CN107880028A - 一种以氮杂苯为核心的化合物及有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以氮杂苯为核心的化合物及其在有机电致发光器件上的应用，该化合物以氮杂苯为核心，具有分子间不易结晶、不易聚集、具有良好成膜性的特点。本发明化合物作为有机电致发光器件的发光层材料使用时，器件的电流效率，功率效率和外量子效率均得到很大改善；同时，对于器件寿命提升非常明显。

Description

一种以氮杂苯为核心的化合物及有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种以氮杂苯为核心的化合物，以及其作为发光层材料在有机发光二极管上的应用。
背景技术
有机电致发光(OLED:Organic Light Emiss ion Diodes)器件技术既可以用来制造新型显示产品，也可以用于制作新型照明产品，有望替代现有的液晶显示和荧光灯照明，应用前景十分广泛。
OLED发光器件犹如三明治的结构，包括电极材料膜层，以及夹在不同电极膜层之间的有机功能材料，各种不同功能材料根据用途相互叠加在一起共同组成OLED发光器件。作为电流器件，当对OLED发光器件的两端电极施加电压，并通过电场作用有机层功能材料膜层中的正负电荷，正负电荷进一步在发光层中复合，即产生OLED电致发光。
有机发光二极管(OLEDs)在大面积平板显示和照明方面的应用引起了工业界和学术界的广泛关注。然而，传统有机荧光材料只能利用电激发形成的25％单线态激子发光，器件的内量子效率较低(最高为25％)。外量子效率普遍低于5％，与磷光器件的效率还有很大差距。尽管磷光材料由于重原子中心强的自旋-轨道耦合增强了系间窜越，可以有效利用电激发形成的单线态激子和三线态激子发光，使器件的内量子效率达100％。但磷光材料存在价格昂贵，材料稳定性较差，器件效率滚落严重等问题限制了其在OLEDs的应用。热激活延迟荧光(TADF)材料是继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第三代有机发光材料。该类材料一般具有小的单线态-三线态能级差(△EST)，三线态激子可以通过反系间窜越转变成单线态激子发光。这可以充分利用电激发下形成的单线态激子和三线态激子，器件的内量子效率可以达到100％。同时，材料结构可控，性质稳定，价格便宜无需贵重金属，在OLEDs领域的应用前景广阔。
虽然理论上TADF材料可以实现100％的激子利用率，但实际上存在如下问题：(1)设计分子的T1和S1态具有强的CT特征，非常小的S1-T1态能隙，虽然可以通过TADF过程实现高T1→S1态激子转化率，但同时导致低的S1态辐射跃迁速率，因此，难于兼具(或同时实现)高激子利用率和高荧光辐射效率；(2)即使已经采用掺杂器件减轻T激子浓度猝灭效应，大多数TADF材料的器件在高电流密度下效率滚降严重。
就当前OLED显示照明产业的实际需求而言，目前OLED材料的发展还远远不够，落后于面板制造企业的要求，作为材料企业开发更高性能的有机功能材料显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种以氮杂苯为核心的化合物及其在有机电致发光器件上的应用。本发明化合物基于TADF机理以氮杂苯为核心，作为发光层材料应用于有机电致发光器件，本发明制作的器件具有良好的光电性能，能够满足面板制造企业的要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种以氮杂苯为核心的化合物，该化合物具有如通式(1)所示结构：
通式(1)中，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5分别独立的表示为C-H、C-R或N；其中，表示为N的数量为1-2个；表示为C-R的数量为1-5个；
R表示芳基、杂芳基、C1-10直链烷基取代的芳基或支链烷基取代的芳基、C1-10直链烷基取代的杂芳基或支链烷基取代的杂芳基、C5-20环烷基取代的芳基或C5-20环烷基取代的杂芳基中的一种；
通式(1)中，Ar表示C1-10烷基取代或未取代的芳基的一种；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分别独立的表示为C-H或N；
Ra、Rb分别独立的选取氢或通式(2)所示结构，且至少一个选取通式(2)所示结构；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8同时表示为C-H时，Ra、Rb分别独立选取通式(2)所示结构：
其中，Ar1、Ar2分别独立的表示C1-10烷基取代或未取代的芳基、环烷基取代的芳基；
R、Ar、Ar1和Ar2中至少有一个选取C1-10烷基或环烷基取代的芳基。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
本发明如上所述的以氮杂苯为核心的化合物，进一步，所述Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5分别独立表示的芳基为苯基、二联苯基、三联苯基或萘基中的一种；所述Ar1、Ar2分别独立表示的杂芳基为9,9-二烷基芴基、9,9-二芳基芴基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基中的一种。
本发明还提供一种上述的以氮杂苯为核心的化合物的制备方法，反应方程式如下：
具体包括以下步骤：
