CN105523991A - 一种新的咔唑类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明新咔唑衍生物为非对称咔唑化合物、通过链接Ar1和Ar2及引进R1基团提高空穴移动度，以及调剂Ar2分子量和配体种类改善性能，使用本发明的新的咔唑衍生物制造的器件具备高的亮度、优秀的耐热性、长寿命及高效率等特点。

Description

一种新的咔唑类化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及有机电致发光领域，尤其涉及一种新咔唑化合物及其制备方法及使用该材料制备的有机电致发光器件。
背景技术
一般的有机发光器件(OLED)是由阴极、阳极及阴极和阳极之间插入的有机物层构成的，器件的组成是透明ITO阳极、空穴注入层（TIL）、空穴传输层（HTL）、发光层（EL、空穴阻挡层（HBL）、电子传输层（ETL）、电子注入层（EIL）、LiAl等阴极形成，按需要可省略1~2有机层。器件的两个电极之间形成电压一边从阴极电子注入 另一边阳极注入空穴。这电子和空穴在发光层再结合形成激发态，激发态回到稳定的基态 。发光材料分为荧光材料和磷光材料，发光层的形成方法是荧光主体材料中掺杂磷光材料（有机金属）的方法和荧光主体材料掺杂荧光（包含氮的有机物）掺杂剂的方法及发光体里利用掺杂剂（DCM， Rubrene， DCJTB等）具现长波长的方法，通过这样的参杂改善发光波长，效率，驱动电压，寿命等因素。一般形成发光层材料是具有苯、萘、芴、螺二芴、蒽、芘、咔唑等中心体和苯、联苯、萘、杂环等配体；对位、间位、邻位的结合位置及氰基、氟、甲基、叔丁基等置换结构。
本发明是有机电子器件材料有关的技术，其中有机器件HTL (Hole TransportLayer) 代表物质是下面几个物质。
现在要求的材料的特性是热稳定性和快的空穴移动度及相关材料的高效率及长寿命，本发明提供比现阶段优越性能的材料。
发明内容
本发明提出一种咔唑类化合物，通过非对称咔唑类化合物提高化合物空穴移动度，进而提高器件的性能，并且提供一种咔唑类化合物的制备方法，及其使用该化合物制成的有机电致发光器件。
本发明的技术方案如下，所述咔唑类化合物，具有化学式1所示结构：
[化学式1]
其中，R1是氢原子、C1~C30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50稠环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基。
Ar1是取代或非取代的 C1~C60 烷基、取代或非取代的C6~C60 芳基、取代或非取代的C5~C60稠环基。
Ar2是卤素、C1~C60的烷基、C1~C60烷氧基、C1~C60的烷胺基、C6~C60的芳胺基、C1~C60的烷巯基、C6~C60的芳巯基、C2~C60的烯烃基、C2~C60的炔烃基、 C3~C60的环烷基、C6~C60的芳基、C8~C60的芳烯基、取代或非取代的硅基及取代或非取代的C5~C60的杂环基，包括上述任意一个以上与芳基取代形成的取代或非取代的C6~C60的芳基；取代或非取代的C5~C60稠环基、取代或非取代的C6~C60 芳香族胺。
优选的，化学式1包括下述化学式2-1~化学式2~5中任意一个表示特定的新的咔唑类化合物：
[化学式 2-1]
[化学式 2-2]
[化学式 2-3]
[化学式 2-4]
[化学式 2-5]
化学式2-1~化学式2-5中，Ar1是取代或非取代的C1~C60烷基、取代或非取代的C6~C60芳基、取代或非取代的C5~C60 杂环；
R1是氢原子、碳原子数1~30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50杂环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基。
R2和R3是相同或不同，独立的选自氢原子、碳原子数1~30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50稠环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基。
