CN104662010B - 芳香族胺衍生物以及使用其的有机电致发光元件 - Google Patents

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Abstract

下式(1)表示的芳香族胺衍生物作为有机EL元件的构成成分是有用的,实现即使低电压驱动效率也高,且寿命长的有机EL元件。(式中,HAr1为二苯并呋喃基或二苯并噻吩基,Ar2是烷基、芳基或杂环基等,L1~L3分别独立地是单键或亚苯基)。

Description

芳香族胺衍生物以及使用其的有机电致发光元件
技术领域
本发明涉及芳香族胺衍生物以及使用其的有机电致发光元件。例如,涉及具有三亚苯骨架以及二苯并呋喃骨架和二苯并噻吩骨架的一者或两者的芳香族胺衍生物以及使用其的有机电致发光元件。
背景技术
一般有机电致发光(EL)元件由阳极、阴极和夹在阳极和阴极之间的1层以上有机薄膜层构成。如果在两电极间施加电压,则电子由阴极侧、空穴由阳极侧注入发光区域,所注入的电子和空穴在发光区域再结合,形成激发状态,激发状态返回基态时发光。因此,将电子或空穴高效地传输至发光区域,使电子和空穴的再结合变得容易的化合物的开发对于得到高效率有机EL元件是重要的。
通常,如果将有机EL元件在高温环境下驱动或保管,则产生发光色的变化、发光效率的降低、驱动电压的上升、发光寿命的缩短等问题。为了防止这样的问题,作为空穴传输材料,专利文献1公开了具有N-咔唑基直接键合于9,9-二苯基芴骨架的结构的芳香族胺衍生物,专利文献2公开了具有3-咔唑基直接键合于9,9-二甲基芴骨架的结构的芳香族胺衍生物,专利文献3公开了具有N-咔唑基苯基通过氮原子键合于9,9-二苯基芴骨架的结构的芳香族胺衍生物,专利文献4公开了具有3-咔唑基通过氮原子键合于9,9-二苯基芴骨架的结构的芳香族胺衍生物。专利文献5记载了具有选自芴骨架、咔唑骨架、二苯并呋喃骨架、二苯并噻吩骨架中的骨架的芳香族胺衍生物。
但是,专利文献1~5中公开的芳香族胺衍生物对于驱动电压的降低、低电压驱动时的效率和长寿命化的改善不能说是充分的,要求进一步改善。
专利文献6记载了具有三亚苯骨架和二苯并呋喃骨架(或二苯并噻吩骨架)的芳香族胺化合物。这样的芳香族胺化合物的例示化合物的大半必须具有咔唑骨架或末端二芳基氨基。专利文献6还记载了下述化合物。
[化1]
上述化合物具有1-二苯并噻吩基或1-二苯并呋喃基。这些基团的效率、寿命改善效果低,因此具有1-二苯并噻吩基或1-二苯并呋喃基的上述胺化合物的效率和寿命不充分。
因此,要求开发可以实现即使低电压驱动效率也高、且寿命长的有机EL元件的有机EL元件用材料,特别是空穴传输材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第07/148660号小册子
专利文献2:国际公开第08/062636号小册子
专利文献3:美国专利公开2007-0215889号公报
专利文献4:日本特开2005-290000号公报
专利文献5:国际公开第2011/021520号小册子
专利文献6:国际公开第2012/039534号小册子。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述课题而进行的,目的在于提供能够实现可低电压驱动、长寿命且高效率的有机EL元件的有机EL元件用材料,例如空穴传输材料。
解决课题的手段
本发明人为了达到上述目的进行了深入研究,结果发现,具有三亚苯骨架、具有2-或4-二苯并呋喃基和2-或4-二苯并噻吩基的一者或二者直接或通过连接基键合于氮原子的结构的化合物的空穴注入性和空穴传输性良好,可实现能够低电压驱动、寿命长且高效率的有机EL元件。
即,本发明提供下式(1)表示的芳香族胺衍生物,
[化2]
(式中,HAr1表示选自下式(2)~(5)中的基团,
[化3]
式(2)~(5)中,n为0~4的整数,R分别独立地表示取代或未取代的碳数1~20的烷基、取代或未取代的环碳数6~50的芳基、取代或未取代的环原子数3~50的杂环基、卤素原子、取代或未取代的碳数1~20的氟烷基、取代或未取代的碳数1~20的烷氧基、取代或未取代的碳数1~20的氟烷氧基、取代或未取代的环碳数6~50的芳氧基或氰基,R存在多个时,该多个R可以相同也可以不同,
L1~L3可以相同也可以不同,分别独立地表示单键、下式(6)表示的基团或式(7)表示的基团,
[化4]
Ar2表示取代或未取代的碳数1~20的烷基、取代或未取代的环碳数6~50的芳基、取代或未取代的环原子数3~50的杂环基、取代或未取代的碳数1~20的氟烷基、取代或未取代的碳数1~20的烷氧基、取代或未取代的碳数1~20的氟烷氧基、取代或未取代的碳数6~50的芳氧基或选自下式(8)~(11)中的基团,其中,Ar2不包括咔唑骨架和取代或未取代的氨基,
[化5]
式(8)~(11)中,n为0~4的整数,R分别独立地表示取代或未取代的碳数1~20的烷基、取代或未取代的环碳数6~50的芳基、取代或未取代的环原子数3~50的杂环基、卤素原子、取代或未取代的碳数1~20的氟烷基、取代或未取代的碳数1~20的烷氧基、取代或未取代的碳数1~20的氟烷氧基、取代或未取代的环碳数6~50的芳氧基或氰基,R存在多个时,该多个R可以相同也可以不同。
进一步地,本发明提供有机电致发光元件,其具有阳极、阴极和阳极与阴极之间的1层以上的有机薄膜层,该1层以上的有机薄膜层含有发光层,其特征在于,该有机薄膜层的至少1层含有上式(1)表示的芳香族胺衍生物。
发明效果
通过使用本发明的芳香族胺衍生物,可以得到能够低电压驱动的长寿命、高效率有机EL元件。
具体实施方式
本说明书中,“取代或未取代的碳数a~b的X基”这一表述中的“碳数a~b”表示的是X基未取代的情况下的碳数,不包括X基被取代时的取代基的碳数。
另外“氢原子”包括中子数不同的同位素,即氕(protium)、氘(deuterium)、氚(tritium)。
