CN103396355B - 一种以三吡啶基苯为核的化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机电致发光材料技术领域,公开了一种以三吡啶基苯为核的化合物及其制备方法和应用。该化合物可通过先合成卤素取代的吡啶衍生物,与苯三硼酸酯在催化剂的存在下通过SUZUKI偶联反应制备;或先通过SUZUKI偶联反应合成卤代三吡啶基苯衍生物,在催化剂的存在下与氮杂环取代的苯硼酸酯通过SUZUKI偶联反应制备。本发明的化合物由具有强电子亲合性的吡啶等氮杂环单元所构成,具有较低的电子注入势垒和较强的电子传输能力,从而降低光电器件的驱动电压,提高功率效率,在100cd/m2的亮度,制备得到的光电器件驱动电压低至3.03V,功率效率高达59.7lm/W,外部量子效率为25.7%。
Description
技术领域
本发明属于有机电致发光材料技术领域,特别涉及一种以三吡啶基苯为核的化合物及其制备方法和应用。
背景技术
近二十年来,有机电致发光二极管(OLED)因具有高效、低电压驱动,易于大面积制备及全色显示等优点具有广阔的应用前景,得到人们的广泛关注。该研究始于上个世纪50年代,直到1987年美国柯达公司的邓青云博士等在专利US4356429中采用三明治器件结构,研制出的OLED器件在10V直流电压驱动下发光亮度达到1000cd/m2,使OLED获得了划时代的发展。
有机电致发光主要分为荧光和磷光,但根据自旋量子统计理论,单重态激子和三重态激子的概率为1:3,即来自单重态激子辐射跃迁的荧光的理论极限为25%,三重态激子辐射跃迁的荧光的理论极限为75%。如何利用75%的三线态激子的能量成为当务之急。1997年Forrest等发现磷光电致发光现象突破了有机电致发光材料量子效率25%效率的限制。1999年Forrest将绿光掺杂材料Ir(ppy)3以6%质量掺杂浓度掺杂在主体材料4,4’-N,N’-二咔唑基-联苯(CBP)中,得到外量子效率8%,效率高达31lm/W,大大高于荧光材料器件,引起人们对金属配合物磷光材料的广泛关注。从此,人们对磷光材料进行大量的研究。
而磷光材料的使用,要求其它周边材料,如主体材料、空穴传输材料以及电子传输材料具有较高的三线态能级,以防止能量由磷光材料向这些周边材料的转移。而通常使用的电子传输材料,如三(8-羟基喹啉)铝,因其较低的三线态能级,在作为磷光器件的电子传输层时通常还需要在与发光层间插入一层空穴和激子阻挡层,这相应地增加了电子由阴极向发光层的注入障碍,提高了器件的驱动电压,同时器件结构也更为复杂。因此,急需开发同时具有空穴和激子阻挡性的电子传输材料,在降低器件电压、提高器件效率的同时,使器件结构更为简单,从而达到降低制作成本的目的。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种以三吡啶基苯为核的化合物。
本发明另一目的在于提供一种上述以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述以三吡啶基苯为核的化合物在有机电致发光二极管中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现:
一种以三吡啶基苯为核的化合物,具有如下化学结构:
其中Ar为或的氮杂环。
Ar在其任意位置与相邻的苯环在任意位置以共价键相连,中心的苯环在其1,3,5位分别与三个吡啶环在任意位置以共价键相连。
优选地,吡啶环与相邻的两个苯环在其间位以共价键相连,其化学结构包括以下四种异构体:
其中Ar为或的氮杂环。
Ar在其任意位置与相邻的苯环在任意位置以共价键相连。上述结构化合物具备阻挡磷光材料三线态激子的能力。
优选地,Ar的任意位置与相邻的苯环的间位以共价键相连,其化学结构如下:
其中为吡啶环,Ar为或的氮杂环。
Ar在其任意位置与相邻的苯环以共价键相连。上述结构的化合物的三线态能级得到进一步的提高,以阻挡蓝光磷光材料三线态激子。
上述以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,包括以下步骤:合成卤素取代的吡啶衍生物,与苯三硼酸酯在催化剂的存在下通过SUZUKI偶联反应,制备得到以三吡啶基苯为核的化合物。反应方程式如下:
或包括以下步骤:通过SUZUKI偶联反应合成卤代三吡啶基苯衍生物,在催化剂的存在下与氮杂环取代的苯硼酸酯通过SUZUKI偶联反应,制备得到以三吡啶基苯为核的化合物。反应方程式如下:
上述制备方法,具体包含方法A:
(1)把吡啶基苯硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到卤代吡啶衍生物;
(2)把卤代吡啶衍生物、苯三硼酸酯、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到以三吡啶基苯为核的化合物。
步骤(1)中所用吡啶基苯硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱的摩尔比为1:(1.2~2):(0.02~0.05):(3~6)。
步骤(2)中所用卤代吡啶衍生物、苯三硼酸酯、催化剂和碱的摩尔比为1:(3~4):(0.06~0.1):(30~60)。
上述制备方法,或具体包含方法B:
(1)将苯三硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到卤代三吡啶基苯衍生物;
(2)把卤代三吡啶基苯衍生物、吡啶基苯硼酸酯、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到以三吡啶基苯为核的化合物。
步骤(1)中所用苯三硼酸酯、卤代吡啶、催化剂和碱的摩尔比为1:(3~4):(0.15~0.2):(20~40)。
步骤(2)中所用卤代三吡啶基苯衍生物、吡啶基苯硼酸酯、催化剂和碱的摩尔比为(3~4):1:(0.15~0.2):(20~40)。
所述的吡啶基苯硼酸酯指3-(2-吡啶基)苯硼酸酯、3-(3-吡啶基)苯硼酸酯和3-(4-吡啶基)苯硼酸酯中的至少一种。
所述的卤代吡啶指2,6-二溴吡啶、3,5-二溴吡啶和2,6-二氯吡啶中的至少一种。
所述的催化剂指四(三苯基磷)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯和三环己基磷中的至少一种。
