JPH06340593A - テトラヒドロナフタレノン誘導体およびそれを含有する層素子 - Google Patents

テトラヒドロナフタレノン誘導体およびそれを含有する層素子

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JPH06340593A
JPH06340593A JP5336544A JP33654493A JPH06340593A JP H06340593 A JPH06340593 A JP H06340593A JP 5336544 A JP5336544 A JP 5336544A JP 33654493 A JP33654493 A JP 33654493A JP H06340593 A JPH06340593 A JP H06340593A
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イーファン・カブレラ
Andreas Meier
アンドレアス・マイアー
Chingfong Dr Shu
シンフォン・シュ
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Hoechst AG
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 一般式Iで表される新規化合物 1 〜R4 がHまたは低級アルキル、A,A1 はNO2
CN、ハロゲン原子、CF3 、COOR5 、CONR6 2 、SO2 R 7
または、残基A,A1 の一つはH、−CO2 (CH 2 x Z
X、SO3 R 5 、SOR 7 、SO2 NR6 2 またはS(NSO 2 C
F3 )CF3 を意味し、xは2〜5、ZはO、SまたはNH
であり、R5 ,R6 はアルキル等、R7 は低級アルキ
ル、C1 〜C4 パーフルオロアルキルまたはフェニル残
基を、DはNR8 2 、OR8、SR8 を意味し、R8 はC1
22アルキルまたは基 H(OCH2 CH2m であり、Qは3
つまでの環を持つ芳香族の炭素環−またはヘテロ環式環
系から誘導される(n+1) 価の残基であり、pは0または
1、nは1〜3、mは1〜6を意味する。 【効果】 非線形光学材料の製造に適する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、7位に電子供与基を含
有しておりそしてケト基が、少なくとも1つの電子受容
基を持つオレフィン二重結合に交換されている4,4
a,5,6−テトラヒドロ−2−(3H)−ナフタレノ
ンの誘導体に関する。本発明は更に、これらの化合物を
支持体の上に層の状態で含有している層素子および上記
化合物を非線状光学材料の目的に用いることに関する。
【0002】
【従来技術】種々の置換基の為に上記化合物の分子は非
中心対称である。これらはそれ故に大抵が双極子モーメ
ントを示す。更にこれらは沢山の発色団を持つ拡大され
たπ−電子系を有している。このことが非線型光学材料
の目的に適すものとしている。
【0003】非線型光学材料は、異なる周波数の二種類
の光線から適当な装置によって、差または合計に相当す
る新しい周波数を得るとを可能とし並びに光周波数の光
束からこの周波数の数倍の光信号を得ることを可能とす
る。非線形光学材料は電気的情報を光情報に変換するこ
とを可能としそしてそれ故に長期の間に記録媒体および
記録の記憶の技術の根本的変換をもたらし得る。
【0004】線形光学構造素子、例えば電気光学的調整
器、電気光学的スイッチ、電気光学的方向性結合器およ
び周波数倍増手段の製造に適している。これらの構造素
子は例えば(光学的信号の調節および制御の為の)通信
技術において、光学的信号加工における空間的光調節手
段として、半導体レザーの周波数倍増の為に、光学的デ
ーター記憶、センサー技術およびゼログラフィーの為に
使用される。
【0005】主な目的は、僅かな電圧でおよび半導体レ
ザーの使用可能な光強度にて運転することができる電気
光学的−または純粋光学的装置の製造である。これらの
要求は、大きな電気光学的係数(特にボーケル(Boc
kel)係数=rおよびy)を有しそして(加工性の為
に)効率の良い光波導体系の製造に適している材料によ
ってのみ満足される。
【0006】NLO−材料としては非常に沢山の無機系
結晶、例えば燐酸二水素カリウムおよびニオブ酸リチウ
ムが試験されている。ニオブ酸リチウムより成る調整器
および燐酸二水素カリウムを基礎とする周波数倍増器は
市販されている。
【0007】その他に有機系NLO−材料もしかしなが
ら非常に興味が持たれている。これには沢山の理由があ
る。第一は無機系材料よりもしばしば幾倍も多い有機材
料のNLO−活性(=NLO−感受性)にある。屈折率
および誘電定数は一般に低い。このことは大きな内部電
場、小さな分極性および小さい反射損失を可能とし、こ
れら全てが高い効率をもたらす。
【0008】更に有機材料は、例えば特定の運転波長の
もとで高い透明度の材料を得る目的で、“オーダーメイ
ドに”合成できる。有機材料は多種多様に加工できる。
有機材料より成る単分子膜の製造は、例えば無機結晶の
製造よりも簡単である。これらの結晶は比較的高温のも
とで成長させ、次に切断し、研磨しそして方向付けさせ
なければならない。それ故に2次の非線型光学材料の分
野で用いる為の有機材料が要求されている。
【0009】媒体中で電場によって誘発される(巨視
的)極性Pは電場強度Eの指数級数で表すととができ
る。 P=X(1) E+X(2) 2 +X(3) 3 +・・・・ X(i) はいわゆる電気的感受性関数である。感受率X
(2) およびX(3) はいわゆる分子の超分極率(Hype
rpolarisierbarkeiten)βおよび
yに依存している。
【0010】X(2) (-ω3,ω2,ω1)XYZ =Nf
x,w3、fx,w2、fx,w1XYZxyzβXYZ1 =αE+βE2 +γE3 ・・・・ この場合、P1 は分子の極性であり;α,βおよびγは
分極率である。Nは1体積単位当たりの分子の数であ
り、fは局所的場ファクターおよびDXYZxyzは巨視的系
の分子の配列を説明するテンソルである。
【0011】NLO−相互作用によってNLO−媒体中
