CN110283135A - 含萘基蒽基取代的三嗪衍生物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机电子传输材料的技术领域,公开了含萘基蒽基取代的三嗪衍生物及其制备方法与应用。其结构式如下中化合物(1)~(8)所示。本发明所制备的有机小分子电子传输材料兼具高玻璃化转变温度以及热稳定性,合成简单、易提纯,可应用于高效率与高稳定OLED器件。
Description
技术领域
本发明涉及有机小分子电子传输材料,特别涉及含萘基蒽基取代的三嗪衍生物及其制备方法与应用。
背景技术
有机发光二极管(OLEDs)由于具有自主发光、响应速度快、可以实现柔性显示等优势而在平板显示和固态照明等领域具有重要的应用前景。有机电子传输材料作为OLED器件的核心材料,可避免因阴极与发光层直接接触,而导致的发光猝灭,对于OLED特性,包括稳定性,产生重要的影响。
面向应用的有机电子传输材料应具有高热稳定性、高玻璃化转变温度(与薄膜形貌稳定性相关)、高电子迁移率,以及低LUMO能级(有利于电子注入)。虽然已经报道了大量有机电子传输材料,但设计合成综合性能优异的有机小分子电子传输材料,特别是高玻璃化转变温度(≥150℃)具有挑战性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本发明的首要目的在于提供含萘基蒽基取代的三嗪衍生物。本发明提供的三嗪衍生物具有高玻璃转变温度和高热分解温度,作为有机小分子电子传输材料,可面向高效率与长寿命OLED器件应用。
本发明的另一目的在于提供上述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物在有机电致发光器件等光电器件中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
含萘基蒽基取代的三嗪衍生物,其结构式如以下化合物(1)~(8)所示:
其中,化合物(1)和化合物(2)分别命名为DiNaAN-m-TRZ和NaAN-m-TRZ。
一种上述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,包括以下步骤:
(1)在催化体系1中,将含硼酸酯的中间产物与二溴吡啶混合后进行偶联反应,反应结束后经后处理,得到萘基蒽基取代化合物;
(2)在催化体系2中,将2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪与萘基蒽基取代化合物混合后进行偶联反应,将所得反应产物经后处理,得到含萘基蒽基取代的三嗪衍生物。
步骤(1)所述含硼酸酯的中间产物为式I或式II中的一种,具体结构式如下所示:
所述式I的制备方法为:将钯催化剂、碱性化合物、2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽与双戊酰二硼混合后进行反应,反应结束后经后续处理,得到式I结构的含有硼酸酯的中间产物;
式I的制备方法中,所述钯催化剂为双(三苯基膦)二氯化钯、[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和双(二亚苄基丙酮)钯中的至少一种;所述碱性化合物优选为醋酸钾;所述2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽、双戊酰二硼、钯催化剂与碱性化合物的摩尔比为1:(1.3~1.5):(0.01~0.03):(2~4);
式I的制备方法中,所述反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~95℃反应3~4h;所述有机溶剂优选为四氢呋喃和1,4-二氧六环中的至少一种;
式I的制备方法中,所述后续处理是指反应结束后,将反应产物减压蒸馏,然后与水混合,再用二氯甲烷萃取,然后将有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去二氯甲烷后,最后用柱层析法分离。
所述式II的制备方法为:将2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷、正丁基锂与9-溴-10-(萘-2-基)蒽混合后进行反应,反应结束后经后续处理,得到式II结构的含硼酸酯的中间产物;
所述式II的制备方法优选为:在保护性氛围下,将9-溴-10-(萘-2-基)蒽溶于有机溶剂中,然后降温至-70~-78℃,加入正丁基锂混合均匀后,再加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷混合均匀,然后升温至室温后继续反应8~16h。
式II的制备方法中,所述9-溴-10-(萘-2-基)蒽、正丁基锂与2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷的摩尔比为1:(1.1~1.3):(1.3~1.5);所述有机溶剂优选为四氢呋喃;
式II的制备方法中,所述后续处理是指将反应结束后,加入乙醇终止反应,减压蒸馏,然后与水混合,再用二氯甲烷萃取,将所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去二氯甲烷,最后用柱层析法分离。
步骤(1)所述催化体系1由催化剂、碱性化合物水溶液和相转移剂组成;
其中,所述催化剂优选为钯催化剂,更优选为四(三苯基膦)钯、二(三苯基膦)二氯化钯、醋酸钯和[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯中的至少一种;所述碱性化合物水溶液优选为碳酸钠水溶液,其浓度为1.5~2.5mol/L;所述相转移剂优选为乙醇;所述钯催化剂与碱性化合物的摩尔比为(0.01~0.03):(2~3);所述碱性化合物水溶液与相转移剂的体积比为1:(0.6~1.5);
