CN112521361B - 一种螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类化合物及其制备方法 - Google Patents
一种螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类化合物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种螺[芴‑9,9’‑氧杂蒽]类化合物及其制备方法,涉及联苯胺修饰的螺[芴‑9,9’‑氧杂蒽]类衍生物,属有机光电材料技术领域。具有如下结构:
Description
技术领域
本发明涉及有机光电材料技术领域,涉及一种联苯胺修饰的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类有机电致发光材料及其合成方法。
背景技术
有机电致发光二极管(OLED)因具有高分辨率、全色发光、柔性可弯曲等优点在平板显示和照明领域显示出巨大应用潜力。有机电致发光器件主要由阳极材料、空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层、阴极材料几部分构成。当器件被施加一定的直流偏压后,空穴由阳极注入并通过最高占据分子轨道(HOMO)转移至发光层,电子则由阴极注入并通过最低未占据分子轨道(LUMO)转移至发光层。电子和空穴在发光层复合产生激子,激子以光辐射的形式释放能量产生发光。
螺环芳烃类化合物具有独特的螺共轭效应、刚性共平面结构、高玻璃化温度等优点,表现出较高的电荷传输能力,有效提高空穴传输材料的位阻效应,提高热稳定性,可作为一种空穴传输层应用于有机电致发光器件中。在螺环芳烃共轭结构中引入联苯胺类多环芳烃可压制材料产生π-π堆积,有效提高其玻璃化转变温度,减弱分子间作用力,保持膜良好的形态稳定性,获得较高荧光量子效率。这类结构文献(Materials ChemistryFrontiers,Doi:10.1039/c6qm00097e;Nano Energy,Doi:10.1016/j.nanoen.2016.03.020)曾多次报道,合成的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类衍生物材料可作为空穴传输材料应用于太阳能电池材料中,具有很好的稳定性和空穴传输能力。因此,在此基础上进一步研发类此材料的衍生物,对提高其性能,促进其开发应用具有实际应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种联苯胺修饰的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类化合物,将其应用于有机电致发光材料,以更好地提高有机电致发光器件的发光效率及亮度,延长有机电致发光器件的使用寿命。
为实现本发明目的,本发明所述的联苯胺修饰的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类衍生物具有如下结构:
其中,R1、R2分别为以下取代基中一种:
R1、R2可以同时相同或不同。
进一步优选地,本发明所述螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类衍生物为下列结构式化合物:
所述的联苯胺修饰的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类衍生物材料的合成方法,其特征在于具体实施步骤如下:
R1、R2同上。
2-溴-5-氯联苯的合成:向配有搅拌装置的三口瓶中依次加入2-溴-5-氯苯胺,浓盐酸,亚硝酸钠水溶液,重氮化反应后,加入苯,然后控制反应温度加入氢氧化钠水溶液,搅拌后升温,水洗,无水硫酸镁干燥过夜,过滤,回收苯,精馏后得到淡黄色油状液体产品2-溴-5-氯联苯。
3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽]的合成:氩气保护下,向三口瓶中加入2-溴-5-氯联苯,乙醚,控制反应温度滴加正丁基锂,然后缓慢加入2-溴占吨酮的乙醚溶液。反应结束后分出有机相,减压回收乙醚,得到固体。加入冰乙酸和盐酸,进行回流反应,冷却过滤得白色固体,甲醇漂洗,甲苯结晶得到产品。
目标产物的合成:氩气保护下向三口瓶中加入甲苯,3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽]、中间体b、叔丁醇钠、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯。氩气保护下回流反应,将反应液冷却至室温,过滤后进行柱层析得到目标产物。
本发明的优点在于:联苯胺修饰的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类衍生物具有较大的刚性结构,有效提高了材料的玻璃化温度和热稳定性。此外,富电子体系和较大的共轭结构,使之具有较高的空穴转移率、优异的空穴传输性能;这类材料可作为空穴传输层材料应用于有机电致发光器件,具有较低的驱动电压,较高的发光效率和发光亮度,较长的使用寿命;作为空穴传输材料组装的有机电致发光器件可广泛应用于平板显示、固态照明、有机感光体或者有机薄膜晶体管等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
本发明实施例中所采用的原料没有特别的限制,可以为市售产品或采用本领域技术人员所熟知的制备方法合成。
2-溴-5-氯联苯的制备:
向配有搅拌装置的5L三口瓶中依次加入2-溴-5-氯苯胺(1mol,206.5g),浓盐酸249mL,控制温度5℃,缓慢加入100mL亚硝酸钠(1mol,69.0g)水溶液,进行重氮化反应2h后,加入苯(5mol,390.6g),然后控制反应温度5℃加入100.0g氢氧化钠和250mL水的溶液,搅拌10h后,升温至40℃反应水洗,有机相无水硫酸镁干燥过夜,过滤,回收没有反应的苯,精馏得到淡黄色油状液体187.3g,收率70.1%,含量98.5%(HPLC)。
