CN104761588B - 双唑类铂金属发光错合物 - Google Patents
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Abstract
一种由式(I)所示的双唑类铂金属发光错合物，其中，R1及R2各自独立的表示氟烷基；X表示C－H或氮，L1表示中性且含氮杂环的双牙配基。本发明双唑类铂金属发光错合物由于包含一负二价双牙配基，且所述负二价双牙配基更含有拉电子取代基(即氟烷基)，使所述双唑类铂金属发光错合物经激发后可放射出可见光区域的磷光，并具有不错的发光效率，而适于应用在有机发光二极管上。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于有机发光二极管的铂金属错合物，特别是涉及一种由一中性且含氮杂环的双牙配基与一负二价双牙配基所形成的双唑类铂金属发光错合物。
背景技术
有机电致发光装置一般包含有机发光二极管(organic light-emitting diode，简称OLED)及驱动元件，其中，有机发光二极管是以有机层作为发光层。形成有机层的材料大都采用磷光材料，因磷光材料可以同时通过单重激发态和三重激发态(triplet excitedstate)进行放光，而能有效的提高有机发光二极管的发光效率。
中国台湾专利公告案I291488揭示一种做为磷光发光体的铂金属错合物，如式(A)所示：
其中，X1、X2独立地表示碳或氮；当X2是碳且Rb是氢，Ra是氢、C1至C8的烷基或C1至C4的全氟烷基；当X2是碳，Ra和Rb一起构成伸烷基，或含有一架桥基C4至C12的伸烷基；当X2是氮且Rb为单键，Ra是氢、C1至C8的烷基或C1至C4的全氟烷基；当X1是碳，Rg是氢或甲基，Rh是氢或甲基，或Rg和Rh一起构成；当X1是氮且Rh为单键，Rg是氢或甲基。然，所述中国台湾专利公告案虽为中性铂金属错合物，最高填满分子轨域(highest occupied molecular orbital，简称HOMO)能阶及最低未填满分子轨域(lowest unoccupied molecular orbital，简称LUMO)能阶是落于同一配基上，因此，所述铂金属错合物无法通过所述配基单独调整HOMO或LUMO能阶，继而较无法有弹性的配合电子与电洞结合所释放的激发能量。
由上述可知，若能开发出一种可独自调整HOMO能阶或LUMO能阶的配基，使HOMO能阶与LUMO能阶的差值符合经激发后能放射出可见光区域的磷光，且同时具有不错发光性能的铂金属错合物，对OLED产业的发展是很有帮助的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双唑类铂金属发光错合物，所述双唑类铂金属发光错合物的HOMO能阶及LUMO能阶可以弹性配合电子与电洞结合所释放的激发能量，使所述双唑类铂金属发光错合物放射出磷光，得以应用在有机发光二极体中。
本发明双唑类铂金属发光错合物，是由式(I)所示：
R1及R2各自独立地表示氟烷基；X表示C－H或氮；L1表示中性且含氮杂环的双牙配基。
本发明双唑类铂金属发光错合物，L1是选自于
本发明双唑类铂金属发光错合物，X表示C－H。
本发明双唑类铂金属发光错合物，R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基。
本发明双唑类铂金属发光错合物，L1表示
本发明双唑类铂金属发光错合物，X表示氮。
本发明双唑类铂金属发光错合物，R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基。
本发明双唑类铂金属发光错合物，L1表示
本发明的有益效果在于：为一负二价双牙配基，所述负二价双牙配基因氟烷基为拉电子基团，所以可调整所述双唑类铂金属发光错合物的HOMO能阶，借此使所述双唑类铂金属发光错合物的HOMO能阶与LUMO能阶的差值符合经激发后能放射出可见光区域的磷光且具有不错的发光效率。另外，所述双唑类铂金属发光错合物是一中性错合物，因含有两个可相互搭配的双牙配基而使得所述双唑类铂金属发光错合物具有较佳的稳定性。
具体实施方式
本发明双唑类铂金属发光错合物，是由式(I)所示：
