5%のカルボキシスルホン酸誘導体を含有した。
この残渣を少しずつアンモニア水溶液(50ml)に導入し、混合物を室温で約1時間撹拌してから硫酸を添加してアンモニア溶液を酸性にしてpH2.5にする。沈殿物をろ過し、3%塩酸(100ml)に懸濁させ、再びろ過する。残渣を水(60ml)で洗浄する。この手順は3.9gの2(3)-スルホンアミド-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸と2(3)-スルホンアミド-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸の混合物を生じさせた(生成物は87%の目的化合物と5%のカルボキシスルホン酸誘導体を含む)。沈殿物を105℃で空気乾燥させる。
Vision 2000分光計を用いて記録した生成物の質量スペクトルは以下のとおりである：m/z, 358.6; mol. wt., 358.04。Ocean PC 2000 UV/VIS分光光度計を用いて測定した生成物の水溶液の電子吸収スペクトルはλmax1=325nm及びλmax2=335〜340nmで吸収最大値を示した。元素分析は下記結果を与えた(%)：C, 50.28; H, 2.81; N, 15.64; S, 8.95(C15H10N4O5Sの分析計算値)；C, 50.63; H, 2.88; N, 16.01(実測値)。
【０１６３】
実施例24
この実施例は2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミドの混合物の合成を記述する。
最初に、この実施例は下記スキームに従って行なわれる6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミドの混合物の合成を記述する(表5の有機化合物58の誘導体)：
【０１６４】
【化４９】
2014502295.tif 000066
【０１６５】
9-カルボキシ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン(6g)と塩化チオニル(60ml)の混合物を2.5時間煮沸する。最終反応混合物をろ過し、残渣を四塩化炭素(50ml)で洗浄する。真空乾燥後、沈殿物を徐々にアンモニア水溶液(90ml)に、反応混合物の温度が約5℃で維持されるように氷冷水浴で冷却しながら導入する。得られた懸濁液を指示温度で30分間撹拌してから45℃に加熱し、この温度で30分間撹拌する。沈殿物を熱ろ過し、水(130ml)で洗浄する。沈殿物を105℃で空気乾燥させる。この手順は、6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミドの混合物4.3gを生じさせた(HPLCによると目的化合物含量は96.0%である)。
Vision 2000分光計を用いて記録した生成物の質量スペクトルは以下のとおりである：m/z, 278.2; mol. wt., 278.08。Ocean PC 2000 UV/VIS 分光光度計を用いて測定した生成物の水溶液の電子吸収スペクトルはλmax1=245〜250nm及びλmax2=335〜340nmに吸収最大値を示した。元素分析は下記結果を与えた(%)：C, 64.74; H, 3.62; N, 20.13;(C15H10N4O2の分析計算値)；C, 64.53; H, 3.86; N, 20.01(実測値)。
最後に、この実施例は2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミドの混合物の合成を記述する。
6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミド(4.0g)の混合物を20%発煙硫酸(40ml)と室温で1時間撹拌する。反応塊を水(68ml)で希釈し、沈殿物をろ過により分離し、3%塩酸(150ml×2)でスラリーにして2回洗浄する。沈殿物を100℃で空気乾燥させる。この手順は2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-9-カルボン酸アミドと2(3)-スルホ-6,7-ジヒドロベンズイミダゾ[1,2-c]キナゾリン-6-オン-10-カルボン酸アミドの混合物4.2gを生じさせた。
Vision 2000 UV/VIS分光計(陰イオン反射モード)を用いて記録した生成物の質量スペクトルは以下のとおりである：m/z, 358.6; mol. wt., 358.04。Ocean PC 2000 UV/VIS分光光度計を用いて測定した生成物の水溶液の電子吸収スペクトルはλmax1=325nm及びλmax2=335〜340nmに吸収最大値を示した。元素分析は下記結果を与えた(%)：C 50.28; H 2.81; N 15.64；(C15H10N4O5Sの分析計算値)；C 49.94; H 2.93; N 16.00(実測値)。
【０１６６】
実施例25
この実施例は本発明のリターダーの調製を記述する。4,4'-(5,5-ジオキシドジベンゾ[b,d]チエン-3,7-ジイル)ジベンゼンスルホン酸(構造式45)及び文献ではPBDTとしても知られるポリ(2,2’-ジスルホ-4,4’-ベンジジンテレフタルアミド)(構造式1)に基づいたゲスト-ホスト系を使用する。これらの成分は別々に、適正濃度でリオトロピックネマティック液晶を形成することができ、これらを用いて固定光学異方性を有する位相差フィルムを調製することができる。有機化合物45の場合、ネマティックLLC相は第1型の二軸超分子に基づいているが、有機化合物1のネマティック相は剛体棒状ポリマー巨大分子によって形成される。2つの化合物の比は広範にわたって変化し、結果としてゲスト型分子とホスト型分子を区別する用語法はかなり条件次第である。この実施例では濃度と無関係に有機化合物45がホスト分子とみなされる。両水溶液を混合すると、PBDT超分子の軸が好ましくは有機化合物45の分子スタックの軸と平行であるゲスト-ホストネマティックLLCが得られた。ゲスト-ホストLLCは、ネマティック液晶に典型的なずり減粘(shear-thinning)を示す。図1は、ずり速度に対するゲスト-ホストLLCの粘度依存性を示し、図中、(a)純粋有機化合物45、10.7wt%；(b)質量比PBDT:(有機化合物45)=17:83を有するゲスト-ホスト系、16.2固体wt%、PBDTのMn=25,000；(c)質量比PBDT:(有機化合物45)=64:36を有するゲスト-ホスト系、7.3固体wt%、PBDTのMn=145,000；(d)純粋PBDT、20wt%、Mn=25,000。基板上へのゲスト-ホストLLCの沈着プロセスの結果、主軸の1つがコーティング方向に沿ったゲスト-ホスト固体異方性層の形成となった。図2は、バルクLLC溶液内及び基板上への沈着後のPBDT及び有機化合物45のキネティック単位の相互位置を示す。ゲスト-ホスト系の主屈折率の制御は、主軸は一致するが固有(主)値が異なることを特徴とする、ゲストとホストの巨視的分極率テンソルの重ね合わせに基づいている。
【０１６７】
いくつかの異なる比の有機化合物45とPBDTの混合物を調査した。液晶溶液中の有機化合物45の質量部に対する複合フィルムのNZファクターの実験依存性を図3に示す。NZファクターは広範に合わせられることが分かる。
位相差層の複屈折のスペクトル分散を効率的に制御することもできる。これは応用にとって重要な特徴である。実際に、個々のゲスト材料及びホスト材料は主屈折率の強いスペクトル分散を示すにもかかわらず、結果として複合層によってもたらされる位相差のスペクトル依存性は無視できるか又は逆のことさえある(異常分散)。これは、混合物では剛体棒状ポリマー巨大分子の系はポジティブA型材料として機能し、一方で円柱状超分子はネガティブ材料として機能するからである。このように、複屈折についてスペクトル分散による補償の効果が観察される。最高屈折率及び最高分散のポリマー材料の主軸は、最低屈折率及び最低分散の超分子の軸と一致し、逆もまた同じであり、最高屈折率と強分散の超分子の軸が最低分散のポリマーに対応することを意味している。従って、A複合材料では、2つの主屈折率のスペクトル分散が等しなり、結果として複屈折の分散が減じる。個々のゲスト材料及びホスト材料について強分散の主屈折率のスペクトル依存度の差異を制御することによって、結果として生じる複屈折の分散を効率的に制御することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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