3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽]的制备:
氩气保护下,向5L三口反应瓶中加入2-溴-5-氯联苯(0.5mol,133.8g),500mL乙醚,控制反应温度-40℃,滴加正丁基锂(2.5mol/L)(0.5mol,0.2L),滴加完全后,气相色谱检测反应无原料,缓慢加入2-溴占吨酮(0.5mol,137.6g)的500mL乙醚溶液,反应5h后,水解,分出有机相,减压回收乙醚,得到固体。将固体加入到1L冰乙酸和5mL盐酸中回流反应3h后,冷却过滤得到白色固体产品,甲醇漂洗,过滤,干燥后得到白色固体中间体1共200.6g,收率90.2%,含量99.3%(HPLC)。
实施例1:
中间体b-5的制备:
氩气保护下,向5L三口瓶中加入对氯三联苯(0.5mol,132.4g),苯胺(0.6mol,55.8g)、Pd(OAc)2(0.5mmol,0.1g)、X-Phos(2mmol,1.0g)、甲苯1L、叔丁醇钠(0.75mol,72.1g),在120℃下反应12h。冷却后,水解,过滤,甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥。减压下浓缩,所得到的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到中间体b-5为白色粉末固体共22.8g,收率71.5%,纯度98.2%(HPLC)。
化合物5的制备:
氩气保护下,向3L三口瓶中加入3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽](0.1mol,44.6g)、中间体b-5(0.22mol,70.7g)、叔丁醇钠(0.8mol,76.9g)、甲苯500mL、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯(0.5mmol,0.4g),120℃条件下反应12h。冷却后,水解,分出有机相,将混合物进行过滤,滤液用甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩,所得的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到化合物5为白色固体粉末共68.1g,收率70.2%,含量99.9%(HPLC)。ESI,m/z:[M+H]+calcdfor C73H50N2O,理论值:970.39,实测值:970.37。
实施例2:
中间体b-24的制备:
氩气保护下,向5L三口瓶中加入化合物4-氨基三联苯(0.5mol,109.6g)、1-(4-溴苯基)萘(0.6mol,169.9g)、Pd(OAc)2(0.5mmol,0.1g)、X-Phos(2mmol,1.0g)、甲苯1L、叔丁醇钠(0.75mol,72.1g),在120℃下反应12h。冷却后,水解,过滤,甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥。减压下浓缩,所得到的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到中间体b-24为白色固体粉末共175.0g,收率78.2%,纯度98.5%(HPLC)。
化合物24的制备:
氩气保护下,向3L三口瓶中加入3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽](0.1mol,44.6g)、中间体b-24(0.22mol,92.7g)、叔丁醇钠(0.8mol,76.9g)、甲苯500mL、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯(0.5mmol,0.4g),在120℃条件下反应12h。冷却后,水解,分出有机相,将混合物进行过滤,滤液用甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩,所得的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到化合物24为类白色固体粉末共79.7g,收率68.2%,含量99.5%(HPLC)。ESI,m/z:[M+H]+calcd for C93H62N2O,理论值:1222.49,实测值:1222.50。
实施例3:
中间体b-34的制备:
氩气保护下,向5L三口瓶中加入化合物4-(1-萘基)胺(0.5mol,109.6g)、1-(4-溴苯基)萘(0.6mol,169.9g)、Pd(OAc)2(0.5mmol,0.1g)、X-Phos(2mmol,1.0g)、甲苯1L、叔丁醇钠(0.75mol,72.1g),在120℃下反应12h。冷却后,水解,过滤,甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥。减压下浓缩,所得到的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到中间体b-34为类白色固体粉末共184.6g,收率85.2%,纯度99.3%(HPLC)。
化合物34的制备:
氩气保护下,向3L三口瓶中加入3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽](0.1mol,44.6g)、中间体b-34(0.22mol,92.7g)、叔丁醇钠(0.8mol,76.9g)、甲苯500mL、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯(0.5mmol,0.4g),在120℃条件下反应12h。冷却后,水解,分出有机相,将混合物进行过滤,滤液用甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩,所得的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到化合物34为类白色固体共88.2g,收率75.2%,含量99.9%(HPLC)。ESI,m/z:[M+H]+calcdfor C93H62N2O,理论值:1170.45,实测值:1170.44。
实施例4:
中间体b-47的制备:
氩气保护下,向5L三口瓶中加入化合物1-萘胺(0.5mol,71.1g)、1-(4-溴苯基)萘(0.6mol,169.9g)、Pd(OAc)2(0.5mmol,0.1g)、X-Phos(2mmol,1.0g)、甲苯1L、叔丁醇钠(0.75mol,72.1g),在120℃下反应12h。冷却后,水解,过滤,甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥。将其在减压下浓缩,将所得到的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到中间体b-47为白色固体粉末共150.8g,收率87.3%,含量99.2%(HPLC)。
化合物47的制备:
氩气保护下,向3L三口瓶中加入3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽](0.1mol,44.6g)、中间体b-47(0.22mol,68.9g)、叔丁醇钠(0.8mol,76.9g)、甲苯500mL、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯(0.5%eq,0.4g),在120℃条件下反应12h。冷却后,水解,分出有机相,将混合物进行过滤,滤液用甲苯萃取,有机相用无水硫酸镁干燥,减压浓缩,所得的粗产物进行柱纯化,甲苯进行重结晶,过滤后干燥,结果得到化合物47为类白色固体粉末共66.3g,收率65.1%,含量99.5%(HPLC)。ESI,m/z:[M+H]+calcd for C77H50N2O,理论值:1018.39,实测值:1018.38。
应用例1有机电致发光器件的制备
使用本发明实施例1的化合物5制备OLED。
首先,将透明导电ITO玻璃基板(上面带有阳极)(中国南坡集团股份有限公司)依次经:去离子水、乙醇、丙酮和去离子水超声洗净,再用氧等离子处理30s。
然后,在ITO上旋涂50nm厚的PEDOT:PSS为空穴注入层,(PEDOT是3,4-乙撑二氧噻吩单体聚合物;PSS是聚苯乙烯磺酸盐)。
然后,蒸镀化合物5,形成60nm厚的空穴传输层。
然后,在空穴传输层上蒸镀40nm厚的AND作为发光材料层主体,2%的DPAVBi作为掺杂,蒸镀厚度为45nm。
然后,在发光层上蒸镀40nm厚的Alq3作为电子传输层。
最后,蒸镀1nmLiF为电子注入层和100nmAI作为器件阴极。
应用例2:发光器件2的制备
将应用例1中的化合物5换成化合物24。
应用例3:发光器件3的制备
将应用例1中的化合物5换成化合物34。
应用例4:发光器件4的制备
将应用例1中的化合物5换成化合物47。
对比例1:
首先,将透明导电ITO玻璃基板(上面带有阳极)(中国南坡集团股份有限公司)依次经:去离子水、乙醇、丙酮和去离子水超声洗净,再用氧等离子处理30s。然后,在ITO上旋涂50nm厚的PEDOT:PSS为空穴注入层,(PEDOT是3,4-乙撑二氧噻吩单体聚合物;PSS是聚苯乙烯磺酸盐)。然后,蒸镀化合物NPB,形成60nm厚的空穴传输层。然后,在空穴传输层上蒸镀40nm厚的AND作为发光材料层主体,2%的DPAVBi作为掺杂,蒸镀厚度为45nm。然后,在发光层上蒸镀40nm厚的Alq3作为电子传输层。最后,蒸镀1nmLiF为电子注入层和100nmAI作为器件阴极。
器件中所述化合物的结构式如下:
本发明应用例1-4以及对比例1制备的有机电致发光器件的发光特性测试结果如表1所示。
表1
可以看出,本发明所述联苯胺修饰螺[芴-9,9’-氧杂蒽]型空穴传输材料应用到有机电致发光器件中,该有机电致发光器件表现出较低的驱动电压,较高的发光效率和较长的使用寿命,且较好的耐久性和可靠性。
Claims (3)
3.一种制备如权利要求1所述的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]类化合物的方法,其特征在于,通过如下步骤合成目标化合物:
(1)2-溴-5-氯联苯的合成:向反应瓶中依次加入2-溴-5-氯苯胺,浓盐酸,亚硝酸钠水溶液,重氮化反应后,加入苯,然后控制反应温度加入氢氧化钠水溶液,搅拌后升温,水洗,经干燥过夜,过滤,回收苯,精馏后得到2-溴-5-氯联苯;
(2)3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽]的合成:氩气保护下,向三口瓶中加入2-溴-5-氯联苯,乙醚,控制反应温度滴加正丁基锂,然后缓慢加入2-溴占吨酮的乙醚溶液;反应结束后分出有机相,减压回收乙醚,得到固体;加入冰乙酸和盐酸,进行回流反应,冷却过滤得固体,经漂洗,结晶得到3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽];
(3)目标产物的合成:氩气保护下向三口瓶中加入甲苯,3-氯-2’-溴-螺[9H-芴-9,9’-[9H]氧杂蒽]、中间体b、叔丁醇钠、甲磺酸[正丁基二(1-金刚烷基)膦](2-氨基-1,1’-联苯-2-基)钯,氩气保护下回流反应,将反应液冷却至室温,过滤后进行柱层析得到目标产物。
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