进一步地,“取代或未取代”时的任意取代基选自碳数1~50(优选1~10、更优选1~5)的烷基;环碳数3~50(优选3~6、更优选5或6)的环烷基;环碳数6~50(优选6~24、更优选6~12)的芳基;具有环碳数6~50(优选6~24、更优选6~12)的芳基的碳数1~50(优选1~10、更优选1~5)的芳烷基;氨基;具有碳数1~50(优选1~10、更优选1~5)的烷基的单或二烷基氨基;具有环碳数6~50(优选6~24、更优选6~12)的芳基的单或二芳基氨基;具有碳数1~50(优选1~10、更优选1~5)的烷基的烷氧基;具有环碳数6~50(优选6~24、更优选6~12)的芳基的芳氧基;具有选自碳数1~50(优选1~10、更优选1~5)的烷基和环碳数6~50(优选6~24、更优选6~12)的芳基中的基团的单、二或三取代甲硅烷基;环原子数5~50(优选5~24、更优选5~12)、含有1~5个(优选1~3个、更优选1~2个)杂原子(氮原子、氧原子、硫原子)的杂芳基;卤素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子);氰基;硝基。
本发明的芳香族胺衍生物具有三亚苯骨架,用下式(1)表示。
[化6]
三亚苯骨架的平面性优异,因此本发明的芳香族胺衍生物在薄膜中分子之间密合地排列,薄膜的取向性好。结果可以使驱动电压降低。另外,三亚苯骨架由于玻璃化转变温度(Tg)高,因此本发明的芳香族胺衍生物的Tg高,稳定,有机EL元件的寿命变长。
式(1)中,HAr1表示选自下式(2)~(5)中的基团。
[化7]
HAr1如果是式(2)或(3)表示的基团则可以期待长寿命化,如果为式(4)或(5)表示的基团,则可以期待高效率化。
式(2)~(5)中,n为0~4的整数,优选为0~2的整数,特别优选为0。n=0表示不存在取代基R。
R分别独立地表示取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷基、取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳基、取代或未取代的环原子数3~50、优选3~24、更优选3~18的杂环基、卤素原子、取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷基、取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷氧基、取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷氧基、取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳氧基或氰基。R存在多个时,该多个R可以相同也可以不同。
作为上述碳数1~20的烷基,可列举例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基(包括异构体)、己基(包括异构体)、庚基(包括异构体)、辛基(包括异构体)、壬基(包括异构体)、癸基(包括异构体)、十一烷基(包括异构体)、和十二烷基(包括异构体)等,优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基和戊基(包括异构体),更优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基,特别优选甲基和叔丁基。
作为上述环碳数为6~50的芳基,可列举例如苯基、萘基苯基、联苯基、三联苯基、亚联苯基、萘基、苯基萘基、苊基、蒽基、苯并蒽基、苯并苊基、菲基、苯并菲基、phenalenyl、芴基、9,9-二甲基芴基、7-苯基-9,9-二甲基芴基、并五苯基、基、五苯基、芘基、䓛基、苯并䓛基、s-苯并二茚基、as-苯并二茚基、荧蒽基和苝基等,优选苯基、萘基苯基、联苯基、三联苯基、萘基、9,9-二甲基芴基,更优选苯基、联苯基、萘基、9,9-二甲基芴基,特别优选苯基。
上述环原子数为3~50的杂环基含有至少1个、优选1~2个杂环子、例如氮原子、硫原子或氧原子。作为该杂环基,可列举例如吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、吡唑基、异噁唑基、异噻唑基、噁二唑基、噻二唑基、三唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并呋喃基、异苯并呋喃基、苯并噻吩基、吲嗪基、喹嗪基、喹啉基、异喹啉基、噌啉基、酞嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、苯并咪唑基、苯并噁唑基、苯并噻唑基、吲唑基、苯并异噁唑基、苯并异噻唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、菲啶基、吖啶基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩噁嗪基和呫吨基等,优选呋喃基、噻吩基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基,更优选苯并呋喃基、苯并噻吩基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基。
上述卤素原子为氟原子、氯原子、溴原子和碘原子,特别优选氟原子。
作为上述碳数为1~20的氟烷基,可列举例如上述碳数1~20的烷基的至少1个氢原子、优选1~7个氢原子被氟原子取代得到的基团,优选七氟丙基、五氟乙基、2,2,2-三氟乙基、三氟甲基,更优选五氟乙基、2,2,2-三氟乙基、三氟甲基,特别优选三氟甲基。
上述碳数1~20的烷氧基用-OR10表示,R10表示上述碳数为1~20的烷基。作为该烷氧基,优选叔丁氧基、丙氧基、乙氧基、甲氧基,更优选乙氧基、甲氧基,特别优选甲氧基。
上述碳数为1~20的氟烷氧基用-OR11表示,R11表示上述碳数为1~20的氟烷基。作为该氟烷氧基,优选七氟丙氧基、五氟乙氧基、2,2,2-三氟乙氧基、三氟甲氧基,更优选五氟乙氧基、2,2,2-三氟乙氧基、三氟甲氧基,特别优选三氟甲氧基。