所述的碱指碳酸钾和磷酸钾中的至少一种。
所述的溶剂指甲苯、乙醇和1,4-二氧六环中的至少一种。
上述以三吡啶基苯为核的化合物在有机电致发光二极管中的应用,可应用于电子传输层、空穴或激子阻挡层。
本发明的机理为:
本发明的化合物以三吡啶基苯为核,因吡啶环的强电子亲和性,作为电子传输材料可使其具有较低的电子注入势垒;通过在三吡啶基苯核的周围引入吡啶等氮杂环,进一步调控分子的能级以及电子注入势垒;通过各芳香环间的结合位置调控分子的π共轭,调控其单线态及三线态能级,从而进一步调控其阻挡磷光材料三线态激子的能力。通过对分子结构的调整实现对化合物能级的调控,进而降低器件的驱动电压、改善器件的载流子平衡、阻挡器件的载流子以及激子,最终达成提高器件性能的目的。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及有益效果:
(1)本发明以三吡啶基苯为核的化合物由具有强电子亲合性的吡啶等氮杂环单元所构成,具有较低的电子注入势垒和较强的电子传输能力,从而可降低器件的驱动电压;
(2)本发明以三吡啶基苯为核的化合物具有空穴阻挡能力,应用于有机电致发光二极管的电子传输层,因其空穴阻挡性,可将器件载流子复合区域约束在发光层;
(3)本发明以三吡啶基苯为核的化合物具有较高的三线态能级,从而有效地抑制来自磷光材料三线态激子能量的转移,减少激子的非发光性失活,从而大大提高器件的效率;
(4)因本发明以三吡啶基苯为核的化合物具备空穴和激子阻挡能力,从而可以用单一电子传输层代替通常器件中常用的电子传输层和空穴、激子阻挡层,使器件结构更为简单;
(5)因电子传输层和空穴、激子阻挡层层间电荷注入势垒的消除,有效地促进阴极向发光层的电子注入和传输,大大降低器件的驱动电压,从而有效地提高器件的功率效率,在100cd/m2的亮度,制备得到的光电器件驱动电压低至3.03V,功率效率高达59.7lm/W,外部量子效率为25.7%。
附图说明
图1为实施例1~8制备得到的的以三吡啶基苯为核的化合物的固体薄膜紫外-可见光吸收光谱图。
图2为实施例1~8制备得到的的以三吡啶基苯为核的化合物的固体薄膜荧光光谱图。
图3为以实施例1~3的以三吡啶基苯为核的化合物制备的光电器件的电流密度-发光亮度-电压关系图。
图4为以实施例4~6的以三吡啶基苯为核的化合物制备的光电器件的电流密度-发光亮度-电压关系图。
图5为以实施例2、5、7和8的以三吡啶基苯为核的化合物制备的光电器件的电流密度-发光亮度-电压关系图。
图6为以实施例1~8的以三吡啶基苯为核的化合物制备的电致发光器件的电致发光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)吡啶基溴苯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入1,3-二溴苯(24.8g,105mmol,Aldrich)、2-吡啶基溴化锌(0.5MinTHF,140mL,70mmol,Aldrich)、四(三苯基磷)钯(2.43g,2.1mmol,TCI)和无水四氢呋喃(30ml),75℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用乙酸乙酯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为正己烷/乙酸乙酯=8:1。旋干后,真空干燥,得无色油状产物3-(2-吡啶)基溴苯10.3g,收率63%。
1HNMR(270MHz,CDCl3):δ(ppm)8.83(d,J=2.3Hz,1H),8.63(dd,J=4.8and1.6Hz,1H),7.88-7.84(m,1H),7.58-7.56(m,1H),7.49-7.35(m,4H)。
(2)吡啶基苯硼酸酯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(3-吡啶)基氯苯(5.44g,28.7mmol)、联硼酸频那醇酯(8.75g,34.4mmol,TCI)、醋酸钾(8.45g,86.1mmol)、二(二亚苄基丙酮)钯(0.990g,1.72mmol)、三环己基磷(1.93g,6.89mmol)和1,4-二氧六环(150ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用乙酸乙酯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=6:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末产物7.6g,收率95%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.87(d,J=2.5Hz,1H),8.59(dd,J=5.0and2.0Hz,1H),8.03(s,1H),7.93-7.91(m,1H),7.85(d,J=7.0Hz,1H),7.69-7.67(m,1H),7.49(t,J=7.5Hz,1H),7.37-7.34(m,1H),1.37(s,12H)。
(3)苯三硼酸酯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中1,3,5-三溴苯(15.74g,50mmol)、联硼酸频那醇酯(41.9g,0.165mol,TCI)、醋酸钾(48.58g,0.495mol)、1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯(4.08g,5mmol)和二甲基甲酰胺(300ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用乙酸乙酯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿。旋干后,真空干燥,得白色粉末产物16.25g,收率71.3%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.364(s,3H),1.332(s,36H)。
