JP2014503502A - 有機エレクトロルミネッセンス素子のための材料 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電子素子、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子での使用に適する式(1)および(2)の化合物に関する。
【化1】

Description

本発明は、電子素子、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子での使用のための材料に関する。材料は、燐光エミッターのためのマトリックス材料として特に適している。
有機半導体が機能性材料として使用される有機エレクトロルミネセンス素子(OLED)の構造は、たとえば、US 4539507、US 5151629、EP0676461およびWO98/27136に記載されている。ここで使用される発光材料は、蛍光発光ではなく燐光発光を示す有機金属錯体とますますなっている(M.A.Baldo et al., Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 4-6)。量子力学的理由により、4倍までのエネルギーとパワー効率が、燐光発光エミッターとして有機金属化合物を使用して可能である。しかしながら、一般的に、OLEDの場合、特に、三重項発光(燐光発光)を示すOLEDの場合に、たとえば、駆動電圧、効率および寿命に関して、改善に対する必要性が未だ存在する。これは、比較的短い波長範囲で発光するOLEDに、特に、あてはまる。
燐光OLEDの特性は、使用される三重項エミッターによってのみ決定されるのではない。特に、マトリックス材料、正孔障壁材料および電子輸送材料等の使用されるその他の材料も、重要でもある。そこで、これら材料における改善は、OLED特性に顕著な改善をもたらし得る。蛍光OLEDのためのこれら材料の場合における改善に対する必要性もまた、未だに存在する。
先行技術にしたがうと、トリアジン誘導体(たとえば、WO 2010/015306もしくはWO 2008/056746にしたがう。)が、燐光エミッターのためのマトリックス材料として使用される。しかしながら、他のマトリックス材料の場合と同様に、これらマトリックス材料の使用について、特に、素子の駆動寿命のみならず、効率と寿命に関して、改善の必要性がまた存在する。
本発明の目的は、蛍光もしくは燐光OLED、特に、燐光OLEDにおける、たとえば、マトリックス材料としてまたは電子輸送材料としてまたは正孔障壁材料としての使用に適している化合物を提供することである。特に、本発明の目的は、緑色および青色燐光OLEDのためにも適するマトリックス材料を提供することと、新規な電子輸送材料を提供することである。
驚くべきことに、以下に、より詳細に説明される、ピリミジン基が、オルトもしくはメタ結合フェニル基を介してある種のカルバゾール基に結合するある種のピリミジン化合物が、この目的を達成し、特に、駆動電圧、寿命および/または効率に関して、有機エレクトロルミネッセンス素子における改善をもたらすことが見出された。これは、特に、緑色およびその正確な構造に応じて、青色燐光エレクトロルミネッセンス素子に、特に、マトリックス材料としての本発明による化合物の使用についてだけでなく、電子輸送材料または正孔障壁材料としての使用にあてはまる。したがって、本発明は、これらの材料とこの型の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
JP 4474493 B1は、メタ位でピリミジン基により置換されたフェニル基を置換基として含むカルバゾール誘導体を開示する。これらの化合物の場合に、特に、駆動電圧に関して、さらなる改善の必要性が、なお存在する。
驚くべきことに、特に、本発明の化合物の有機エレクトロルミネッセンス素子における使用が、非常に良好な電子特性、特に、駆動電圧における改善をもたらすことが見出された。
したがって、本発明は、以下の式(1)または式(2)の中性化合物に関する。
Figure 2014503502
式中、以下が、使用される記号に適用される;
pymは、1以上の基Rで置換されてよいピリミジンであり;
Cbは、少なくとも二個のブリッジを含むカルバゾール誘導体であって、さらに、1以上のC原子は、Nで置き代えられてよく、および1以上の基Rで置換されてよく;
R、R、Rは、出現毎に同一か異なり、H、D、F、Cl、Br、I、CN、NO、N(Ar)、N(R、C(=O)Ar、C(=O)R、P(=O)(Ar)、1〜40個のC原子を有する直鎖アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、3〜40個のC原子を有する分岐あるいは環状アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、2〜40個のC原子を有するアルケニルもしくはアルキニル基(夫々は、1以上の基Rにより置換されてよく、1以上の隣接しないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRで置き代えられてよく、ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、I、CNもしくはNOで置き代えられてよい。)または、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい5〜80個の、好ましくは、5〜60個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアリールオキシもしくはヘテロアリールオキシ基、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアラルキルもしくはヘテロアラルキル基より成る基から選ばれ;ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、1以上の基Rで置換されてよいモノ環式あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を随意に形成してもよく;
は、出現毎に同一か異なり、H、D、F、Cl、Br、I、CN、NO、N(Ar)、N(R、C(=O)Ar、C(=O)R、P(=O)(Ar)、1〜40個のC原子を有する直鎖アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、3〜40個のC原子を有する分岐あるいは環状アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、2〜40個のC原子を有するアルケニルもしくはアルキニル基(夫々は、1以上の基Rにより置換されてよく、1以上の隣接しないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRで置き代えられてよく、ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、I、CNもしくはNOで置き代えられてよい。)または、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアリールオキシもしくはヘテロアリールオキシ基、または5〜60個の芳香族環原子を有するアラルキルもしくはヘテロアラルキル基より成る基から選ばれ;ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、1以上の基Rで置換されてよいモノ環式あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を随意に形成してもよく;