称取氮杂苯的溴代物、咔唑的衍生物，用甲苯溶解；再加入Pd2(dba)3、三叔丁基膦和叔丁醇钠；在惰性气氛下，将上述反应物的混合溶液于反应温度95～110℃，反应10～24小时，冷却并过滤反应溶液，滤液旋蒸，过硅胶柱，得到目标产物；
其中，所述氮杂苯的溴代物与咔唑衍生物的摩尔比为1:1.0～3.0，Pd2(dba)3与溴代物的摩尔比为0.006～0.02:1；所述三叔丁基膦与溴代物的摩尔比为0.006～0.02:1，所述叔丁醇钠与溴代物的摩尔比为1.0～3.0:1。
本发明还提供一种有机电致发光器件，至少一层功能层含有上述以氮杂苯为核心的化合物。
本发明如上所述一种有机电致发光器件，进一步，所述功能层为发光层。
本发明如上所述一种有机电致发光器件，进一步，还包括透明基板层、ITO阳极层、空穴注入层、空穴传输/电子阻挡层、空穴阻挡/电子传输层、电子注入层及阴极反射电极层，所述透明基板层、ITO阳极层、空穴注入层、空穴传输/电子阻挡层、发光层、空穴阻挡/电子传输层、电子注入层及阴极反射电极层从下至上依次层叠布置。
本发明如上所述一种有机电致发光器件，进一步，所述空穴注入层为材料三氧化钼MoO3；或/和所述空穴传输/电子阻挡层材料为TAPC，或/和所述发光层以所述mCP为主体材料，以权利要求1至3任一项所述以氮杂苯为核心的化合物作为掺杂材料，所述mCP为主体材料：以权利要求1至3任一项所述以氮杂苯为核心的化合物的质量比为100：7,或所述发光层以mCP为主体材料，以氮杂苯为核心的化合物作为辅助主体材料，RD-1作为掺杂材料，所述mCP：以氮杂苯为核心的化合物：RD-1质量比为85:15:4；或/和所述空穴阻挡/电子传输层的材料为TPBI，和/或所述电子注入层为LiF材料，和/或所述阴极反射电极层为材料Al。
本发明如上所述一种有机电致发光器件，进一步，所述ITO阳极层2的膜厚为150nm，或，空穴注入层的厚度为10nm，或，空穴传输层/电子阻挡层的厚度为40nm，或，所述发光层膜厚为30nm，或，空穴阻挡/电子传输层的厚度为40nm；或，所述电子注入层1nm；或，阴极反射电极层的膜厚为80nm。
本发明有益的技术效果
本发明化合物结构分子内包含电子给体(donor,D)与电子受体(acceptor,A)的组合可以增加轨道重叠、提高发光效率，同时连接芳香杂环基团以获得HOMO、LUMO空间分离的电荷转移态材料，实现小的S1态和T1态的能级差，从而在热刺激条件下实现反向系间窜越，可以作为辅助主体材料应用于双主体材料的发光层结构中；所述化合物以氮杂苯为母核，连接三个芳香基团，破坏分子的结晶性，避免了分子间的聚集作用，分子中多为刚性基团，具有好的成膜性和荧光量子效率，适合作为发光层掺杂材料使用；
本发明化合物均含有烷基或环烷基之类的枝杈，这些枝杈可以显著改善材料的理化性质：1、引入枝杈可以大大减少材料内核之间相互接触的机会，有利于提高材料的荧光量子效率，同时减轻了效率滚降的影响，提升了器件寿命。2、引入枝杈后材料分子间作用力减弱，降低升华温度和器件制备的蒸镀温度，扩大了产业化的应用窗口。3、引入枝杈后材料分子在常规有机溶剂中的溶解性大大增强，降低了材料提纯的难度和成本，可以获得高纯度材料，避免了因材料纯度不高产生的载流子陷阱，进一步提升了器件寿命。
本发明所述化合物可作为发光层掺杂材料应用于OLED发光器件制作，获得了良好的器件表现，器件的电流效率，功率效率和外量子效率均得到很大改善；同时，对于器件寿命提升非常明显。本发明所述化合物材料在OLED发光器件中具有良好的应用效果，具有良好的产业化前景。
附图说明
图1为本发明化合物应用的器件结构示意图；
其中，1、透明基板层，2、ITO阳极层，3、空穴注入层，4、空穴传输层，5、发光层，6、电子传输层，7、电子注入层，8、阴极电极层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
中间体合成：
X1c为c或N
称取原料I-1和原料Ⅱ-1，用甲苯溶解，在惰性气氛下，加入碳酸钾、四三苯基磷钯、乙醇和水溶液，搅拌升温至110～120℃，反应10～24小时；反应结束后，冷却至室温，过滤，滤液分层，有机相旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到目标产物中间体S1。上述反应中，原料I-1与原料Ⅱ-1的摩尔比为1：1～2；原料I-1与碳酸钾的摩尔比为1:1～3；原料I-1与四三苯基磷钯的摩尔比为1:0.01～0.05。
称取上一步制备的中间体S1和原料Ⅲ-1，用甲苯溶解，在惰性气氛下，加入碳酸钾、四三苯基磷钯、乙醇和水溶液，搅拌升温至110～120℃，反应10～24小时；反应结束后，冷却至室温，过滤，滤液分层，有机相旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到目标产物中间体S2；上述反应中，中间体S1与原料Ⅲ-1的摩尔比为1：1～2；中间体S1与碳酸钾的摩尔比为1:1～3；中间体S1与四三苯基磷钯的摩尔比为1:0.01～0.05。
在通氮气保护下，称取中间体S2、联硼酸频那醇酯、乙酸钾、Pd(dppf)Cl2、1,4-二氧六环,混合搅拌，加热至80～100℃，反应10～24小时，取样点板，显示无中间体S2剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸至无馏分，然后过中性硅胶柱，得中间体S3。上述反应中，中间体S2与联硼酸频那醇酯摩尔比为1：1～3；中间体S2与乙酸钾的摩尔比为1:1～3；中间体S2与Pd(dppf)Cl2的摩尔比为1:0.01～0.05；