(4)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(2-吡啶基)苯硼酸酯(4.5g,16mmol)、2,6-二溴吡啶(7.58g,32mmol,Aldrich)、四(三苯基磷)钯(0.37g,0.32mmol,TCI)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=9:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末4.12g,收率82.7%,得到卤代吡啶衍生物1。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.732-8.717(m,1H),8.600(t,J=2.0Hz,1H),8.081-8.051(m,2H),7.841-7.769(m,3H),7.618(t,J=8.0Hz,1H),7.583(t,J=8.0Hz,1H),7.444-7.427(m,1H),7.280-7.254(m,1H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)158.399,157.033,149.720,142.167,140.016,139.005,138.204,136.834,129.304,128.129,127.614,126.520,125.524,122.377,120.782,119.257.MS(EI):m/z311(calcdm/z311.18)。
(5)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.368g,3.00mmol)、步骤(1)制备得到的卤代吡啶衍生物1(3.17g,10.2mmol)、四(三苯基磷)钯(0.208g,0.18mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(125ml)和乙醇(45ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=2/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末1.94g,收率84.1%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅰ。反应方程式如下。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)9.083(s,3H),8.842(t,J=2.0Hz,3H),8.727-8.711(m,3H),8.372-8.361(m,3H),8.090-8.068(m,3H),7.993-7.976(m,3H),7.939-7.887(m,6H),7.854-7.834(m,3H),7.715-7.681(m,3H),7.607(t,J=8.0Hz,3H),7.240-7.213(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)157.327,156.743,156.606,149.678,140.416,139.981,139.806,137.605,136.777,129.255,127.714,127.546,126.398,125.558,122.232,120.714,119.249,119.077。
实施例2:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)吡啶基氯苯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-溴吡啶(4.84g,30.6mmol,Aldrich)、3-氯苯硼酸(4.95g,31.6mmol,Aldrich)、四(三苯基磷)钯(0.70g,0.61mmol,TCI)、2M碳酸钾水溶液(90ml)、甲苯(150ml)和乙醇(50ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用甲苯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为正己烷/乙酸乙酯=3:1。旋干后,真空干燥,得无色油状产物3-(3-吡啶)基氯苯5.3g,收率92%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.71–8.70(m,1H),8.18(t,J1/42.0Hz,1H),7.92–7.90(m,1H),7.79–7.76(m,1H),7.72–7.70(m,1H),7.56–7.53(m,1H),7.35(t,J1/48.0Hz,1H),7.28–7.26(m,1H)。
(2)吡啶基苯硼酸酯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(2-吡啶)基溴苯(10.3g,44.1mmol)、联硼酸频那醇酯(12.3g,48.5mmol,TCI)、醋酸钾(13.0g,133mmol)、1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯(1.80g,2.20mmol)和1,4-二氧六环(150ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用乙酸乙酯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=6:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末产物12.0g,收率97%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.70–8.69(m,1H),8.39(t,J=1.0Hz,1H),8.14–8.12(m,1H),7.87–7.85(m,1H),7.80–7.78(m,1H),7.76–7.72(m,1H),7.49(t,J=8.0Hz,1H),7.23–7.21(m,1H),1.36(s,12H)。
