CN111187301B - 一类聚集诱导发光铱配合物的制法及应用 - Google Patents

一类聚集诱导发光铱配合物的制法及应用 Download PDF

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Abstract

一类聚集诱导发光铱配合物的制法及应用,其属于磷光材料领域。本发明以2‑苯基吡啶衍生物为环金属配体,以2,2'二联吡啶为辅助配体制备了六个铱配合物,对其光物理性质的研究表明,本发明制备的铱配合物均具有明显的聚集诱导发光性质,其在磷光材料领域有重要的应用价值。

Description

一类聚集诱导发光铱配合物的制法及应用
技术领域
本发明涉及六个具有聚集诱导发光性质的环金属铱配合物的制法及应用,其属于磷光材料领域。
背景技术
传统荧光分子通常在稀溶液中具有强烈荧光,在高浓度下荧光会减弱甚至猝灭。2001年,唐本忠等发现一类有机小分子在稀溶液中基本没有荧光,而在聚集状态时呈现明亮的荧光发射(Chem. Commun., 2001, 18, 1740-1741),他们将这一新的现象称为聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission,简写AIE)。聚集诱导发光现象的发现为解决聚集导致发光猝灭这一重大科学问题提供了一条有效的思路,极大地推动了高效率固态发光材料的应用和发展。迄今,见诸文献的AIE分子大多为纯有机小分子,基于过渡金属配合物的新型聚集诱导磷光发射(Aggregation-Induced Phosphorescent Emission,简写AIPE)的材料相对较少。环金属铱配合物作为一种磷光材料,已广泛应用于OLED (Small, 2017,1603780; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 3298-3309),光动力治疗(Adv. Sci., 2019,1802050,细胞成像(Chem. Commun., 2013, 49, 11095-11097; J. Mater. Chem. C,2014, 2, 5615-5628)等领域。因此,创制具有优良的聚集诱导发光性质的铱配合物具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供具有聚集诱导发光性质的铱配合物Ir1-Ir6的制备方法及其聚集诱导发光性质。
本发明采用的技术方案是:铱配合物Ir1-Ir6的制备方法是,由2-溴吡啶衍生物与4-溴苯硼酸作为反应物合成中间体,再由中间体与芳基硼酸衍生物合成的环金属配体与2,2'-二联吡啶同时与铱金属离子配位,最后经过置换阴离子合成,其结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所述环金属配体与铱配合物Ir1-Ir6的制备方法,具体合成步骤如下:
(1) 环金属配体中间体的合成:在空气中,向圆底烧瓶中依次加入2-溴吡啶衍生物1.0 mmol、4-溴苯硼酸(1.5 equiv.)、碳酸钾(2.0 equiv.)、醋酸钯(1.5% equiv.),然后加入体积比为3:1的乙醇-水混合溶液8 mL,在80 ℃下磁力搅拌进行Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,减压浓缩,经柱层析分离,制得环金属配体中间体。
(2) 环金属配体的合成:在空气中,向圆底烧瓶中依次加入环金属配体中间体1.0mmol、芳基硼酸衍生物(1.5 equiv.)、碳酸钾(2.0 equiv.)、醋酸钯(1.5% equiv.),然后加入体积比为3:1的乙醇-水混合溶液8 mL,在80 ℃磁力搅拌进行Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,减压浓缩,经柱层析分离,制得环金属配体。
(3) 铱配合物的合成:向圆底烧瓶中加入IrCl3·3H2O和2.5当量的环金属配体,在分别除氧的体积比为3:1的乙二醇单乙醚/水混合溶液中,N2保护条件下,于120 ℃磁力搅拌反应24 h,反应结束后,减压浓缩反应液,得到二氯桥中间产物。将二氯桥中间产物、3.0当量的2,2'-二联吡啶加入圆底烧瓶中,以乙二醇单乙醚为溶剂,在氮气氛围下,于120 ℃加热回流24 h。反应结束后,冷却至室温,再加入20 mL KPF6饱和水溶液,室温搅拌12 h。将反应液用二氯甲烷萃取,减压浓缩得粗产品,以二氯甲烷/石油醚为洗脱剂,经柱层析分离,纯化得到目标产物,产物结构通过1H NMR和高分辨质谱鉴定。
上述铱配合物包括下列衍生物:
化合物Ir1:环金属配体选自2-(4-联苯基)吡啶;
化合物Ir2:环金属配体选自2-(4-联苯基)-5-氟吡啶;
化合物Ir3:环金属配体选自2-(4-(2-氟苯基)苯基)吡啶;
化合物Ir4:环金属配体选自2-(4-(4-氟苯基)苯基)吡啶;
化合物Ir5:环金属配体选自2-(4-(2,4-二氟苯基)苯基)吡啶;
化合物Ir6:环金属配体选自2-(4-(4-N,N-二苯基苯基)苯基)-5-三氟甲基吡啶;
