CN110183315B - 一种芘衍生物材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芘衍生物材料及其制备方法与应用。该材料为以芘结构为核,并在1,6位(式I)或1,3,6,8位(式II)引入较大位阻芳香基团,该类分子具有对称结构和抑制分子聚集的特点。其制备方法为将大位阻基团通过Suzuki偶联反应与芘核连接,制备过程简单、产率高,产物易于提纯。大位阻基团的引入可以有效抑制刚性大平面刚性芘分子间聚集,提高材料的发光效率和热稳定性,使其在有机电致发光器件和有机激光器件等方面具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于光电材料技术领域,特别涉及一种芘衍生物材料及其制备方法与应用。
背景技术
有机分子具有结构多样性和易裁剪性,可以结合分子设计和有机合成,得到具有某些特定性能的新型化合物的优异特性。由于有机分子可设计性好,易于功能化,近些年来,随着分子工程和有机合成的发展,其在有机电致发光器件(OLEDs)及有机激光器件(OSLs)领域得到了广泛的应用。
自从20世纪60年代,Maiman等利用红宝石水晶作为光增益介质,首次演示出激光现象以来,人们就已经在这个领域做了大量的研究,并取得很大的发展,其商业产品已经应用到我们生活的方方面面,例如CD/DVD播放器、激光鼠标,激光打印机等等。而有机激光作为激光家族新的一员,是近些年刚刚发展起来的。在1992年,Moses等利用有机共轭聚合物作为光增益介质,首次展现出有机激光发射。1996年,Tessler等人实现了光泵浦聚合物有机微腔激光发射。近些年,随着人们研究的不断深入,有机激光已经取得了飞速的发展。由于其具有突出的可调节性,低廉的生产成本以及可实现柔性大面积等无机或晶体激光器所不具备的优势,已经作为激光领域重要的分支,被广泛的研究。
与此同时芘作为一种大平面的稠环结构芳烃,独特的刚性共轭芳香平面,表现出较高的热稳定性,较强的电子离域能,高的荧光量子效率和载流子迁移率等特性,而广受人们的关注。尤其将含有芘的共轭体系衍生物作为空穴传输材料或蓝光发射材料,应用于有机电致发光和有机激光领域,已经取得了很大的进展。但由于芘具有大平面效应,其在浓溶液或薄膜状态下,会呈现出较强的分子间π-π电子相互作用,进而形成分子间的激基缔合物,而降低材料的荧光量子效率,导致材料在浓溶液或薄膜态条件下,发射光谱红移,使发光由蓝光转变成蓝绿光,甚至有时甚至会出现黄光发射,这严重影响了材料在蓝光OLEDs和OSLs的应用。通过大量的研究实验发现,利用芘的多活性位点,构筑空间位阻较大的单分散分子结构,可以有效的抑制芘分子间相互作用,改善材料的光电性能,提高材料在蓝光OLEDs和OSLs的应用潜力。
发明内容
本发明提供了一种芘衍生物材料及其制备方法与应用。该材料以芘为核,并在1,6位或1,3,6,8位引入大位阻芳香基团,该类分子具有对称结构和抑制分子聚集的特点。其制备方法为将大位阻基团通过Suzuki偶联反应与芘核连接,制备过程简单、产率高,产物易于提纯。大位阻方向基团的引入可以有效抑制芘的分子间聚集,提高材料的发光效率和热稳定性,使得其在有机电致发光器件和有机激光器件等方面具有潜在的应用价值。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种芘衍生物材料,是以芘为核在1,6位或1,3,6,8位引入大位阻芳香基团,结构如式Ⅰ或式Ⅱ所示:
其中,Ar选自以下基团,*为连接位置:
其中,R为C1-C30的直链或支链烷基或烷氧基的一种。
如式I的芘衍生物光电材料制备方法,包括以下步骤:
在氮气保护下,将1,6-二溴芘1、四三苯基膦钯催化剂、相转移催化剂TBAB和大位阻基团的硼酸酯化合物2溶于甲苯和碳酸钾水溶液中,控温80-110℃反应12-24h,反应结束后分离提纯获得1,6二芳基取代芘衍生物式Ⅰ。
进一步的,所述1,6-二溴芘1与大位阻基团的硼酸酯2化合物摩尔比分别为1:4,Pd(PPh3)4催化剂与化合物2摩尔比为0.05:1~0.10:1,相转移催化剂与化合物2摩尔比为0.1:1~0.2:1,每摩尔化合物2加入甲苯溶剂15-25mL,甲苯与2M K2CO3水溶液体积比为2:1。
如式II的芘衍生物的制备方法,包括以下步骤:
在氮气保护下,将1,3,6,8-四溴芘3、四三苯基膦钯催化剂、相转移催化剂TBAB、和大位阻基团的硼酸酯化合物2溶于甲苯和碳酸钾水溶液中,控温80-110℃反应12-24h,反应结束后分离提纯获得1,3,6,8四芳基取代芘衍生物式Ⅱ。
进一步的,所述1,3,6,8-四溴芘3与大位阻基团的硼酸酯化合物2摩尔比分别为1:8,Pd(PPh3)4催化剂与化合物2摩尔比为0.05:1~0.10:1,相转移催化剂与化合物2摩尔比为0.1:1~0.2:1,每摩尔化合物2加入甲苯溶剂15-25mL,甲苯与2M K2CO3水溶液体积比为2:1。
一种芘衍生物光电材料可作为发光材料和有机增益介质应用在电致发光器件、有机激光器件等方面。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种芘衍生物材料及其制备与应用。可作为发光材料应用于电致发光器件和有机激光器件。该材料制备方法简单、操作方便快捷,反应过程容易控制,产品易于分离、收率高、纯度高。通过甲基的引入,材料的光谱蓝移明显,有效的抑制了材料的聚集,抑制其光淬灭,使其具有高的荧光量子效率。
附图说明
图1是实施例中材料6的放大自发辐射图。
图2是实施例中材料4,6,8,10在溶液态的荧光量子寿命图。
图3是实施例中材料4,6,8,10在薄膜态荧光量子寿命图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
一种芘衍生物材料的制备方法包括:将1,6-二溴芘和大位阻基团的硼酸酯化合物通过Suzuki反应得到式Ⅰ。
其中,Ar选自以下基团,*为连接位置:
其中,R为C1-C30的直链或支链烷基或烷氧基的一种。
一种芘衍生物材料的制备方法包括:将1,3,6,8-四溴芘和大位阻基团的硼酸酯化合物通过suzuki反应得到式Ⅱ。
其中,Ar选自以下基团,*为连接位置:
其中,R为C1-C30的直链或支链烷基或烷氧基的一种。
以下通过若干实施例对本发明做进一步说明,但实施例不限制本发明的涵盖范围。
实施例1
反应条件:在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(699.0mg,0.8mmol),1,6-二溴芘(100mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:5)纯化,得到白色固体粉末(200mg),产率56.0%。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.20(d,J=7.8Hz,2H),7.99(d,J=9.2Hz,2H),7.79(d,J=7.7Hz,2H),7.65(d,J=9.1Hz,2H),6.82(s,4H),3.99–3.91(m,4H),1.91(s,12H),1.79(dd,J=12.0,6.0Hz,2H),1.44(d,J=6.6Hz,10H),1.39(dd,J=9.1,5.3Hz,8H),0.98(dt,J=13.9,7.3Hz,12H).13C NMR(101MHz,CDCl3δ):158.64,138.43,136.45,132.41,130.35,129.56,127.86,127.57,125.29,124.86,124.79,113.29,70.31,39.62,30.69,29.22,24.03,23.16,20.99,14.19,11.26,1.06,0.03.MALDI-TOF MS(m/z):Calcd for C48H60O2,ExactMass:666.44,Mol.Wt.:666,99;Found:665.28。