环碳数为6~50的芳氧基用-OR12表示,R12表示上述环碳数6~50的芳基。作为该芳氧基,优选R12为三联苯基、联苯基、苯基,更优选联苯基、苯基,特别优选苯基。
在本发明的优选方式中,式(2)~(5)中的R为取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷基、特别优选甲基和叔丁基;取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳基、特别优选苯基;卤素原子、更优选氟原子;或氰基。另外,R优选键合于2-或4-二苯并呋喃基、2-或4-二苯并噻吩基的6位和/或8位。
[化8]
式(1)中,L1~L3可以相同也可以不同,分别独立地表示单键、下式(6)表示的基团、或式(7)表示的基团。
[化9]
式(6)表示的基团包括邻亚苯基、间亚苯基和对亚苯基,式(7)表示的基团包括邻亚联苯基、间亚联苯基和对亚联苯基。
L1~L3分别优选为单键、对亚苯基或对亚联苯基,L1特别优选为对亚苯基,L3特别优选为单键、对亚苯基或对亚联苯基。
式(1)中,Ar2表示取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷基,取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳基,取代或未取代的环原子数3~50、优选3~24、更优选3~18的杂环基,取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷基,取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷氧基,取代或未取代的碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷氧基,取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳氧基或选自下式(8)~(11)中的基团。
[化10]
Ar2所表示的烷基、芳基、杂环基、氟烷基、烷氧基、氟烷氧基和芳氧基与对于式(2)~(5)的R所记载的各基团的定义相同(优选方式也相同)。但是,Ar2不包括咔唑骨架和取代或未取代的氨基。另外,HAr1也优选不包括咔唑骨架和取代或未取代的氨基。
式(8)~(11)中的R和n与对于式(2)~(5)记载的R和n的定义相同(优选方式也相同),R优选键合于2-或4-二苯并呋喃基、2-或4-二苯并噻吩基的6位和/或8位。
Ar2优选为取代或未取代的环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳基或选自式(8)~(11)的基团。特别是,芳基优选为苯基、联苯-2-基、联苯-3-基、联苯-4-基、1,1’:4’,1’’-三联苯-4-基、1,1’:3’,1’’-三联苯-4-基、1,1’:2’,1’’-三联苯-4-基、1,1’:4’,1’’-三联苯-3-基、1,1’:3’,1’’-三联苯-3-基、1,1’:2’,1’’-三联苯-3-基、1,1’:4’,1’’-三联苯-2-基、1,1’:3’,1’’-三联苯-2-基、1,1’:3’,1’’-三联苯-2’-基、1,1’:3’,1’’-三联苯-4’-基、1-萘基、2-萘基、9,9-二甲基芴-2-基、9-甲基-9-苯基芴-2-基、9,9-二苯基芴-2-基、三亚苯-2-基、和选自式(8)~(11)中的基团。
Ar2所表示的各基团可以被选自碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷基、例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基;环碳数6~50、优选6~24、更优选6~18的芳基、例如苯基;卤素原子,例如氟原子;碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷基,例如三氟甲基;碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的烷氧基,例如甲氧基;碳数1~20、优选1~5、更优选1~4的氟烷氧基,例如三氟甲氧基;和氰基中的至少一个基团取代,更优选未取代。
本发明的芳香族胺衍生物优选用下式(12)表示,
[化11]
(式中,HAr1、Ar2、L2和L3分别如上式(1)所定义)。
另外也优选式(1)和(12)中L3为单键、或下式(13)或(14)表示的基团的化合物。
[化12]
另外,上式(12)和由上式(2)~(5)作为HAr1选择的基团部分地含有对联苯基结构。直接键合于中心氮原子的苯环的对位为电子密度高、电化学上脆弱的位置,由于对联苯基结构,成为不是未取代而是被苯基保护的形式,因而化合物的稳定性提高,材料的劣化被抑制,结果有机EL元件寿命变长。
以下示出式(1)表示的本发明的芳香族胺衍生物的具体例子,但是不限于下述化合物。
[化13]
[化14]
[化15]
[化16]
[化17]
[化18]
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
[化23]
[化24]
[化25]
本发明的式(1)表示的芳香族胺衍生物作为有机EL元件用材料,特别是空穴注入层材料或空穴传输层材料是有用的。对本发明的芳香族胺衍生物的制造方法没有特别限制,如果是本领域技术人员,可以参照本说明书的实施例对公知的合成反应进行利用和变更而容易地制造。
以下对本发明的有机EL元件结构进行说明。
本发明的有机EL元件的代表性元件结构可列举以下的(1)~(13),但不特别限定于这些。要说明的是,优选使用(8)的元件结构。
(1)阳极/发光层/阴极
(2)阳极/空穴注入层/发光层/阴极
(3)阳极/发光层/电子注入层/阴极
(4)阳极/空穴注入层/发光层/电子注入层/阴极
(5)阳极/有机半导体层/发光层/阴极
(6)阳极/有机半导体层/电子阻挡层/发光层/阴极
