CN101613462A - 一类喹喔啉-苯并噻二唑-芴的聚合物、合成与具有纯绿色发射的有机电致发光材料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类喹喔啉-苯并噻二唑-芴的聚合物、合成与具有纯绿色发射的有机电致发光材料的应用。这类材料特征在于其结构上将具有优良电子传输性质的苯并噻二唑单元引入到喹喔啉单元的支链上作为聚合物的受体部分。系列聚合物的结构以喹喔啉和芴单元作为主链,苯并噻二唑单元作为支链。聚合物用旋涂方法成膜后制作的有机发光二极管发射纯绿色光。这类材料易于合成和纯化、热稳定性高、易溶于普通有机溶剂、加工性好。
Description
技术领域
本发明涉及一类新的含有苯并噻二唑作为支链的喹喔啉类-芴的聚合物,此类聚合物以苯并噻二唑类为起始原料制备。本发明所提供的化合物是一类潜在的纯正绿色发射电致发光材料。
背景技术
有机电致发光二极管(OLED)因其在平板显示器中巨大应用前景,已受到科技界和产业界的密切关注。在过去的近二十年里,世界上许多著名研究机构如马普研究所、普林斯顿大学和剑桥大学等已在材料合成、器件制造等方面,开展了多项深入的研究;全球多家跨国公司如陶氏化学,杜邦,菲利普,IBM,摩托罗拉,大日本油墨等也投入大量的财力和人力,集中研究可工业化的有机发光二极管并开发其潜在的用途,特别是开发新一代大尺寸超薄显示屏(Science 1997,276,2009;Adv.Mater.2000,12,1737)。
欲实现OLED在目前平板显示器中的应用,除提高器件的效率和寿命外,还必须获得纯正的三原色(红、蓝和绿色)发光材料。目前,红色和蓝色发光材料已经能够满足要求,但是绿色聚合物发光二极管的色纯度尚需进一步提高,如大多数已报道的绿色聚合物材料发射蓝绿或黄绿色,而商业化的绿色电致发光聚合物,聚(9,9-二辛基芴-苯并噻二唑)(F8BT),虽然具有良好的热稳定性能和较高的电致发光效率。但是其色坐标(X=0.39,Y=0.57),与美国国家电视标准NTSC1979纯绿色发光的标准(X=0.31,Y=0.595)相比,尚有差距。因此,获得高效的纯绿色聚合物电致发光材料,是有机电致发光领域需要解决的难题之一。
分别考察喹喔啉/芴共聚物和前述F8BT的电致发光性能发现,前者的色坐标(X=0.228,Y=0.397)位于蓝绿色发光区,后者略接近黄绿光区。从分子结构上看,由于两类聚合物的共聚单元均为芴单元,因此,导致两类聚合物发光颜色变化的原因是喹喔啉与苯并噻二唑的吸电子能力存在差别。换言之,苯并噻二唑的吸电子能力高于喹喔啉,导致F8BT的发光波长较喹喔啉/芴共聚物有较大红移。由于两类聚合物的发光波长均涵盖了绿色区,因此,采用吸电子能力介于苯并噻二唑和喹喔啉之间的受体基团,可望获得纯绿发射。基于这样的思路,在本发明中,我们将苯并噻二唑基团引入喹喔啉的侧链,获得吸电子能力介于苯并噻二唑和喹喔啉之间的新型受体基团,并将其引入芴聚合物中,进而获得了具有纯绿色发射的高效发光的聚合物。
发明内容
本发明以苯并噻唑为支链的喹喔啉作为受体,并将其引入芴聚合物中,通过改变受体的吸电子能力,以期获得纯绿色发光的电致发光材料。
本发明提供了一类喹喔啉-苯并噻二唑-芴的聚合物,是一种新型有机电致发光材料,具有如下化学结构:
上式中,n代表10~100的自然数,R1为C1~C12的烷基;
Ar1、Ar2分别选自Ar1和Ar2为相同或不同的基团,R为H或C1~C12的烷基。
上述喹喔啉-苯并噻二唑-芴的聚合物推荐聚合度在10~100之间的聚合物。
推荐具有如下的结构通式:
上式中,R1和R分别为C1~C12的烷基,R1和R可相同,也可不同;n如前所述。
本发明所述的含有苯并噻唑做为支链的芴与喹喔啉的聚合物由下述方法制备:
9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或其酯,与含有苯并噻二唑的喹喔啉类杂芳环的二溴代物按摩尔比为1∶1~1∶1.5溶于有机溶剂,加入无机碱和有机钯催化剂或有机钯和有机膦配体的混合物催化剂,上述混合物反应后制得目标产物。反应推荐在75-110℃条件下反应24~72小时。合成中有机钯催化剂用量相对于9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或其酯为5-10mol%,无机碱用量为所述9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸丙二硼酯摩尔用量的5-20倍。所述9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或其酯的烷基是C1~C12的烷基,所述的酯是9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸丙二硼酯,所述的含有苯并噻二唑的喹喔啉类杂芳环的二溴代物结构式为Ar1、Ar2如前所述。