R1及R2各自独立地表示氟烷基；X表示C－H或氮；L1表示中性且含氮杂环的双牙配基。
较佳地，L1是选自于
较佳地，X表示C－H。
较佳地，当X表示C－H时，R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基。
较佳地，当X表示C－H且R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基(heptafluoropropyl)时，L1表示
较佳地，X表示氮。
较佳地，当X表示氮时，R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基。
较佳地，当X表示氮时，且R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基时，L1表示
于本发明的具体例中，所述双唑类铂金属发光错合物为：
所述双唑类铂金属发光错合物的配基是一负二价双牙配基。所述负二价双牙配基因氟烷基为拉电子基团，所以可调整所述双唑类铂金属发光错合物的HOMO能阶，使HOMO能阶与LUMO能阶的差值符合经激发后可放射出可见光区域的磷光，而能应用在有机发光二极管上。
本发明双唑类铂金属发光错合物可依据各个配基的变化选用适当的反应物及反应条件进行制备，且反应制备方式可依据本领域所熟知的技术进行变化。所述双唑类铂金属发光错合物制备方法的一具体例包含以下步骤：将式(II)所示的化合物与铂源混合，并加热进行反应，以制得本发明的双唑类铂金属发光错合物，其中，所述式(II)所示的化合物：
于式(II)中，所述R1、R2及X的定义如上所述。
所述铂源是选自于Pt(DMSO)2Cl2、四氯铂酸钾(K2PtCl4)，或
于本发明的另一具体例中，所述双唑类铂金属发光错合物制备方法包含以下步骤：(1)将中性且含氮杂环的双牙化合物与铂源混合，并加热进行反应，形成一中间物；(2)将式(II)所示的化合物、溶剂与所述中间物混合，且于一触媒存在下加热进行反应，以制得本发明的双唑类铂金属发光错合物，其中，所述中性且含氮杂环的双牙化合物是选自于 所述铂源是选自于Pt(DMSO)2Cl2、四氯铂酸钾(K2PtCl4)或所述式(II)所示的化合物：
于式(II)中，所述R1、R2及X的定义如上所述。
所述溶剂并无特别的限制，只要是能溶解所述中间物及式(II)所示的化合物的溶剂皆可，或使反应在较均相的环境下进行的溶剂皆可，例如，二甲氧基乙醇。所述触媒并无特别的限制，只要能促进反应进行即可，例如，碳酸钠或醋酸钠。
本发明将就以下实施例来做进一步说明，但应了解的是，所述实施例仅为例示说明，而不应被解释为本发明实施的限制。
<实施例>
[实施例1]双唑类铂金属发光错合物的制备
将100毫克(0.24mmol)的Pt(DMSO)2Cl2、127毫克(0.48mmol)的及251毫克(2.37mmol)的碳酸钠(sodium carbonate)溶解于50毫升丙酮中，加热回流反应8小时得到一产物。将所述产物溶解于乙酸乙酯(ethylacetate)，接着用50毫升去离子水清洗3次，再以二氯甲烷及甲醇进行再结晶处理，得到119毫克(0.17mmol)的无色固体(以下简称错合物A)，产率73％。
所述错合物A的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：732(733)[M-1]+；1H-NMR(400MHz,丙酮-d6,294K)，δ(ppm)：6.69(s,4H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：-60.87(s,CF3)。所述错合物A的结构为：
[实施例2]双唑类铂金属发光错合物的制备
将1.802克(4.34mmol)的K2PtCl4及1.070克(4.34mmol)的置于150毫升反应瓶中，加入50毫升丙酮与50毫升0.2N盐酸水溶液的混合液体，于氮气下加热回流2小时。反应结束后降温至室温，进行过滤并收集黄色滤饼，再以去离子水清洗黄色滤饼。