步骤(1)所述二溴吡啶为2,5-二溴吡啶,2,6-二溴吡啶和3,5-二溴吡啶中的一种;
步骤(1)所述含硼酸酯的中间产物、二溴吡啶、钯催化剂、碱性化合物的摩尔比为1:(1.0~1.1):(0.01~0.03):(2~3);
步骤(1)所述偶联反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~90℃反应10~12h;所述有机溶剂优选为甲苯、乙腈和二氧六环中的至少一种。
步骤(1)所述萘基蒽基取代化合物为以下结构中的一种。
步骤(2)所述催化体系2由催化剂、碱性化合物水溶液和相转移剂组成;
其中,所述催化剂优选为钯催化剂,更优选为四(三苯基膦)钯、二(三苯基膦)二氯化钯、醋酸钯和[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯中的至少一种;所述碱性化合物水溶液优选为碳酸钾水溶液和碳酸钠水溶液中的至少一种,其浓度为1.5~2.5mol/L;所述相转移剂优选为乙醇。所述催化剂、碱性化合物和相转移剂的摩尔比为(0.03~0.09):(4~10):(4~10)。
步骤(2)所述2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪与萘基蒽基取代化合物与碱性化合物的摩尔比为(0.9~1.1):1:(1.5~2.3)。
步骤(2)中所述偶联反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~110℃反应8~24h;所述有机溶剂优选为甲苯、乙腈和二氧六环中的至少一种。
步骤(1)和(2)所述后处理为向反应产物中加入水,分离有机层,然后用二氯甲烷萃取水层后,将萃取后所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,再减压蒸馏除去二氯甲烷,最后用柱层析法分离。
本发明所述室温和未指明的反应温度均为20~32℃。
上述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物在有机电致发光器件等光电器件中的应用。
所述有机电致发光器件优选为磷光器件和发光二极管。
本发明的原理如下:
本发明引入大平面刚性共轭结构—蒽基与萘基,以提高所制备电子传输材料的热稳定性;由于萘基与蒽基之间存在位阻作用,可促进非晶态的形成,进而有利于形成形貌稳定的薄膜,进而有利于OLED器件的稳定性。引入强吸电性的1,3,5-三嗪单元有利于提高电子传输性能,进而提高OLED器件效率和稳定性。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
(1)本发明作为有机小分子电子传输材料的具有高玻璃化转变温度的萘基蒽基取代三嗪衍生物合成简单、易提纯,由低成本的商品化起始原料,经一步反应制备。
(2)本发明的具有高玻璃化转变温度的萘基蒽基取代三嗪衍生物具有高热稳定性,其中DiNaAN-m-TRZ失重1%的温度为430℃,NaAN-m-TRZ的失重1%的温度为353℃;两者玻璃化转变温度分别为181℃和157℃。
(3)本发明的具有高玻璃化转变温度的萘基蒽基取代三嗪衍生物经n-掺杂Liq后应用于红光磷光器件中可获得较高的器件效率和稳定性:在1000cd·m-2的亮度下,DiNaAN-m-TRZ器件的电流效率和功率效率分别达到了13.4cd/A,10.0m/W,NaAN-m-TRZ器件的电流效率和功率效率分别为12.7cd/A,9.1lm/W;恒定电流驱动下,DiNaAN-m-TRZ器件和NaAN-m-TRZ器件由起始亮度为1000cd·m-2衰减至95%的时间分别为198h和367h。
附图说明
图1为实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的核磁共振氢谱图。
图2为实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的热稳定性曲线图,其中图a和图b分别为热失重曲线和差示扫描量热曲线。
图3为实施例3制备的有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱图。
图4为采用实施例3所得有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的电流密度-电压-亮度曲线图。
图5为采用实施例3所得有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的电流效率-亮度曲线图。
图6为采用实施例3所得有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的功率效率-亮度曲线图。
图7为采用实施例3所得有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的亮度-时间曲线图。
图8为实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的核磁共振氢谱图。
图9为实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的热稳定性曲线图;其中图a和图b分别为热失重曲线和差示扫描量热曲线。
图10为实施例4制备的有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱图。
图11为采用实施例4所得有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的电流密度-电压-亮度曲线。