本发明所述有机溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、苯或甲苯;优选为四氢呋喃、甲苯等;最好是甲苯与四氢呋喃1∶1(体积比)的混合物。所述无机碱为碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的水溶液。
本发明所述的有机钯催化剂是金属钯与有机膦的配合物,进一步推荐所述有机钯催化剂可以是Pd(PPh3)4、Pd(PPh3)2Cl2、最好为Pd(PPh3)4。其中PPh3为三苯基膦基。所述的有机钯和有机膦配体的混合物推荐Pd2(dba)3与P(t-Bu)3的混合物,所述的dba是二亚苄叉丙酮。本发明所述无机碱优选为碱金属碳酸盐的水溶液,最好是2M的碳酸钠水溶液。
所述得含有苯并噻二唑的喹喔啉类杂芳环的二溴代物由如下方法制备:在PdCl2/DMSO或者I2/DMSO体系下由氧化制得。在100~150℃下加热6~48小时得到,所述的DMSO是二甲基亚砜。推荐将含有(Ar1、Ar2如前所述,为各种取代的苯并噻二唑,取代基可以是C1-C8的烷基,所述的苯并噻二唑烷基链推荐C2或C8的烷基),PdCl2的DMSO溶液加热至100-150℃。搅拌6-48h。反应得到相应的酮。然后在与邻苯二胺类化合物在乙酸溶液中回流6-24h得到目标单体。
本发明的聚合物可用作新型纯绿色电致发光材料。该类聚合物具有效率高,色纯度好,结构新的特点。将其制作成的PLED器件,具有优良的发光性质。
本发明所述的新型的苯并噻唑做为支链的芴与喹喔啉的聚合物,合成工艺简单,易于纯化。而且化合物具有较好的光学性能,电化学性能,可用作有机电致发光材料。
器件以ITO为阳极,PEDOT-PSS作为空穴传输层,聚合物作为发光层。LiF作为电子注入层,铝为阴极。
图1是聚合物3的电流密度-电压-亮度图和电致发光器件。表1是聚合物2,3的电致发光器件的数据。
表1.聚合物2、3的器件数据
A:启亮电压;b:最大亮度时的电压;c:最大亮度时的电流密度;d:最大亮度;e:外加电压为6V的色坐标。
附图说明
图1是聚合物3的电流密度-电压-亮度(I-V-L)。插图为电致发光谱图。
具体实施方式
以下实施例有助与理解本发明,但不限于本发明的内容。
实施例1化合物5,8-二溴-2,3-双(4-苯并噻二唑基)喹喔啉
将含有化合物1,2-双(4-苯并噻二唑基)乙炔的(0.294g,1mmol),PdCl2(0.02g,0.1mmol)的DMSO(10mL)溶液加热至150℃。搅拌过夜。将反应液倒入水中,抽滤,水洗。粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)得到黄色固体(1,2-双(4-苯并噻二唑基)-乙二酮)0.18g,产率55%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.59(dd,J=6.9,J=0.9,2H),8.37(dd,J=8.7,J=1.5,2H),7.88(dd,J=6.9,J=8.7,2H);13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:191.76,155.06,152.48,132.77,129.00,127.87,126.15;MS(EI) m/z:326(M+).IR(KBr,cm-1):1674,1592,1532,1411,1354,1307,1243,1154,1060,1027,901,847,758,746,702;元素分析计算值(Anal.Calcd for)C14H6N4O2S2:C,51.52%;H,1.85%;N,17.17%;S,19.65%.实测值(Found):C,51.51%;H,1.65%;N,16.99%;S,19.28%。
氮气保护下,于120℃将3,6-二溴-邻苯二胺(1g,3.7mmol)加入到化合物1,2-双(4-苯并噻二唑基)-乙二酮(0.6g,1.84mmol)的醋酸(20mL)溶液中。回流过夜,将反应液倒入水中,碳酸氢钠中和至中性。氯仿萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。旋转蒸发除去溶剂,粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)白色固体。然后氯仿/正己烷重结晶得到灰白色固体粉末1.0g。产率96%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.09(dd,J=0.9,J=6.9,2H),8.04(s,2H),7.89(dd,J=0.9,J=8.7,2H),7.60(dd,J=7.8,J=6.9,2H);13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:154.37,152.47,152.23,139.98,133.88,131.88,131.65,129.45,124.02,122.57;MS(EI)m/z:556(M+);IR(KBr,cm-1):3013,1581,1542,1434,1334,1315,1299,1157,1095,985,956,912,903,854,827,754;HRMS(EI)Calculated for C20H8N6S2Br2:553.8617,Found:553.8619。