接着，取700毫克(1.37mmol)的黄色滤饼置于50毫升反应瓶中后，再加入369毫克(1.37mmol)的473毫克(2.05mmol)的氧化银(Ag2O)及100毫升甲苯(toluene)于所述反应瓶中，加热至回流反应1天，反应完后以硅藻土过滤产物，收集滤液进行管柱层析纯化(冲提液为乙酸乙酯：己烷＝1：1)，得到397毫克(0.56mmol)的无色固体(以下简称错合物B)，产率为41％。
所述错合物B的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：709(710)[M-1]+；1H-NMR(400MHz,丙酮-d6,294K)，δ(ppm)：6.89(s,2H),6.76(s,2H),1.49(s,9H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：-60.92(s,CF3)；C22H24F6N8Pt H2O；分析计算值：C,36.32；N,15.4；H,3.6；实验值：C,36.35；N,15.03；H,3.86。所述错合物B的结构为：
[实施例3]双唑类铂金属发光错合物的制备
将1.802克(4.34mmol)的K2PtCl4及1.070克(4.34mmol)的置于150毫升反应瓶中，加入50毫升丙酮与50毫升0.2N盐酸水溶液的混合液体，于氮气下加热回流2小时。反应结束后降温至室温，进行过滤并收集黄色滤饼，再以去离子水清洗黄色滤饼。
取500毫克(0.98mmol)的黄色滤饼置于50毫升反应瓶中后，加入459毫克(0.98mmol)的338毫克(1.46mmol)的氧化银及100毫升的甲苯，加热至回流反应1天，反应后以硅藻土过滤，收集滤液进行管柱层析纯化(冲提液为乙酸乙酯：己烷＝1：1)，得到382毫克(0.420mmol)的无色固体(以下简称错合物C)，产率为43％。
所述错合物C的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：909(910)[M-1]+；1H-NMR(400MHz,CD2Cl2,294K)，δ(ppm)：6.90(s,2H),6.83(s,2H),1.48(s,18H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：-82.72(t,3JHH＝11.8Hz,CF3),-111.95(m,CF2),-129.49(s,CF2)；C26H24F14N8Pt H2O分析计算值：C,33.67；N,12.08；H,2.83；实验值：C,33.55；N,11.65；H,3.09。所述错合物C的结构为：
[实施例4]双唑类铂金属发光错合物的制备
将300毫克(0.56mmol)的167毫克(0.62mmol)的及459毫克(5.60mmol)的醋酸钠溶解在50毫升2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)中，加热回流8小时。待反应冷却至室温，加入50毫升去离子水，收集沉淀物，接着以二氯甲烷(CH2Cl2)和丙酮进行再结晶处理，得到255毫克(0.35mmol)橘色固体(以下简称错合物D)，产率62％。
所述错合物D的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：732(731)[M+1]+；1H-NMR(400MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：10.49(d,3JHH＝6Hz,2H),8.65(s,2H),7.98(d,3JHH＝6Hz,2H),6.72(s,2H),1.46(s,18H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：-60.58(s,CF3)。所述错合物D的结构为：
[实施例5]双唑类铂金属发光错合物的制备
将500毫克(1.19mmol)的Pt(DMSO)2Cl2及464毫克(1.19mmol)的溶解于100毫升的2-甲氧基乙醇中，反应加热回流2小时，反应冷却至室温后加入317毫克(1.19mmol)的及972毫克(11.85mmol)的醋酸钠，加热回流8小时，得到一产物。将所述产物进行管柱层析纯化(冲提液为二氯甲烷：己烷＝1：1)，得到734毫克(0.86mmol)的黄绿色固体(以下简称错合物E)，产率73％。