称取中间体S3和原料Ⅳ-1，用甲苯溶解，在惰性气氛下，加入碳酸钾、四三苯基磷钯、乙醇和水溶液，搅拌升温至110～120℃，反应10～24小时；反应结束后，冷却至室温，过滤，滤液分层，有机相旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体Ⅰ-1。上述反应中，中间体S3与原料Ⅳ-1的摩尔比为1：1～2；中间体S3与碳酸钾的摩尔比为1:1～3；中间体S3与四三苯基磷钯的摩尔比为1:0.01～0.05。
X11、X12、X13、X14分别为C或N
称取原料I-3和原料Ⅱ-3，用甲苯溶解，在惰性气氛下，加入碳酸钾、四三苯基磷钯、乙醇和水溶液，搅拌升温至110～120℃，反应10～24小时；反应结束后，冷却至室温，过滤，滤液分层，有机相旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到目标产物中间体S7；上述反应中，原料I-3与原料Ⅱ-3的摩尔比为1：1～2；原料I-3与碳酸钾的摩尔比为1:1～3；原料I-3与四三苯基磷钯的摩尔比为1:0.01～0.05。
在通氮气保护下，称取中间体S7、联硼酸频那醇酯、乙酸钾、Pd(dppf)Cl2、1,4-二氧六环,混合搅拌，加热至80～100℃，反应10～24小时，取样点板，显示无中间体S7剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸至无馏分，然后过中性硅胶柱，得中间体S8。上述反应中，中间体S7与联硼酸频那醇酯摩尔比为1：1～3；中间体S7与乙酸钾的摩尔比为1:1～3；中间体S7与Pd(dppf)Cl2的摩尔比为1:0.01～0.05；
称取中间体S8和原料Ⅳ-3，用甲苯溶解，在惰性气氛下，加入碳酸钾、四三苯基磷钯、乙醇和水溶液，搅拌升温至110～120℃，反应10～24小时,反应结束后，冷却至室温，过滤，滤液分层，有机相旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体Ⅰ-3；上述反应中，中间体S8与原料Ⅳ-1的摩尔比为1：1～2；中间体S8与碳酸钾的摩尔比为1:1～3；中间体S8与四三苯基磷钯的摩尔比为1:0.01～0.05。
分别以中间体B1和中间体B6的合成为例：
以中间体B1为例：
1)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，称取0.05mol 2,4,6-三溴嘧啶、0.12mol(4-(叔丁基)苯基)硼酸、100ml甲苯,搅拌溶解，再加入0.005mol Pd(PPh3)4、0.15mol碳酸钾、50ml水和乙醇体积比为1:1的混合液，搅拌升温至120℃，回流反应12小时，取样点板，显示无2,4,6-三溴嘧啶剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液分层，取有机相减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-1，HPLC纯度99.3％，收率61.2％；
2)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.04mol中间体1-1、0.05mol联硼酸频那醇酯、0.06mol乙酸钾、0.002mol Pd(dppf)Cl2、100ml 1,4-二氧六环，搅拌混合，加热至80℃，反应12小时，取样点板，显示无中间体1-1剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压蒸馏至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体1-2，HPLC纯度99.2％，收率65.9％；
3)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.05mol中间体1-2，0.06mol对二溴苯、100ml甲苯，搅拌混合，加入0.0025mol Pd(PPh3)4，0.06mol碳酸钾、50ml水和乙醇体积比为1:1的混合液，搅拌升温至120℃，回流反应24小时，取样点板，显示无中间体1-2剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液分层，取有机相减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体B1，HPLC纯度99.3％，收率59.2％；
元素分析结构(分子式C30H31BrN2)：理论值C,72.14；H,6.26；N,5.61；测试值：C,72.11；H,6.28；N,5.57。
HPLC-MS(m/z)：理论值为498.17，实测值498.16。
以中间体B6为例：
1)在250ml的三口瓶中，称取0.05mol 3,6-二溴哒嗪、0.06mol(3,5-二叔丁基苯基)硼酸、100ml甲苯，搅拌溶解，通氮气保护下，加入0.0025mol Pd(PPh3)4、0.1mol碳酸钾、50ml水和乙醇体积比为1:1的混合液，搅拌升温至120℃，回流反应12小时，取样点板，显示无3,6-二溴哒嗪剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液分层，取有机相减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体2-1，HPLC纯度99.3％，收率61.2％；