(3)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(2-吡啶基)苯硼酸酯(5.62g,20mmol)、2,6-二溴吡啶(9.48g,40mmol)、四(三苯基磷)钯(0.46g,0.40mmol)、2M碳酸钾水溶液(30ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=4:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末4.64g,收率74.5%,得到卤代吡啶衍生物2。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.916(dd,J=2.0and1.0Hz,1H),8.630(dd,J=4.5and2.0Hz,1H),8.213(t,J=2.0Hz,1H),8.015-7.993(m,1H),7.966-7.943(m,1H),7.754-7.737(m,1H),7.659-7.618(m,2H),7.584(t,J=8.0Hz,1H),7.464-7.447(m,1H),7.411-7.384(m,1H)。
(4)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.14g,2.5mmol)、步骤(3)制备得到的卤代吡啶衍生物2(2.57g,8.25mmol)、四(三苯基磷)钯(0.173g,0.15mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24小时。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=30/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末1.41g,收率73.4%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅱ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)9.033(s,3H),8.960(d,J=2.5Hz,3H),8.599(dd,J=5.0and1.5Hz,3H),8.423(t,J=1.5Hz,3H),8.270-8.250(m,3H),7.974-7.955(m,6H),7.937(t,J=7.5Hz,3H),7.833-7.816(m,3H),7.665-7.644(m,3H),7.598(t,J=7.5Hz,3H),7.338-7.312(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)156.800,156.411,148.633,148.412,140.401,140.374,138.292,137.803,136.606,134.469,129.514,127.725,126.813,126.401,125.886,123.560,119.421,119.131.MS(EI):m/z768(calcdm/z768.90)。
实施例3:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)吡啶基溴苯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入4-吡啶硼酸酯(18.1g,88.4mmol,Aldrich)、3-碘-1-溴苯(25g,88.4mmol,Aldrich)、四(三苯基磷)钯(2.04g,1.77mmol,TCI)、2M碳酸钾水溶液(100ml)、甲苯(150ml)和乙醇(50ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用甲苯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为正己烷/乙酸乙酯=3:1。旋干后,真空干燥,得无色油状产物3-(4-吡啶)基溴苯11.1g,收率54%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.68(dd,J=3.0and2.0Hz,2H),7.78(t,J=2.0Hz,1H),7.59-7.55(m,2H),7.48-7.47(m,2H),7.37(t,J=7.5Hz,1H)。
(2)吡啶基苯硼酸酯的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(4-吡啶)基溴苯(11.1g,47.5mmol)、联硼酸频那醇酯(13.3g,52.2mmol,TCI)、醋酸钾(14.0g,142mmol)、1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯(1.94g,2.38mmol)和1,4-二氧六环(150ml),和1,4-二氧六环(150ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用乙酸乙酯萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=2:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末产物14.6g,收率93%。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.66(dd,J=4.2and2.0Hz,2H),8.09(t,J=2.0Hz,1H),7.89-7.87(m,1H),7.75-7.72(m,1H),7.55(dd,J=4.0and2.0Hz,2H),7.50(t,J=7.5Hz,1H),1.37(s,12H)。
(3)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(4-吡啶基)苯硼酸酯(4.5g,16mmol)、2,6-二溴吡啶(7.58g,32mmol)、四(三苯基磷)钯(0.37g,0.32mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应12h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=1:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末3.78g,收率75.9%,得到卤代吡啶衍生物3。