所述错合物E的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：856(855)[M+1]+；1H-NMR(400MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：11.13(d,3JHH＝6Hz,2H),7.77(s,2H),7.59(d,3JHH＝6Hz,2H),6.98(s,4H),6.59(s,2H),2.33(s,6H),2.06(s,12H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm)：-60.7(s,CF3)；C36H30F6N6Pt分析计算值：C,50.53；N,9.82；H,3.53.；实验值：C,50.19；N,9.73；H,3.77。所述错合物E的结构为：
[实施例6]双唑类铂金属发光错合物的制备
将50毫克(0.12mmol)的Pt(DMSO)2Cl2、47毫克(0.12mmol)的溶解于50毫升的2-甲氧基乙醇中，反应加热回流8小时，反应冷却至室温后加入32毫克(0.12mmol)的及100.1毫克(1.22mmol)的醋酸钠可得到69毫克(0.08mmol)的黄绿色产物(以下简称错合物F)，产率68％。
所述错合物F的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：856(855)[M+1]+；1H-NMR(400MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm):11.06(s,2H),8.09(d,3JHH＝8Hz,2H),8.05(d,3JHH＝8Hz,2H),7.03(s,4H),6.52(s,2H),2.36(s,6H),2.21(s,12H)；19F-NMR(470MHz,CDCl3,294K)，δ(ppm):-61.02(s,CF3)；C36H30F6N6Pt分析计算值：C,50.53；N,9.82；H,3.53；实验值：C,50.29；N,9.82；H,3.88。所述错合物F的结构为：
[实施例7]双唑类铂金属发光错合物的制备
将489毫克(1.17mmol)的K2PtCl4及237毫克(1.18mmol)的溶解在20毫升0.2N盐酸水溶液及20毫升丙酮的混合液中，加热至80℃反应2小时，收集固体，接着以去离子水清洗所述固体，将清洗后的固体与287毫克(1.07mmol)的及619毫克(2.68mmol)的氧化银置于100毫升的甲苯中，并以铝箔纸避光，加热至回流，反应1天，反应后以硅藻土过滤，收集滤液进行管柱层析纯化(冲提液为二氯甲烷)，得到350毫克(0.527mmol)的黄色固体(以下简称错合物G)，产率49％。
所述错合物G的光谱分析：MS(FAB.195Pt)，观察到的m/z(实际值)：665(664)[M-1]+；1H-NMR(400MHz,丙酮-d6,294K)，δ(ppm)：9.98(d,3JHH＝5.6Hz,1H),8.10(dd,3JHH＝8Hz,3JHH＝7.3Hz,1H),7.75(d,3JHH＝8Hz,1H),7.59(dd,3JHH＝7.2Hz,3JHH＝5.8Hz,1H),6.62(s,1H),6.56(s,1H),6.52(s,1H),1.48(s,9H)；19F-NMR(470MHz,丙酮-d6,294K)，δ(ppm)：-60.77(s,CF3),-61.53(s,CF3)。所述错合物G的结构为：
[实施例8]双唑类铂金属发光错合物的制备
将168毫克(0.41mmol)的K2PtCl4及97毫克(0.41mmol)的溶解在20毫升0.2N盐酸水溶液中，在室温下反应12小时，收集固体并以去离子水清洗所述固体。将清洗后的固体与110毫克(0.41mmol)的及160毫克(2.01mmol)的醋酸钠置于20毫升的2-甲氧基乙醇中，加热至回流，反应2小时，加入20毫升去离子水，收集固体进行管柱层析纯化(冲提液为二氯甲烷：乙酸乙酯＝6：1)，得到130毫克(0.18mmol)的黄色固体(以下简称错合物H)，产率46％。