Arは、出現毎に同一か異なり、1以上の非芳香族基Rで置換されてよい5〜30個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であって;ここで、同じN原子もしくはP原子に結合する二個の基Arは、単結合またはN(R)、C(R、OもしくはSから選ばれるブリッジにより互いに架橋されてもよく;
は、H、D、F、CN、1〜20個のC原子を有する脂肪族炭化水素基、5〜30個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造(ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、IもしくはCNで置き代えられてよい。)より成る群から選ばれ、ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、モノ-あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を互いに形成してもよく、
ただし、以下の化合物は、本発明から除外される。
Figure 2014503502
少なくとも二個のブリッジを含み、一以上のC原子がNにより置き代えられてよいカルバゾール誘導体は、本発明の目的のために、以下を意味するものと解される:カルバゾールは、以下の構造を有する:
Figure 2014503502
ここで、窒素は、フェニル基間の単結合に加えて二個のフェニル基をブリッジすることから、カルバゾールのブリッジとみなされる。本発明の意味でのカルバゾール誘導体は、少なくとも二個のブリッジを含む。これは、異なる方法で生じることができる。したがって、たとえば、上記言及した式の二個以上のカルバゾール基が、互いに直接結合することが可能である。しかしながら、カルバゾールもしくは別のカルバゾール誘導体でないさらなる基を介して二個以上のカルバゾール基が、互いに直接結合するならば、それらは、本発明の意味での二個のブリッジを有するカルバゾール誘導体とはみなされない。さらに、カルバゾールのフェニル基へのブリッジを含むさらなる芳香族基が、カルバゾールの一方もしくは両方のフェニル基に結合してもよい。なおさらに、カルバゾールのフェニル基の一方もしくは両方へのブリッジを含む芳香族基が、カルバゾールの窒素に結合してもよい。ここで、カルバゾールの窒素原子上のこの芳香族基が、式(1)または(2)に示されるフェニル基に結合することも可能である。ブリッジは、酸素、硫黄から選ばれか、または、各場合に置換あるいは非置換炭素もしくは窒素から選ばれるが、好ましくは、硫黄から選ばれない。さらに、窒素原子が、カルバゾールの一以上の炭素原子に代わって存在してよい。本発明の好ましい態様では、カルバゾールのフェニル基へのブリッジを含むさらなる芳香族基が、カルバゾールの一方もしくは両方のフェニル基に結合するか、または、カルバゾールの一方もしくは両方のフェニル基へのブリッジを含むさらなる芳香族基が、カルバゾールの窒素に結合する。
カルバゾール誘導体は、式(1)または(2)中のフェニル基に、フェニル環の窒素を介してもしくは炭素原子を介してまたはカルバゾールの窒素原子に結合する芳香族基を介しての何れかで直接結合することができる。
本発明の意味でのアリール基は、6〜60個のC原子を含む;本発明の意味でのヘテロアリール基は、2〜60個のC原子と少なくとも1個のヘテロ原子を含むが、ただし、C原子とヘテロ原子の合計は少なくとも5個である。ヘテロ原子は、好ましくは、N、Oおよび/またはSから選ばれる。ここで、アリール基もしくはヘテロアリール基は、単純な芳香族環、すなわちベンゼン、または、単純な複素環式芳香族環、たとえば、ピリジン、ピリミジン、チオフェン等、または、縮合アリールもしくはヘテロリール基、たとえば、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、キノリン、イソキノリン等の何れかを意味するものと解される。たとえば、ビフェニル等の単結合により互いに結合した芳香族基は、アリールもしくはヘテロアリール基を指すのではなく、逆に、芳香族環構造を指す。
本発明の意味での芳香族環構造は、6〜80個のC原子を環構造中に含む。本発明の意味での複素環式芳香族環構造は、2〜60個のC原子と少なくとも1個のヘテロ原子を環構造中に含むが、ただし、C原子とヘテロ原子の合計は少なくとも5個である。ヘテロ原子は、好ましくは、N、Oおよび/またはSから選ばれる。本発明の目的のために、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造は、アリールもしくはヘテロアリール基を必ずしも含まず、加えて、複数のアリール基および/またはヘテロアリール基は、たとえば、sp混成C、N、もしくはO原子のような短い非芳香族単位(H以外の原子は、10%より少ない)により連結されていてもよい構造を意味するものと解される。したがって、たとえば、フルオレン、9,9’-スピロビフルオレン、9,9-ジアリールフルオレン、トリアリールアミン、ジアリールエーテル、スチルベン等のような構造も、二個以上のアリール基が、たとえば、短いアルキル基により連結される構造であるから、本発明の意味での芳香族環構造を意味するものと解される。さらに、たとえば、ビフェニル、テルフェニルもしくはクアテルフェニル等の単結合により互いに結合する芳香族環は、本発明の意味での芳香族環構造を指す。
本発明の目的のために、脂肪族炭化水素基またはアルキル基またはアルケニル基またはアルキニル基は、典型的には、1〜40個のまたは1〜20個のC原子を含んでよく、ここで、加えて、個々のH原子もしくはCH基は、上記言及した基により置換されていてよく、好ましくは、基メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、2-メチルブチル、n-ペンチル、s-ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、n-ヘプチル、シクロヘプチル、n-オクチル、シクロオクチル、2-エチルヘキシル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、2,2,2-トリフルオロエチル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニル、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニルまたはオクチニルを意味するものと解される。1〜40個のC原子を有するアルコキシ基は、好ましくは、メトキシ、トリフルオロメトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、i-プロポキシ、n-ブトキシ、i-ブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、n-ペントキシ、s-ペントキシ、2-メチルブトキシ、n-ヘキソキシ、シクロヘキシルオキシ、n-ヘプトキシ、シクロヘプチルオキシ、n-オクチルオキシ、シクロオクチルオキシ、2-エチルヘキシルオキシ、ペンタフルオロエトキシまたは2,2,2-トリフルオロエトキシを意味するものと解される。1〜40個のC原子を有するチオアルキル基は、特に、メチルチオ、エチルチオ、n-プロピルチオ、i-プロピルチオ、n-ブチルチオ、i-ブチルチオ、s-ブチルチオ、t-ブチルチオ、n-ペンチルチオ、s-ペンチルチオ、n-ヘキシルチオ、シクロヘキシルチオ、n-ヘプチルチオ、シクロヘプチルチオ、n-オクチルチオ、シクロオクチルチオ、2-エチルヘキシルチオ、トリフルオロメチルチオ、ペンタフルオロエチルチオ、2,2,2-トリフルオロエチルチオ、エテニルチオ、プロペニルチオ、ブテニルチオ、ペンテニルチオ、シクロペンテニルチオ、ヘキセニルチオ、シクロヘキセニルチオ、ヘプテニルチオ、シクロヘプテニルチオ、オクテニルチオ、シクロオクテニルチオ、エチニルチオ、プロピニルチオ、ブチニルチオ、ペンチニルチオ、ヘキシニルチオ、ヘプチニルチオまたはオクチニルチオを意味するものと解される。一般的に、本発明にしたがうアルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシあるいはチオアルキル基は、直鎖、分岐あるいは環状であってよく、一以上の隣接しないCH基は、上記言及した基により置き代えられてよく、さらに、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、I、CNもしくはNO、好ましくは、F、ClもしくはCNで、さらに、好ましくは、FもしくはCNで、特に、好ましくは、CNで置き代えられてよい。