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.698(d,J=6.4Hz,2H),8.271(s,1H),8.048-8.025(m,1H),7.760-7.581(m,6H),7.469(d,J=3.8Hz,1H)。
(4)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.60g,3.52mmol)、步骤(3)制备得到的卤代吡啶衍生物3(3.78g,12.1mmol)、四(三苯基磷)钯(0.244g,0.211mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(125ml)和乙醇(45ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=30/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末2.34g,收率86.4%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅲ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)9.051(s,3H),8.611(dd,J=4.5and2.0Hz,6H),8.539(t,J=1.5Hz,3H),8.277-8.256(m,3H),7.982-7.964(m,3H),7.934(t,J=7.5Hz,3H),7.846-7.829(m,3H),7.708-7.687(m,3H),7.607(t,J=7.5Hz,3H),7.587(dd,J=4.0and2.0Hz,6H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)156.770,156.243,150.266,148.213,140.348,140.336,138.612,137.796,129.564,127.595,127.580,126.405,125.768,121.698,119.390,119.104.MS(EI):m/z769(calcdm/z768.90)。
实施例4:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(2-吡啶基)苯硼酸酯(4.5g,16mmol)、3,5-二溴吡啶(7.58g,32mmol)、四(三苯基磷)钯(0.37g,0.32mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=2:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末4.15g,收率83.3%,得到卤代吡啶衍生物4。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.838(d,J=2.0,1H),8.743-8.728(m,1H),8.680(d,J=2.5Hz,1H),8.239-8.231(m,1H),8.126(t,J=2.0Hz,1H),8.038-8.017(m,1H),7.806-7.793(m,2H),7.626-7.581(m,2H),7.302-7.275(m,1H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)156.674,149.850,149.552,146.501,140.466,138.162,137.029,136.937,129.644,127.668,127.122,125.906,122.587,120.947,120.691。
(2)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.37g,3.00mmol)、步骤(1)制备得到的卤代吡啶衍生物4(3.17g,10.2mmol)、四(三苯基磷)钯(0.208g,0.18mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(125ml)和乙醇(45ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=30/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末1.90g,收率82.4%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅳ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.987-8.980(m,6H),8.712-8.694(m,3H),8.330(d,J=2.5Hz,3H),8.272-8.261(m,3H),8.043-8.022(m,3H),7.971(s,3H),7.814-7.760(m,6H),7.742-7.724(m,3H),7.624(t,J=2.0Hz,3H),7.277-7.247(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)156.876,149.823,147.878,147.306,140.447,139.905,138.135,136.918,136.823,135.995,133.306,129.629,127.882,126.874,126.291,126.031,122.503,120.748。