图12为采用实施例4所得有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的电流效率-亮度曲线。
图13为采用实施例4所得有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的功率效率-亮度曲线。
图14为采用实施例4所得有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ制备的红光磷光有机电致发光器件的亮度-时间曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的有机小分子电子传输材料化合物(3)的结构式如下:
本实施例的有机小分子电子传输材料化合物(3)的制备方法,包括以下步骤:
(1)2-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷(式I)的制备
在N2气氛下,将双(三苯基膦)二氯化钯(128mg,0.17mmol)加入到2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽(3.0g,5.89mmol)、双戊酰二硼(2.24g,8.83mmol)和醋酸钾(4.49g,17.67mmol)的四氢呋喃(60mL)混合液中,加热70℃回流反应3小时;待冷却到室温,减压蒸馏除去溶剂后,将反应物倒入水中,并用二氯甲烷萃取;所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,再减压蒸馏除去溶剂后用硅胶柱分离,分离所用洗脱剂为二氯甲烷和石油醚(1:2v/v)的混合溶剂,得到黄色固体2-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷,产率94%(3.1g)。
(2)2-溴-6-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)吡啶的制备
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(193mg,0.167mmol)加入到步骤(1)所得2-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷(3.1g,5.57mmol)、2,6-二溴吡啶(1.32g,5.57mmol)、乙醇(6mL)和碳酸钠水溶液(2M,6mL)的甲苯(100mL)混合液中,在90℃下搅拌反应12小时;待反应结束后,向反应混合物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层,再将萃取后的有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去二氯甲烷,得到的粗产物用柱层析法分离,分离所用洗脱剂为二氯甲烷和石油醚(1:1v/v)的混合溶剂,得到黄色固体,产率80%(2.6g)。
(3)2-(3-(6-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)吡啶-2-基)苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(化合物(3))的制备
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(153mg,0.133mmol)加入到步骤(2)所得2-溴-6-(9,10-二(萘-2-基)蒽-2-基)吡啶(2.6g,4.43mmol)、2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪(1.93g,4.43mmol)、乙醇(5mL)和碳酸钾水溶液(2M,5mL)的甲苯(80mL)混合液中,在90℃下搅拌反应16小时;待反应结束后,向反应混合物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层,再将萃取后的有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去二氯甲烷,最后将得到的粗产物用柱层析法分离,分离所用洗脱剂为二氯甲烷和石油醚(2:1v/v)的混合溶剂,得到淡黄色固体,产率86%(3.1g)。
实施例2
本实施例的有机小分子电子传输材料化合物(6)的结构式如下:
本实施例的有机小分子电子传输材料化合物(6)的制备方法,包括以下步骤:
(1)4,4,5,5-四甲基-2-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)-1,3,2-二氧杂硼烷(式II)的制备
在N2气氛下,将9-溴-10-(萘-2-基)蒽(5.0g,13mmol)溶于干燥的四氢呋喃(200mL)中,冷却到-78℃;并通过注射器滴加加入6.3mL正丁基锂的正己烷溶液(2.5M,15.75mmol)混合均匀;30分钟后将2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷(4.0mL,19.5mmol)通过注射器加入;待混合液恢复到室温下继续搅拌12h;然后加入乙醇终止反应,减压蒸馏除去溶剂后,将反应物倒入水中,并用二氯甲烷萃取;然后将所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去溶剂后用硅胶柱分离,分离所用洗脱剂为石油醚和二氯甲烷(4:1v/v)的混合溶剂,得到淡黄色固体,产率为87%(4.9g)。
(2)2-溴-6-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)吡啶的制备