实施例2化合物5,8-二溴-2,3-双(5-苯并噻二唑基)喹喔啉
将含有1,2-二-(5-苯并噻二唑基)乙炔(0.294g,1mmol),I2(0.21g,0.8mmol)的DMSO(4mL)溶液在150℃下搅拌5h。冷至室温,将反应液倒入饱和的亚硫酸氢钠溶液中,抽滤,水洗。粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)得到黄色固体(1,2-双(5-苯并噻二唑基)-乙二酮)0.28g。产率86%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.63(d,J=0.6Hz,2H),8.32(dd,J=9.3Hz,J=0.6Hz,2H),8.21(d,J=9.3,2H).13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:192.73,157.14,154.11,133.09,127.04,126.94,122.97.MS(EI)m/z:326(M+).IR(KBr,cm-1):3098,1667,1604,1438,1155,1140,866,842,751.Anal.Calcd for C14H6N4O2S2:C,51.52%;H,1.85%;N,17.17%;S,19.65%.Found:C,51.52%;H,1.77%;N,17.38%;S,19.67%。
氮气保护下,将3,6-二溴-邻苯二胺(1g,3.7mmol)加入到化合物1,2-双(5-苯并噻二唑基)-乙二酮(0.6g,1.84mmol)的120℃ HOAC(25mL)溶液中。回流过夜,将反应液倒入水中,碳酸氢钠中和至中性。氯仿萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。旋转蒸发除去溶剂,粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)白色固体。然后氯仿/正己烷重结晶得到灰白色固体粉末1.02g。产率97%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.46(s,2H),8.03(s,2H),7.99(d,J=9.3,2H),7.90(dd,J=1.8,J=9.3,2H);13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:154.97,154.58,152.33,138.79,134.14,130.69,123.91,123.81,121.80.MS(EI)m/z:556(M+);IR(KBr,cm-1):1579,1516,1331,1299,1201,1166,1037,991,953,944,850,818,653;Anal.Calcd for C20H6Br2N6S2:C,43.18%;H,1.45%;N,15.11%,Br,28.73%,S,11.53%,Found:C,43.30%;H,1.26%;N,15.17%,Br,28.56%,S,11.60%。
实施例3化合物5,8-二溴-2-(4-苯并噻二唑基)-3-(5-苯并噻二唑基)喹喔啉
将含有1-(4-苯并噻二唑基)-2-(5-苯并噻二唑基)乙炔(0.294g,1mmol),PdCl2(0.04g,0.23mmol)的DMSO(10mL)溶液加热至150℃。搅拌过夜。将反应液倒入水中,抽滤,水洗。粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)得到黄色固体0.22g。产率67%(1-(4-苯并噻二唑基)-2-(5-苯并噻二唑基)-乙二酮)。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.62(s,1H),8.52(dd,J=0.9,J=6.9,1H),8.38(dd,J=9,J=0.9,1H),8.37(dd,J=1.8,J=9.3,1H),8.21(d,J=6,1H),7.87(dd,J=7.8,J=9,1H);13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:193.21,191.74,156.99,155.04,154.19,152.12,133.41,133.20,128.92,128.42,127.47,136.34,126.04,122.68;MS(EI)m/z:326(M+).IR(KBr,cm-1):1677,1663,1603,1531,1438,1412,1357,1262,1193,1157,1093,985,896,866,858,843,759,747;Anal.Calcd for C14H6N4O2S2:C,51.52%;H,1.85%;N,17.17%;S,19.65%.Found:C,51.64%;H,1.74%;N,16.37%;S,19.50%。