2)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.04mol中间体2-1、0.05mol联硼酸频那醇酯、0.06mol乙酸钾、0.002mol Pd(dppf)Cl2、100ml 1,4-二氧六环，搅拌混合，加热至80℃，反应12小时，取样点板，显示无中间体2-1剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压蒸馏至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体2-2，HPLC纯度99.2％，收率65.9％；
3)在250ml的三口瓶中，通氮气保护下，加入0.05mol中间体2-2，0.06mol对二溴苯、100ml甲苯，搅拌混合，加入0.0025mol Pd(PPh3)4，0.06mol碳酸钾、50ml水和乙醇体积比为1:1的混溶液，搅拌升温至120℃，回流反应24小时，取样点板，显示无中间体2-2剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液分层，取有机相减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体B6，HPLC纯度99.3％，收率59.2％；
元素分析结构(分子式C24H27BrN2)：理论值C,68.08；H,6.43；N,6.62；测试值：C,68.09；H,6.41；N,6.67。
HPLC-MS(m/z)：理论值为422.14，实测值422.15。
由原料I、原料Ⅱ、原料Ⅲ和原料Ⅳ合成中间体I，具体结构如表1所示；
表1
中间体的合成：
X12、X13、X14、X15分别为N或C
R14、R15、R16、R17分别为中的一种
R18为甲基、苯基、环己基或叔丁基中的一种。
在氮气保护下，依次称取原料I-4(或原料I-5)、原料II-4(或原料II-5)、叔丁醇钠、Pd2(dba)3、三叔丁基膦，用甲苯搅拌混合，加热至110～120℃，回流反应12～24小时，取样点板，显示无原料I-4(或原料I-5)剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体II-4；
上述反应中，若原料I卤代处所连接两个相同支链，则原料I-4与原料Ⅱ-4摩尔比例为1：2～3；原料I-4与叔丁醇钠的摩尔比为1:2～4；原料I-4与Pd2(pda)3的摩尔比为1:0.05～0.1,原料I-4与三叔丁基膦的摩尔比为1:0.05～0.1；若只连接一个支链，则原料I-5化合物与原料Ⅱ-5和叔丁醇钠摩尔比均为1:1～3，原料I-5与Pd2(pda)3摩尔比为1:0.01～0.05，原料I-5与三叔丁基膦的摩尔比均为1:0.01～0.05。
R14、R15、R16、R17分别为中的一种R18为甲基、苯基、环己基或叔丁基中的一种。
在氮气保护下，依次称取原料Ⅱ-6、原料Ⅲ-6、叔丁醇钠、Pd2(dba)3、三叔丁基膦，用甲苯搅拌混合，加热至110～120℃，回流反应12～24小时，取样点板，显示无原料Ⅱ-6剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体S9。上述反应中，原料Ⅱ-6与原料Ⅲ-6摩尔比为1：1～2；原料Ⅱ-6与叔丁醇钠的摩尔比为1:1～3；原料Ⅱ-6与Pd2(dba)3和三叔丁基膦的摩尔比均为1:0.01～0.05；
在氮气保护下，依次称取中间体S9、原料Ⅰ-6、叔丁醇钠、Pd2(dba)3、三叔丁基膦，用甲苯搅拌混合，加热至110～120℃，回流反应12～24小时，取样点板，显示无中间体S9剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体S10；上述反应中，原料Ⅰ-6与中间体S9摩尔比为1：1～2；原料Ⅰ-6与叔丁醇钠的摩尔比为1:1～3；原料Ⅰ-6与Pd2(dba)3和三叔丁基膦的摩尔比均为1:0.01～0.05。
在氮气保护下，依次称取中间体S10、中间体S11、叔丁醇钠、Pd2(dba)3、三叔丁基膦，用甲苯搅拌混合，加热至110～120℃，回流反应12～24小时，取样点板，显示无中间体S10剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体Ⅱ-6；上述反应中，中间体S10与中间体S11摩尔比为1：1～2；中间体S10与叔丁醇钠的摩尔比为1:1～3；中间体S10与Pd2(dba)3和三叔丁基膦的摩尔比均为1:0.01～0.05。
分别以中间体C3和中间体C10的合成为例：
以中间体C3为例：
1)250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.03mol 2,3,5-三甲基苯胺、0.04mol化合物1-溴-2,3,5-三甲基苯、0.04mol叔丁醇钠、0.0015mol Pd2(dba)3、0.0015mol三叔丁基膦、150ml甲苯,搅拌混合，加热至120℃，回流反应12小时，取样点板，反应完全，自然冷却，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体E1，纯度90.49％，收率62.30％；
2)250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 3,6-二溴-9H-咔唑、0.024mol中间体E1、0.04mol叔丁醇钠、0.001mol Pd2(dba)3、0.001mol三叔丁基膦、150ml甲苯,搅拌混合，加热至120℃，回流反应16小时，取样点板，显示无3,6-二溴-9H-咔唑剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.80％，收率49.10％。