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(158mg,0.137mmol)加入到步骤(1)所得4,4,5,5-四甲基-2-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)-1,3,2-二氧杂硼烷(5.9g,13.7mmol)、2,6-二溴吡啶(3.25g,13.7mmol)、乙醇(14mL)和碳酸钠水溶液(2M,14mL)的甲苯(150mL)混合液中,在90℃下搅拌反应12小时;待反应结束后,向反应物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层,再将萃取后的有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,减压蒸馏除去二氯甲烷,最后将得到的粗产物用柱层析法分离,分离所用洗脱剂为二氯甲烷和石油醚(1:1v/v)的混合溶剂,得到黄色固体,产率78%(4.9g)。
(3)2-(3-(6-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)吡啶-2-基)苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(化合物(6))的制备
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(122mg,0.106mmol)加入到步骤(2)所得2-溴-6-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)吡啶(4.9g,10.6mmol)、2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪(4.6g,10.6mmol)、乙醇(11mL)和碳酸钾水溶液(2M,11mL)的甲苯(150mL)混合液中,然后在90℃下搅拌反应16小时;待反应结束后,向反应混合物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层,将萃取后的有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,再减压蒸馏除去二氯甲烷,最后将得到的粗产物用柱层析法分离,分离所用洗脱剂为二氯甲烷和石油醚(2:1v/v)的混合溶剂,得到淡黄色固体,产率87%(6.4g)。
实施例3
本实施例的有机小分子电子传输材料料DiNaAN-m-TRZ的结构式如下:
本实施例中所用萘基蒽基取代化合物2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽可购买得到,有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的制备方法,包括以下步骤:
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(80mg,0.069mmol)加入到2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪(2.5g,5.74mmol)、2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽(2.92g,5.74mmol)、乙醇(6mL)和碳酸钾水溶液(2M,6mL)的甲苯(50mL)混合液中,在90℃下搅拌反应16小时;待反应结束后,向反应混合物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层后,将萃取后所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,再减压蒸馏除去二氯甲烷,将得到的粗产物用柱层析法分离,分离所使用的洗脱剂为石油醚和二氯甲烷(3:1v/v)的混合溶剂,得到淡黄色固体(DiNaAN-m-TRZ),产率94%(4.0g)。
下面对实施例3制备的作为有机小分子电子传输材料的含萘基蒽基取代的三嗪衍生物DiNaAN-m-TRZ进行结构表征和性能测试:
(1)核磁共振氢谱
图1为实施例3的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的核磁共振氢谱。
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.94(s,1H),8.77–8.71(m,4H),8.68(d,J=7.8Hz,1H),8.17–8.10(m,2H),8.07(m,4H),7.97(m,2H),7.93(m,2H),7.81–7.72(m,4H),7.72–7.68(m,2H),7.62(m,4H),7.58–7.49(m,7H),7.37–7.30(m,2H)。
(2)热学性质
热失重分析(TGA)是在TGA2050(TA instruments)热重分析仪上通氮气保护以20℃/min的升温速率测定的;差示扫描量热分析(DSC)使用NETZSCH DSC204F1热分析仪,在氮气保护下,从-30℃开始以10℃/min的升温速率到410℃,然后以20℃/min降温到-30℃,恒温5min,再次以10℃/min的升温速率到410℃测试。测试结果如图2所示,其中图a和图b分别为实施例3制备的有机小分子电子传输材料的热失重曲线和差式扫描量热曲线图。
从图2a热失重曲线可以看出,有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ失重1%时的温度为430℃,具有较高的热稳定性。