5〜80個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造は、各場合に、上記基Rで置換されてよく、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造上で任意の所望の位置を介して連結してもよく、特に、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ベンズアントラセン、フェナントレン、ベンズフェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、フルオランセン、ナフタセン、ペンタセン、ベンゾピレン、ビフェニル、ビフェニレン、テルフェニル、トリフェニレン、クアテルフェニル、フルオレン、スピロビフルオレン、ジヒドロフェナントレン、ジヒドロピレン、テトラヒドロピレン、シス-もしくはトランス-インデノフルオレン、シス-もしくはトランス-インデノカルバゾール、シス-もしくはトランス-インドロカルバゾール、トルクセン、イソトルクセン、スピロトルクセン、スピロイソトルクセン、フラン、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ピロール、インドール、イソインドール、カルバゾール、ピリジン、キノリン、イソキノリン、アクリジン、フェナントリジン、ベンゾ-5,6-キノリン、ベンゾ-6,7-キノリン、ベンゾ-7,8-キノリン、フェノチアジン、フェノキサジン、ピラゾール、インダゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ナフトイミダゾール、フェナントロイミダゾール、ピリジンイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、オキサゾール、ベンズオキサゾール、ナフトオキサゾール、アントロオキサゾール、フェナントロオキサゾール、イソオキサゾール、1,2-チアゾール、1,3-チアゾール、ベンゾチアゾール、ピリダジン、ヘキサアザトリフェニレン、ベンゾピリダジン、ピリミジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、1,5-ジアザアントラセン、2,7-ジアザピレン、2,3-ジアザピレン、1,6-ジアザピレン、1,8-ジアザピレン、4,5-ジアザピレン、4,5,9,10-テトラアザペリレン、ピラジン、フェナジン、フェノキサジン、フェノチアジン、フルオルビン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントロリン、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール、1,2,3-オキサジアゾール、1,2,4-オキサジアゾール、1,2,5-オキサジアゾール、1,3,4-オキサジアゾール、1,2,3-チアジアゾール、1,2,4-チアジアゾール、1,2,5-チアジアゾール、1,3,4-チアジアゾール、1,3,5-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,2,3-トリアジン、テトラゾール、1,2,4,5-テトラジン、1,2,3,4-テトラジン、1,2,3,5-テトラジン、プリン、プテリジン、インドリジンおよびベンゾチアジアゾールから誘導される基またはこれら構造の組み合わせから誘導される基を意味するものと解される。
本発明の好ましい態様では、式(1)の化合物は、式(1a)、および(1b)の化合物から選ばれ、および、式(2)の化合物は、以下の式(2a)の化合物から選ばれ、
Figure 2014503502
式中、使用される記号は、上記所与の意味を有する。
ここで、式(1b)の化合物中のRは、好ましくは、1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造である。特に、好ましい態様では、Rは、出現毎に同一か異なり、6〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であって、縮合アリール基を含まずおよび二個以上の芳香族もしくは複素環式芳香族六員環基が互いに直接縮合する縮合ヘテロアリール基を含まず、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい。したがって、Rは、たとえば、ナフチル基も、より高度に縮合したアリール基と同様にキノリン基、アクリジン基等も含まないことが好ましい。反対に、六員環芳香族もしくは複素環式芳香族環構造が、これらの構造中で互いに直接縮合しないことから、Rは、たとえば、カルバゾール基、ジベンゾフラン基、インドロもしくはインデノカルバゾール基等を含むことができる。
本発明の、特に、好ましい態様では、式(1b)の化合物は、以下の式(1c)の化合物から選ばれる。
Figure 2014503502
式中、使用される記号は、上記所与の意味を有する。
式(1)および(2)または(1a)〜(1c)または(2a)の好ましい態様では、基pymは、式(3)、(4)もしくは(5)の化合物から選ばれ、
Figure 2014503502
式中、使用される記号は、上記所与の意味を有し、破線の結合は、式(1)および(2)または式(1a)〜(1c)および(2a)中のフェニル基への結合を示す。
式(3)、(4)および(5)の、特に、好ましい態様は、以下の式(3a)、(4a)および(5a)のピリミジン構造であり、
Figure 2014503502
式中、使用される記号は、上記所与の意味を有し、破線の結合は、ピリミジンからの式(1)および(2)または(1a)〜(1c)または(2a)中のフェニル基への結合である。
非常に、特に、好ましいのは、式(3a)および式(4a)である。
式(3)、(4)、(5)、(3a)、(4a)および(5a)の好ましい態様では、Rは、出現毎に同一か異なり、H、1〜10個のC原子を有するアルキル基または1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造である。特に、好ましい態様では、Rは、出現毎に同一か異なり、Hまたは6〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であって、縮合アリール基を含まずおよび二個以上の芳香族もしくは複素環式芳香族六員環基が互いに直接縮合する縮合ヘテロアリール基を含まず、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい。したがって、Rは、たとえば、ナフチル基も、より高度に縮合したアリール基と同様にキノリン基、アクリジン基等も含まないことが好ましい。反対に、六員環芳香族もしくは複素環式芳香族環構造が、これらの構造中で互いに直接縮合しないことから、Rは、たとえば、カルバゾール基、ジベンゾフラン基等を含むことができる。式(3a)および式(4a)中のRは、好ましくは、水素ではない。本発明の、非常に、特に、好ましい態様では、Rは、フェニル、ビフェニル、テルフェニルまたはクアテルフェニルであって、夫々1以上の基Rにより置換されてよいが、好ましくは、非置換である。