更优选的，所述化学式1具体为：
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、、
、、
G-32、G-33、
G-34、G-35、
G-36、G-37、
G-38、 G-39、
G-40、 G-41、
G-42、G-43、
G-44、G-45、
G-46、G-47、
G-48、G-49、
G-50、G-51、
G-52、G-53、
G-54、G-55、
G-56、G-57、
G-58、G-59、
G-60、G-61、
G-62、G-63、
G-64、G-65、
G-66、G-67、
G-68、G-69、
G-70、G-71、
G-72、G-73、
G-74、G-75、
G-76、G-77、
G-78、G-79、
G-80、G-81、
G-82、G-83、
G-84、G-85、
G-86、G-87、
G-88、G-89、
G-90、G-91、
G-92、G-93、
G-94。
本发明的另一方面是提供上述咔唑化合物的制备方法，包括取代反应，氨化反应反应，C-C偶合反应等，具体步骤如下：
将结构式(A)和结构式(B)取代反应得到结构式(C)，X1为Br、Cl或I；
将结构式(C) 溴代反应得到结构式(D)；
将结构式(D) 和结构式(E)的氨化反应得到结构式(F) 过程，X2为Br或I；
将结构式(F) 和结构式(G) 的C-C偶合反应得到化学式1类化合物。
上述化学式中R1、Ar1和Ar2的定义与前述化学式1相同。
本发明另外一方面是提供包括上面化学式1的新的咔唑类衍生物制备的有机电致发光器件。
包含所述新的咔唑类化合物的有机电致发光器件，包括第一电极、第二电极和置于所述两电极之间的一个或多个有机物层；至少一个所述有机物层包含所述新的咔唑衍生物。
上述新的咔唑衍生物是单一物质或跟其他物质混合物形态包含在有机物层。
所述多个有机物层至少包括空穴注入层、空穴传输层、既具备空穴注入又具备空穴传输技能层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层和既具备电子传输又具备电子注入技能层中一个。
所述空穴注入层、空穴传输层、既具备空穴注入又具备空穴传输技能层这三层中至少一层是含有常规的空穴注入物质、空穴传输物质、既具备空穴注入又具备空穴传输技能物质或电子传输物质生成的物质。
所述“有机物层”指的是有机电子器件第一电极和第二电极之间部署的全部层的术语；所述有机物层包括发光层，所述发光层包括磷光主体、荧光主体、磷光掺杂及荧光掺杂中的一种或多种；所述荧光主体、荧光掺杂、荧光主体及荧光掺杂可以为所述新的咔唑类化合物。
所述发光层也可以红色、黄色或青色发光层。比如，上述发光层是青色发光层时，所述新的咔唑类化合物使用在青色主体或青色掺杂用途，提供高效率、高亮度、高分辨率及长寿命的有机发光器件。
所述有机物层包括电子传输层，所述电子传输层包括所述新的咔唑类化合物，还可以包括其他金属化合物。
所述有机层是都包含发光层及电子传输层，所述发光层及电子传输层里包括上述新的咔唑衍生物。
所述发光层及电子传输层包括结构式相同或不同的所述新的咔唑类化合物。
所述有机电致发光器件利用化学式1的新的咔唑类化合物以及常规材料制成有机电子器件的方法制备。
本发明提供的有机电致发光器件可以同样原理应用在有机发光器件(OLED)、有机太阳电池(OSC)、电子纸(e-paper)、有机感光体(OPC)或有机薄膜晶体管(OTFT)上。
有机电致发光器件是利用薄膜蒸镀、电子束蒸发或物理气相沉积等方法在基板上蒸镀金属及具有导电性的氧化物及他们的合金形成阳极，其上形成空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层及电子传输层等有机层以后它上述蒸镀阴极的方法制备。以上方法以外基板上阴极物质开始有机物层、阳极物质按顺序蒸镀制作有机发光器件。
