CN112500435B - 一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物及其制备方法和有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及化学及发光化合物技术领域,具体是一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物及其制备方法和有机电致发光器件。
背景技术
2002~2005年是有机发光二极管的成长阶段,这个阶段人们已能广泛接触到带有有机发光二极管的产品,包括车载显示器,PDA、手机、DVD、数码相机、头盔用微显示器和家电产品。有机发光二极管产品正式走入市场,主要是进入传统LCD、VFD等显示领域。这一时期仍以无源驱动、单色或多色显示、10英寸以下面板为主,但有源驱动的、全彩色和10英寸以上面板也开始投入使用。2005年以后,有机发光二极管的成熟阶段,随着有机发光二极管产业化技术的日渐成熟,有机发光二极管开始全面出击显示器市场并拓展属于自己的应用领域,有机发光二极管各项技术上的优势得到充分发掘和发挥。有机发光二极管产业化已经开始,现在正是OLED技术走向成熟和市场需求高速增长的阶段。
尽管现在市面上有许多关于高效重金属磷光体的新发现,但是其驱动电压偏高、寿命偏短、发光效率偏低;因此,提供一种具备更小的电压,并具有更长寿命和更高的发光效率有机磷发光化合物及有机电致发光器件是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,其结构通式为式I:
式中,X选自连接键、-O-、-S-、-SO2-、-C(R3)(R4)-、-N(R5)-、-Si(R6)(R7)-、-Sn(R8)(R9)-和-Ge(R10)(R11)中的一种;
n取2或3;
R1、R2各自独立地选自氢、氘、卤素、氰基、羧基、硝基、羟基、磺酸基、磷酸基、硼烷基、经取代或未经取代的(C1-C30)烷基、经取代或未经取代的(C2-C30)烯基、经取代或未经取代的(C2-C30)炔基、经取代或未经取代的(C3-C30)环烷基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂环烷基、取代或未经取代的(C6-C30)芳基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂芳基、经取代或未经取代的(C1-C30)烷氧基、经取代或未经取代的(C6-C30)芳基氨基、取代或未经取代的(C6-C30)芳氧基中的至少一种;
R3~R11各自独立地选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、经取代或未经取代的(C3-C30)环烷基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂环烷基、经取代或未经取代的(C6-C30)芳基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂芳基中的至少一种;
Ar表示经取代或未经取代的(C6-C30)芳基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂芳基、经取代或未经取代的(C6-C30)芳基氨基、经取代或未经取代的(3元-30元)杂芳基氨基中的至少一种;
R12~R19各自独立地选自氢、氘、卤素、氰基、经取代或未经取代的C1~C8烷基、经取代或未经取代的C3~C15的环烷基、经取代或未经取代的C6~C18芳基中的至少一种。
优选的,R12、R13、R17、R19各自独立地为无取代基、单取代基、二取代基、三取代基、四取代基中的一种;R14、R15、R16各自独立地为无取代基或单取代基;R18为无取代基、单取代基、二取代基中的一种。
优选的,R1、R2各自独立地选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、经取代或未经取代的(C1-C15)烷基、经取代或未经取代的(C3-C20)环烷基、经取代或未经取代的(3元-15元)杂环烷基、经取代或未经取代的(C6-C20)芳基、经取代或未经取代的(3元-15元)杂芳基中的至少一种。
优选的,Ar表示经取代或未经取代的(C6-C15)芳基、经取代或未经取代的(3元-20元)杂芳基中的至少一种。
优选的,杂环烷基、杂芳基、杂芳基氨基中的杂原子各种独立地选自氧、氮、硫中的至少一种。
优选的,所述发光化合物的化学结构式为式1~式80中的任一种:
需要说明的是,在上述技术方案中,术语“经取代或未经取代的”意指被选自以下的一个、两个或更多个取代基取代:氘;卤素基团;腈基;羟基;羰基;酯基;甲硅烷基;硼基;经取代或未经取代的烷基;经取代或未经取代的环烷基;经取代或未经取代的烷氧基;经取代或未经取代的烯基;经取代或未经取代的烷基胺基;经取代或未经取代的杂环基胺基;经取代或未经取代的芳基胺基;经取代或未经取代的芳基;和经取代或未经取代的杂环基,或者被以上所示的取代基中的两个或更多个取代基相连接的取代基取代,或者不具有取代基。例如,“两个或更多个取代基相连接的取代基”可以包括联苯基。换言之,联苯基可以为芳基,或者可以解释为两个苯基相连接的取代基。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的发光化合物的制备方法,其包括以下步骤:
在保护气氛下,将原料A与三氯化铱加入到乙二醇乙醚和水的混合溶剂中进行加热反应,生成桥联配体B;
在保护气氛下,将桥联配体B与三氟甲烷磺酸银加入到二氯甲烷和甲醇的混合溶剂中进行加热反应,生成侨联配体C;
在保护气氛下,将桥联配体C、原料D、乙二醇乙醚和碳酸钾进行反应,得到所述的发光化合物;
式中,“OTf-”为三氟甲烷磺酸阴离子。
优选的,原料A与三氯化铱的摩尔比为(2.0~3.0):1;乙二醇乙醚与水的体积比为3:1;原料A与三氯化铱的反应温度为100℃~120℃;反应时间24h~36h。
桥联配体B与三氟甲烷磺酸银的摩尔比1:(2~2.5);二氯甲烷和甲醇的体积比为(3~5):1;桥联配体B与三氟甲烷磺酸银的反应温度为35℃~60℃;反应时间24h~36h。
原料D与桥联配体C的摩尔比为(2.5~3):1,乙二醇乙醚体积是原料D质量的10~30倍;原料D与桥联配体C的反应温度为80℃~120℃;反应时间24h~32h。
更为优选的,上述制备方法的合成路线如下:
其具体包括如下步骤:
步骤1:在N2保护下,称取原料A、IrCl3·3H2O,乙二醇乙醚和水,分别加入到反应体系中,120℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,有沉淀物析出,进行减压抽滤,依次用水、无水乙醇、石油醚淋洗、烘干,得到粉末状的桥联配体B;
步骤2:在N2保护下,称取桥联配体B,加入三氟甲烷磺酸银,再向体系中加入二氯甲烷、甲醇溶液,55℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,烘干,得到粉末状的桥联配体C;
步骤3:在N2保护下,称取桥联配体C、原料D,K2CO3,乙二醇乙醚分别加入到反应体系,升高温度至120℃,加热回流24h,冷却至室温,抽滤,醇洗,烘干,并以二氯甲烷做溶剂,用硅胶柱层析,滤液浓缩固体析出,即得到目标产物—发光化合物。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述发光化合物在制备有机电致发光器件中的应用。
本发明实施例的另一目的在于提供一种有机电致发光器件,其包括阳极、阴极以及至少一层设置在所述阳极和所述阴极之间的有机物层,所述的有机物层包含上述的发光化合物。
所述阳极的种类没有特殊限制,为本领域技术人员熟知的常规阳极即可,更优选为ITO(氧化铟锡)、氧化锡、氧化锌、氧化铟中的一种。所述阳极的厚度优选为所述阴极的种类没有特殊限制,为本领域技术人员熟知的常规阴极即可,更优选为Al、Li、Na、K、Mg、Ca、Au、Ag、Pb中的一种。
优选的,所述有机物层包括发光层;所述发光层包括主体材料和掺杂材料;所述掺杂材料部分或全部包含所述的发光化合物。
所述主体材料优选为4,4'-N,N'-联苯二咔唑(CBP)、八羟基喹啉(Alq3)、金属苯氧基苯并噻唑化合物、聚芴、芳族稠环、锌络合物中的一种或几种。所述掺杂材料在所述发光层中的质量比优选为0.5%~15%。所述发光层的厚度优选
此外,有机物层还可以包括其它功能层,其它功能层具体可选自以下功能层中的一种或几种:空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、空穴注入-空穴传输功能层(即兼具空穴注入及空穴传输功能)、电子阻挡层(EBL)、空穴阻挡层(HBL)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)、电子传输-电子注入功能层(即兼具电子传输及电子注入功能)。
上述各个功能层的种类没有特殊限制,为本领域技术人员熟知的常规功能层即可。优选的:所述空穴注入层为2-TNATA(即N1-(2-萘基)-N4,N4-二(4-(2-萘基(苯基)氨基)苯基)-N1-苯基苯-1,4-二胺)、酞菁和卟啉化合物、星爆三芳基胺、导电聚合物、n型半导电有机络合物、金属有机络合物中的一种;所述空穴注入层的厚度优选为所述空穴传输层为NPB(即N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)、TPD(即N,N'-二苯基-N,N'-(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)、PAPB(即N,N'-双(菲-9-基)-N,N'-二苯基联苯胺)芳基胺咔唑化合物、吲哚并咔唑化合物中的一种;所述空穴传输层的厚度优选为所述电子传输层为Alq3、香豆素6号、三唑衍生物、唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、芴酮衍生物、蒽酮衍生物中的一种;所述电子传输层的厚度优选为 所述电子注入层为LiF、CsF、Li2O、Al2O3、MgO中的一种;所述电子注入层的厚度优选为0.1~10nm。