元素分析结构(分子式C48H51N3)：理论值C,86.05；H,7.67；N,6.27；测试值：C,86.09；H,7.61；N,6.30。
HPLC-MS(m/z)：理论值为669.41，实测值669.46。
以中间体C10为例：
2)250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.02mol 8-溴-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚、0.024mol(3,5-二甲基苯基)胺、0.04mol叔丁醇钠、0.001mol Pd2(dba)3、0.001mol三叔丁基膦、150ml甲苯,搅拌混合，加热至120℃，回流反应16小时，取样点板，显示无8-溴-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液减压旋蒸至无馏分，过中性硅胶柱，得到中间体C10，纯度98.60％，收率49.10％。
元素分析结构(分子式C27H25N3)：理论值C,82.83；H,6.44；N,10.73；测试值：C,82.81；H,6.41；N,10.76。
HPLC-MS(m/z)：理论值为391.20，实测值391.21。
由原料I，原料Ⅱ、原料Ⅲ和中间体S合成中间体I，具体结构如表2所示；
表2
实施例1化合物1的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2,6-二-(4-叔丁基苯基)-嘧啶，0.015molN,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.80％，收率62.20％。
HPLC-MS：理论值为975.52，实测值975.68。
实施例2化合物5的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(3-溴苯基)-2,6-二(4-叔丁基苯基)-吡啶，0.015molN,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度95.76％，收率58.00％。
HPLC-MS：理论值为974.53，实测值974.65。
实施例3化合物8的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol4-(4-溴苯基)-2-二苯并呋喃-4-基-6-苯基-吡啶，0.015molN,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.63％，收率82.80％。
HPLC-MS：理论值为952.41，实测值952.52。
实施例4化合物10的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol2-(4-溴苯基)-4,6-二(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-嘧啶，0.015molN,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.80％，收率56.60％。
HPLC-MS：理论值为1095.52，实测值1095.67。
实施例5化合物18的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol4-(4-溴苯基)-2,6-二(4-叔丁基苯基)-嘧啶，0.015molN,N,N',N'-四-(4-叔丁基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.71％，收率43.80％。
HPLC-MS：理论值为1143.71，实测值1143.85。
实施例6化合物19的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2,6-二苯基-吡啶，0.015mol N,N,N',N'-四-(2,3,5-三甲基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.65％，收率47.80％。
HPLC-MS：理论值为974.53，实测值974.63
实施例7化合物27的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 3-(4-溴苯基)-6-(3,5-二叔丁基苯基)-哒嗪，0.015mol N,N,N',N'-四-(3,4,5-三甲基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度96.79％，收率56.50％。
HPLC-MS：理论值为1011.62，实测值1011.69
实施例8化合物37的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol2-(4-溴苯基)-5-(3,5-二-叔丁基苯基)-嘧啶，0.015mol N,N,N',N'-四-(3,5-二甲基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.60％，收率62.60％。
HPLC-MS：理论值为955.56，实测值955.65