に新しい周波数が生じ得るし並びに媒体の屈折指数が変
化し得る。X(2) に依存する重要な非線形光学効果は、
レーザー光線の周波数倍増、弱い光信号のパラメトリッ
クな強化および電気信号の電気光学的変換である。2次
の効果を達成する為には、中心対称分子または結晶の為
にはX(2) =0であるので活性分子は非中心対称的に配
向していなければならない。
【0012】NLO−化合物の結晶を成長させる実験を
することができる。これが非中心対称に結晶化する時
に、この結晶は(別の処理を行うことなしに消滅するこ
とのない2次の巨視的感受率X(2) を有している。結晶
と共に非常に高濃度の発色団および非常に高い順位が達
成され、更に非中心対称配列が最も低い自由エネルギー
の状態であるので、更に配列の弛緩を伴う問題がない。
既に、沢山の結晶の加工性が悪くそして単結晶を持つ完
成された光学構造素子の製造は大抵が実地に合うもので
ない。更に非対称性分子は中心対称性結晶ももたらし得
る。
【0013】J.LangmuirおよびK.B.Bl
odgett(=LB法)に従う薄い層の製造法は化学
的プランの場合には最も大きな自由を充分に提供する
が、広範な経験を要求する。この方法の場合、分子を水
の表面に拡げ、その表面を小さくすることによって分子
毎に平行に配列させそして一定の一回分の量において支
持体材料の浸漬および取り出しによって基体の上に付着
される。浸漬工程毎に分子層がそれの配列を維持しなが
ら移される。LB−層を構成する為には、両親媒性分
子、即ち親水性末端(“頭”)および疎水性末端
(“尾”)を持つ分子を使用する。
【0014】高い2次感受率のLB−層を可能とする為
には、高い2次分子超分極率β並びに両親媒特性を示す
有機化合物を製造する。若干の分子種より成る両親媒性
物質をLB−法に従って多層に配列する場合には、三つ
の異なる可能な浸漬挙動が現れ得る。即ち、X−タイプ
の膜(浸漬の間にだけ移る)またはZ−タイプの膜(取
り出す間に移転する)が現れ、これら両者は非中心対称
構造の長所を有している。しかしながら大抵は、分子が
頭−頭−および尾−尾−配列を示すY−タイプの膜が生
じる(浸漬および取り出す間の転移)。
【0015】大抵の場合には、Y−タイプの膜は中心対
称構造を有している。支持体表面で一つの配向を示す
(要するに非中心対称構造を示す)二三の化合物の場合
には、達成できる感受率が比較的に小さい。Y−タイプ
の膜をもたらす化合物にて非対称構造の多層配列を達成
する為に、三つの方法を使用するとができる: a) 活性層および非活性層(発色団のない両親媒性分
子または発色団のないポリマー、例えばトリメチルシリ
ルセルロースまたはポリメタクリル酸エステル)が交番
するフィルムを形成する。この方法は、不活性層が系を
“薄く”するので、使用可能な容積をNLO−活性分子
が効果的に利用しないという欠点を有している。それ故
にかかるフィルムは低いNLO−活性を示す。 b) 転移工程を制御し、Z−タイプの膜を得る。し
かしながらこの目的の為には、基体を被覆する為の特別
の多室装置が必要とされる。浸漬および取り出しが異な
る部屋で行われる。 c) 双極子モーメントの一方が疎水性長鎖アルキル残
基(尾)の方に向いておりそしてもう一方がそれから離
れている2つの異なるNLO−活性両親媒性分子より成
る膜を交互に設ける。この場合には二つの隣接する双極
子モーメントがY−構造にもかかわらず相殺し合わず
に、追加する。それ故に有効な双極子モーメントは、依
然として、NLO−目的にとって興味の持たれる大きさ
にある。
【0016】非中心対称構造を持つ材料中の発色団を一
列に並べる別の方法には、ポリマーマトリックス中にN
LO−活性発色団を組み入れるものである(“極性化さ
れたポリマー”)。例えば低分子のNLO−活性化合物
を直接的にポリマー中に溶解してもよい。強い電場によ
って発色団の一部は一列に配列され得る。しかしながら
その後に配列の迅速な弛みがあり、その結果この方法で
は発色団の配列は比較的僅かしか達成できない。更にポ
リマーへの低分子NLO−活性化合物の溶解性が制限さ
れているという欠点がある。
【0017】配列の安定性および発色団基の濃度は、こ
れらがポリマー中に例えば側鎖またはポリマー主鎖の一
部として共有的に結合する場合に、更に向上され得る。
ガラス転移温度の増加または後架橋によって配向が十分
に安定化され得る。
【0018】NLO−活性化合物ができるだけ大きい光
学非線形性(=2次の超分極率)を有していることが常
に望ましい。ある化合物が共役π電子系(例えばスチル
ベン残基)を有しそして少なくとも一つの電子供与体お
よび少なくとも一つの電子受容基が存在する場合に、そ
の化合物は大きな値のβを有する。βの値は、分子が入
射する電場またはNLO的に得られる場の波長において
光を吸収する時に増大する(いわゆる共鳴増加)。既に
多くの用途の為には吸収は望まれていない。何故ならば
それが消耗しそして光学的安定性がマイナスに影響され
るからである。耐久的に材料障害をもたらすことなく、
光強度が長時間耐えることができる時に、化合物が“光
安定性である”と見なされる。理想的な化合物は大きな
超分極率βを有しているが、所望の波長範囲に残留吸収
がない。既に、十分に高いβ値を持つ殆どの化合物は、
周波数の二倍化の為に所望の波長のもとで、周波数83
0nmがIR−光の倍増によって生じる(ダイオード−
レーザー)特に415nmの範囲でなお顕著な残留吸収
を示す。
【0019】大きな双極子モーメントと同時にβの高い
値を示す化合物が興味が持たれているので、発色団が共
役のπ−系より成り、末端に電子受容体および電子供与
体を有するNLO−活性化合物が既に実験されている。
公知の化合物には例えば4−ジメチルアミノ−4’−ニ
トロスチルベン(DANS)および2−メチル−4−ニ
トロアニリン(MNA)がある。ヨーロッパ特許出願第
0,364,313号および同第0,390,655号
から、シクロヘキセノンから誘導されそして3または4
個の共役二重結合を持つNLO−活性化合物が公知であ
る。特に有利な電子受容体はシアノ残基でありそして特
に有利な電子供与体はp−ジメチルアミノフェニル基で
ある。この生成物μ・βはDANSにおけるのより1.