实施例5:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(3-吡啶基)苯硼酸酯(5.62g,20mmol)、3,5-二溴吡啶(9.48g,40mmol)、四(三苯基磷)钯(0.46g,0.4mmol)、2M碳酸钾水溶液(30ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=2:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末4.40g,收率70.7%,得到卤代吡啶衍生物5。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.899(dd,J=2.0and1.0Hz,1H),8.811(d,J=2.0Hz,1H),8.699(d,J=2.5Hz,1H),8.649(dd,J=4.5and1.5Hz,1H),8.079(t,J=2.0Hz,1H),7.939-7.916(m,1H),7.743-7.735(m,1H),7.667-7.632(m,1H),7.618-7.604(m,2H),7.426-7.399(m,1H)。
(2)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.14g,2.5mmol)、步骤(1)制备得到的卤代吡啶衍生物5(2.57g,8.25mmol)、四(三苯基磷)钯(0.173g,0.15mmol)、2M碳酸钾水溶液(30ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=30/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末1.35g,收率70.2%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅴ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.990(d,J=2.5Hz,3H),8.960(d,J=2.0Hz,3H),8.905(dd,J=2.5and1.0Hz,3H),8.632(dd,J=4.5and2.0Hz,3H),8.202(t,J=2.0Hz,3H),7.956(s,3H),7.948-7.924(m,3H),7.837(d,J=1.5Hz,3H),7.722-7.701(m,3H),7.670-7.620(m,6H),7.412-7.385(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)148.946,148.412,147.855,147.466,139.917,139.043,138.467,136.602,136.174,136.041,134.488,133.241,130.014,127.267,127.088,126.310,126.203,123.663。
实施例6:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(4-吡啶基)苯硼酸酯(4.5g,16mmol)、3,5-二溴吡啶(7.58g,32mmol)、四(三苯基磷)钯(0.37g,0.32mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(120ml)和乙醇(40ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=1:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末3.75g,收率75.3%,得到卤代吡啶衍生物6。
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)8.809(d,J=1.8Hz,1H),8.722-8.704(m,3H),8.081(t,J=2.1Hz,1H),7.791(s,1H),7.722-7.695(m,1H),7.641-7.623(m,2H),7.561(dd,J=4.3and2.0Hz,2H)。
(2)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.596g,3.50mmol)、步骤(1)制备得到的卤代吡啶衍生物6(3.75g,12.1mmol)、四(三苯基磷)钯(0.244g,0.211mmol)、2M碳酸钾水溶液(50ml)、甲苯(125ml)和乙醇(45ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=30/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末2.03g,收率75.4%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅵ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)9.002(d,J=2.0Hz,3H),8.960(d,J=2.0Hz,3H),8.695(dd,J=4.5and1.5Hz,6H),8.201(t,J=2.0Hz,3H),7.966(s,3H),7.886(t,J=1.5Hz,3H),7.752-7.708(m,6H),7.649(t,J=8.0Hz,3H),7.560(dd,J=5.0and2.0Hz,6H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)150.456,147.882,147.790,147.534,139.898,139.417,138.520,136.522,136.010,133.207,130.075,127.984,127.134,126.298,126.031,121.740。