实施例9化合物50的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-6-苯基-吡啶，0.015molN3,N3-二(4-甲基萘-1-基)-N6,N6-二对甲苯基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.80％，收率53.10％。
HPLC-MS：理论值为1078.50实测值1078.55
实施例10化合物67的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2,6-二对苯基甲基-吡啶，0.015mol N-联苯-2-基-N,N',N'-三对甲苯基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4molPd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度98.25％，收率68.80％。
HPLC-MS：理论值为952.45，实测值952.56。
实施例11化合物85的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol4-(4-溴苯基)-2,6-二-(4-叔丁基苯基)-嘧啶，0.015molN3,N3-二(4-环己基苯基)-N6,N6-二对甲苯基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.95％，收率73.20％。
HPLC-MS：理论值为1111.65，实测值1111.86。
实施例12化合物89的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol2-(4-溴苯基)-4,6-二(4-甲苯基)-嘧啶，0.015molN,N'-二-(4-环己基苯基)-N,N'-二(3,4,5-三甲苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度97.99％，收率49.30％。
HPLC-MS：理论值为1083.62，实测值1083.77。
实施例13化合物94的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2-(4-环己基苯基)-6-对甲苯基-吡啶，0.015molN,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4molPd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.13％，收率75.20％。
HPLC-MS：理论值为958.50，实测值958.53。
实施例14化合物100的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2,6-二-(4-环己基-苯基)-吡啶，0.015mol N,N,N',N'-四对苯甲基-9H-咔唑-3,6-二胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.16％，收率56.50％。
HPLC-MS：理论值为1098.65，实测值1098.88
实施例15化合物119的合成
现提供该化合物的具体合成路线：
250ml的四口瓶，在通入氮气的气氛下，加入0.01mol 4-(4-溴苯基)-2-(4-叔丁基苯基)-6-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-嘧啶，0.015mol二(3,5-二甲基苯基)-(5H-吡咯[4,3-b]吲哚-8-基)胺，0.03mol叔丁醇钠，1×10-4mol Pd2(dba)3，1×10-4mol三叔丁基膦，150ml甲苯，加热回流24小时，取样点板，显示无溴代物剩余，反应完全；自然冷却至室温，过滤，滤液进行减压旋蒸(-0.09MPa，85℃)，过中性硅胶柱，得到目标产物，纯度99.40％，收率75.00％。
HPLC-MS：理论值为869.45，实测值849.58
本发明化合物可以作为发光层掺杂或辅助主体材料使用，对本发明化合物和现有材料mCP分别进行△Es t和Φf的测定，检测结果如表3所示。
表3
化合物 △Est(eV) Φf
化合物1 0.135 68.5
化合物8 0.231 55.8
化合物18 0.268 63.5
化合物37 0.193 72.5
化合物67 0.093 50.6
化合物85 0.059 43.5
化合物94 0.385 62.2
化合物100 0.109 61.2
化合物119 0.456 52.5
材料mCP 0.72 29.1
注：Φf是固体粉末荧光量子效率(利用美国海洋光学的Maya2000Pro光纤光谱仪，美国蓝菲公司的C-701积分球和海洋光学LLS-LED光源组成的测试固体荧光量子效率测试系统，参照文献Adv.Mater.1997，9，230-232的方法进行测定)；△Est是先分别测试化合物的荧光发射光谱和磷光发射光谱，并由荧光发射峰和磷光发射峰计算得到(测试设备：利用Edinburgh Instruments的FLS980荧光光谱仪，Oxford Instruments的Optistat DN-V2低温组件)。
由上表数据可知，本发明化合物具有较低的△Est，容易实现高T1→S1态激子转化率，适合作为发光层的辅助主体材料；本发明化合物同时具有较高的Φf和较高的S1态辐射跃迁速率，使得应用本发明化合物作为掺杂材料的OLED器件效率和寿命得到提升。