9倍しか大きくない。
【0020】しかしながらこれら公知の化合物のNLO
−特性は、例えば満足な電気光学的係数(γ>60p
m)を持つ極性化されたポリマーを得るには未だ十分で
ない。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、生成物に付いてなお高い値μ・βを示す新規の有機
のNLO−活性化合物を提供することである。別の課題
は、周波数の倍増の為の装置または光の変調の為に使用
できる化合物を提供することに関する。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明の対称は、一般式
【0023】
【化5】 〔式中、R1 およびR2 は互いに無関係にHまたはC1
〜C4 −アルキルを、R3 およびR4 はC1 〜C4 −ア
ルキルまたは水素原子を、AおよびA1 は互いに無関係
にNO2 、CN、ハロゲン原子、CF3 、COOR5
CONR6 2 、SO2 7 または、残基AおよびA1
一つは水素原子、−CO2 (CH2 x ZH、SO3
5、SOR7 、SO2 NR6 2 またはS(NSO2 CF
3 )CF3 を意味し、xは2、3、4または5であり、
ZはO、SまたはNHであり、R5 はC1 〜C4 −アル
キルを、R6 はC1 〜C4 −アルキルまたは水素原子
を、R7 はC1 〜C4 −アルキル、C1 〜C4 −パーフ
ルオロアルキルまたは場合によっては置換されたフェニ
ル残基を、DはNR8 2 、OR8 、SR8 を意味し、R
8 は末端で水酸基、チオール基または第一−または第二
アミノ基で置換されていてもよいC1 〜C22−アルキル
であるかまたは基H(OCH2 CH2 m であり、Qは
3つまでの環を持つ芳香族の炭素環−またはヘテロ環式
環系から誘導される(n+1)価の残基であり、pは0
または1であり、nは1、2または3でありそしてmは
1、2、3、4、5または6を意味する。〕で表される
化合物である。
【0024】残基Dは電子供与体として有効でありそし
て残基AおよびA1 の一つは電子受容体として有効であ
る。残基AおよびA1 の一つがCO2 (CH2 x ZH
である場合には、残基R8 はC1 〜C22−アルキル残基
である。
【0025】残基Qがπ−電子の為のブリッジとして作
用する。炭素環の環系の例にはベンゼン、ナフタリン、
アントラセンがある。残基Qが誘導されるヘテロ環の環
系の例には、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾ
ール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジ
ン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン、キノキサリ
ン、インドール、ベンズイミダゾールおよびベンズチア
ゾールがある。
【0026】残基Qは1、2または3つの残基Dであ
り、例えば三つのメトキシ残基である。Dはジメリルア
ミノ−、メトキシ−またはメチルチオ基であるのが有利
である。
【0027】Qはベンゼンまたはチオフェンから誘導す
るのが有利である。両方の場合、DがH−Z−(C
2 x −Y−であり、ZがO、NR9 、Sであり、x
が1〜18の数であり、YがO、S、NR10であり、R
9 、R10が互いに無関係にC1 〜C4 −アルキルまたは
水素原子である。
【0028】これらの化合物はNLO−活性であるだけ
でなく、自体NLO−不活性である他の低分子のまたは
高分子の化合物と反応し得る官能性基HZ−も有してい
る。Zが酸素でそしてYが酸素またはNCH3 である反
応性化合物が特に有利である。
【0029】DがNR8 10、OR8 またはSR8 であ
り、R10がC1 〜C4 −アルキルまたはHでありそして
8 がC16〜C22−アルキルである一般式Iの化合物
は、長鎖アルキル基並びに少なくとも一つの極性基Aま
たはA1 を含有している。それ故にこれらは両親媒性で
ありそしてラングミュア・ブロドゲット(Langmu
ir−Blodgett)の方法によって単分子膜また
は多層の状態で支持体の上に配列され得る。
【0030】それ故に本発明の対象は、式Iの化合物よ
り成る少なくとも1種類の単分子膜を有する層素子でも
ある。層素子は好ましくは支持体の上に本発明の両親媒
性化合物の少なくとも2つの単分子膜を有している。非
線状光学の目的の為には、膜厚が少なくとも0.1μm
であるのが有利である。何故ならば非常に薄い膜厚の慣
用の光波導体が可能であるからである。唯一つの単分子
膜の厚さは大きさに応じてほぼ3nmである。
【0031】ラングミュア・ブロドゲット−フィルムで
本発明の膜素子を製造する為には、高揮発性溶剤に両親
媒性化合物を溶解した溶液をきれいな水面の上に拡げ
る。表面の寸法、拡がり体積および溶液の濃度から分子
当たりの平均面積が計算される。分子を圧縮する際の相
転移は剪断−面積−等温(Schub−Flaeche
n−Isotherme)法で追跡する。
【0032】分子はバリヤにてまたは他の技術、例えば
流体力学的力の利用によって寄せ集め、その際に鎖は成
長する密集状態のもとで境界層に実質的に垂直方向に配
向される。圧縮の間に境界層での分子の自己機能によっ
て、一定の層厚が分子の鎖長によって決められる高配向
度の単分子膜が生じる。かゝる膜の典型的な厚さは2〜
3nmである。
【0033】本発明は更に、主鎖または側鎖にテトラヒ
ドロ−ナフタレン残基を含有するポリマーにも関する。
このポリマーは薄い層として支持体の上に遠心分離機で
付着させれる。次にポリマーのガラス転移温度の近くま
で加熱しそしてこの温度で強い電圧場(約150V/μ
m )を印加し、それによって極性の発色団の少なくとも
一部分が配列される。この層を電圧の維持下に膜をゆっ
くり冷却する際に、発色団の配向を充分に凍結すること
に成功する。極性化したポリマー中でのNLO−活性発
色団の共有結合によって発色団の配列が安定に成りそし
て比較的多い割合の発色団をポリマー中に導入すること
が可能と成る。
【0034】本発明のポリマーは、好ましくは少なくと