(7)阳极/有机半导体层/发光层/附着改善层/阴极
(8)阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/(电子传输层/)电子注入层/阴极
(9)阳极/绝缘层/发光层/绝缘层/阴极
(10)阳极/无机半导体层/绝缘层/发光层/绝缘层/阴极
(11)阳极/有机半导体层/绝缘层/发光层/绝缘层/阴极
(12)阳极/绝缘层/空穴注入层/空穴传输层/发光层/绝缘层/阴极
(13)阳极/绝缘层/空穴注入层/空穴传输层/发光层/(电子传输层/)电子注入层/阴极。
另外,在本发明的有机EL元件中,本发明的芳香族胺衍生物难以结晶,可以用于上述任意一个有机薄膜层中,但从以更低的电压驱动的角度考虑,优选包含在空穴注入层或空穴传输层中,更优选包含在空穴传输层中。使用本发明的芳香族胺衍生物的有机EL元件不仅可以低电压驱动,而且发光效率高,寿命长。
本发明的芳香族胺衍生物在有机薄膜层、优选在空穴注入层或空穴传输层中的含量相对于有机薄膜层的所有成分优选为30~100摩尔%,更优选为50~100摩尔%,进一步优选为80~100摩尔%,特别优选实质为100摩尔%。
以下作为优选的方式,对空穴传输层中含有本发明的上述芳香族胺衍生物的结构的有机EL元件的各层进行说明。
基板
有机EL元件通常在透光性基板上制作。该透光性基板是支撑有机EL元件的基板,优选波长400~700nm的可见光区域的光的透射率为50%以上的基板,进一步优选使用平滑的基板。
作为这样的透光性基板,可列举例如玻璃板、合成树脂板等。作为玻璃板,可列举由钠钙玻璃、含有钡·锶的玻璃、铅玻璃、铝硅酸玻璃、硼硅酸玻璃、钡硼硅酸玻璃、石英等成型的板。另外,作为合成树脂板,可列举聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙二醇树脂、聚醚硫化物树脂、聚砜树脂等的板。
阳极
阳极起到将空穴注入空穴传输层或发光层中的作用,具有4eV以上(优选4.5eV以上)的功函数是有效的。作为阳极材料的具体例子,可列举碳、铝、钒、铁、钴、镍、钨、银、金、铂、钯等以及它们的合金、ITO基板、NESA基板中使用的氧化锡、氧化铟等金属氧化物、聚噻吩、聚吡咯等有机导电性树脂。
阳极通过将这些阳极材料用蒸镀法、溅射法等方法形成薄膜而得到。
由阳极取出由发光层发出的光时,阳极对发光的透射率优选大于10%。另外,阳极的薄层电阻(シート抵抗)优选为几百Ω/□以下。阳极的膜厚因材料而有所不同,通常为10nm~1µm,优选为10nm~200nm。
阴极
作为阴极,使用将功函数小(小于4eV)的金属、合金、导电性化合物以及它们的混合物作为电极物质的阴极。作为这样的电极物质的具体例子,可使用镁、钙、锡、铅、钛、钇、锂、钌、锰、铝、氟化锂等以及它们的合金,但不特别限定于这些。作为该合金,可列举镁/银、镁/铟、锂/铝等作为代表例,但是不特别限定于这些。合金的比率通过蒸镀源的温度、气氛、真空度等控制,选择适当的比率。阳极和阴极如有必要可以通过两层以上的层结构形成。
该阴极可以通过将这些电极物质用蒸镀、溅射等方法形成薄膜而得到。
在此,由阴极取出由发光层发出的光时,阴极对发光的透射率优选大于10%。另外,作为阴极的薄层电阻优选为几百Ω/□以下。进一步地,阴极的膜厚通常为10nm~1µm,优选为50nm~200nm。
绝缘层
有机EL元件由于对超薄膜施加电场,容易产生泄露(リーク)、短路(ショート)导致的像素缺陷。为了防止其,优选在一对电极间插入包含绝缘性的薄膜层的绝缘层。
作为绝缘层中使用的材料,可列举例如氧化铝、氟化锂、氧化锂、氟化铯、氧化铯、氧化镁、氟化镁、氧化钙、氟化钙、氮化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锗、氮化硅、氮化硼、氧化钼、氧化钌、氧化钒等。可以使用它们的混合物、叠层物。
发光层
有机EL元件的发光层同时具有下述(1)~(3)的功能。
(1)注入功能:施加电场时可以通过阳极或空穴注入层注入空穴,可以通过阴极或电子注入层注入电子的功能。
(2)传输功能:使得所注入的电荷(电子和空穴)通过电场力移动的功能。
(3)发光功能:提供电子和空穴再结合的场所,使其发光的功能。
向发光层注入空穴的容易度和注入电子的容易度可以不同,另外用空穴迁移率和电子迁移率表示的发光层的空穴传输能力和电子传输能力可以不同,优选使得任何一方的电荷移动。
对发光层中可以使用的基质材料或掺杂材料没有特别限制。选自例如萘、菲、红荧烯、蒽、并四苯、芘、苝、䓛、十环烯、晕苯、四苯基环戊二烯、五苯基环戊二烯、芴、螺芴、9,10-二苯基蒽、9,10-双(苯基乙炔基)蒽、1,4-双(9'-乙炔基蒽基)苯等稠合多聚芳香族化合物和它们的衍生物、三(8-羟基喹啉)铝、双-(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-(苯基苯酚)铝等有机金属配合物、芳基胺衍生物、苯乙烯胺衍生物、茋衍生物、香豆素衍生物、吡喃衍生物、噁嗪酮衍生物、苯并噻唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并咪唑衍生物、吡嗪衍生物、肉桂酸酯衍生物、二酮吡咯并吡咯衍生物、吖啶酮衍生物、喹吖啶酮衍生物等。在这些中,优选芳基胺衍生物、苯乙烯胺衍生物,更优选苯乙烯胺衍生物。
空穴注入层/空穴传输层
空穴注入层/空穴传输层是帮助向发光层注入空穴,将空穴传输至发光区域的层,空穴迁移率大,电离能小,通常为5.7eV以下。作为这样的空穴注入层/空穴传输层,优选以更低的电场强度将空穴传输至发光层的材料,进一步地空穴的迁移率优选施加例如104~106V/cm的电场时,为10-4cm2/V·秒以上。
如上所述,本发明的芳香族胺衍生物优选作为空穴注入层材料、特别是空穴传输层材料使用。空穴传输层可以由本发明的芳香族胺衍生物单独形成,也可以由与其他材料的混合物形成。作为与本发明的芳香族胺衍生物混合形成空穴传输层的其他材料,只要是具有上述优选性质的材料则没有特别限制,可以由以往在光传导材料中作为空穴传输材料惯用的材料、有机EL元件的空穴传输层中使用的公知的材料中选择任意的材料使用。本发明中具有空穴传输能力、可以用于空穴传输带域的材料叫做空穴传输材料。