以下通过实施例16-23和比较例1-3详细说明本发明合成的化合物在器件中作为发光层掺杂材料的应用效果。实施例17-23与实施例16相比，所述器件的制作工艺完全相同，并且所采用了相同的基板材料和电极材料，电极材料的膜厚也保持一致，所不同的是器件中发光层的掺杂材料发生了改变。实施例16-23与比较例1-3相比，比较例1-3所述器件的发光层材料采用的是现有常用原料，而实施例16-23的器件发光层掺杂材料采用的是本发明化合物。各实施例所得器件的结构组成如表4所示。各器件的性能测试结果见表3。
实施例16
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物1按照100:7的重量比混掺，厚度30nm))/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。各化合物的分子结构式如下：
具体制备过程如下：
透明基板层1采用透明材料，如玻璃；对ITO阳极层2(膜厚为150nm)进行洗涤，即依次进行碱洗涤、纯水洗涤、干燥后再进行紫外线-臭氧洗涤以清除透明ITO表面的有机残留物。
在进行了上述洗涤之后的ITO阳极层2上，利用真空蒸镀装置，蒸镀膜厚为10nm的三氧化钼MoO3作为空穴注入层3使用。紧接着蒸镀40nm厚度的TAPC作为空穴传输层4。
上述空穴传输材料蒸镀结束后，制作OLED发光器件的发光层5，其结构包括OLED发光层5所使用材料mCP作为主体材料，化合物1作为掺杂材料，掺杂材料掺杂比例为7％重量比，发光层膜厚为30nm。
在上述发光层5之后，继续真空蒸镀电子传输层材料为TPBI，该材料的真空蒸镀膜厚为40nm，此层为电子传输层6。
在电子传输层6上，通过真空蒸镀装置，制作膜厚为1nm的氟化锂(LiF)层，此层为电子注入层7。
在电子注入层7上，通过真空蒸镀装置，制作膜厚为80nm的铝(Al)层，此层为阴极反射电极层8使用。
如上所述地完成OLED发光器件后，用公知的驱动电路将阳极和阴极连接起来，测量器件的发光效率，发光光谱以及器件的电流-电压特性。
实施例17
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物8按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例18
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物18按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例19
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物37按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例20
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物85按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例21
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物94按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例22
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物100按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
实施例23
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和化合物119按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
比较例1
ITO阳极层2/空穴注入层3(三氧化钼MoO3，厚度10nm)/空穴传输层4(TAPC，厚度40nm)/发光层5(mCP和Refer按照100:7的重量比混掺，厚度30nm)/电子传输层6(TPBI，厚度40nm)/电子注入层7(LiF，厚度1nm)/阴极电极层8(Al)。
所制作的OLED发光器件的测试结果见表5。
表4.实施例16-23及对比例1所得器件的结构组成
表5.实施例16-23及对比例1所制作的OLED发光器件的测试结果
注：器件测试性能以比较例1作为参照，比较例1器件各项性能指标设为1.0。比较例1的电流效率为10.8cd/A(@10mA/cm2)；CIE色坐标为(0.14,0.32)；1500cd/m2亮度下LT95寿命衰减为2.2Hr。寿命测试系统为本发明的所有权人和上海大学共同开发的OLED器件寿命测试仪。
从表3的结果可以看出本发明所述化合物作为发光层掺杂材料可应用与OLED发光器件制作，并且与比较例1相比，无论是效率还是寿命均比已知OLED材料获得较大改观，特别是器件的驱动寿命获得较大的提升。
以下通过实施例24-30和比较例2、比较例3说明本发明合成的化合物在器件中作为发光层辅助主体材料的应用效果。本发明所述24-30、比较例2、比较例3与实施例16相比所述器件的制作工艺完全相同，并且所采用了相同的基板材料和电极材料，电极材料的膜厚也保持一致，所不同的是对器件中的空穴传输层厚度和发光层的组成做了变换。所得各器件的结构组成如表6所示。各器件的性能测试结果如表7所示。
表6.实施例24-30及对比例2和3各器件的结构组成
表7.实施例24-30及对比例2和3所制作的OLED发光器件的测试结果