も10重量% の残基E
【0035】
【化6】 〔式中、R1 、R2 、R3 、R4 、AおよびA1 が式I
について記載した意味を有し、ZはO、NR9 、Sであ
り、xは1〜18の数であり、YはO、S、NR10であ
り、R9 、R10は互いに無関係にC1 〜C4 −アルキル
または水素原子である。〕を含有している。
【0036】本発明のポリマーの主鎖は好ましくはポリ
アクリル酸から誘導されそして側鎖は残基Eを含有して
いる。このポリマーを製造する為には、活性化誘導体、
例えばこのポリ酸の酸クロライドを、DがH−Z−(C
2 x −Y−であるかまたはAがCO2 (CH2 x
ZHである(但し、xおよびZは式Iに記載の意味を有
する。)一般式Iの反応性化合物と反応させることがで
きる。残基Eを含有する低分子アクリル酸誘導体も──
場合によっては他のモノマーの存在下に──重合しても
よい。この場合には、存在する置換基次第で重合が困難
であり得る。コモノマーとしては特にメタクリル酸およ
びアクリル酸のアルキルエステルが適する。
【0037】この方法によれば一般式II
【0038】
【化7】 〔式中、R11およびR13が互いに無関係にH、CH3
Cl、FまたはCF3 であり、GはCO2 12、CON
HR12、CONR12 2 または−CNであり、R12はHま
たはC1 〜C10−アルキルでありそしてEが上述の意味
を有する。〕で表されるホモポリマーまたはコポリマー
が製造される。
【0039】Dがビス(ω−ヒドロキシアルキル)アミ
ノ残基である式Iの化合物とアリーレン−またはアルキ
レンジイソシアネートとの反応によって下記構造のポリ
ウレタンが生じる:
【0040】
【化8】 本発明の材料を溶解した状態または液状で例えば刷毛塗
り、捺染、浸漬または散布塗装(Aufschleud
ern)によって塗布することにより、該材料が両親媒
性を有するかまたは基材表面と強い相互作用(物理的収
着、化学的収着)と関係する場合に、非線型光学的配列
が得られる。式Iの化合物は更に単結晶体としてまたは
結晶粉末としても、包接化合物中に組入れるかまたはポ
リマー中に溶解された状態でそれのNLO−特性を利用
することができる。
【0041】本発明の材料は有機化学の標準的方法によ
って製造され得る。反応条件は製造有機化学の標準的作
業から採用され得る(例えば、Houben−Wey
l、Methoden der Organische
n Chemie(有機化学の方法)、Georg T
hieme出版社、シュトットガルト)。例えばA=A
1 =−CNである上述の化合物は、ジメチル−テトラヒ
ドロナフタレノン(米国特許第3,217,717号明
細書)をマロジニトリルおよびアルデヒドR−CHOと
公知の様に縮合することによって製造される。この反応
は次の反応式に従って進行する:
【0042】
【化9】 ケトン類も同様に反応する。縮合反応は水との共沸剤、
例えば無水酢酸、塩基、例えばエチルアミン、ピペリジ
ンまたは、塩類、例えば酢酸アンモニウムまたは酢酸ピ
ペリジニウムの添加下に溶剤、例えばジメチルホルムア
ミド中で実施するのが有利である。反応条件をつきとめ
そして收率を改善する為には、水分離器の所での加熱を
併用しての不活性溶剤、例えばトルエンの添加が有利で
あることが判っている。
【0043】残基R1 およびR2 の両方がアルキル残基
である場合には、容易に製造できることから、残基R1
およびR2 が同じ炭素原子の所にある一般式III の化合
物が特に有利である。
【0044】
【化10】 1 およびR2 が水素原子である化合物も容易に入手で
きる。Qがフェニレン残基でありそしてp=1である化
合物、要するに環系の他に二つの共役ビニル基を持つ化
合物は、相応する置換桂皮アルデヒド(例えばp−ジメ
チルアミノ−桂皮アルデヒド)と4,4,7−トリメチ
ル−テトラヒドロナフタレン誘導体との縮合によって製
造される。p=0の化合物は、環系Qに結合したアルデ
ヒド基を持つ化合物から出発する場合に製造される。
【0045】支持体としてはきれいな表面を持つ固体、
例えばガラス、セラミック製−または金属製板、合成樹
脂層、例えばPMMA、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリテトラフ
ルオルエチレン、または上記基体の上の金属層がある。
【0046】2次の感受率(X(2) ) の値をラングミュ
ア−ブロドゲット−フィルムで実験的に測定する為に
は、活性物質中に周波数ωのレーザー光線を周波数2ω
の光線に変換する光学的周波数倍増現象を使用すること
ができる。この場合には、得られる高調波の強度2ωが
基本光線の入射強度ωと二乗的に成長する。ここでは僅
かしか説明してないいわゆる“マーカーフリンゲス(M
aker−Fringes)”の方法が最もしばしば使
用される。
【0047】角振動数ωでの電磁波の源としては、短い
(一般には30ps〜30ns)光インパルスを生じる
Nd:YAG−レーザーが代表的に利用される。光イン
パルスは光分割手段によって試料溝および対照溝の中で
二つの光に分割される。試料溝では、測定すべき層系を
回転板の上に据え付ける。入射光線の僅かの部分がNL
O−活性系によって、倍増した周波数の光に転換され
る。調和のとれた波の強度は、光倍率器によって測定
し、データ捕捉電気光学および制御コンピューターによ
って入射角の関数として捕捉しそして角度毎の沢山の発
射によって測定される。偏光素子およびフィルターは、
試料中で生じる調和のとれた波だけを制御された偏光条
件のもとで測定するように配慮する。
【0048】対照溝でも同様にNLO−活性物質、例え
ば粉末状2−メチル−4−ニトロアニリンを取り付け
る。即ち、この物質を、エネルギーおよび立体的な光線
プロフィールを弱めることに起因する測定された強度の
制御を調整するのに役立つ。次に測定した試料、例えば
感受率が約1pm/Vである石英結晶を試料溝において
測定する。調和した強度の角依存性および測定された試
料の強度との比較でのその値から、NLO−感受率並び
に発色団を一列に並べる為の情報を得ることができる。