上述した通り、Cbは、少なくとも二個のブリッジを含むカルバゾール誘導体であり、一以上のC原子はNにより置き代えられてよく、一以上の基Rにより置換されてよい。
好ましい基Cbは、以下の式(6)〜(22)の基であり、
Figure 2014503502
Figure 2014503502
式中、使用される記号は、上記所与の意味を有し、破線の結合は、カルバゾール誘導体から式(1)もしくは(2)もしくは(1a)〜(1c)もしくは(2a)中のフェニル基への結合であり、さらに、
Xは、出現毎に同一か異なり、CRまたはNであり、ここで、環毎の最大二個の記号Xは、Nであり;
Yは、出現毎に同一か異なり、C(R、NR、OまたはSであり、Yは、好ましくは、Sではなく;
nは、0または1であり、ここで、n=0は、基Yがこの位置で結合せず、その代わりに基Rが、対応する炭素原子に結合することを意味する。
さらに好ましいのは、二個以上の上記言及した式(6)〜(22)が、単結合により互いに直接結合したカルバゾール基である。
ここで、互いに環構造を形成する基の存在は、さらに上に縮合したインデノもしくはインドロ基または他の上に縮合した縮合基を含む構造も入手可能であること意味している。これは、以下に示す構造(6)および(18)から出発する例により示される。
Figure 2014503502
これは、どの構造が、式(6)〜(22)上の置換基の環形成により、入手可能であり得るかの図解にすぎない。したがって、当業者は、進歩性を要することなく、式(6)〜(22)のカルバゾール構造から出発して、上に縮合した環を有するさらなる構造を使用することができる。
上記言及した式(6)〜(22)の好ましい基Cb中で、記号Xは、出現毎に同一か異なり、CR、特に、CHである。
これらの基中の置換基Rは、カルバゾール誘導体のブリッジ中の窒素原子に直接結合し、さらに、好ましくは、1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造である。特に、好ましい態様では、この
置換基Rは、出現毎に同一か異なり、6〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であって、縮合アリール基を含まず、および二個以上の芳香族もしくは複素環式芳香族六員環基が互いに直接縮合する縮合ヘテロアリール基を含まず、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい。
本発明のさらに好ましい態様では、式(6)〜(22)中のYは、出現毎に同一か異なり、C(Rであるか、またはNRであり、Rは、好ましくは、Nに直接結合する置換基に対して上記好ましいと示されるのと同じ意味を有する。YがC(Rであるならば、Rは、好ましくは、出現毎に同一か異なり、1〜10個のC原子を有する直鎖アルキル基または3〜10個のC原子を有する分岐あるいは環状アルキル基または1以上の基Rにより置換されてもよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造である。この場合、メチル基またはフェニル基が、非常に、特に、好ましい。
本発明のさらに好ましい態様では、基Rは、R、RもしくはR上の基の形態であってよく、Hである。
上記に言及した態様は、所望のとおりに互いに結合することができる。特に、上記に言及した好ましい態様を互いに組み合わせることが好ましく、すなわち、式(1a)〜(1c)または(2a)の化合物と式(3)、(4)もしくは(5)または(3a)、(4a)もしくは(5a)のピリミジン基との、または式(6)〜(22)のカルバゾール誘導体との組み合わせである。化合物は、さらに、上記好ましいと言及した置換基と上記好ましいと言及した基Yをも含む。
好ましくは、有機電子素子中で使用することができる上記言及された態様にしたがう好ましい化合物の例は、以下の化合物である。
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502
本発明の化合物の合成は、たとえば、随意にさらに置換された臭化フェニルピリミジン誘導体から出発し、ここで、式(1)に対しては、臭素が、ピリミジンにメタ位で結合し、式(2)に対しては、臭素は、ピリミジンにオルト位で結合する。臭素に代えて、沃素、塩素あるいはトリフレート等の他の反応性脱離基も使用することができる。次いで、この化合物は、対応するカルバゾール誘導体とカップルする。この目的のために適しているのは、特に、遷移金属触媒カップリング反応である。フェニルピリミジン基がカルバゾール誘導体の窒素に直接結合しているならば、パラジウム触媒ハートウイッグ-ブフバルトC-Nカップリングが、この目的のために特に適している。フェニルピリミジン基がカルバゾールの炭素原子に結合しているならば、たとえば、スズキもしくはスチルにしたがうパラジウム触媒C-Cカップリングが、この目的のために特に適している。この目的のために、カルバゾール誘導体は、対応する適切な脱離基、特に、塩素、臭素、沃素、トリフレートあるいはボロン酸誘導体、特に、ボロン酸あるいはボロン酸エステルをも含まなければならない。さらに、対応するボロン酸誘導体、特に、ボロン酸あるいはボロン酸エステルは、臭化フェニルピリミジン誘導体に代えて、この目的のための出発物質としても、たとえば、適切でもある。
したがって、本発明は、さらに、以下の反応工程を含む、式(1)もしくは(2)の化合物の製造方法に関する;
a)ピリジンへのメタ位もしくはオルト位でフェニル環上に反応性脱離基、特に、塩素、臭素、沃素、トリフレートあるいはボロン酸誘導体、特に、ボロン酸あるいはボロン酸エステルを含む随意に置換されたフェニリピリミジン誘導体の合成;および
b)このフェニリピリミジン誘導体のカルバゾール誘導体へのカップリング。
本発明は、さらに、少なくとも一つの本発明の化合物と少なくとも一つのさらなる化合物を含む混合物に関する。さらなる化合物は、本発明の化合物がマトリックス材料として使用されるならば、たとえば、蛍光もしくは燐光ドーパントであり得る。適切な蛍光および燐光ドーパントは、有機エレクトロルミネッセンス素子に関して以下に示され、本発明の混合物のためにも選好される。
溶液からのもしくは液相からの、たとえば、スピンコーティングによるまたは印刷プロセスによる加工は、本発明の化合物もしくは混合物の溶液または調合物を必要とする。二以上の溶媒の混合物を使用することが好ましいかもしれない。適切で、好ましい溶媒は、たとえば、トルエン、アニソール、o-、m-もしくはp-キシレン、メチルベンゾエート、ジメチルアニソール、メシチレン、テトラリン、ベラトール、THF、メチル-THF、THP、クロロベンゼン、ジオキサンまたはこれら溶媒の混合物である。
したがって、本発明は、さらに、少なくとも一つの本発明の化合物もしくは混合物と一以上の溶媒、特に、有機溶媒を含む調合物、特に、溶液、分散液もしくはミニエマルジョンに関する。この型の溶液を調製することができる方法は、当業者に知られており、たとえば、WO 2002/072714、WO 2003/019694とそこに引用された文献に記載されている。