氮气保护下,将3,6-二溴-邻苯二胺(1g,3.7mmol)加入到化合物1-(4-苯并噻二唑基)-2-(5-苯并噻二唑基)-乙二酮(0.6g,1.84mmol)的120℃ HOAc(20mL)溶液中。回流过夜,将反应液倒入水中,碳酸氢钠中和至中性。氯仿萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。旋转蒸发除去溶剂,粗产品柱层析(淋洗剂,石油醚∶二氯甲烷=1∶1)白色固体。然后氯仿/正己烷重结晶得到灰白色固体粉末0.98g。产率96%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.24(dd,J=1.5 J=7.2,1H),8.11-8.14(m,2H),8.01-8.05(m,3H),7.81-7.88(m,2H);13C NMR(CDCl3,100MHz,ppm)δ:154.71,154.54,154.08,153.52,152.30,150.99,139.31,139.64,139.53,134.04,133.87,131.70,131.41,130.61,129.67,124.08,123.81,123.39,122.10,121.20;MS(EI)m/z:556(M+);IR(KBr,cm-1):1580,1539,1444,1334,1295,1197,1158,1119,1007,969,953,906,827,815,760;Anal.Calcd forC20H6Br2N6S2:C,43.18%;H,1.45%;N,15.11%,Br,28.73%,S,11.53%.Found:C,43.27%;H,1.40%;N,15.37%,Br,28.38%,S,11.54%。
实施例4聚合物1的合成
在氩气保护下,往含有化合物5,8-二溴-2,3-双(5-苯并噻二唑基)喹喔啉(0.278g,0.5mmol),9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸丙二醇酯(0.279g,0.5mmol),Na2CO3(1.06g,10mmol),Pd(PPh3)4(0.058g,0.05mmol)的反应瓶中加入H2O(5mL),和甲苯(30mL)。鼓泡1.5h除去残留的氧气,然后加热回流3天。旋转蒸发除去甲苯。氯仿/水萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。减压除去大量氯仿至3-5mL溶液,甲醇沉降,抽滤。氯仿溶解,过氧化铝的柱层析,氯仿淋洗。减压除去氯仿,甲醇沉降。抽滤,所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降,抽滤。真空泵下抽过夜得到0.32g黄色固体。产率82%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.15(s,2H),8.02-8.06(m,4H),7.84-7.89(m,6H),7.49(t,J=6.3,2H),1.86-2.01(m,4H),1.12-1.17(m,4H),0.76-1.07(m,26H);Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=39,500,Mw/Mn=2.27;IR(KBr,cm-1):2951,2925,2852,1516,1332,1191,1008,852,819,655;Anal.Calcd for(C49H48N6S2)20Br2:C,74.21%;H,6.10%;N,10.60%,S,8.09%.Found:C,74.29%;H,6.26%;N,10.33%,S,8.00%。
实施例5聚合物2的合成
在氩气保护下,往含有化合物5,8-二溴-2-(4-苯并噻二唑基)-3-(5-苯并噻二唑基)喹喔啉(0.278g,0.5mmol),9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸丙二醇酯(0.279g,0.5mmol),Na2CO3(1.06g,10mmol),Pd(PPh3)4(0.058g,0.05mmol)的反应瓶中加入H2O(5mL),和甲苯(30mL)。鼓泡1.5h除去残留的氧气,然后加热回流3天。旋转蒸发除去甲苯。氯仿/水萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。减压除去大量氯仿至3-5mL溶液,甲醇沉降,抽滤。氯仿溶解,过氧化铝的柱层析,氯仿淋洗。减压除去氯仿,甲醇沉降。