本发明的芳香族胺衍生物以外的空穴传输层用的其他材料的具体例子,可列举酞菁衍生物、萘酞菁衍生物、卟啉衍生物、噁唑、噁二唑、三唑、咪唑、咪唑酮、咪唑硫酮(イミダゾールチオン)、吡唑啉、吡唑啉酮、四氢咪唑、噁唑、噁二唑、腙、酰腙、多芳基烷烃、茋、丁二烯、联苯胺型三苯基胺、苯乙烯胺型三苯基胺、二胺型三苯基胺等、上述化合物的衍生物和聚乙烯基咔唑、聚硅烷、导电性高分子等高分子材料,但不特别限定于这些。
作为空穴注入层用的材料,只要是具有上述优选性质的材料则没有特别限制,可以由以往在光传导材料中作为空穴注入材料惯用的材料、有机EL元件的空穴传输层中使用的公知的材料中选择任意的材料使用。本发明中具有空穴注入能力、可以用于空穴注入带域的材料叫做空穴注入材料。可以通过在空穴注入材料中添加受电子物质来增感。
本发明的有机EL元件中,作为空穴注入材料,优选使用下式(A)表示的六氮杂三亚苯化合物。
[化26]
上式(A)中,R111~R116分别独立地表示氰基、-CONH2、羧基、或-COOR117(R117是碳数为1~20的烷基),或者、R111和R112、R113和R114、或者R115和R116一起表示-CO-O-CO-所示的基团。
要说明的是,优选R111~R116相同,表示氰基、-CONH2、羧基、或者-COOR117。另外,优选R111和R112、R113和R114、以及R115和R116都一起表示-CO-O-CO-所示的基团。
本发明的有机EL元件中可以使用的其他空穴注入材料可列举例如芳香族叔胺衍生物和酞菁衍生物。
作为芳香族叔胺衍生物,例如为三苯基胺、三甲苯基胺、甲苯基二苯基胺、N,N’-二苯基-N,N’-(3-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N,N’,N’-(4-甲基苯基)-1,1’-苯基-4,4’-二胺、N,N,N’,N’-(4-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N’-二苯基-N,N’-二萘基-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N’-( 甲基苯基)-N,N’-(4-正丁基苯基)-菲-9,10-二胺、N,N-双(4-二-4-甲苯基氨基苯基)-4-苯基-环己烷等或具有来自这些芳香族叔胺的结构单元的低聚物或聚合物,但不特别限定于这些。
作为酞菁(Pc)衍生物,有例如H2Pc、CuPc、CoPc、NiPc、ZnPc、PdPc、FePc、MnPc、ClAlPc、ClGaPc、ClInPc、ClSnPc、Cl2SiPc、(HO)AlPc、(HO)GaPc、VOPc、TiOPc、MoOPc、GaPc-O-GaPc等酞菁衍生物和萘酞菁衍生物,但不限定于这些。另外,本发明的有机EL元件优选在发光层和阳极之间具有含有这些芳香族叔胺衍生物和/或酞菁衍生物的层,例如上述空穴传输层或空穴注入层。
也可以通过在空穴注入材料中添加受电子物质来增感。
电子注入层/电子传输层
电子注入层/电子传输层是帮助向发光层注入电子、将电子传输至发光区域的层,电子迁移率大。附着改善层是包含与阴极的附着特别好的材料的电子注入层。
已知所发出的光被电极(此时为阴极)反射,因此直接由阳极取出的发光与经过电极的反射由阳极取出的发光干涉。为了有效利用该干涉效果,电子传输层的膜厚适当选择为几nm~几μm,特别是膜厚厚时,为了避免电压上升,优选在施加104~106V /cm的电场时电子迁移率至少为10-5cm2/Vs以上。
作为电子注入层中使用的材料,具体地可列举芴酮、蒽醌二甲烷、diphenoquinone、噻喃二氧化物、噁唑、噁二唑、三唑、咪唑、苝四甲酸、亚芴基甲烷、蒽醌二甲烷、蒽酮等与它们的衍生物,但是不特别限定于这些。另外也可以通过在电子注入材料中添加供电子性物质来增感。
其它有效的电子注入材料为金属配位化合物和含氮五元环衍生物。
作为上述金属配位化合物,可列举例如8-羟基喹啉锂、三(8-羟基喹啉)铝、双(2-甲基-8-喹啉)(1-萘酚)铝等,但是不特别限定于这些。
作为上述含氮五元衍生物,例如优选噁唑、噻唑、噁二唑、噻二唑、三唑衍生物。
特别是在本发明中,作为上述含氮五元衍生物,优选下式(1)~(3)的任意一个表示的苯并咪唑衍生物。
[化27]
上式(1)~(3)中,Z1、Z2和Z3各自独立地为氮原子或碳原子。
R11和R12分别独立地为取代或未取代的环碳数为6~60的芳基、取代或未取代的环碳数为3~60的杂芳基、碳数为1~20的烷基、碳数为1~20的卤代烷基或碳数为1~20的烷氧基。
m为0~5的整数,m为2以上的整数时,多个R11可以相同也可以不同。另外,相邻的2个R11可以相互键合形成取代或未取代的芳香族烃环。作为该取代或未取代的芳香族烃环,可列举例如苯环、萘环、蒽环等。
Ar1为取代或未取代的环碳数为6~60的芳基或取代或未取代的环碳数为3~60的杂芳基。
Ar2为氢原子、碳数为1~20的烷基、碳数为1~20的卤代烷基、碳数为1~20的烷氧基、取代或未取代的环碳数为6~60的芳基或取代或未取代的环碳数为3~60的杂芳基。
Ar3为取代或未取代的环碳数为6~60的亚芳基或取代或未取代的环碳数为3~60的亚杂芳基。
L1、L2和L3各自独立地为单键、取代或未取代的环碳数为6~60的亚芳基、取代或未取代的环原子数为9~60的杂稠环基或取代或未取代的亚芴基。
在本发明的有机EL元件中,含有本发明的芳香族胺衍生物的层中可以含有发光材料、掺杂材料、空穴注入材料或电子注入材料。
含有发明的芳香族胺衍生物的层中根据需要可以使用公知的发光材料、掺杂材料、空穴注入材料、电子注入材料,也可将本发明的芳香族胺衍生物用作掺杂材料。
有机EL元件通过形成多个有机薄膜层,可以防止猝灭导致的亮度、寿命的降低。根据需要可以将发光材料、掺杂材料、空穴注入材料、电子注入材料组合使用。另外,掺杂材料可以使发光亮度、发光效率提高,使发光色变化。