从表7的结果可以看出本发明所述化合物作为发光层辅助主体材料可应用与OLED发光器件制作，并且与比较例2、比较例3相比，无论是效率还是寿命均比已知OLED材料获得较大改观，特别是器件的驱动寿命获得较大的提升。
为了比较不同器件在高电流密度下效率衰减的情况，定义效率衰减系数φ进行表示，它表示驱动电流为100mA/cm2时器件的最大效率μ100与器件的最大效率μm之差与最大效率之间的比值，φ值越大，说明器件的效率滚降越严重，反之，说明器件在高电流密度下快速衰降的问题得到了控制。
本发明化合物可以作为发光层材料使用，对本发明化合物和对比例1至3制备器件分别进行效率衰减系数φ的测定，检测结果如表6所示。
表8.本发明实施例化合物和对比例1至3制备器件分别进行效率衰减系数φ的测定结果
从以上数据应用来看，本发明化合物作为发光层材料在OLED发光器件中具有良好的应用效果，具有良好的产业化前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以氮杂苯为核心的化合物，其特征在于,该化合物具有如通式(1)所示结构：
通式(1)中，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5分别独立的表示为C-H、C-R或N；其中，表示为N的数量为1-2个；表示为C-R的数量为1-5个；
R表示芳基、杂芳基、C1-10直链烷基取代的芳基或支链烷基取代的芳基、C1-10直链烷基取代的杂芳基或支链烷基取代的杂芳基、C5-20环烷基取代的芳基或C5-20环烷基取代的杂芳基中的一种；
通式(1)中，Ar表示C1-10烷基取代或未取代的芳基的一种；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分别独立的表示为C-H或N；
Ra、Rb分别独立的选取氢或通式(2)所示结构，且至少一个选取通式(2)所示结构；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8同时表示为C-H时，Ra、Rb分别独立选取通式(2)所示结构：
其中，Ar1、Ar2分别独立的表示C1-10烷基取代或未取代的芳基、环烷基取代的芳基；
R、Ar、Ar1和Ar2中至少有一个选取C1-10烷基或环烷基取代的芳基。
2.根据权利要求1所述的一种以氮杂苯为核心的化合物，其特征在于，所述Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5分别独立表示的芳基为苯基、二联苯基、三联苯基或萘基中的一种；所述Ar1、Ar2分别独立表示的杂芳基为9,9-二烷基芴基、9,9-二芳基芴基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种以氮杂苯为核心的化合物，其特征在于，所述Ra、Rb分别独立的表示为：
中的任一种。
4.根据权利要求1所述的以氮杂苯为核心的化合物，其特征在于，所述化合物的具体结构式为：
中的任一种。
5.一种权利要求1至4任一项所述的以氮杂苯为核心的化合物的制备方法，其特征在于，反应方程式如下：
具体包括以下步骤：
称取氮杂苯的溴代物、咔唑的衍生物，用甲苯溶解；再加入Pd2(dba)3、三叔丁基膦和叔丁醇钠；在惰性气氛下，将上述反应物的混合溶液于反应温度95～110℃，反应10～24小时，冷却并过滤反应溶液，滤液旋蒸，过硅胶柱，得到目标产物；
其中，所述氮杂苯的溴代物与咔唑衍生物的摩尔比为1:1.0～3.0，Pd2(dba)3与溴代物的摩尔比为0.006～0.02:1；所述三叔丁基膦与溴代物的摩尔比为0.006～0.02:1，所述叔丁醇钠与溴代物的摩尔比为1.0～3.0:1。
6.一种有机电致发光器件，其特征在于，至少一层功能层含有权利要求1至3中任一项以氮杂苯为核心的化合物。
7.根据权利要求6所述一种有机电致发光器件，其特征在于，所述功能层为发光层。
8.根据权利要求7所述一种有机电致发光器件，其特征在于，还包括透明基板层、ITO阳极层、空穴注入层、空穴传输/电子阻挡层、空穴阻挡/电子传输层、电子注入层及阴极反射电极层，所述透明基板层、ITO阳极层、空穴注入层、空穴传输/电子阻挡层、发光层、空穴阻挡/电子传输层、电子注入层及阴极反射电极层从下至上依次层叠布置。
9.根据权利要求8所述一种有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴注入层为材料三氧化钼MoO3；或/和所述空穴传输/电子阻挡层材料为TAPC，或/和所述发光层以所述mCP为主体材料，以权利要求1至3任一项所述以氮杂苯为核心的化合物作为掺杂材料，所述mCP为主体材料：以权利要求1至3任一项所述以氮杂苯为核心的化合物的质量比为100：7,或所述发光层以mCP为主体材料，以氮杂苯为核心的化合物作为辅助主体材料，RD-1作为掺杂材料，所述mCP：以氮杂苯为核心的化合物：RD-1质量比为85:15:4；或/和所述空穴阻挡/电子传输层的材料为TPBI，和/或所述电子注入层为LiF材料，和/或所述阴极反射电极层为材料Al。
10.根据权利要求9所述一种有机电致发光器件，其特征在于，所述ITO阳极层2的膜厚为150nm，或，空穴注入层的厚度为10nm，或，空穴传输层/电子阻挡层的厚度为40nm，或，所述发光层膜厚为30nm，或，空穴阻挡/电子传输层的厚度为40nm；或，所述电子注入层1nm；或，阴极反射电极层的膜厚为80nm。
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