本発明の化合物もしくは混合物は、電子素子での使用のために適している。ここで、電子素子は、少なくとも一つの有機化合物を含む少なくとも一つの層を含む素子を意味するものと解される。しかしながら、ここで、素子は、無機材料または無機材料から完全に構築される層を含んでもよい。
したがって、本発明は、さらに、上記言及された本発明の化合物もしくは混合物の電子素子での、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子での使用に関する。
本発明は、さらになお、少なくとも一つの上記言及した本発明の化合物もしくは混合物を含む電子素子に関する。化合物に対する上述した選好は、同様に、電子素子にあてはまる。
電子素子は、好ましくは、有機エレクトロルミネセンス素子(OLED、PLED)、有機集積回路(O-IC)、有機電界効果トランジスタ(O-FET)、有機薄膜トランジスタ(O-TFT)、有機発光トランジスタ(O-LET)、有機太陽電池(O-SC)、有機染料増感性太陽電池、有機光学検査器、有機光受容器、有機電場消光素子(O-FQD)、発光電子化学電池(LEC)、有機レーザーダイオード(O-laser)および「有機プラズモン発光素子」(D. M. Koller et al., Nature Photonics 2008, 1-4)より成る群から選ばれるが、好ましくは、有機エレクトロルミネセンス素子(OLED、PLED)、特に、好ましくは、燐光発光OLEDである。
有機エレクトロルミネセンス素子は、カソード、アノードおよび少なくとも一つの発光層を含む。これらの層とは別に、さらなる層、たとえば、各場合に、一以上の正孔注入層、正孔輸送層、正孔障壁層、電子輸送層、電子注入層、励起子障壁層、電子障壁層および/または電荷生成層を含んでもよい。たとえば、励起子障壁機能を有する中間層を二個の発光層の間に導入することも、同様に可能である。しかしながら、これらの層の夫々は、必ずしも存在する必要がないことに留意する必要がある。ここで、有機エレクトロルミネセンス素子は、一つの発光層または複数の発光層を含んでもよい。複数の発光層が存在するならば、これらは、好ましくは、380nm〜750nm間に全体で複数の最大発光を有し、全体として、白色発光が生じるものであり、換言すれば、蛍光もしくは燐光を発することができる種々の発光化合物が、発光層に使用される。特に、好ましいのは、3個の発光層を有する構造であり、ここで、その3層は、青色、緑色およびオレンジ色もしくは赤色発光を呈する(基本構造については、たとえば、WO 2005/011013参照。)。これらは、蛍光および燐光発光層が互いに結合した蛍光もしくは燐光発光層またはハイブリッドシステムであることができる。
上記示される態様にしたがう本発明による化合物は、その正確な構造に応じて、種々の層に使用することができる。好ましいものは、式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様を、蛍光もしくは燐光エミッター、特に、燐光エミッターのためのマトリックス材料として、および/または正孔障壁層中および/または電子輸送層中に含む有機エレクトロルミネッセンス素子である。上記に示される好ましい態様は、有機電子素子中での材料の使用にもあてはまる。
本発明の、好ましい態様では、式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様は、発光層中で、蛍光もしくは燐光化合物、特に、燐光化合物のためのマトリックス材料として使用される。ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子は、一つの発光層もしくは複数の発光層を含んでよく、ここで、少なくとも一つの発光層は、少なくとも一つの本発明による化合物をマトリックス材料として含む。
式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様が、発光層中で、発光化合物のためのマトリックス材料として使用されるならば、好ましくは、一以上の燐光材料(三重項エミッター)と組み合わせて使用される。本発明の意味での燐光発光は、比較的高いスピン多重度、すなわち、スピン状態>1の励起状態から、特に、励起三重項状態からのルミネッセンスを意味するものと解される。本発明の目的のために、すべてのルミネッセンス遷移金属およびすべてのランタノイド錯体、特に、すべてのイリジウム、白金および銅錯体が、燐光化合物とみなされるべきである。
式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様と発光化合物を含む混合物は、エミッターとマトリックス材料を含む全混合物を基礎として、式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様を、99〜1体積%、好ましくは、98〜10体積%、特に、好ましくは、97〜60体積%、特に、95〜80体積%含む。対応して、混合物は、エミッターとマトリックス材料を含む全混合物を基礎として、エミッターを1〜99体積%、好ましくは、2〜90体積%、特に、好ましくは、3〜40体積%、特に、5〜20体積%含む。
本発明のさらに好ましい態様は、式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様の、さらなるマトリックス材料と組み合わせての燐光エミッターのためのマトリックス材料としての使用である。式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様と組み合わせて使用することのできる、特に、適切なマトリックス材料は、たとえば、WO 2004/013080、WO 2004/093207、WO 2006/005627もしくはWO2010/006680にしたがう芳香族ケトン、芳香族ホスフィンオキシドまたは芳香族スルホキシドもしくはスルホン、WO 2005/039246、US 2005/0069729、JP 2004/288381、EP 1205527もしくはWO 2008/086851に記載されたトリアリールアミン、カルバゾール誘導体、たとえば、CBP(N,N-ビスカルバゾリルビフェニル)またはカルバゾール誘導体、たとえば、WO 2007/063754もしくはWO 2008/056746にしたがうインドロカルバゾール誘導体、たとえば、WO2010/136109もしくはWO2011/000455にしたがうインデノカルバゾール誘導体、たとえば、EP 1617710、EP 1617711、EP 1731584、JP 2005/347160にしたがうアザカルバゾール誘導体、たとえば、WO 2007/137725にしたがうバイポーラーマトリックス材料、たとえば、WO 2005/111172にしたがうシラン、たとえば、WO 2006/117052にしたがうアザカルバゾールもしくはボロン酸エステル、たとえば、WO2010/015306、WO 2007/063754もしくはWO 2008/056746にしたがうトリアジン誘導体、たとえば、EP 652273もしくはWO 2009/062578にしたがう亜鉛錯体、WO 2010/054729にしたがうジアザシロールもしくはテトラアザシロール誘導体、たとえば、WO 2010/054730にしたがうジアザホスホール誘導体、たとえば、US 2009/0136779、WO2010/050778、WO 2011/042107、WO 2011/060867もしくはWO2011/088877にしたがう架橋カルバゾール誘導体である。通常のエミッターよりもより短い波長で発光するさらなる燐光エミッターが、コホストとして混合物中に同様に存在してもよい。本発明の化合物は、むしろ電子輸送化合物であることから、さらなるマトリックス成分は、正孔輸送特性をむしろ有することが好ましい。