在本发明实施例中,可通过溶液涂覆法和真空沉积法的方式形成上述各种功能层。溶液涂覆法意指旋涂、浸涂、喷墨印刷、丝网印刷、喷洒法等,但不限于此。
另外,上述的有机电致发光器件可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)等上,但不限于此。
与现有技术相比,本发明实施例的有益效果是:
本发明实施例提供的一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,基于二苯并含氮七元杂环类化合物具有高电负性和富电子基团,且具有刚性特征的稠环结构,使得本公开的化合物促进分子间的电荷跃迁。通过调节取代基的位置或取代基的活性,使得到的磷光铱配合物的波长发生明显的红移或蓝移;同时,增加了分子量,分子间不易结晶、不易聚集,使材料具有较高的光热稳定性。另一方面,增加此种分子间堆叠,则更容易实现水平分子取向,从而使得能够实现快速电子流特征。加之与具有刚性结构且体积更大的七元杂环基团结合,得到的磷光铱配合物在用于有机电致发光器件后,使得器件的最大外量子效率得到提高,磷光寿命得到延迟,驱动电压得到降低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中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。
实施例1
该实施例提供了一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,其制备方法如下:
S1、在N2保护下,称取原料A-6(60.00mmol)、IrCl3·3H2O(20.00mmol),加入100.00mL乙二醇乙醚和30.00mL水的混合溶液中,于120℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,有沉淀物析出,进行减压抽滤,依次用水、无水乙醇、石油醚淋洗、烘干,得到粉末状的桥联配体B-6(10.26g,产率:60.04%);
S2、在N2保护下,称取桥联配体B-6(5.85mmol),加入三氟甲烷磺酸银(11.70mmol),再向体系中加入100.00mL二氯甲烷、30.00mL甲醇溶液,55℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,烘干,得到粉末状的桥联配体C-6(9.00g,产率87.25%);
其中,柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取500g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:1,使用该洗脱剂对其进行纯化。
S3、在N2保护下,称取桥联配体C-6(10.20mmol)、原料D-6(30.60mmol),K2CO3(45.90mmol),加入180.00mL乙二醇乙醚溶液,升高温度至90℃,加热回流24h,冷却至室温,进行抽滤、醇洗和烘干,再用二氯甲烷做溶剂,进行硅胶柱层析,滤液浓缩至固体析出,即得到目标产物—发光化合物-6(5.50g,产率:55.43%)。
其中,硅胶柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取400g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:8,使用该洗脱剂对其进行纯化。
对上述发光化合物进行检测分析,具体结果如下:
HPLC纯度:大于99%;
质谱:计算值为973.21,测试值为;973.19
元素分析:
计算值C,68.02;H,4.57;Ir,19.79;N,4.33;O,3.29;
测试值C,68.01;H,4.58;Ir,19.78;N,4.35;O,3.28。
实施例2
该实施例提供了一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,其制备方法如下:
S1、在氮气保护体系下,称取原料A-44(60.00mmol)、IrC13·3H2O(20.00mmol),加入240.00mL乙二醇乙醚和80.00mL水的混合溶液中,于120℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,有沉淀物析出,进行减压抽滤,依次用水、无水乙醇、石油醚淋洗、烘干,得到粉末状的桥联配体B-6(12.60g,产率:59.64%);