所述错合物H的光谱分析：1H-NMR(400MHz,丙酮-d6,294K)，δ(ppm)：11.05(s,NH)9.55(d,3JHH＝5.6Hz,1H),8.32(t,3JHH＝7.6Hz,1H),7.90(d,3JHH＝8Hz,1H),7.69(t,3JHH＝6.0Hz,1H),3.38(d,3JHH＝4.0Hz,1H),2.26(m,1H),2.02-1.99(m,2H),1.57(m,1H),1.43(s,3H),1.09(s,3H),0.73(s,3H)；19F-NMR(470MHz,CD2Cl2,294K)，δ(ppm)：-64.14(s,CF3),-64.61(s,CF3)。所述错合物H的结构为：
[实施例9]双唑类铂金属发光错合物的制备
将194毫克(0.47mmol)的K2PtCl4及145毫克(0.47mmol)的溶解在20毫升0.2N盐酸水溶液中，在室温下反应12小时，收集固体并以去离子水清洗所述固体。将清洗过的固体与127毫克(0.47mmol)的及160毫克(2.01mmol)的醋酸钠置于20毫升的2-甲氧基乙醇中，加热至回流，反应2小时，加入20毫升去离子水，收集固体进行管柱层析纯化(冲提液为二氯甲烷：乙酸乙酯＝5：1)，得到152毫克(0.20mmol)的黄色固体(以下简称错合物I)，产率42％。
所述错合物I的光谱分析：1H NMR(400MHz,CD2Cl2,294K)，δ(ppm)：11.05(s,NH)9.08(d,3JHH＝7.5Hz,1H),7.39(s,1H),7.34(d,3JHH＝7.5Hz,1H),3.14(d,3JHH＝4.0Hz,1H),2.26(m,1H),2.02-1.99(m,2H),1.44(m,9H),1.43(s,3H),1.09(s,3H),0.73(s,3H)；19F-NMR(470MHz,CD2Cl2,294K)，δ(ppm)：-65.25(s,CF3),-66.08(s,CF3)。所述错合物I的结构为：
<应用例>
[应用例1]有机发光二极管(OLED)的制备
(1).以电子级清洁剂、去离子水、丙酮及甲醇依序震荡清洗一ITO玻璃基板(即表面镀有ITO的玻璃基板，在元件中作为阳极，片电阻值10ohm/square)。震荡清洗完后，使用干燥氮气吹干ITO玻璃基板，并以紫外光臭氧机(UV-Ozone cleaner)照射ITO玻璃基板，增加ITO的功函数及ITO玻璃基板的清洁度。
(2).ITO玻璃基板清洗后，使用一具备多个蒸镀源的真空热蒸镀机(自制)，用真空热蒸镀(thermal evaporation)的方式在压力为2×10-6torr下于ITO玻璃基板上依序蒸镀一电洞注入修饰层[材料：聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，poly(3,4-ethlyene-dioxythiophene)-poly-(styrenesulfonate)，简称PEDOT：PSS，厚度50nm]、一电洞传输层[材料：N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基-联苯胺，N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine，简称NPB，厚度20nm；及TCTA，厚度5nm]、一电子阻隔层[材料：4,4',4″-三(N-咔唑基)三苯胺，4,4',4″-tris(N-carbazolyl)triphenylamine，简称TCTA，厚度5nm]、一发光层[客发光体：实施例2的双唑类铂金属发光错合物；主发光体材料：9-(3-碘苯)咔唑，9-(3-iodobenzene)carbazole，掺杂浓度6％，厚度10nm]，及一电子传输层[材料：二苯基-双[4-(吡啶-3-基)苯基]硅烷，diphenyl-bis[4-(pyridin-3-yl)phenyl]silane，简称DPPS，厚度50nm]，即制得应用例1的有机发光二极体。
[应用例2]有机发光二极管(OLED)的制备
以与制备应用例1的相同方式制备应用例2的有机发光二极管，差别在于使用实施例3的双唑类铂金属发光错合物作为客发光体。
[应用例3至5]有机发光二极管(OLED)的制备
以与制备应用例1的相同方式制备应用例3至5的有机发光二极管，差别在于改变以下各层材料：