本发明的有机EL元件的空穴传输层可以制成第1空穴传输层(阳极侧)和第2空穴传输层(阴极侧)的2层结构。此时,本发明的芳香族胺衍生物可以包含在第1空穴传输层和第2空穴传输层的任意一个中。
另外从通过本发明得到的有机EL元件对温度、湿度、气氛等的稳定性提高的角度考虑,可以在元件表面设置保护层、或通过硅油、树脂等保护元件整体。
本发明的有机EL元件的各层的形成可以采用真空蒸镀、溅射、等离子体、离子镀等干式成膜法,旋涂、蘸涂、流涂等湿式成膜法的任意一种方法。
湿式成膜法的情况下,将形成各层的材料溶解或分散在乙醇、氯仿、四氢呋喃、二噁烷等适当的溶剂中,使用所得到的溶液或分散液形成薄膜。另外,为了提高成膜性,防止膜的针孔(pinhole)等,该溶液或分散液可以含有树脂、添加剂。作为该树脂,可列举聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、纤维素等绝缘性树脂和它们的共聚物、聚-N-乙烯基咔唑、聚硅烷等光导电性树脂、聚噻吩、聚吡咯等导电性树脂。另外,作为添加剂,可列举抗氧化剂、紫外线吸收剂、增塑剂等。
对各层的膜厚没有特别限定,为可以得到良好的元件性能的膜厚即可。膜厚如果过厚,则为了得到一定的光功率,需要大的施加电压,效率变差。如果膜厚过薄,则产生针孔等,即使施加电场也得不到充分的发光亮度。通常的膜厚适合为5nm~10μm的范围,更优选为10nm~0.2μm的范围。
实施例
以下通过实施例具体说明本发明,但是本发明不受这些实施例的任何限定。
中间体合成例1-1(中间体1-1的合成)
在氩气氛下在2-溴三亚苯50.8g(150.0mmol)、二苯基胺25.4g(150.0mmol)、叔丁氧基钠28.8g(300.0mmol)中加入脱水甲苯750ml,并搅拌。加入乙酸钯674mg(3.0mmol)、三叔丁基膦607mg(3.0mmol),在80℃反应8小时。
冷却后,使反应混合物通过celite/硅胶进行过滤,将滤液在减压下浓缩。将得到的残渣用甲苯进行重结晶,将其滤取后进行干燥,得到48.3g的白色固体。通过FD-MS(场解析质谱分析)鉴定为下述中间体1-1。(收率82%)
[化28]
中间体合成例1-2(中间体1-2的合成)
在氩气氛下,在中间体1-1 20.0g(50.6mmol)中加入甲苯500ml、乙酸乙酯300ml并搅拌。加入N-溴代琥珀酰亚胺18.0g(101.2mmol),在室温反应24小时。进一步加入N-溴代琥珀酰亚胺1.0g(5.6mmol),在室温反应3小时。
加入水300ml,用甲苯萃取。用饱和食盐水洗涤有机层后,用MgSO4干燥,过滤、浓缩。将得到的残渣用甲苯重结晶,将其滤取后进行干燥,得到24.4g白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体1-2。(收率87%)
[化29]
中间体合成例1-3(中间体1-3的合成)
在氩气氛下在2-溴三亚苯49.1g(160.0mmol)、4-氯苯硼酸25.0g(160.0mmol)、Pd[PPh3]43.7g(3.20mmol)中加入甲苯500ml、二甲氧基乙烷300ml、2M Na2CO3水溶液160ml(320.0mmol),加热回流搅拌30小时。
反应结束后冷却至室温,将样品移至分液漏斗,用二氯甲烷萃取。有机层用MgSO4干燥后,过滤、浓缩。将得到的残渣用甲苯重结晶,将其滤取后进行干燥,得到49.0g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体1-3。(收率90%)
[化30]
中间体合成例1-4(中间体1-4的合成)
在中间体合成例1-1中,除了使用30.0g中间体1-3代替2-溴三亚苯以外同样地进行反应,结果得到30.0g白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体1-4。(收率71%)
[化31]
中间体合成例1-5(中间体1-5的合成)
在中间体合成例1-2中,除了使用30.0g中间体1-4代替中间体1-1以外同样地进行反应,结果得到25.4g白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体1-5。(收率63%)
[化32]
中间体合成例2-1(中间体2-1的合成)
在氩气氛下在4-碘溴苯28.3g(100.0mmol)、二苯并呋喃-4-硼酸22.3g(105.0mmol)、Pd[PPh3]4 2.31g(2.00mmol)中加入甲苯150ml、二甲氧基乙烷150ml、2MNa2CO3水溶液150ml(300.0mmol),加热回流搅拌10小时。
反应结束后冷却至室温,将样品移至分液漏斗,用二氯甲烷萃取。有机层用MgSO4干燥后,过滤、浓缩。将浓缩残渣通过硅胶柱色谱纯化,得到26.2g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-1。(收率81%)
[化33]
中间体合成例2-2(中间体2-2的合成)
在氩气氛下在4'-溴乙酰苯胺24.0g(112.0mmol)、二苯并呋喃-4-硼酸28.6g(135.0mmol)、Pd[PPh3]4 2.6g(2.24mmol)中加入甲苯450ml、二甲氧基乙烷100ml、2M Na2CO3水溶液110ml(220.0mmol),加热回流搅拌10小时。
反应结束后冷却至室温,过滤析出的结晶。将得到的结晶溶解于四氢呋喃,通过celite/硅胶过滤,将滤液在减压下浓缩。将得到的残渣用甲醇/己烷洗涤、干燥,得到18.0g白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-2。(收率53%)
[化34]
中间体合成例2-3(中间体2-3的合成)
在中间体2-2 18.0g(59.7mmol)中加入二甲苯120ml、水1200ml、乙醇60ml,并进行搅拌。加入氢氧化钾20.0g(360.0mmol),加热回流搅拌10小时。