抽滤,所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降,抽滤。真空泵下抽过夜得到0.32g黄色固体。产率82%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:7.89-8.27(m,12H),7.81-7.88(m,1H),7.71-7.79(m,1H),1.81-2.35(m,4H),0.72-1.19(m,30H);Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=79700,Mw/Mn=2.10;IR(KBr,cm-1):2925,2853,1454,1336,1008,881,852,817,755;Anal.Calcd for(C49H48N6S2)20Br2:C,74.36%;H,6.11%;N,10.62%,S,8.10%.Found:C,74.34%;H,6.13%;N,10.7%,S,8.25%。
实施例6聚合物3的合成
在氩气保护下,往含有化合物化合物5,8-二溴-2,3-双(4-苯并噻二唑基)喹喔啉(0.278g,0.5mmol),9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸丙二醇酯(0.279g,0.5mmol),Na2CO3(1.06g,10mmol),Pd(PPh3)4(0.058g,0.05mmol)的反应瓶中加入H2O(5mL),和甲苯(30mL)。鼓泡1.5h除去残留的氧气,然后加热回流3天。旋转蒸发除去甲苯。氯仿/水萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。减压除去大量氯仿至3-5mL溶液,甲醇沉降,抽滤。氯仿溶解,过氧化铝的柱层析,氯仿淋洗。减压除去氯仿,甲醇沉降。抽滤,所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降,抽滤。真空泵下抽过夜得到0.20g黄色固体。产率51%。1H NMR(300MHz,CDCl3,ppm)δ:8.37(s,2H),8.12-8.21(m,2H),7.89-8.06(m,10H),2.01-2.34(m,4H),1.08-1.19(m,4H),0.73-1.07(m,26H);Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=29800,Mw/Mn=1.66;IR(KBr,cm-1):2923,2851,1561,1542,1453,1332.1311,1255,896,852,815,753;Anal.Calcd for(C49H48N6S2)20Br2:C,74.08%;H,6.09%;N,10.58%,S,8.07%.Found:C,74.06%;H,6.32%;N,10.45%,S,8.01%。
实施例7聚合物3做发光层的PLED器件的制作和性能
用前述实施例所获的聚合物3作为发光层,旋涂的方法制备器件。用ITO玻璃为阳极,PEDOT-PSS为空穴传递层,铝为阴极,通过真空蒸镀方式制备发光器件。氟化锂为电子注入层,铝为阴极,通过真空蒸镀方式制备发光器件。图1是聚合物3的电流密度-电压-亮度图和电致发光器件。表1是聚合物2,3的电致发光器件的数据
文中的符号分别代表的化学结构为:
Claims (9)
5.如权利要求3所述的制备方法,其特征是所述的有机钯催化剂摩尔比用量相对于9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或其酯的5-10mol%,无机碱摩尔用量为所述9,9-二烷基芴-2,7-二硼酸或9,9-二烷基芴2,7二硼酸丙二硼酯摩尔用量的5-20倍。
6.如权利要求3所述的制备方法,其特征是所述的有机溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、苯或甲苯;所述有机钯催化剂是Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2;所述的有机钯和有机膦配体的混合物是Pd2(dba)3与P(t-Bu)3的混合物,所述的dba是二亚苄叉丙酮;所述无机碱为碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的水溶液。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征是所述的有机溶剂为甲苯与乙二醇二甲醚的体积比1∶1的混合物;所述有机钯催化剂是Pd(PPh3)4;所述无机碱为2M的碳酸钠水溶液。
8.一种如权利要求1所述的喹喔啉-苯并噻二唑-芴的聚合物的用途,其特征是用作有机电致发光材料。
9.如权利要求8所述的用途,其特征是用作具有纯绿色发射的有机电致发光材料。
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