由图2b差示扫描量热曲线表明,在第一轮加热过程中,有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ出现了明显的熔融峰,熔点为339℃。在第一轮降温和第二轮加热过程中,化合物DiNaAN-m-TRZ未出现结晶峰和熔融峰,而是在180℃出现了玻璃化转变。
(3)光物理性能
图3为实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱图。在图3中的吸收光谱中,根据吸收边可确定光学带隙为2.89eV。
(4)作为n-掺杂的电子传输材层,采用真空蒸镀法制得有机电致发光器件的表征
采用实施例3制备的有机小分子电子传输材料DiNaAN-m-TRZ n-掺杂Liq作为电子传输层,制备有机电致发光器件结构:ITO/OMET-P008:F4-TCNQ(100nm,4%)/NPB(20nm)/Bebq2:Ir(MDQ)2(acac)(40nm,5%)/DiNaAN-m-TRZ:Liq(30nm,1:1wt/wt)/Liq(1nm)/Al(200nm)。除有机小分子电子传输材料之外所用的其他有机材料可以商业化直接购买。其中,OMET-P008:F4-TCNQ作为空穴注入层(北京鼎材科技有限公司),NPB(N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)作为空穴传输层,Bebq2(双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍):Ir(MDQ)2(acac)((乙酰丙酮)双(2-甲基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱)作为发光层(红光磷光),Liq为8-羟基喹啉锂配合物。各材料的具体分子结构及对应的能级为:
有机电致发光器件详细制备过程如下:
将电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡(ITO)导电玻璃基片依次经去离子水、丙酮、洗涤剂、去离子水和异丙醇分别超声清洗20min。在烘箱干燥后,将上述处理过的ITO玻璃基片在3×10-4Pa的真空下,蒸镀各个有机功能层及金属Al阴极。薄膜厚度用Veeco Dektak150台阶仪测定。金属电极蒸镀的沉积速率及其厚度用Sycon Instrument的厚度/速度仪STM–100测定。有机电致发光器件的性能测试结果如图4~7所示。
图4为采用实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的电流密度-电压-亮度曲线图;图5为采用实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的电流效率-亮度曲线图;图6为采用实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的功率效率-亮度曲线图;图7为采用实施例3制备的有机电子传输材料DiNaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的亮度-时间曲线图。
如图4-6所示,以真空蒸镀方法制作的有机电致发光器件,采用电子传输材料DiNaAN-m-TRZ n-掺杂Liq作为电子传输层后,在1000cd·m-2的亮度下,红光磷光的电流效率和功率效率分别达到了13.4cd/A,10.0m/W。
初步器件稳定性测试表明(如图7),DiNaAN-m-TRZ制备的红光磷光器件,在恒电流驱动下,由起始亮度1000cd·m-2衰减至95%的时间约为198小时。
上述结果表明上述掺杂型电子传输材料DiNaAN-m-TRZ可获得高发光效率和高稳定性。
实施例4
本实施例的有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ的结构式如下:
本实施例中所用萘基蒽基取代化合物9-溴-10-(萘-2-基)蒽可购买得到,有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ的制备方法,包括以下步骤:
在N2气氛下,将四(三苯基膦)钯(80mg,0.069mmol)加入到2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪(3.4g,7.83mmol)与9-溴-10-(萘-2-基)蒽(3.0g,7.83mmol)、乙醇(8mL)和碳酸钾水溶液(2M,8mL)的甲苯(50mL)混合液中,在90℃下搅拌反应16小时;待反应结束后,向反应混合物加入蒸馏水分离甲苯层,然后用二氯甲烷萃取水层,将萃取后所得有机层用无水硫酸镁干燥后过滤,再减压蒸馏除去二氯甲烷,最后将得到的粗产物用柱层析法分离,分离所用洗脱剂为石油醚和二氯甲烷(3:1v/v)的混合溶剂,得到淡黄色固体(NaAN-m-TRZ),产率88%(4.2g)。
下面对实施例4制备的作为有机小分子电子传输材料的含萘基蒽基取代的三嗪衍生物NaAN-m-TRZ进行结构表征和性能测试:
(1)核磁共振氢谱
图8为实施例4的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的核磁共振氢谱。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.01(d,J=7.8Hz,1H),8.93(d,J=1.6Hz,1H),8.79–8.70(m,4H),8.11(dd,J=8.3,3.6Hz,1H),8.06–8.01(m,2H),7.94(dd,J=8.9,4.6Hz,1H),7.85(t,J=7.6Hz,1H),7.77(m,5H),7.70–7.65(m,1H),7.65–7.49(m,8H),7.35(m,4H).