所述多个有机物层是可以同时包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层及电子传输层多层结构，并且所述多个有机物层是使用多样的高分子材料溶剂工程替代蒸镀方法，比如，旋转涂膜(spin-coating)、薄带成型(tape-casting)、刮片法(doctor-blading)、 丝网印刷(Screen-Printing)、喷墨印刷或热成像(Thermal-Imaging) 等方法减少层数制造。
所述有机电致发光器件按使用的材料也可以前面发光、背面发光或两面发光。
本发明的新的化合物是有机太阳电池、照明用OLED、柔性OLED、有机感光体、有机晶体管等有机器件中也可以适用有机发光器件适用类似的原理。
本发明是利用新的咔唑衍生物的有机发光器件可以得到发光效率和寿命良好的结果，所以本发明在OLED产业中具有高实用性的。本发明的有机发光器件在平面面板显示、平面发光体、照明用面发光OLED发光体、柔性发光体、复印机、打印机、LCD背光灯或计量机类的光源、显示板、标识等方面适合使用。
有益效果
本发明新咔唑衍生物为非对称咔唑化合物、通过链接Ar1和Ar2及引进R1基团提高空穴移动度，以及调剂Ar2分子量和配体种类改善性能。使用本发明的新的咔唑衍生物制造的器件具备高的亮度、优秀的耐热性、长寿命及高效率等特点。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
中间体合成
中间体5-(4-溴苯基)-1,10-菲啰啉(A-1)的合成：
在N2的保护下，换气三次，将甲苯:水=3:1(60ml:20ml)，1,10-菲咯啉-5-基硼酸（7.30g，32.6mmol）、1,4-二溴苯（7.69g，32.6mmol）、碳酸钾（11.2g，81.5mmol），同时加入到上述三口瓶中，开始搅拌，30min后，加入催化剂四三苯基膦钯（1.13g，0.98mmol），再换气一次后，升温至60℃回流，反应时间20小时左右。
处理过程：用TLC检测，过硅藻土（助滤型），用二氯甲烷冲洗，分液，旋蒸溶剂，过硅胶漏斗，洗脱剂二氯甲烷:石油醚=10:1，将溶液旋蒸，用石油醚重结晶后，过滤得到产品，将所得白色固体产品在50℃下烘3小时，得到C-1（8.39g，76.8%）。
中间体A-2~A-9的合成
按照上述A-1的制备方法得到下面[表1]的化合物。
[表1]
中间体N，N-二(4-联苯基)-6-溴萘-2-胺(B-1)的合成
氮气条件下，二(4-联苯基)胺（32.1g，100mmol），2,6-二溴萘（28.5g，100mmol），邻菲罗啉（1.98g），碘化亚铜（1.90g），碳酸铯（38.6g，2eq）等物质，溶解在甲苯（300mL）中加热110℃，反应7小时，冷却，常温过滤，除掉金属物质，用旋蒸蒸发溶剂，得到固体B-1（31.6g，60%）。
中间体B-2~中间体B-6的制备：
按照上述中间体B-1的制备方法得到下面[表2]的化合物。
[表2]
中间体4-(1,10-菲咯啉-5-基)苯基硼酸(C-1)的合成
在N2保护下，换气三次后，将四氢呋喃溶液(100ml)和5-(4-溴苯基)-1,10-菲啰啉（6.8g，20.3mmol）加入到三口瓶中，控制温度在-78℃，开始搅拌，1小时后将正丁基锂(2.5M,8.9ml)缓慢滴加到反应瓶中，继续维持上述温度，当出现白色乳浊液时，搅拌1小时，滴加硼酸三异丙酯（4.58g，24.4mmol），继续搅拌3小时，恢复到室温，在常温下在继续反应过夜，用TLC检测反应进度。
处理过程：用TLC跟踪反应进程，确定反应结束后，酸化，加水，分液（上层为反应溶液即：四氢呋喃溶液），水层用二氯甲烷萃取三次，将所得溶液利用旋转蒸发仪蒸出，加入石油醚后抽滤得到白色固体，将所得白色固体产品在50℃下烘3个小时，
得到C-1（4.39g，72%）。
中间体C-2~ C-25的制备
按照中间体C-1的制备方法得到下面[表3]的化合物。
[表3]
中间体1-苯氧基-9H-咔唑(D-1)的合成
向100mL三口瓶中加入1-羟基-9H-咔唑（1.83g，10mmol）溶解于50ml乙腈中，后加碳酸铯（6.51g，20mmol），铜（12mg，0.2mmol），1-溴苯（1.73g，11mmol）氮气保护下，80℃反应4h，反应结束后萃取，蒸干有机相柱层析得中间体D-1（1.79g，y=69%），MS/FAB(M+)：259.30。