实施例2
反应条件:在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(699.0mg,0.8mmol),1,6-二溴芘(134mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:5)纯化,得到白色固体粉末(210mg),产率60.0%。
实施例3
反应条件:在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(699.0mg,0.8mmol),1,6-二溴芘(185mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:4)纯化,得到白色固体粉末(250mg),产率62.0%。
实施例4
反应条件:在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(699.0mg,0.8mmol),1,6-二溴芘(181mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:4)纯化,得到白色固体粉末(230mg),产率64.0%。
实施例5
在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(699.0mg,1.6mmol),1,3,6,8-四溴芘(100mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:6)纯化,得到白色的固体化合物(120mg),产率56.0%。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):7.60(s,2H),7.55(s,4H),6.76(s,8H),3.91(d,J=5.4Hz,8H),1.96(s,24H),1.81–1.73(m,4H),1.64–1.41(m,20H),1.28(d,J=11.8Hz,12H),0.96(dd,J=15.3,7.5Hz,25H).13C NMR(101MHz,CDCl3,δ):158.49,138.19,136.06,132.42,128.80,124.83,113.30,70.39,39.54,30.64,29.16,23.98,23.12,21.08,14.14,11.19,1.04,0.01.MALDI-TOF MS(m/z):Calcd for C80H108O4,Exact Mass:1132.82,Mol.Wt.:1133.74;Found:1132.56。
实施例6
在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(936.0mg,1.6mmol),1,3,6,8-四溴芘(100mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:4)纯化,得到白色的固体化合物(120mg),产率58.0%。
实施例7
在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(984.0mg,1.6mmol),1,3,6,8-四溴芘(100mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:4)纯化,得到白色的固体化合物(150mg),产率60.0%。
实施例8
在N2保护及避光下,将大位阻基团的硼酸酯化合物(976.0mg,1.6mmol),1,3,6,8-四溴芘(100mg,0.2mmol),快速加入催化剂Pd(PPh3)4(57.8mg,0.05mmol),相转移催化剂TBAB(70.2mg,0.2mmol)于两口烧瓶中。密封好反应装置,抽换N2三次,插上气球。将甲苯和K2CO3水溶液用氮气球除氧半小时后,注入的甲苯(40mL)溶剂和K2CO3水溶液(20mL,2M),90℃搅拌24h。用二氯甲烷萃取有机相,去离子水洗两三次后,无水硫酸钠干燥,抽滤。真空减压浓缩粗产物,柱层析(淋洗液为DCM/PE=1:4)纯化,得到白色的固体化合物(1600mg),产率61.0%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
3.根据权利要求2所述的芘衍生物材料的制备方法,其特征在于,所述相转移催化剂为Pd(PPh3)4。
4.根据权利要求2所述的芘衍生物材料的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为甲苯。
5.一种根据权利要求1所述的芘衍生物材料的应用,其特征在于,该类材料作为发光材料应用于有机电致发光器件或有机激光器件。
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"Fluorescence quenching of sterically-graded pyrene molecules by N,N-dialkylanilines. Exciplexes or locally excited states?";Michael J. Bertocchi等;《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》;20181231;第467-478页 * |
"Photophysical properties of 1,3,6,8-tetraarylpyrenes and their cation radicals";Vijay S. Vyas等;《Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry》;20190415;第209-218页 * |
Michael J. Bertocchi等."Fluorescence quenching of sterically-graded pyrene molecules by N,N-dialkylanilines. Exciplexes or locally excited states?".《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》.2018, * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN110183315A (zh) | 2019-08-30 |
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