本发明的有益效果:本申请以Suzuki交叉偶联反应合成环金属配体的方法环境友好、简便高效。不同取代基修饰的环金属铱配合物通过模块化设计,可获得具有优良聚集诱导发光性质的铱配合物。化合物Ir1-Ir5在乙腈/水混合溶液中,随着不良溶剂水含量的增加,化合物的发光先逐渐降低,水含量为80%时发射峰蓝移并且发射强度增加,至水含量为90%时发射强度达到最大。该结果表明化合物Ir1-Ir5具有优良的聚集诱导发光性质。化合物Ir6在乙腈/水混合溶液中,随着不良溶剂水含量的增加,化合物开始时发光非常微弱,当水含量为70%时发射强度达到最高,当含水量再提高时发射强度又逐渐降低。该结果表明化合物Ir6具有优良的聚集诱导发光性质。
附图说明
图1是化合物Ir1在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 × 10-5 mol/L)。
图2是化合物Ir2在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 × 10-5 mol/L)。
图3是化合物Ir3在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 ×10-5 mol/L)。
图4是化合物Ir4在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 × 10-5 mol/L)。
图5是化合物Ir5在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 ×10-5 mol/L)。
图6是化合物Ir6在不同水含量下的发射光谱图(溶剂为乙腈/水,5 ×10-5 mol/L)。
具体实施方式
实施例1 化合物Ir1的合成
(1) 环金属配体中间体的合成:
在空气中,向圆底烧瓶中依次加入2-溴吡啶1.0 mmol、4-溴苯硼酸(1.5 equiv.)、碳酸钾(2.0 equiv.)、醋酸钯(1.5% equiv.),然后加入体积比为3:1的乙醇-水混合溶液8mL,在80 ℃下磁力搅拌进行Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后,加入饱和食盐水20 mL,用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,减压浓缩,经柱层析分离,制得环金属配体中间体,产率65%。
(2) 环金属配体的合成:
在空气中,向圆底烧瓶中依次加入环金属配体中间体1.0 mmol、苯硼酸(1.5equiv.)、碳酸钾(2.0 equiv.)、醋酸钯(1.5% equiv.),然后加入体积比为3:1的乙醇-水混合溶液8 mL,在80 ℃磁力搅拌进行Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后,加入饱和食盐水20 mL,用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,减压浓缩,经柱层析分离,制得环金属配体,产率95%。
(3) 铱配合物的合成:
向圆底烧瓶中加入IrCl3·3H2O和2.5当量的C^N型环金属配体,在分别除氧的体积比为3:1的乙二醇单乙醚/水混合溶液中,N2保护条件下,于120 ℃磁力搅拌,反应24 h,反应结束后,减压浓缩反应液,得到二氯桥中间产物。将二氯桥中间产物、3.0当量的2,2'-二联吡啶加入圆底烧瓶中,以乙二醇单乙醚为溶剂,在氮气氛围下,于120 ℃加热回流24 h。反应结束后,冷却至室温,再加入20 mL KPF6饱和水溶液,室温搅拌12 h。将反应液用二氯甲烷萃取,减压浓缩得粗产品,以二氯甲烷/石油醚为洗脱剂,经柱层析分离,纯化得到目标产物,产率85%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6) δ8.91 (d, J = 8.1 Hz,2H), 8.43 - 8.22 (m, 4H), 8.00 (dd, J = 11.8, 9.6 Hz, 6H), 7.73 (t, J = 5.2Hz, 4H), 7.46 - 7.25 (m, 12H), 7.24 - 7.12 (m, 2H), 6.44 (s, 2H). HRMS(MALDI-TOF, m/z):计算值:C44H32N4Ir [M - PF6]+ 809.2256,实测值:809.2253; 计算值:C34H24N2Ir [M - PF6 - bpy ]+ 653.1563,实测值:653.1936。
实施例2 化合物Ir2的合成
实施例2与实施例1的制备方法相同,不同之处在于:实施例2中环金属配体中间体的合成中所用的2-溴吡啶衍生物为2-溴-5-氟吡啶。
产率90%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6) δ 8.90 (d, J = 8.0Hz, 2H), 8.43 (s, 2H), 8.29 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 8.07 (t, J = 8.2 Hz, 2H),8.03 - 7.93 (m, 4H), 7.71 (s, 4H), 7.46 - 7.24 (m, 12H), 6.44 (s, 2H). HRMS(LTQ, m/z):实测值:C44H30N4F2Ir [M - PF6]+ 845.2068,实测值:845.2044。
实施例3 化合物Ir3的合成
实施例3与实施例1的制备方法相同,不同之处在于:实施例3中环金属配体的合成中所用的芳基硼酸衍生物为2-氟苯硼酸。