(2)热学性质
热失重分析(TGA)是在TGA2050(TA instruments)热重分析仪上通氮气保护以20℃/min的升温速率测定的;差示扫描量热分析(DSC)使用NETZSCH DSC204F1热分析仪,在氮气保护下,从-30℃开始以10℃/min的升温速率到335℃,然后以20℃/min降温到-30℃,恒温5min,再次以10℃/min的升温速率到335℃测试。测试结果如图9所示,其中图a和图b分别为实施例4制备的有机小分子电子传输材料的热失重曲线和差式扫描量热曲线。
从图9a热失重曲线可以看出,有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ失重1%时的温度为353℃,具有较高的热稳定性。
由图9b差示扫描量热曲线表明,在第一轮加热过程中,有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ出现了明显的熔融峰,对应的熔点为339℃。在第二轮加热过程中有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ出现了明显的结晶峰和熔融峰,结晶温度为230℃,熔点为337℃。此外NaAN-m-TRZ表现出明显的玻璃化转变,对应的玻璃化转变温度为158℃。
(3)光物理性能
图10为实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱图。从图10中的吸收光谱中,根据吸收边可确定光学带隙为2.91eV。
(5)作为n-掺杂的电子传输材层,采用真空蒸镀法的有机电致发光器件的表征
采用实施例4制备的有机小分子电子传输材料NaAN-m-TRZ n-掺杂Liq作为电子传输层,制备有机电致发光器件结构:ITO/OMET-P008:F4-TCNQ(100nm,4%)/NPB(20nm)/Bebq2:Ir(MDQ)2(acac)(40nm,5%)/NaAN-m-TRZ:Liq(30nm,1:1wt/wt)/Liq(1nm)/Al(200nm)。其中,除有机电子传输材料之外所用的其他有机材料可以商业化直接购买。
器件详细制备过程与实施例3相同,有机电致发光器件的性能测试结果如图11~14所示。
图11为采用实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的电流密度-电压-亮度曲线图;图12为采用实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的电流效率-亮度曲线图;图13为采用实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的功率效率-亮度曲线图;图14为采用实施例4制备的有机电子传输材料NaAN-m-TRZ的红光磷光有机电致发光器件的亮度-时间曲线图。
如图11-13所示,以真空蒸镀方法制作的有机电致发光器件,采用电子传输材料NaAN-m-TRZ n-掺杂Liq作为电子传输层后,在1000cd·m-2的亮度下,红光磷光的电流效率和功率效率分别达到了12.7cd/A,9.1m/W。
初步器件稳定性测试表明(如图14),NaAN-m-TRZ制备的红光磷光器件,在恒电流驱动下,由起始亮度1000cd·m-2衰减至95%的时间约为367小时。
上述结果表明上述掺杂型电子传输材料NaAN-m-TRZ可获得高发光效率和高稳定性。
在同样的OLED器件结构中,在1000cd·m-2的亮度下,基于市售的Phen-NaDPO(one-material公司)的红光磷光器件的电流效率和功率效率分别为9.4cd/A,5.9lm/W;在恒电流驱动下,由起始亮度1000cd·m-2衰减至95%的时间约为232小时。本发明制得的DiNaAN-m-TRZ和NaAN-m-TRZ的电流和功率效率均高于Phen-NaDPO,而NaAN-m-TRZ的稳定性高于Phen-NaDPO。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.含萘基蒽基取代的三嗪衍生物,其特征在于,其结构式如以下化合物(1)~(8)所示:
2.一种根据权利要求1所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在催化体系1中,将含硼酸酯的中间产物与二溴吡啶混合后进行偶联反应,反应结束后经后处理,得到萘基蒽基取代化合物;
(2)在催化体系2中,将2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪与萘基蒽基取代化合物混合后进行偶联反应,将所得反应产物经后处理,得到含萘基蒽基取代的三嗪衍生物;