【0049】結晶、特に本発明の化合物より成る結晶の
NLO−活性はいわゆるクルツ(Kurtz)粉末法に
よって実験することができる。試験すべき化合物は乳鉢
で粉砕しそして載せガラスの間に約0.2mmの厚さの
層の状態で固定する。対照の試料(例えば2−メチル−
−4−ニトロアニリン)にて同様に実施する。この試料
に脈動するNd:YAG−レーザー光線を照射しそして
倍増された周波数の前に制御された光の強度を試料およ
び対照物について光倍率器によって測定する。
【0050】分子の超分極率βは供与体−受容体系にお
いて吸収バンドの積分された強度および種々の溶剤中で
の吸収極大の擦れを測定することによって評価すること
ができる。この方法の基礎は、光学的非線形性を基本状
態と最初の印加状態との間の荷電擦れによって支配され
るという前提である。この場合にはβは積分されたバン
ド強度の測定によって測定できる最も低いエネルギーを
吸収する為の遷移モーメントに対して比例している。超
分極率は二つの状態の双極子モーメントの間の相違にも
比例している。この相違は異なる誘電定数の二種類の溶
剤の間の吸収波長の擦れによって評価できる。
【0051】本発明の化合物は、特に層素子中の極性化
ポリマーまたはラングミュア・ブロドゲット−フィルム
としてまたは非中心対照結晶の状態で存在する場合に、
良好な非線形光学特性を持つ光学系を製造することを可
能とする。かゝる系は例えば電気光学的スイッチ、ダイ
オードレーザー周波数倍増器または光学的パラメーター
補強手段(例えば光学的信号伝達ネットにおける弱い光
信号のいわゆる補強器として)に適している。
【0052】本発明の材料は光学構造素子において使用
するのに適している。特別のポリマーは自体が波伝播体
として製造することができる。これらは例えば統合され
た光学機器、センサーおよび通報技術の分野で、レーザ
ー光線の周波数倍増の為に、方向性結合器、スイッチン
グ素子、変調手段、パラメトリック増幅器の製造に成分
として適している。
【0053】後記の図面は相応する構造素子の原理的構
成を説明している。図1は光波の周波数を倍増する為の
構造素子(100)である。基体(スイッチ支持体)1
04と被覆層105との間にNLO−活性層103が埋
め込まれている。(103)および(105)の屈折率
は104より小さくあるべきであり、それによって全部
の反射が可能である。
【0054】光101は層103の正面側を通ってまた
はプリズム108または回折格子(図示してない)を通
って送られる。被覆層(105)は活性層の保護だけに
役立つ。活性層103は側面も構成していてもよく、そ
れ故に光は二つの次元(層平面に対して垂直および平
行)に導かれる。
【0055】活性層は、有利には高い(10-8esu以
上)2次光学的感受性を示す本発明の化合物を含有して
いる。層103の厚さおよび幅および基体(104)の
屈折率は入射する光の波長に対して正しい比率である場
合には、凍結された基本波の層速度が調和のある2次波
のそれに一致するとが達成できる。その時に(103)
において2倍の周波数の特別の沢山の光が生じる。光線
(106)は別の正面(107)のNLO−活性層の所
からまたはプリズム(109)または(記載されていな
い)回折格子を通って離れる。入射した波長の光は(1
06)からフィルターを通って遠ざかる。
【0056】別の実施態様(図示してない)では、光波
の中の凍結された基本波が案内され、上述のTsche
rekow原理に従って調和のある光波が基体中にカッ
プル・アウト(couple out)されそして基体
の正面を離れるように光波導体が構成されている。
【0057】図2に基体204および被覆層205を持
つ構造素子についての別の実施態様を図示する。入射し
た光線201は正面202を通って同様に入り込む。追
加的周波数を持つ光線(206)は正面(207)を通
って構造素子を離れる。この光波導体は今度は高い屈折
率を持つNLO−不活性層(203)およびNLO−活
性層208で構成されており、NLO−活性層は本発明
の化合物を特にLB−複合層の状態または極性化された
ポリマーの状態で含有している。
【0058】図3および3bには、光波の強度を調整で
きる構成素子300が図示されている。入射した光30
1は正面302、プリズム(図示されていない)または
回折格子(図示されていない)を通って活性の光波導体
層303中に送られる。層303は側面から見てMas
ch−Zehnder干渉計として構成されている。
【0059】構造の一部の断面を図示している図3によ
れば、2つの電極(304)が光波導体303の両側に
あり、それが光を透過する基体の上に載せられている。
図4によると電極304は側から見ると干渉計のアーム
の下側および上側に置かれている。この干渉計は基体3
08の上に配置されている。
【0060】電極304に電圧を印加した時に線状の電
気光学的効果の為に303での屈折率が変化しそして干
渉計の当該アームの所での光の層速度が変化する。その
際に元の光波が追加的にまたは減法的に重なりおよび側
面307を通って出る光の強度を変調させる。一般式
I、IIまたはIII の本発明の殆どの化合物は濃い固有色
を有しているので、かゝる光変調器に良好に適してい
る。
【0061】即ち図5には、周波数ω1の最初の光線と
周波数ω2の二番目の光線との間の相互作用をもたらす
構造素子400が図示されている。この場合には、周波
数がω3およびω4の合計および差に相当する光が生じ
る。周波数ω1(401)およびω2(402)の光線
は側面403またはプリズム(図示してない)または回
折格子(図示してない)を通って、基体408の上に配
置されている光線導体組織404に送られる。光線導体
組織404は保護層409で覆われていてもよい。
【0062】光線導体機能を持つ活性層404はNLO
−活性のLB−複合層で構成されている(図1と同
様)。即ち、このものは高い屈折率の追加的な不活性層
(図2と同様)を有していてもよい。
【0063】層404は、2次元光波導体を製造する為
に、側面的に構造化されていてもよい。層404中での
NLO−相互作用によって周波数ω1とω2が混合され