发光层：客发光体为实施例4的双唑类铂金属发光错合物，主发光体材料为NPB，掺杂浓度6％，厚度10nm。
电子传输层：4,7-二苯基-1,10-邻二氮菲，4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline，简称BPhen，厚度50nm。
[评价项目]
1.紫外光/可见光吸收光谱：
将实施例1至8的双唑类铂金属发光错合物分别溶解于二氯甲烷后(浓度：10-5M)，以紫外光/可见光光谱仪(厂商：HitachiSpectrophotometer，型号：U-3900)测量实施例1至8在溶液状态时的吸收光谱(单位：nm)及莫耳消光系数(molar extinction coefficient，以(表示，单位：M-1cm-1)，测量条件为：浓度为10-5M，测量范围300nm至800nm。
2.荧光光谱量测(Fluorescence spectrophotometer，PL)：
(1).溶液状态：将实施例1至8的双唑类铂金属发光错合物在温度为77K时，分别溶解于2-甲基四氢呋喃中(浓度为10-5M)，以荧光光谱仪(厂商：Edinburgh Instrument，型号：FLS920)测量每一实施例于溶液状态时的荧光光谱(单位：nm)，测量条件为：浓度为10-5M，测量范围250nm至800nm。
(2).固体薄膜状态：在25℃下量测实施例1至8双唑类铂金属发光错合物的固态薄膜的荧光光谱。
3.量子效率(Q.Y.)量测：以积分球(厂商：Edinburgh Instruments)测量实施例1至8的双唑类铂金属发光错合物的量子效率(单位：％)，测量条件为：在25℃下以固态薄膜进行测量。
4.有机发光二极管的性质量测：
在手套箱中量测应用例1至5的有机发光二极管的性质。先以一电压电流计提供一驱动电压(Von)驱动有机发光二极管，同时量测最大电流密度(Imax)。再利用光侦测二极管(Photodiodes，厂牌：UDT，型号：PIN-10DP)量测有机发光二极管的放光强度。知道电流-电压-辉度(I-V-L)的关系，可经由公式推算出有机发光二极管的亮度(Brightness)，及外部量子效率(External quantum efficiency)，再利用光谱仪(厂牌：OTO，型号：SD1200)量测有机发光二极管的电激发光频谱(Electroluminescence，EL)。并经由公式转换及计算后，得到外部量子效率(ηext)、最大亮度(Lmax)、发光效率(ηc)。
表1
a：在25℃时以固态薄膜进行测量。b：在77K时溶解于2-甲基四氢呋喃中进行测量。
表2
由表1及表2结果可知，本发明双唑类铂金属发光错合物具有很好的量子效率(Q.Y.值)，后续应用制得的发光元件在最大亮度、外部量子效率、最大发光效率及最大发光功率的表现上也符合业界的需求。且相较于中国台湾专利案I291488，以本发明实施例4双唑类铂金属发光错合物制得的有机发光二极管具有较佳的外部量子效率。
综上所述，本发明双唑类铂金属发光错合物含有一具有拉电子基团的负二价双牙配基，而有利于调整所述双唑类性铂金属发光错合物的HOMO能阶，借此使所述双唑类铂金属发光错合物的HOMO能阶与LUMO能阶的差值符合经激发后可放射出可见光区域的磷光，且所述双唑类铂金属发光错合物具有不错的发光效率。另外，所述双唑类铂金属发光错合物是一中性错合物，并因含有两个双牙配基而使得本发明双唑类铂金属发光错合物具有较佳的稳定性。且本发明双唑类铂金属发光错合物后续应用制得的有机电致发光装置的发光性能符合业界所需。
只是以上所述，为本发明的较佳实施例而已，当不能用此限定本发明实施的范围，也就是说大凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围。
Claims (1)
1.一种双唑类铂金属发光错合物，其特征在于其由式(I)所示：
当X表示C－H且R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基时，L1表示
当X表示氮且R1及R2各自独立地表示三氟甲基或全氟丙基时，L1表示
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