产率92%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 8.91 (d, J = 8.2Hz, 2H), 8.34 - 8.26 (m, 4H), 8.05 - 7.93 (m, 6H), 7.74 (dd, J = 9.6, 3.6 Hz,2H), 7.69 (d, J = 5.4 Hz, 2H), 7.35 - 7.27 (m, 4H), 7.20 (td, J = 13.5, 7.6Hz, 8H), 6.42 (t, J = 1.8 Hz, 2H). HRMS (LTQ, m/z):计算值:C44H30N4F2Ir [M -PF6]+ 845.2068,实测值:845.2051。
实施例4 化合物Ir4的合成
实施例4与实施例1的制备方法相同,不同之处在于:实施例4中环金属配体的合成中所用的芳基硼酸衍生物为4-氟苯硼酸。
产率90%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 8.91 (d, J = 8.2Hz, 2H), 8.41 - 8.22 (m, 4H), 8.07 - 7.93 (m, 6H), 7.73 (t, J = 6.3 Hz, 4H),7.38 - 7.26 (m, 6H), 7.26 - 7.14 (m, 6H), 6.39 (d, J = 1.7 Hz, 2H). HRMS(LTQ, m/z):计算值:C44H30N4F2Ir [M - PF6]+ 845.2068,实测值:845.2075。
实施例5 化合物Ir5的合成
实施例5与实施例1的制备方法相同,不同之处在于:实施例5中环金属配体的合成中所用的芳基硼酸衍生物为2,4-二氟苯硼酸。
产率84%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6) δ8.91 (d, J = 8.1Hz, 2H), 8.30 (dd, J = 12.4, 8.1 Hz, 4H), 8.03 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.97 (t,J = 7.8 Hz, 4H), 7.80 - 7.72 (m, 2H), 7.69 (d, J = 5.4 Hz, 2H), 7.38 (dd, J =16.0, 7.9 Hz, 2H), 7.22 (dt, J = 14.0, 9.0 Hz, 6H), 7.11 (t, J = 8.4 Hz, 2H),6.39 (s, 2H). HRMS (MALDI-TOF, m/z):计算值:C44H28N4F4Ir [M - PF6]+ 881.1880,实测值:881.1851;计算值:C34H20N2F4Ir [M - PF6 - bpy ]+ 725.1186,实测值:725.1399。
实施例6 化合物Ir6的合成
实施例6与实施例1的制备方法相同,不同之处在于:实施例6中环金属配体中间体的合成中所用的2-溴吡啶衍生物为2-溴-5-三氟甲基吡啶,环金属配体的合成中所用的芳基硼酸衍生物为4-硼酸三苯胺。
产率90%,结构表征数据如下:1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 8.92 (d, J = 8.2Hz, 2H), 8.53 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 8.43 - 8.27 (m, 4H), 8.12 (d, J = 8.2 Hz,2H), 8.03 (d, J = 5.0 Hz, 2H), 7.80 - 7.73 (m, 2H), 7.71 (s, 2H), 7.41 (d, J= 8.0 Hz, 2H), 7.31 (dd, J = 15.6, 8.0 Hz, 12H), 7.08 (t, J = 7.2 Hz, 4H),7.02 (d, J = 7.8 Hz, 8H), 6.90 (d, J = 8.3 Hz, 4H), 6.40 (s, 2H). HRMS(MALDI-TOF, m/z):计算值:C70H48F6N6Ir [M - PF6]+ 1279.3468,实测值:1279.3491;计算值:C60H40F6N4Ir [M - PF6 - bpy ]+ 1123.2781,实测值:1123.3405。
实施例7 化合物Ir1-Ir5的AIE性质测试
将化合物Ir1-Ir5溶于乙腈中配制成浓度为5 × 10-4 mol/L的溶液。再将乙腈溶解的样品溶液、乙腈和水按照不同体积比混合,形成含水量不同的混合溶液(浓度为5 ×10-5 mol/L),随后用氮气除氧后测试其发射光谱。图1-图5的结果表明,在乙腈/水混合溶液中,随着不良溶剂水含量的增加,化合物的发光先逐渐降低,水含量为80%时发射峰蓝移并且发射强度增加,至水含量为90%时发射强度达到最大。该结果表明化合物Ir1-Ir5具有优良的聚集诱导发光性质。
实施例8 化合物Ir6的AIE性质测试
将化合物Ir6溶于乙腈中配制成浓度为5 × 10-4 mol/L的溶液。再将乙腈溶解的样品溶液、乙腈和水按照不同体积比混合,形成含水量不同的混合溶液(浓度为5 × 10-5mol/L),随后用氮气除氧后测试其发射光谱。图6的结果表明,在乙腈/水混合溶液中,随着不良溶剂水含量的增加,化合物开始时发光非常微弱,当水含量为70%时发射强度达到最高,当含水量再提高时发射强度又逐渐降低。该结果表明化合物Ir6具有优良的聚集诱导发光性质。