る。即ち、送り込まれた強度の一部は、周波数ω1とω
2との合計並びに差に相当する周波数に変換される。こ
れらの周波数を含む光は、正面407を通ってまたはプ
リズム(図示してない)または回折格子(図示してな
い)を通って出る。
【0064】A=COOR5 でそしてA1 =SO2 7
である一般式Iの化合物は、A.R.Duncan等の
研究に基づいて製造できる〔Synthesis(19
80)、10、806〜807〕。
【0065】A=NO2 でそしてA1 =COOR5 であ
る一般式Iの化合物は、W.Lehnetの研究に基づ
いて製造できる〔Tetrahedron、1972、
28、663〜666〕。
【0066】A=COOR5 でそしてA1 =SOR7
ある一般式Iの化合物は、R.Tanikaga等の研
究に基づいて製造できる〔J.Chem.Soc.、P
erkin Trans.I、N4、825〜83
0〕。
【0067】AおよびA1 をCN、CO2 7 およびC
ONH2 から選択した一般式Iの化合物は、J.Zab
rickyの研究に基づいて製造できる〔J.Che
m.Soc.、1901、683〕。
【0068】A=およびA1 =SO2 7 である一般式
Iの化合物は、M.L.Oftedahl等の研究に基
づいて製造できる〔J.Org.Chem.、30(1
965)296〕。
【0069】
【実施例】本発明を以下の実施例によって更に詳細に説
明する。実施例1 2−ジシアノメチレン−7−(4’(N(−2−ヒドロ
キシエチル)−N−メチルアミノ)−スチリル)−4,
4’−ジメチル−4,4a,5,6−テトラヒドロ(3
H)ナフタレン 1.04g のマロン酸ジニトリルおよび3g の4,4,
7−トリメチル−4,4a,5,6−テトラヒドロ(3
H)−ナフタレノンをジメチルホルムアミド(25m
l)に溶解した溶液にピペリジン(0.2g )、濃厚酢
酸(0.05g )および無水酢酸(0.03g )を添加
する。この反応混合物を窒素雰囲気で夜通し室温で攪拌
する。その後にこの反応混合物を、2.83g の4−
(N−(2−ヒドロキシエチル)−N−メチルアミノ)
ベンズアルデヒドを添加する前に、1/2時間80℃の
もとで攪拌する。次にこの混合物を80℃で2時間攪拌
する。反応の終了を確認する為に、トルエンと混合しそ
して水分離器の所で加熱する。トルエン混合物をゆっく
り蒸留し、一方、新たにトルエンを混合物に添加する。
これを何度も繰り返す。その後にこの混合物を冷しそし
て溶剤を減圧下に留去する。蒸留残渣を水中で攪拌しそ
してジクロロメタンで抽出処理する。有機相をMgSO
4 で乾燥しそして溶剤を除く。生成物を中圧液体クロマ
トグラフィーで精製する(イソヘキサン:エチルアセテ
ート=1:1使用、シリカゲル−カラム)。収量1.2
5g (20% )。
【0070】1H−NMR(300MHz、D−トリク
ロロメタン):δ(ppm)0.80(s、3H);
1.19(s、3H);2.07(m、2H);2.3
8(m、3H);2.79(m、2H);3.05
(s、3H);3.55(m、2H);3.85(m、
2H);6.33(s、1H);6.56(s、1
H);6.73(d、1H);6.75(d、2H);
6.83(d、1H);7.37(d、2H)。
【0071】MS EI(70 eV):(M+ )39
9、融点:187℃ λmax (アセトニトリル)=515nm 実施例2〜7の化合物も実施例1に記載の処方に従って
製造した。その際にそれぞれ、反応時間および後処理を
取るに足らぬ程しか変更せずに行った。
【0072】実施例2 2−ジシアノメチレン−7−(5’−ジブチルアミノ−
2’−チエニルビニル)−4,4−ジメチル−4,4
a,5,6−テトラヒドロ(3H)ナフタレン1 H−NMR(300MHz、D−トリクロロメタ
ン):δ(ppm)0.96(t、6H);1.26
(s、6H);1.36(m、4H);1.64(m、
4H);2.29(m、3H);2.42(m、2
H);2.74(m、2H);3.29(t、4H);
5.72(d、1H);6.23(s、1H);6.2
8(s、1H);6.48(d、1H);6.84
(d、1H);6.92(d、1H)。
【0073】λmax (アセトニトリル)=598nm実施例3 2−ジシアノメチレン−7−(4’−メチルチオスチリ
ル)−4,4−ジメチル−4,4a,5,6−テトラヒ
ドロ(3H)ナフタレン1 H−NMR(300MHz、D−トリクロロメタ
ン):δ(ppm)0.81(s、3H);1.20
(s、3H);2.10(m、2H);2.39(m、
3H);2.50(s、3H);2.80(m、2
H);6.39(s、1H);6.61(s、1H);
6.80(d、1H);6.88(d、1H);7.2
2(d、2H);7.39(d、2H)。
【0074】λmax (アセトニトリル)=448nm、
融点:203℃ EFISH:μβ(1600nm)=700・10-48
esu μβ。=420・10-48 esu実施例4 2−ジシアノメチレン−7−(2’,4’−ジメトキシ
スチリル)−4,4−ジメチル−4,4a,5,6−テ
トラヒドロ(3H)ナフタレン1 H−NMR(300MHz、D−トリクロロメタ
ン):δ(ppm)0.81(s、3H);1.19
(s、3H);2.07(m、2H);2.39(m、
3H);2.81(m、2H);3.85(s、3
H);3.87(s、3H);6.36(s、1H);
6.45(d、1H);6.52(m、1H);6.5
9(s、1H);6.84(d、1H);7.19
(d、1H);7.48(d、1H)。
【0075】λmax (アセトニトリル)=453nm、
融点:197〜199℃ EFISH:μβ(1600nm)=1060・10
-48 esu μβ。=640・10-48 esu実施例5 2−ジシアノメチレン−7−(4’−(ジメチルアミノ
フェニル)−1’−ブタンジエニル)−4,4−ジメチ
ル−4,4a,5,6−テトラヒドロ(3H)ナフタレ
1 H−NMR(300MHz、D−トリクロロメタ
ン):δ(ppm)0.81(s、3H);1.18
(s、3H);2.00〜2.10(m、2H);2.