適切な燐光発光化合物(三重項エミッター)は、特に、好ましくは、可視域で適切な励起により発光する化合物は、加えて、20より大きい原子番号、好ましくは、38〜84の原子番号、特に、好ましくは、56〜80の原子番号を有する少なくとも一つの原子、特に、この原子番号を有する金属を含む。使用される燐光発光エミッターは、好ましくは、銅、モリブデン、タングステン、レニウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀、金またはユウロピウムを含む化合物、特に、イリジウムまたは白金を含む化合物である。本発明の目的のために、上記言及した金属を含むすべてのルミネッセンス化合物が、燐光化合物とみなされる。
上記のエミッターの例は、出願WO 00/70655、WO 2001/41512、WO 2002/02714、WO 2002/15645、EP 1191613、EP 1191612、EP 1191614、WO 05/033244、WO 05/019373、US2005/0258742、WO2009/146770、WO2010/015307、WO2010/031485、WO2010/054731、WO2010/054728、WO2010/086089、WO2010/099852、WO2010/102709、WO2011/032626、WO2011/066898により明らかにされている。さらに、適切なものは、未公開出願EP10006208.2およびDE102010027317.1にしたがう錯体である。一般的には、燐光発光OLEDのために先行技術にしたがって使用され、有機エレクトロルミネッセンス素子分野の当業者に知られるようなすべての燐光発光錯体が適切であり、当業者は進歩性を必要とすることなく、更なる燐光発光化合物を使用することができよう。
本発明のさらなる態様では、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、別々の正孔注入層および/または正孔輸送層および/または正孔障壁層および/または電子輸送層を含まず、すなわち、たとえば、WO 2005/053501に記載されるとおり、発光層は、正孔注入層もしくはアノードに直接隣接し、および/または発光層は、電子輸送層もしくは電子注入層もしくはカソードに直接隣接する。さらに、たとえば、WO 2009/030981に記載されるとおり、発光層中の金属錯体と同一のまたは類似する金属錯体を、発光層に直接隣接して、正孔輸送もしくは正孔注入材料として使用することも可能である。
本発明のさらに好ましい態様では、式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様は、電子輸送もしくは電子注入層中で電子輸送材料として使用される。ここで、発光層は蛍光もしくは燐光であってよい。化合物が、電子輸送材料として使用されるならば、たとえば、LiQ(リチウムヒドロキシキノリナート)等のアルカリ金属錯体でドープされるのが好ましいかもしれない。
本発明のさらになお好ましい態様では、式(1)もしくは(2)または上記に示す化合物は、正孔障壁層中で使用される。正孔障壁層は、特に、燐光エレクトロルミネッセンス素子において、カソード側で発光層に直接隣接する層を意味するものと解される。
式(1)もしくは(2)または上記に示す化合物は、正孔障壁層もしくは電子輸送層中の両方でまた発光層中でマトリックスとして使用することもできる。
本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子のさらなる層では、先行技術にしたがって通常使用されるすべての材料を使用することができる。したがって、当業者は、進歩性を要することなく、本発明による式(1)もしくは(2)の化合物または上記に示す好ましい態様と組み合わせて、有機エレクトロルミネッセンス素子のために知られたすべての材料を使用することができる。
更に好ましい有機エレクトロルミネッセンス素子は、1以上の層が、昇華プロセスにより適用され、材料は、10−5mbar未満、好ましくは、10−6mbar未満の初期圧力で、真空昇華ユニット中で真空気相堆積されることを特徴とする。しかしながら、初期圧力は、さらにより低くても、またはより高くても、たとえば、10−7mbar未満でも可能である。
同様に好ましい有機エレクトロルミネッセンス素子は、1以上の層が、OVPD(有機気相堆積)プロセスもしくはキャリアガス昇華により適用され、材料は、10−5mbar〜1barの圧力で適用される。このプロセスの特別な場合は、OVJP(有機気相ジェット印刷)プロセスであり、材料はノズルにより直接適用され、そのように構造化される(たとえば、M. S. Arnold et al., Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 053301)。
更に、好ましい有機エレクトロルミネッセンス素子は、1以上の層が、溶液から、たとえば、スピンコーティングにより、もしくは、たとえば、インクジェット印刷、LITI(光誘起熱画像化、熱転写印刷)、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、もしくはノズル印刷のような任意の所望の印刷プロセスにより製造されることを特徴とする。たとえば、適切な置換により得られた可溶性の化合物が、この目的のために必要である。これらのプロセスは、オリゴマー、デンドリマーおよびポリマーのために、特に、適してもいる。
また、たとえば、一以上の層が溶液から適用され、一以上のさらなる層が気相堆積により適用されるハイブリッドプロセスも可能である。したがって、たとえば、発光層を溶液から適用し、電子輸送層を気相堆積により適用することができる。
これらのプロセスは、当業者に一般的に知られており、本発明の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子に、進歩性を要することなく適用することができる。
本発明による化合物と本発明によるエレクトロルミネッセンス素子は、先行技術を凌駕する一以上の以下の驚くべき優位性により特徴付けられる。
1.本発明による化合物は、蛍光もしくは燐光エミッターのためのマトリックス材料として使用され、高い効率と長い寿命と同時に改善された駆動電圧をもたらす。特に、化合物が燐光エミッターのためのマトリックス材料として使用されるならば、これがあてはまる。
2.本発明の化合物は、正確な構造に応じて、赤色および緑色燐光化合物のためのマトリックス材料としてのみならず、特に、青色燐光化合物のためにも適している。
3.電子輸送材料としてまたは正孔障壁材料としての使用についても、本発明による化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧、効率および寿命に関して非常に良好な特性をもたらす。
4.本発明による化合物は、高いガラス転移温度を有し、それゆえに、比較的高い熱ストレスが予想される用途にも適している。
これらの上記優位性は、その他の電子特性を損なうことはない。
本発明は、次の例により、より詳細に説明されるが、それにより限定することを望むものではない。当業者は、進歩性を要することなく、記載に基づいて開示された範囲全体を実行し、本発明による化合物をさらに調製し、それらを電子素子で使用し、本発明によるプロセスを使用することができるだろう。