Claims (3)

1.一类聚集诱导发光的铱配合物,其特征在于:铱配合物由以2-苯基吡啶衍生物为环金属配体和2,2’-联吡啶为辅助配体与铱金属离子配位形成,其结构如下:
Figure 35397DEST_PATH_IMAGE001
Figure 280433DEST_PATH_IMAGE002
所述2-苯基吡啶衍生物选自2-(4-联苯基)-5-氟吡啶、2-(4-(2-氟苯基)苯基)吡啶、2-(4-(2,4-二氟苯基)苯基)吡啶或2-(4-(4-N,N-二苯基苯基)苯基)-5-三氟甲基吡啶。
2.根据权利要求1所述的一类聚集诱导发光的铱配合物的制备方法,其特征在于:所述铱配合物的合成步骤如下:
(1) 环金属配体中间体的合成:以2-溴吡啶衍生物与4-溴苯硼酸作为反应物,碳酸钾为碱,醋酸钯为催化剂,在无外加配体的条件下,于空气中及80℃下发生Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后,经柱层析分离得到环金属配体中间体;
(2) 环金属配体的合成:以环金属配体中间体与芳基硼酸衍生物作为反应物,碳酸钾为碱,醋酸钯为催化剂,在无外加配体的条件下,于空气中及80℃下发生Suzuki交叉偶联反应,由薄层色谱法跟踪反应进程,反应完全后,经柱层析分离得到环金属配体2-苯基吡啶衍生物; 2-苯基吡啶衍生物选自2-(4-联苯基)-5-氟吡啶、2-(4-(2-氟苯基)苯基)吡啶、2-(4-(2,4-二氟苯基)苯基)吡啶或2-(4-(4-N,N-二苯基苯基)苯基)-5-三氟甲基吡啶;
(3) 铱配合物的合成:向圆底烧瓶中加入IrCl3·3H2O和2.5当量的环金属配体,在体积比为3:1的乙二醇单乙醚/水混合溶液中,N2保护条件下,于120 ℃磁力搅拌,反应24 h,反应结束后,减压浓缩反应液,得到二氯桥中间产物;将二氯桥中间产物、3.0当量的2,2'-联吡啶加入圆底烧瓶中,在氮气氛围下,于120 ℃加热回流24 h;反应结束后,冷却至室温,再加入20 mL KPF6饱和水溶液,室温搅拌12 h;将反应液用二氯甲烷萃取,将收集的有机相减压浓缩得粗产品,以二氯甲烷/石油醚为洗脱剂,经柱层析分离,纯化得到目标产物。
3.根据权利要求1所述的一类聚集诱导发光的铱配合物的应用,其特征在于:所述铱配合物应用于磷光材料领域。
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