反应结束后冷却至室温,将样品移至分液漏斗,用二甲苯萃取。将有机层用MgSO4干燥后,过滤、浓缩。将得到的残渣用二甲苯重结晶,将其滤取后进行干燥,得到14.7g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-3。(收率95%)
[化35]
中间体合成例2-4(中间体2-4的合成)
在氮气氛下向二苯并呋喃150g(0.89mol)中加入乙酸1000ml,加热溶解。进一步地滴加溴188g(1.18mol)后,在室温下搅拌20小时。滤取析出的结晶,依次用乙酸、水洗涤。将粗产物用甲醇重复几次重结晶,得到66.8g的白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-4。(收率30%)
[化36]
中间体合成例2-5(中间体2-5的合成)
在氩气氛下,在中间体2-4 24.7g(100.0mmol)中加入脱水四氢呋喃400毫升,并冷却至-40℃。进一步地慢慢加入1.6M浓度的正丁基锂-己烷溶液63ml(100.0mmol)。将反应溶液加热至0℃的同时搅拌1小时后,将反应溶液再次冷却至-78℃,滴加硼酸三甲酯26.0g(250.0mmol)的脱水四氢呋喃的50ml溶液。滴加后,将反应溶液在室温下搅拌5小时。加入1N盐酸200ml,搅拌1小时后,除去水层。将有机层用MgSO4干燥,减压蒸馏除去溶剂。将得到的固体用甲苯洗涤,得到15.2g的白色结晶。(收率72%)
[化37]
中间体合成例2-6(中间体2-6的合成)
在氩气氛下在4-碘溴苯28.3g(100.0mmol)、中间体2-5 22.3g(105.0mmol)、Pd[PPh3]4 2.31g(2.00mmol)中加入甲苯150ml、二甲氧基乙烷150ml、2M Na2CO3水溶液150ml(300.0mmol),加热回流搅拌10小时。
反应结束后,将样品移至分液漏斗,用二氯甲烷萃取。有机层用MgSO4干燥后,过滤、浓缩。将浓缩残渣通过硅胶柱色谱纯化,得到24.2g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-6。(收率75%)
[化38]
中间体合成例2-7(中间体2-7的合成)
在合成例2-5中除了使用2-溴二苯并噻吩26.3g代替中间体2-4以外同样地进行反应,得到14.8g白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-7。(收率65%)
[化39]
中间体合成例2-8(中间体2-8的合成)
在氩气氛下在2-溴三亚苯16.9g(50.0mmol)、中间体2-3 13.0g(50.0mmol)、叔丁氧基钠9.6g(100.0mmol)中加入脱水甲苯250ml,并搅拌。加入乙酸钯225mg(1.0mmol)、三叔丁基膦202mg(1.0mmol),在80℃反应8小时。
冷却后,使反应混合物通过celite/硅胶进行过滤,将滤液在减压下浓缩。将得到的残渣用甲苯进行重结晶,将其滤取后进行干燥,得到19.9g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述中间体2-8。(收率82%)
[化40]
合成实施例1(芳香族胺衍生物(H1)的制造)
在氩气氛下在中间体1-2 8.3g(15.0mmol)、二苯并呋喃-4-硼酸7.0g(33.0mmol)、Pd[PPh3]4 0.87g(0.75mmol)中加入甲苯50ml、二甲氧基乙烷25ml、2M Na2CO3水溶液23ml(46.0mmol),加热回流搅拌10小时。
反应结束后,将样品移至分液漏斗,用甲苯萃取。将有机层用MgSO4干燥后,过滤、浓缩。将浓缩残渣通过硅胶柱色谱纯化。将得到的粗产物用甲苯重结晶,滤取后,进行干燥,得到7.9g的白色固体。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H1)。(收率72%)
[化41]
合成实施例2(芳香族杂环衍生物(H2)的制造)
在合成实施例1中,除了使用7.0g中间体2-5 代替二苯并呋喃-4-硼酸以外同样地进行反应,得到6.9g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H2)。(收率63%)
[化42]
合成实施例3(芳香族杂环衍生物(H3)的制造)
在合成实施例1中,除了使用 6.8g中间体2-7代替二苯并呋喃-4-硼酸以外同样地进行反应,得到3.4g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H3)。(收率33%)
[化43]
合成实施例4(芳香族杂环衍生物(H4)的制造)
在氩气氛下,在3.2g(10.0mmol)中间体2-6、4.9g(10.0mmol)中间体2-8、Pd 2 (dba) 3 0.14g(0.15mmol)、P(tBU) 3 HBF 4 0.087g(0.3mmol)、叔丁氧基钠1.9g(20.0mmol)中加入无水二甲苯50ml,加热回流8小时。
反应结束后,将反应液冷却至50℃,通过celite和硅胶进行过滤,浓缩滤液。将得到的浓缩残渣通过硅胶柱色谱纯化,得到白色固体。将粗产物用甲苯重结晶,得到3.6g的白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族杂环衍生物(H4)。(收率50%)
[化44]
合成实施例5(芳香族杂环衍生物(H5)的制造)
在合成实施例4中,除了使用3.1g 4-溴三联苯代替中间体2-6以外同样地进行反应,得到3.9g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H5)。(收率55%)
[化45]
合成实施例6(芳香族杂环衍生物(H6)的制造)
在合成实施例4中,除了使用2.7g 2-溴-9,9-二甲基芴代替中间体2-6以外同样地进行反应,得到3.5g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H6)。(收率52%)