S2、在N2保护下,称取桥联配体B-44(5.68mmol),加入三氟甲烷磺酸银(11.36mmol),再向体系中加入90.00mL二氯甲烷、30.00mL甲醇溶液,55℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,烘干,得到粉末状的桥联配体C-44(10.76g,产率87.41%);
其中,柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取500g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:1,使用该洗脱剂对其进行纯化。
S3、在N2保护下,称取桥联配体C-6(9.23mmol)、原料D-44(27.69mmol),K2CO3(41.54mmol),加入360.00mL乙二醇乙醚溶液,升高温度至90℃,加热回流24h,冷却至室温,进行抽滤、醇洗和烘干,再用二氯甲烷做溶剂,进行硅胶柱层析,滤液浓缩至固体析出,即得到目标产物—发光化合物-44(6.75g,产率:55.61%)。
其中,硅胶柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取400g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:8,使用该洗脱剂对其进行纯化。
对上述发光化合物进行检测分析,具体结果如下:
HPLC纯度:>99%。
质谱测试:理论值为1313.50;测试值为1313.51。
元素分析:
计算值为:C,64.92;H,4.45;Ir,14.63;N,7.46;O,8.53;
测试值为:C,64.93;H,4.44;Ir,14.64;N,7.44;O,8.54。
实施例3
该实施例提供了一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,其制备方法如下:
S1、在氮气保护体系下,称取原料A-64(60.00mmol)、IrC13·3H2O(20.00mmol),加入210.00mL乙二醇乙醚和70.00mL水的混合溶液中,于120℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,有沉淀物析出,进行减压抽滤,依次用水、无水乙醇、石油醚淋洗、烘干,得到粉末状的桥联配体B-6(11.28g,产率:59.58%);
S2、在N2保护下,称取桥联配体B-64(5.81mmol),加入三氟甲烷磺酸银(11.62mmol),再向体系中加入90.00mL二氯甲烷、40.00mL甲醇溶液,55℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,烘干,得到粉末状的桥联配体C-64(9.90g,产率87.57%);
其中,柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取500g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:1,使用该洗脱剂对其进行纯化。
S3、在N2保护下,称取桥联配体C-64(9.25mmol)、原料D-64(27.75mmol),K2CO3(41.63mmol),加入240.00mL乙二醇乙醚溶液,升高温度至90℃,加热回流24h,冷却至室温,进行抽滤、醇洗和烘干,再用二氯甲烷做溶剂,进行硅胶柱层析,滤液浓缩至固体析出,即得到目标产物—发光化合物-64(5.34g,产率:55.67%)。
其中,硅胶柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取400g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:8,使用该洗脱剂对其进行纯化。
对上述发光化合物进行检测分析,具体结果如下:
HPLC纯度:>99%。
质谱测试:理论值为1036.25;测试值为1036.26。
元素分析:
计算值为:C,63.75;H,5.16;F,3.67;Ir,18.55;N,2.70;O,6.18;
测试值为:C,63.76;H,5.15;F,3.68;Ir,18.56;N,2.71;O,6.17。
实施例4
该实施例提供了一种含二苯并七元杂环结构的发光化合物,其制备方法如下:
S1、在氮气保护体系下,称取原料A-76(60.00mmol)、IrC13·3H2O(20.00mmol),加入210.00mL乙二醇乙醚和70.00mL水的混合溶液中,于120℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,有沉淀物析出,进行减压抽滤,依次用水、无水乙醇、石油醚淋洗、烘干,得到粉末状的桥联配体B-76(11.98g,产率:60.11%);