实施例7:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)卤代吡啶衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(3-吡啶基)苯硼酸酯(2.81g,10mmol)、2,4-二氯吡啶(1.78g,12mmol,Aldrich)、四(三苯基磷)钯(0.578g,0.5mmol)、2M碳酸钾水溶液(30ml)、1,4-二氧六环(100ml,Aldrich),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=3:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末2.44g,收率91.5%,得到卤代吡啶衍生物7。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.927(dd,J=2.5and1.0Hz,1H),8.631(dd,J=5.0and1.5Hz,1H),8.618(d,J=5.5Hz,1H),8.227(t,J=1.5Hz,1H),8.000-7.982(m,1H),7.979-7.953(m,1H),7.798(d,J=2.0Hz,1H),7.680-7.659(m,1H),7.602(t,J=7.8Hz,1H),7.410-7.382(m,1H),7.265(dd,J=5.0and2.0Hz,1H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)158.506,150.629,148.809,148.439,144.922,139.055,138.655,136.320,134.520,129.637,128.325,126.608,125.975,123.572,122.656,121.027.MS(EI):m/z266(calcdm/z266.72)。
(2)氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(0.912g,2.00mmol)、卤代吡啶衍生物7(1.867g,7.0mmol)、三(二亚苄基丙酮)二钯(0.192g,0.21mmol,Aldrich)、三环己基磷(0.141g,0.504mmol,Aldrich)、磷酸钾水溶液(8.12g,30ml)、1,4-二氧六环(100ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=25/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末0.83g,收率54.0%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅶ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.942(d,J=2.5Hz,3H),8.872(d,J=5.0Hz,3H),8.610(dd,J=5.0and1.5Hz,3H),8.322(t,J=1.7Hz,3H),8.108-8.087(m,3H),8.073-8.070(m,3H),8.049(s,3H),7.991-7.967(m,3H),7.685-7.667(m,3H),7.641-7.611(m,6H),7.401-7.374(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)158.045,150.575,148.756,148.611,148.458,140.924,140.070,138.651,136.450,134.558,129.637,128.065,126.749,126.677,126.074,123.583,120.840,119.086.MS(EI):m/z769(calcdm/z768.90)。
实施例8:以三吡啶基苯为核的化合物的制备
(1)卤代三吡啶基苯衍生物的制备:在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入苯三硼酸酯(1.368g,3.0mmol)、2,4-二氯吡啶(1.598g,10.8mmol)、四(三苯基磷)钯(0.520g,0.45mmol)、2M碳酸钾水溶液(30ml)、1,4-二氧六环(100ml),85℃加热条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/乙酸乙酯=10:1。旋干后,真空干燥,得白色粉末0.759g,收率61.3%,得到卤代三吡啶基苯衍生物8。
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.717(s,3H),8.658(d,J=5.5Hz,3H),7.968(d,J=1.5Hz,3H),7.321(dd,J=5.0and2.0Hz,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)158.048,150.602,145.018,139.509,126.627,122.885,121.184.MS(EI):m/z412(calcdm/z412.70)。
(2)在氮气气氛下,向250ml三口烧瓶中加入3-(3-吡啶基)苯硼酸酯(1.298g,4.616mmol)、卤代三吡啶基苯衍生物8(0.529g,1.282mmol)、三(二亚苄基丙酮)二钯(0.211g,0.231mmol)、三环己基磷(0.155g,0.554mmol)、磷酸钾水溶液(6.39g,20ml)、1,4-二氧六环(50ml),85℃加热回流条件下搅拌反应24h。反应结束自然冷却后,用氯仿萃取反应液,并用饱和食盐水洗涤3次,所得有机层用无水硫酸镁干燥。抽滤,在减压下除去所得滤液中的溶剂。用色谱柱分离,所用的流动相为氯仿/甲醇=25/1。旋干后,真空干燥,得白色粉末0.783g,收率81.0%,得到以三吡啶基苯为核的化合物Ⅷ,反应方程式如下:
1HNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)8.930(d,J=2.5Hz,3H),8.850(s,3H),8.835(d,J=5.0,3H),8.647(dd,J=4.5and1.5Hz,3H),8.207(t,J=1.0Hz,3H),7.974-7.950(m,3H),7.910(t,J=1.5Hz,3H),7.795-7.774(m,3H),7.702-7.681(m,3H),7.649(t,J=7.5Hz,3H),7.558(dd,J=5.0and1.5Hz,3H),7.425-7.398(m,3H).13CNMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)157.858,150.259,149.191,148.947,148.458,140.722,139.559,138.960,136.198,134.558,129.931,127.875,127.032,126.578,126.131,123.648,120.787,119.341.MS(EI):m/z769(calcdm/z768.90)。