以下の合成は、他に断らない限り、保護ガス雰囲気下で無水溶媒中で行われる。本発明による式(1)または(2)の化合物は、当業者に知られる合成工程により調製することができる。使用される出発材料は、たとえば、3-(ブロモフェニル)-1-フェニル-2-プロペン-1-オン(Chemistery & Biodiversity 2005,2(12),1656-1664)および2,12-ジメチル-1-0-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン(WO2010/136109にしたがう)、2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニル-ピリミジン、4-(3-ブロモフェニル)-4,6-ジフェニルピリミジンおよび4-(3,5-ジブロモフェニル)-4,6-ジフェニルピリミジン(WO 2005/085387)および2-(3,5-ジブロモフェニル)-4,6-ジフェニルピリミジン(US 2007/0141387)であり得る。文献から知られる化合物の場合の括弧の記号は、CAS番号である。
例1:4-(2-ブロモフェニル)-2,6-ジフェニルピリミジン3
Figure 2014503502
23g(409ミリモル)の水酸化カリウムが、500mlのエタノール中に溶解され、500mlのエタノール中に溶解された40g(255ミリモル)のベンズアミドヒドロクロライド2と129g(452ミリモル)の(3-(ブロモフェニル)-1-フェニル-2-プロペン-1-オン1が、室温で添加され、混合物は、還流下3h撹拌される。室温まで冷却後、沈殿した固形物は、吸引濾過され、少量のエタノールで洗浄され、乾燥され、55g(129ミリモル)、50%の無色の結晶形態の生成物が残る。
例2:化合物7
Figure 2014503502
工程a:N,N’-ビス-(2-クロロフェニル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2,7ジアミン6
40.48gの2,7-ジブロモ-9,9-ジメチル-9H-フルオレン(115ミリモル)、21.4g(21.5ml)のアニリン5(230ミリモル)、1.91g(3.5ミリモル)の1,1-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン、0.64gの酢酸パラジウム(II)(2.8ミリモル)と57.2gのナトリウムtert-ブトキシド(598ミリモル)が、保護ガス雰囲気下、1.3lのトルエン中で20h煮沸加熱される。混合物は、引き続き、トルエンと水の間で分画され、有機相は水で三度洗浄され、NaSOで乾燥され、回転蒸発器中で蒸発される。残る残留物、N,N’-ビス-(2-クロロフェニル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2,7ジアミン6は、トルエン/酢酸エチルから再結晶化される。収率は、32.5g(73ミリモル、63.5%)である。
工程b:化合物7
300mlのジオキサンが、28.9gのN,N’-ビス-(2-クロロフェニル)-9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2,7ジアミン6(65ミリモル)、0.73gの酢酸パラジウム(II)(3.25ミリモル)と37.5gのナトリウムtert-ブトキシド(390ミリモル)、トルエン(3.9ミリモル)中の3.9mlの1MのP(t-Bu)溶液に添加され、混合物は、窒素下48h、105℃で撹拌される。100mlのジクロロメタンと0.1MのNaCO溶液が、次いで、添加される。混合物は、引き続き、水とジクロロメタンの間で分画され、水性相はジクロロメタンで三度抽出され、結合した有機相は、NaSOで乾燥され、回転蒸発器中で蒸発される。残留物は、トルエン/ヘプタンから再結晶化される。収率は、7.9g(21.32ミリモル、57.3%)である。
例3:10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]-12,12-スピロフルオレン10
Figure 2014503502
工程a:9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-2-アミン-N-(2-クロロフェニル)9
50gの2-ブロモ-9,9-スピロビフルオレン8(126ミリモル)、14mlのアニリン5(154ミリモル)、1.1g(2ミリモル)の1,1-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンパラジウム(II)ジクロライドのジクロロメタンとの錯体(1.78ミリモル)、0.4gの酢酸パラジウム(II)(1.78ミリモル)と31gのナトリウムtert-ブトキシド(323ミリモル)が、保護ガス雰囲気下、1.lのトルエン中で18h煮沸加熱される。混合物は、引き続き、トルエンと水の間で分画され、有機相は水で三度洗浄され、NaSOで乾燥され、回転蒸発器中で蒸発される。残る残留物は、ヘプタン/酢酸エチルから再結晶化される。収率は、50g(114ミリモル、93%)である。
工程b:10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]-12,12-スピロフルオレン10
300mlのピバル酸が、30gの化合物9(73.6ミリモル)、1.6gの酢酸パラジウム(II)(7.4ミリモル)と1.6gの炭酸カリウム(11.4ミリモル)に添加され、混合物は、空気下120℃で9h撹拌される。この後、1.6gの酢酸パラジウム(II)(7.4ミリモル)が添加され、混合物は、120℃でさらに9h撹拌される。200mlのジクロロメタンと0.1MのNaCO溶液が、次いで、添加される。混合物は、水とジクロロメタンの間で分画され、水性相はジクロロメタンで三度抽出され、結合した有機相は、NaSOで乾燥され、回転蒸発器中で蒸発される。残留物は、トルエン/ヘプタンから再結晶化される。収率は、11.9g(29.4ミリモル、40%)である。
例4:7-{3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル}-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン15
Figure 2014503502
工程a:7-ブロモ-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン12
14.4g(40.18ミリモル)の10-フェニル-4-イル-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン11が、450mlのアセトニトリル中に懸濁され、7.15g(40.18ミリモル)のN-ブロモスクシンイミドが、反応温度が−20℃を超えないような速度で、−20℃で小分けして添加される。混合物は、さらに18h撹拌され、その間に温度は室温にもたらされる。反応混合物は、引き続き、回転蒸発器中で蒸発され、ジクロロメタン中に溶解され、水で洗浄される。それは、乾燥され、蒸発され、引き続き、純度99.3%までトルエンから再結晶化され、白色固体として、9.6g(55%)の生成物を得る。
工程b:7-ブロモ-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン13
22.3g(51ミリモル)の7-ブロモ-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン12が、600mlの無水THFに溶解され、−78℃まで冷却される。この温度で、26.2ml(65.7ミリモル/ヘキサン中2.5M)のn-BuLiが、約5分間かけて添加され、混合物は、引き続き、−78℃でさらに2.5h撹拌される。この温度で、7.3ml(65.7ミリモル)のトリメチルボレートが、できるだけ迅速に添加され、反応は、ゆっくりと(約18h)RTにもたらされる。反応溶液は、水で洗浄され、沈殿した固形物と有機相は、トルエンで共沸的に乾燥される。粗生成物は、約40℃でトルエン/塩化メチレンで撹拌洗浄され、吸引濾過され、白色固体として、16g(82%)の生成物を得る。