其中,步骤(1)所述含硼酸酯的中间产物为下述式I或式II中的一种:
3.根据权利要求2所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于,
所述式I的制备方法为:将钯催化剂、碱性化合物、2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽与双戊酰二硼混合后进行反应,反应结束后经后续处理,得到式I结构的含有硼酸酯的中间产物;
所述式II的制备方法为:将2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷、正丁基锂与9-溴-10-(萘-2-基)蒽混合后进行反应,反应结束后经后续处理,得到式II结构的含硼酸酯的中间产物。
4.根据权利要求3所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于:
式I的制备方法中,所述钯催化剂为双(三苯基膦)二氯化钯、[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和双(二亚苄基丙酮)钯中的至少一种;所述碱性化合物为醋酸钾;所述2-溴-9,10-二(萘-2-基)蒽、双戊酰二硼、钯催化剂与碱性化合物的摩尔比为1:(1.3~1.5):(0.01~0.03):(2~4);
式I的制备方法中,所述反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~95℃反应3~4h。
5.根据权利要求3所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于,所述式II的制备方法为:
在保护性氛围下,将9-溴-10-(萘-2-基)蒽溶于有机溶剂中,然后降温至-70~-78℃,加入正丁基锂混合均匀后,再加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷混合均匀,然后升温至室温后继续反应8~16h;
所述9-溴-10-(萘-2-基)蒽、正丁基锂与2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷的摩尔比为1:(1.1~1.3):(1.3~1.5)。
6.根据权利要求2所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于:
步骤(1)所述二溴吡啶为2,5-二溴吡啶,2,6-二溴吡啶和3,5-二溴吡啶中的一种;
步骤(1)所述催化体系1由催化剂、碱性化合物水溶液和相转移剂组成;
其中,所述催化剂为钯催化剂;所述碱性化合物水溶液为碳酸钠水溶液;所述相转移剂为乙醇;
所述钯催化剂与碱性化合物的摩尔比为(0.01~0.03):(2~3);所述碱性化合物水溶液的浓度为1.5~2.5mol/L,其与相转移剂的体积比为1:(0.6~1.5)。
7.根据权利要求6所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于:
步骤(1)所述含硼酸酯的中间产物、二溴吡啶、钯催化剂、碱性化合物的摩尔比为1:(1.0~1.1):(0.01~0.03):(2~3)。
8.根据权利要求2所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于:
步骤(2)所述催化体系2由催化剂、碱性化合物水溶液和相转移剂组成;
所述催化剂为钯催化剂;所述碱性化合物水溶液为碳酸钾水溶液和碳酸钠水溶液中的至少一种;所述相转移剂为乙醇;
步骤(2)所述催化剂、碱性化合物和相转移剂的摩尔比为0.03~0.09:4~10:4~10;
步骤(2)所述2,4-二苯基-6-(3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)苯基)-1,3,5-三嗪与萘基蒽基取代化合物与碱性化合物的摩尔比为(0.9~1.1):1:(1.5~2.3)。
9.根据权利要求2所述含萘基蒽基取代的三嗪衍生物的制备方法,其特征在于:
步骤(1)所述偶联反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~90℃反应10~12h;
步骤(2)中所述偶联反应以有机溶剂为反应介质,反应条件为在70~110℃反应8~24h。
10.根据权利要求1所述具有高玻璃化转变温度的萘基蒽基取代三嗪衍生物在有机电致发光器件中的应用。
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