实施例9:以三吡啶基苯为核的化合物的光电性能
将实施例1~8制备得到的以三吡啶基苯为核的化合物Ⅰ~Ⅷ制备得到固体薄膜,并对其进行紫外-可见光吸收光谱扫描(图1)和荧光光谱扫描(图2)。
以三吡啶基苯为核的化合物的电子传输性评估,将实施例1~8制备得到的以三吡啶基苯为核的化合物按如下器件结构制备得到光电器件,评价其电子传输、空穴和激子阻挡性能,器件制备方法按本领域已知方法制备,即是:高真空条件下,在清洗的导电玻璃ITO上依次蒸镀材料和阴极电极。
器件结构:ITO/HIL(20nm)/TAPC(30nm)/26DCzPPy:13wt%FIrpic(10nm)/本发明化合物(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)。
实施例1~3制备得到的以三吡啶基苯为核的化合物Ⅰ~Ⅲ的光电器件的电流密度-发光亮度-电压关系图如图3所示。由图可见,基于三吡啶基苯为核的化合物Ⅲ的器件在相同的电压下获得了最大的电流密度。实施例4~6制备得到的以三吡啶基苯为核的化合物Ⅳ~Ⅵ的器件的电流密度-发光亮度-电压关系图如图4所示,可以看出基于以三吡啶基苯为核的化合物Ⅴ的器件在相同的电压下获得了最大的电流密度以及最大的发光亮度。图3和图4的对比不难看出,基于有机材料Ⅰ~Ⅲ的器件明显比基于Ⅳ~Ⅵ的器件的驱动电压更低。
对比实施例2、5、7和8的光电器件,见图5。从图5可以更明显地看出,在相同的外围吡啶环取代位置的前提下,器件的驱动电压对三吡啶基苯核中吡啶环的取代位置有明显的依存性,其中基于以三吡啶基苯为核的化合物Ⅱ的器件获得了最低的驱动电压。这些器件的代表性的性能指标见表1。
从表1可以明显地看出,除了更低的驱动电压外,基于Ⅰ~Ⅲ的器件相比基于Ⅳ~Ⅵ的对应器件在器件外部量子效率和功率效率上都有大幅度的提高,其中基于化合物Ⅱ的器件在100cd/m2的亮度下驱动电压仅为3.03V,功率效率为59.7lm/W,外部量子效率为25.7%,其功率效率和外部量子效率分别为基于化合物Ⅴ的对应器件的六倍和四倍。
对实施例1~8的化合物制备得到的光电器件进行电致发光光谱扫描,见图6。从图6的电致发光光谱可以看出,基于化合物Ⅳ~Ⅵ的器件在400nm附近有来自电子传输材料的微弱发光,这也导致了器件性能的下降。
在相同的外围吡啶环取代位置的前提下(化合物Ⅱ,Ⅳ,Ⅶ,Ⅷ),器件的驱动电压、外部量子效率和功率效率对三吡啶基苯核中吡啶环的取代位置有明显的依存性,其中基于化合物Ⅱ的器件获得了最好的器件性能,这是迄今基于FIrpic蓝色磷光材料器件文献报道中最高的水平。而相比,基于化合物Ⅴ的器件则在相同的外围吡啶环取代位置的系列材料中性能最低。
表1以三吡啶基苯为核的化合物的光电性能指标
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种以三吡啶基苯为核的化合物,其特征在于具有如下化学结构:
2.一种根据权利要求1所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:合成卤素取代的吡啶衍生物,与苯三硼酸酯在催化剂的存在下通过SUZUKI偶联反应,制备得到以三吡啶基苯为核的化合物;
或包括以下步骤:通过SUZUKI偶联反应合成卤代三吡啶基苯衍生物,在催化剂的存在下与氮杂环取代的苯硼酸酯通过SUZUKI偶联反应,制备得到以三吡啶基苯为核的化合物。
3.根据权利2所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:具体包含方法A:
(1)把吡啶基苯硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到卤代吡啶衍生物;
(2)把卤代吡啶衍生物、苯三硼酸酯、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到以三吡啶基苯为核的化合物;
或具体包含方法B:
(1)将苯三硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到卤代三吡啶基苯衍生物;
(2)把卤代三吡啶基苯衍生物、吡啶基苯硼酸酯、催化剂、碱溶于溶剂中,加热反应,得到以三吡啶基苯为核的化合物。
4.根据权利3所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:所述方法A步骤(1)中所用吡啶基苯硼酸酯、卤代吡啶、催化剂、碱的摩尔比为1:(1.2~2):(0.02~0.05):(3~6);所述方法A步骤(2)中所用卤代吡啶衍生物、苯三硼酸酯、催化剂和碱的摩尔比为1:(3~4):(0.06~0.1):(30~60)。
5.根据权利3所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:所述方法B步骤(1)中所用苯三硼酸酯、卤代吡啶、催化剂和碱的摩尔比为1:(3~4):(0.15~0.2):(20~40);所述方法B步骤(2)中所用卤代三吡啶基苯衍生物、吡啶基苯硼酸酯、催化剂和碱的摩尔比为(3~4):1:(0.15~0.2):(20~40)。
6.根据权利3所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:所述的吡啶基苯硼酸酯指3-(2-吡啶基)苯硼酸酯、3-(3-吡啶基)苯硼酸酯和3-(4-吡啶基)苯硼酸酯中的至少一种;所述的卤代吡啶指2,6-二溴吡啶、3,5-二溴吡啶和2,6-二氯吡啶中的至少一种。
7.根据权利3所述的以三吡啶基苯为核的化合物的制备方法,其特征在于:所述的催化剂指四(三苯基磷)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯和三环己基磷中的至少一种;所述的碱指碳酸钾和磷酸钾中的至少一种;所述的溶剂指甲苯、乙醇和1,4-二氧六环中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的以三吡啶基苯为核的化合物在有机电致发光二极管中的应用。
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