25〜2.47(m、3H);2.69〜2.87
(m、2H);3.00(s、6H);6.27(s、
1H);6.32〜6.42(m、1H);6.57
(s、1H);6.63〜6.80(m、5H);7.
34(d、2H) λmax (アセトニトリル)=518nm、 融点:2
05〜206℃実施例6 2−ジシアノメチレン−7−(4’−ジメチルアミノシ
リル)−4,4−ジメチル−4,4a,5,6−テトラ
ヒドロ(3H)ナフタレン1 H−NMR(300MHz、CDCl3 ):δ(pp
m)0.80(s、3H);1.26(s、3H);
2.07(m、2H);2.38(m、3H);2.7
9(m、2H);3.02(s、6H);6.30
(s、1H);6.56(s、1H);6.67(d、
2H);6.79(m、2H);7.38(d、2
H)。
【0076】λmax (アセトニトリル)=508nm実施例7 2−ジシアノメチレン−7−(4’−ジメトキシシリ
ル)−4,4−ジメチル−4,4a,5,6−テトラヒ
ドロ(3H)ナフタレン1 H−NMR(300MHz、D−トリクロロメタ
ン):δ(ppm)0.81(s、3H);1.20
(s、3H);2.03〜2.13(m、2H);2.
29〜2.49(m、3H);2.70〜2.90
(m、2H);3.84(s、3H);6.36(s、
1H);6.60(s、1H);6.81(d、2
H);6.90(m、2H);7.43(d、2H)。
【0077】λmax (アセトニトリル)=447nm、
融点:169〜172℃ EFISH:μβ(1600nm)=550・10-48
esu μβ。=330・10-48 esu 以下の表に挙げた、R3 =R4 =H、p=0、Q=1,
4−フェニレンそしてn=1である一般式III の化合物
も同様に得られる:
【0078】
【表1】
【0079】
【表2】 実施例8(ポリマー) 保護ガス雰囲気の100mlの丸底フラスコ中に、ジオ
キサンに19.02重量% のポリアクリル酸クロライド
を溶解した溶液0.7mlを最初に導入する。これに、
乾燥したジオキサンに0.3g の2−ジシアノメチレン
−7−(4’−(N(2−ヒドロキシエチル)−N−メ
チルスチリル)−4,4−ジメチル−4,4a,5,6
−テトラヒドロ(3H)ナフタレン(実施例1)を溶解
した溶液を滴加する。この反応混合物を室温で二三分攪
拌する。0.16mlの乾燥ピリジンを添加しそして室
温で夜通し攪拌する。その後にこの反応溶液を50℃に
8時間加熱する。次に冷ました溶液に1mlのメタノー
ルを添加しそして再び夜通し室温で攪拌する。次いで更
に8時間、50℃で攪拌しそして冷ました溶液を僅かに
酸性化されたメタノールにて沈澱処理する。沈澱する黒
赤色のポリマーを精製の目的でジクロロメタンに溶解し
そして低分子成分がもはや存在しなくなるまで(DC−
制御を実施して調べる)再びメタノールで沈澱させる。
收量:151mg(35% )。
【0080】紫外線力−スペクトロスコピーによる染料
中組入れ率の測定〔λmax ポリマー(CHCl3 )=5
10nm〕では元の酸クロライド基中の発色団基58.