S2、在N2保护下,称取桥联配体B-76(5.52mmol),加入三氟甲烷磺酸银(11.04mmol),再向体系中加入90.00mL二氯甲烷、40.00mL甲醇溶液,55℃加热回流反应24h,然后冷却至室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,烘干,得到粉末状的桥联配体C-76(9.39g,产率87.49%);
其中,柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取500g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:1,使用该洗脱剂对其进行纯化。
S3、在N2保护下,称取桥联配体C-76(9.25mmol)、原料D-76(27.75mmol),K2CO3(41.63mmol),加入280.00mL乙二醇乙醚溶液,升高温度至90℃,加热回流24h,冷却至室温,进行抽滤、醇洗和烘干,再用二氯甲烷做溶剂,进行硅胶柱层析,滤液浓缩至固体析出,即得到目标产物—发光化合物-64(5.62g,产率:55.71%)。
其中,硅胶柱层析的条件为:溶剂选择二氯甲烷和石油醚,吸附剂为硅胶(200~300目)称取400g,加入石油醚充分搅拌至均匀再倒入柱子中,待硅胶沉实后,加入混合物,展开剂比例为二氯甲烷:石油醚=1:8,使用该洗脱剂对其进行纯化。
对上述发光化合物进行检测分析,具体结果如下:
HPLC纯度:大于99%;
质谱:计算值为1089.33,测试值为;1089.32。
元素分析:
计算值C,65.05;H,5.37;F,3.49;Ir,17.65;N,2.57;O,5.87;
测试值C,65.06;H,5.38;F,3.48;Ir,17.64;N,2.56;O,5.88。
实施例5~实施例10
因结构通式为发明内容中的化学式1的其他发光化合物的制备方法的合成路线和原理均与上述所列举的化合物实施例1相同,只需要将原料A和原料D分别替换为目标产物中的相应配体结构对应的原料,物料用量按照相应化学计量比相应调整即可得到相对应的发光化合物,所以在此不再穷举,本发明实施例参照实施例1至4的制备方法完成对发光化合物20,26,37,58,70,80的合成,其质谱、分子式、产率如表1所示。
表1
采用TMA4000对上述实施例合成的发光化合物测试其玻璃化转变温度(Tg),如表2所示:
表2
从表2中发光化合物的玻璃化转变温度可以看出,本发明实施例提供的发光化合物具有相对较高的热转变温度,说明发光化合物具有较高的热稳定性。
器件实施例1
该器件实施例提供了一种有机电致发光器件,其结构为:ITO阳极/HIL/HTL/EML/HBL/ETL/EIL/阴极,其具体的制备方法包括以下步骤:
a、ITO阳极:将涂层厚度为的ITO(氧化铟锡)玻璃基板在蒸馏水中清洗2次,超声波洗涤30min,再用蒸馏水反复清洗2次,超声波洗涤10min,洗涤结束后,用甲醇、丙酮、异丙醇依次超声波洗涤(每次洗涤5min),干燥,然后转移至等离子体清洗机内洗涤5min,再送至蒸镀机中,以该基板为阳极,在其上依次蒸镀其它功能层。
f、EIL(电子注入层):蒸镀Yb 1nm,形成电子注入层。
器件实施例2~器件实施例6
参照上述器件实施例1提供的制备方法,将器件实施例1中使用的发光化合物-6分别替换为上述实施例提供的发光化合物20、26、37、44、70作为掺杂材料,制备得到相应的有机电致发光器件。
器件比较例1
该器件比较例制造了一种有机电致发光器件。具体的,按照器件实施例1的制备方法,将发光层中的掺杂材料发光化合物-6替换为化合物Ir(ppy)3,其他方法相同,以制得有机电致发光器件。其中,Ir(ppy)3的结构式如下:
在15000(nits)亮度下对上述器件实施例1~6以及器件比较例1得到的有机电致发光器件的驱动电压、发光效率以及寿命进行表征,表征结果如下表3。
表3
本发明实施例提供了一种新的发光化合物,将该发光化合物作为有机电致发光器件的发光层的掺杂材料,相比于现有使用Ir(ppy)3作为掺杂材料,可以显著地降低有机电致发光器件的驱动电压以及提高有机电致发光器件的发光效率和使用寿命,从而可以提高有机电致发光器件的实用性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
4.一种有机电致发光器件,包括阳极、阴极以及至少一层设置在所述阳极和所述阴极之间的有机物层,其特征在于,所述的有机物层包含如权利要求1~2中任一项所述的发光化合物。
5.根据权利要求4所述的一种有机电致发光器件,其特征在于,所述有机物层包括发光层;所述发光层包括主体材料和掺杂材料;所述掺杂材料部分或全部包含所述的发光化合物。
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