[化46]
合成实施例7(芳香族杂环衍生物(H7)的制造)
在合成实施例1中,除了使用9.4g中间体1-5代替中间体1-2以外同样地进行反应,得到4.1g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H7)。(收率32%)
[化47]
合成实施例8(芳香族杂环衍生物(H8)的制造)
在合成实施例1中,除了使用6.8g二苯并噻吩-4-硼酸代替二苯并呋喃-4-硼酸以外同样地进行反应,得到3.0g白色结晶。通过FD-MS分析,鉴定为下述芳香族胺衍生物(H8)。(收率26%)
[化48]
实施例1
有机EL元件的制作
对附有25mm×75mm×1.1mm的ITO透明电极线的玻璃基板(ジオマティック社制)在异丙醇中实施5分钟的超声波洗涤,进一步实施30分钟的UV(Ultraviolet)臭氧洗涤。
将洗涤后的附有透明电极线的玻璃基板装配在真空蒸镀装置的基板支架上,首先在形成有透明电极线的面上以覆盖上述透明电极的方式蒸镀下述受电子性化合物(A),得到膜厚为5nm的膜A。
在该膜A上作为第1空穴传输材料蒸镀下述芳香族胺衍生物(TPTE),形成膜厚为65nm的第1空穴传输层。
接着第1空穴传输层的成膜,作为第2空穴传输材料蒸镀上述芳香族胺衍生物(H1),得到膜厚为10nm的第2空穴传输层。
在该空穴传输层上共蒸镀作为第一基质材料的化合物(host1-X)、作为第二基质材料的化合物(host2-X)和磷光发光性掺杂材料Ir(bzq)3。由此形成发绿光的厚度为25nm的发光层。磷光发光性掺杂材料的浓度为10质量%,第一基质材料的浓度为45质量%,第二基质材料的浓度为45质量%。
接着,在该磷光发光层上依次层叠厚度为35nm的化合物(C)膜、厚度为1nm的LiF膜、厚度为80nm的金属Al膜,形成阴极。而且,作为电子注入性电极的LiF以1Å/min的成膜速度形成。
[化49]
实施例2~8
有机EL元件的制作
除了作为第2空穴传输材料使用表1记载的上述芳香族胺衍生物以外,与实施例1同样地制作实施例2~8的各有机EL元件。
比较例1、2
有机EL元件的制作
除了作为第2空穴传输材料使用表1记载的下述比较化合物1或2以外,与实施例1同样地制作比较例1、2的各有机EL元件。比较化合物1为专利文献6记载的化合物(104段)。
[化50]
(有机EL元件的发光性能评价)
通过直流电流驱动使如上制作的有机EL元件发光,测定亮度(L)、电流密度,由测定结果求出电流密度10mA/cm2下的电流效率(L/J)、驱动电压(V)。进一步地求出电流密度50mA/cm2下的元件寿命。80%寿命是指在一定电流驱动时亮度衰减为初期亮度的80%时的时间。结果如表1所示。
[表1]
由表1的结果可知,通过使用本发明的芳香族胺衍生物,可得到即使以低电压驱动效率也高、且寿命长的有机EL元件。

Claims (12)

1.下式(1)表示的芳香族胺衍生物,
[化1]
式中,HAr1表示选自下式(2)~(5)中的基团,
[化2]
式(2)~(5)中,n为0~2的整数,R分别独立地表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、苯基、氟原子或氰基,R存在多个时,该多个R可以相同也可以不同,
L1~L3可以相同也可以不同,分别独立地表示单键或下式(6)表示的基团,
[化3]
Ar2表示选自下式(8)~(11)中的基团,
[化4]
式(8)~(11)中,n为0~2的整数,R分别独立地表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、苯基、氟原子或氰基,R存在多个时,该多个R可以相同也可以不同。
2.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,式(6)表示的基团为邻亚苯基、间亚苯基或对亚苯基。
3.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,L1~L3分别为单键或对亚苯基。
4.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其用下式(12)表示,
[化5]
式中,HAr1、Ar2、L2和L3分别如上式(1)中所定义。
5.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,L3为单键或下式(13)表示的基团,
[化6]
6.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,L3为单键。
7.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,式(2)~(5)中,R键合于2-或4-二苯并呋喃基、或者、2-或4-二苯并噻吩基的6位和/或8位。
8.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,式(2)~(5)的n为0。
9.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,式(8)~(11)中,R键合于2-或4-二苯并呋喃基、或者、2-或4-二苯并噻吩基的6位和/或8位。
10.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,式(8)~(11)的n为0。
11.有机电致发光元件,其具有阳极、阴极和该阳极与阴极之间的1层以上的有机薄膜层,该1层以上的有机薄膜层含有发光层,其特征在于,该有机薄膜层的至少1层含有权利要求1~10中任一项所述的芳香族胺衍生物。
12.根据权利要求11所述的有机电致发光元件,其中,上述有机薄膜层具有空穴注入层或空穴传输层,该空穴注入层或空穴传输层含有上述芳香族胺衍生物。
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