3mol% である。
【0081】分子超分極率βは供与体−受容体−系にお
いて、吸収バンドの積分した強度および種々の溶剤中で
の吸収極大を測定することによって評価することができ
る。これらの方法の基本は、基本状態と最初の電圧印加
状態との間の電荷ずれによって光学的非線形性が主体と
なることが前提である。この場合にはβは、積分された
バンド教祖を測定することによって測定できる最も低い
エネルギーの吸収の為の遷移モーメントに比例する。超
分極率も二つの状態の双極モーメントの間の差に比例す
る。この差は異なる誘電定数を持つ2種類の溶剤の間の
吸収波長の差によって評価できる。
【0082】若干の化合物のμ・βについてのソルベー
トクロミック法によって(solvatochromi
sch)測定した値を表1に示す。D.J.Willi
amsによって開示された方法(Angew.Chem
ie 96、1984、第640頁)によって、電場で
誘発される2次の調和のある発生器(Electric-field-in
duced second-harmonic generation) によってβの値お
よびそれと伴にβ・μを測定する。このEFISH−値
はソルベートクロミック法によって測定される値よりも
正確である。表3で本発明の化合物を従来技術の2種類
の化合物と比較する。
【0083】
【表3】
【0084】
【表4】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は光波の周波数を倍増する為の構造素子の
断面図である。
【図2】図2は基体および被覆層を持つ構造要素子の断
面図である。
【図3】図3は、光波の強度を調整できる構成素子の断
面図である。
【図4】図4は、光波の強度を調整できる構成素子の斜
視図である。
【図5】図5は、周波数ω1の最初の光線と周波数ω2
の二番目の光線との間で相互作用をもたらす構造素子を
断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 323/60 323/62 C07D 333/36 C08F 8/00 MJB 246/00 MPY C09K 9/02 Z 7188−4H G02F 1/35 504 9316−2K (72)発明者 シンフォン・シュ アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州、 サミット、モーリス・アベニユー、86 ヘ キスト・セレネーゼ・コーポレイシヨン内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 〔式中、R1 およびR2 は互いに無関係にHまたはC1
    〜C4 −アルキルを、 R3 およびR4 はC1 〜C4 −アルキルまたは水素原子
    を、 AおよびA1 は互いに無関係にNO2 、CN、ハロゲン
    原子、CF3 、COOR5 、CONR6 2 、SO2 7
    または、 残基AおよびA1 の一つは水素原子、−CO2 (C
    2 x ZH、SO3 5、SOR7 、SO2 NR6 2
    またはS(NSO2 CF3 )CF3 を意味し、 xは2、3、4または5であり、 ZはO、SまたはNHであり、 R5 はC1 〜C4 −アルキルを、 R6 はC1 〜C4 −アルキルまたは水素原子を、 R7 はC1 〜C4 −アルキル、C1 〜C4 −パーフルオ
    ロアルキルまたは場合によっては置換されたフェニル残
    基を、 DはNR8 2 、OR8 、SR8 を意味し、 R8 は末端で水酸基、チオール基または第一−または第
    二アミノ基で置換されていてもよいC1 〜C22−アルキ
    ルであるかまたは基H(OCH2 CH2 m であり、 Qは3つまでの環を持つ芳香族の炭素環−またはヘテロ
    環式環系から誘導される(n+1)価の残基であり、 pは0または1であり、 nは1、2または3でありそしてmは1、2、3、4、
    5または6を意味する。〕で表される化合物。
  2. 【請求項2】 Qがフェニレンまたはチオフェニレンで
    ある請求項1に記載の化合物。
  3. 【請求項3】 DはN(CH3 2 、CH3 OまたはC
    3 Sである請求項1に記載の化合物。
  4. 【請求項4】 QはフェニレンでありそしてDはH−Z
    −(CH2 x −Y−であり、ZはO、NR9 、Sであ
    り、xは1〜18の数であり、YはO、S、NR10であ
    り、R9 、R10は互いに無関係にC1 〜C4 −アルキル
    または水素原子である請求項2に記載の化合物。
  5. 【請求項5】 ZがOでそしてYがNCH3 またはOで
    ある請求項4に記載の化合物。
  6. 【請求項6】 DはNR8 10、OR8 またはSR8
    あり、R10はC1 〜C4 −アルキルまたはHでありそし
    てR8 はC16〜C22−アルキルである請求項1に記載の
    化合物。
  7. 【請求項7】 両親媒性化合物が請求項6の化合物であ
    ることを特徴とする、支持体の上に両親媒性化合物の少
    なくとも二つの単分子膜を持つ層素子。
  8. 【請求項8】 層の数によって左右される層厚が少なく
    とも0.1μm である請求項7に記載の層素子。
  9. 【請求項9】 少なくとも10重量% 残基E 【化2】 〔式中、R1 、R2 、R3 、R4 、AおよびA1 が請求
    項1に記載の意味を有しそしてZ、xおよびYが請求項
    4に記載の意味を有する。〕を含有するポリマー。
  10. 【請求項10】 一般式II 【化3】 〔式中、R11およびR13が互いに無関係にH、CH3
    Cl、FまたはCF3 であり、 GはCO2 12、CONHR12、CONR12 2 または−
    CNであり、 R12はHまたはC1 〜C10−アルキルでありそしてEが
    請求項9に記載の意味を有する。〕を有する請求項9に
    記載のポリマー。
  11. 【請求項11】 発色団基Eが立体的に専ら同じ意味で
    配置されている請求項9または10に記載のポリマー。
  12. 【請求項12】 少なくとも0.1μm の厚さを持つ緊
    密な層の状態で存在する請求項11に記載のポリマー。
  13. 【請求項13】 互いに平行に配置された電圧印加の為
    の2つの電極および二つの電極の間に一部が配置されて
    いる光波導体を有する、電圧に依存して光を調整させる
    為の装置において、光波導体が請求項8に従う層素子ま
    たは請求項12に従うポリマー層であることを特徴とす
    る、上記装置。
  14. 【請求項14】 非線形光学材料の目的の為に請求項1
    〜10のいずれかの化合物を用いる方法。
  15. 【請求項15】 一般式III 【化4】 で表される請求項1の化合物。
JP5336544A 1992-12-30 1993-12-28 テトラヒドロナフタレノン誘導体およびそれを含有する層素子 Withdrawn JPH06340593A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08334799A (ja) * 1995-06-09 1996-12-17 Mitsubishi Electric Corp 光導波路デバイス
JP2007532952A (ja) * 2004-04-09 2007-11-15 オプティマー・フォトニックス・インコーポレーテッド 光学的機能性導波路構造における光信号の制御方式

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JPH08334799A (ja) * 1995-06-09 1996-12-17 Mitsubishi Electric Corp 光導波路デバイス
JP2007532952A (ja) * 2004-04-09 2007-11-15 オプティマー・フォトニックス・インコーポレーテッド 光学的機能性導波路構造における光信号の制御方式

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