中间体D-2和D-21的合成
按照上述中间体D-1的制备方法得到下面[表4]的化合物。
[表4]
中间体6-溴-1-甲氧基-9H-咔唑(E-1)的制备
1-甲氧基-9H-咔唑（1.97g，10mmol），加入DMF溶剂10ml，加入NBS（1.87g，10.5mmol），常温过夜反应，后处理，水洗后，使用乙酸乙酯和水萃取，过层析柱（乙酸乙酯：石油醚=3：1），烘干得到E-1化合物（2.48g，90%）。
中间体E-1~E-25的制备：
按照上述中间体E-1的制备方法得到下面[表5]的化合物。
[表5]
中间体6-溴-1-甲氧基-9-苯基-9H-咔唑(F-1)的合成
1-甲氧基-9H-咔唑（10mmol，1.97g）、碘苯（11mmol，2.24g）加入100mL三口瓶，氮气下加入碘化亚铜（3mmol，0.57g），碳酸钾（30mmol，4.15g），邻菲罗啉（3mmol，0.54g），50mLN,N二甲基甲酰胺溶液，155℃过夜反应。反应结束后，水洗、萃取、干燥有机层，蒸干溶剂后，硅胶层析柱分离得到产物F-1（2.11g，y=60%）。
中间体F-1~中间体F-37的制备
按照上述实施例F-1的制备方法得到下面[表6]的化合物。
[表6]
目标化合物的制备：
实施例N-(4-联苯基)-N-(4-(8-甲氧基-9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基)-4-联苯胺(G-1)：
将 F-1（10mmol，3.52g）、C-24（11mmol，4.85g）、甲苯（30mL）、碳酸钾水溶液（5.52g溶于15mL水）放入三口瓶中，氮气保护下加入四三苯基磷钯（0.2mmol，0.23g），回流过夜反应，反应结束后，水洗、分层、干燥有机相，硅胶层析柱分离后得到G-1(5.22g，y=78%)，MS/FAB(M+)：668.82。
实施例G-2~G-94的制备：
按照上述实施例G-1的制备方法得到下面[表7]的化合物。
[表7]
器件制备实施例：
将费希尔公司涂层厚度为1500Å的ITO玻璃基板放在蒸馏水中清洗2次，超声波洗涤30分钟，用蒸馏水反复清洗2次，超声波洗涤10分钟，蒸馏水清洗结束后，异丙醇、丙酮、甲醇等溶剂按顺序超声波洗涤以后干燥，转移到等离子体清洗机里，将上述基板洗涤5分钟，送到蒸镀机里。将已经准备好的ITO透明电极上蒸镀空穴注入层2-TNATA蒸镀500Å、空穴传输层a-NPD(N，N'-二(1-萘基)-N，N'-二苯基-(1，1'-联苯)-4，4'-二胺)或表8中记载的物质蒸镀300Å，青色主体材料AND (9，10-二(2-萘基)蒽)和掺杂材料TPPDA(N1，N1，N6，N6-四苯基芘-1，6-二胺)5%蒸镀300Å，空穴阻挡层及空穴传输层TPBi400Å、阴极LiF 5Å、Al 2000Å；上述过程有机物蒸镀速度是保持1Å/sec、LiF是0.2Å/sec，Al是3~7Å/sec。
蒸镀完毕得到发光器件，对得到的器件的性能发光特性测试，测量采用KEITHLEY吉时利2400型源测量单元，CS-2000分光辐射亮度计，以评价驱动电压，发光亮度，发光效率。结果见表7，表7为本发明实施例制备的部分化合物以及比较物质制备的发光器件的发光特性测试结果。
表8]
从上述表8结果中，能看出本发明的新咔唑衍生物是共同层的作用中发光效率及寿命特性有显著的提高。
本发明是利用新的芳香族胺衍生物的有机发光器件可以得到发光效率和寿命良好的结果，所以本发明是实用性高的OLED产业中有用的。本发明的有机发光器件是平面面板显示、平面发光体、照明用面发光OLED发光体、柔性发光体、复印机、打印机、LCD背光灯或计量机类的光源、显示板、标识等适合使用。

Claims (7)

1.一种咔唑类化合物，具有化学式1所示结构：
[化学式1]
其中，R1是氢原子、C1~C30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50 稠环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基；
Ar1是取代或非取代的 C1~C60 烷基、取代或非取代的C6~C60 芳基、取代或非取代的C5~C60稠环基；
Ar2是卤素、C1~C60的烷基、C1~C60烷氧基、C1~C60的烷胺基、C6~C60的芳胺基、C1~C60的烷巯基、C6~C60的芳巯基、C2~C60的烯烃基、C2~C60的炔烃基、 C3~C60的环烷基、C6~C60的芳基、C8~C60的芳烯基、取代或非取代的硅基及取代或非取代的C5~C60的杂环基，包括上述任意一个以上与芳基取代形成的取代或非取代的C6~C60的芳基；取代或非取代的C5~C60稠环基、取代或非取代的C6~C60 芳香族胺。
2.根据权利要求1所述的咔唑类化合物，其特征在于，所述化学式1独立的选自下述化学式2-1~化学式2~5中任意一个特定的新的咔唑类化合物：
[化学式 2-1]
[化学式 2-2]
[化学式 2-3]
[化学式 2-4]
[化学式 2-5]
化学式2-1~化学式2-5中，Ar1是取代或非取代的C1~C60烷基、取代或非取代的C6~C60芳基、取代或非取代的C5~C60稠环基；
R1是氢原子、碳原子数1~30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50稠环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基；
R2和R3是相同或不同，独立的选自氢原子、碳原子数1~30的烷基、取代或非取代的C6~C50芳基、取代或非取代的C5~C50稠环基、取代或非取代的C6~C30的芳胺基。
3.根据权利要求1-2所述的咔唑类化合物，其特征在于，所述化学式1具体为G-1~G-94：
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、
、、、
、、
G-32、G-33、
G-34、G-35、
G-36、G-37、
G-38、 G-39、
G-40、 G-41、
G-42、G-43、
G-44、G-45、
G-46、G-47、
G-48、G-49、
G-50、G-51、
G-52、G-53、
G-54、G-55、
G-56、G-57、
G-58、G-59、
G-60、G-61、
G-62、G-63、
G-64、G-65、
G-66、G-67、
G-68、G-69、
G-70、G-71、
G-72、G-73、
G-74、G-75、
G-76、G-77、
G-78、G-79、
G-80、G-81、
G-82、G-83、
G-84、G-85、
G-86、G-87、
G-88、G-89、
G-90、G-91、
G-92、G-93、
G-94。
4.根据权利要求1-3所述的咔唑类化合物的制备方法，其特征在于，包括取代反应，氨化反应反应，C-C偶合反应等，具体包括步骤如下：
将结构式(A)和结构式(B)取代反应得到结构式(C)，X1为Br或I；
将结构式(C) 溴代反应得到结构式(D)；
将结构式(D) 和结构式(E)的氨化反应得到结构式(F) 过程，X2为Br或I；
结构式(F) 和结构式(G) 的C-C偶合反应得到化学式1类化合物；
上述化学式中R1、Ar1和Ar2的定义与前述化学式1相同。
5.一种有机发光器件，包括第一电极、第二电极和置于所述两电极之间的一个或多个有机化合物层，其特征在于，至少一个有机化合物层包含至少一种如权利要求1~4中记载的新的咔唑类化合物。
6.根据权利要求5所述的上面有机物层是空穴注入层、空穴传输层和空穴注入技能及空穴传输技能同时具备的技能层，电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层和电子传输技能及电子注入技能同时具备的其中包括至少一个的有机电致器件。
7.上述权利要求5中有机电子器件包括有机发光器件（OLED）、有机太阳电池(OSC)、电子纸(e-Paper)、有机感光体(OPC)或有机薄膜晶体管(OTFT)。
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