工程c:7-{3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル}-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン15
16g(43.3ミリモル)の2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニルピリミジン14と19.3g(48ミリモル)の7-ブロモ-12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン13が、80mlのトルエン中に溶解され、脱気される。281mlの脱気2MKCOと2.5g(2.2ミリモル)のPd(OAc)が添加される。反応混合物は、引き続き、保護ガス雰囲気下80℃で48h撹拌される。冷却された溶液に、追加的なトルエンが添加され、何度も水で洗浄され、乾燥され、蒸発される。トルエン/ヘプタン(1:2)で、ジリカゲル上でカラムクロマトグラフにより精製される。純度は、99.9%である。収率:22g(31ミリモル)で理論値の77%。
以下の化合物が、同様にして得られる。
Figure 2014503502
例5:10-{2-(2,6-ジフェニルピリミジン-4-イル)フェニル}-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン17
Figure 2014503502
22g(79.8ミリモル)の2,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン16.34g(87ミリモル)の4-(2-ブロモフェニル)-2,6ジフェニルピリミジン3と15.9ml(15.9ミリモル)の1モル/lのトリ-tert-ブチルホスフィン、1.79g(7.9ミリモル)の酢酸パラジウムが、保護ガス下120mlのp-キシレン中に懸濁される。反応混合物は還流下16h加熱される。冷却後、有機相は、分離され、200mlの水で三度洗浄され、引き続き、蒸発乾固される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化され、最後に高真空中で昇華され、純度は、99.9%である。収率:38g(64ミリモル)で理論値の80%。
以下の化合物が、同様にして得られる。
Figure 2014503502
Figure 2014503502
例6:化合物21
Figure 2014503502
工程a:7-ブロモ-10-[3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル}-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン20
19.55g(53.97ミリモル)の7-ブロモ-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン、22.99g(59.37ミリモル)の2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニルピリミジン14と15.84g(164.81ミリモル)のNaOtBuが、820mlのp-キシレン中に懸濁される。245.0mg(1.09ミリモル)のPd(OAc)と3.3mlの1モルのトリ-tert-ブチルホスフィン溶液が、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下19h加熱される。冷却後、有機相は、分離され、100mlの水で三度洗浄され、引き続き、蒸発乾固される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化される。収率は、21.65g(65%)である。
工程b:化合物21
21.65g(32.88ミリモル)の7-ブロモ-10-[3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル}-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン20、11.65g(36.62ミリモル)の化合物18と3.82gの炭酸ナトリウムが、1200mlのジオキサン、1200mlのトルエンと500mlの水中に懸濁される。1.92g(1.66ミリモル)のPd(PPhが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下5h加熱される。冷却後、沈殿した固形物は吸引濾過され、水とエタノールで洗浄され、乾燥される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化される。収率は、14.1g(50%)である。
例7:化合物24
Figure 2014503502
工程a:7-(9H-カルバゾール-3-イル) -12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン23
14.07g(57.18ミリモル)の3-ブロモ-9H-カルバゾール22、25.37g(62.90ミリモル)の化合物13と6.75gの炭酸ナトリウムが、1800mlのジオキサン、1800mlのトルエンと750mlの水中に懸濁される。3.38g(2.93ミリモル)のPd(PPhが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下5h加熱される。冷却後、沈殿した固形物は、吸引濾過され、水とエタノールで洗浄され、乾燥される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化される。収率は、19.5g(65%)である。
工程b:7-{9-[3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-イル}12,12-ジメチル-10-フェニル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン24
19.50g(37.17ミリモル)の7-(9H-カルバゾール-3-イル)-12,12-ジメチル-10,12-ジヒドロ-10-アザインデノ[2,1-b]フルオレン23、15.83g(40.88ミリモル)の2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニルピリミジン14と10.91g(113.50ミリモル)のNaOtBuが、600mlのp-キシレン中に懸濁される。168.73mg(0.75ミリモル)のPd(OAc)と2.3mlの1モルのトリ-tert-ブチルホスフィンが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下19h加熱される。冷却後、有機相は、分離され、100mlの水で三度洗浄され、引き続き、蒸発乾固される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化され、最後に高真空中で昇華される。収率は、15.44g(50%)である。
例8:化合物27
Figure 2014503502
工程a:9-フェニル-9H,9’H-[3,3’]ビカルバゾリル26
24.10g(97.92ミリモル)の3-ブロモ-9H-カルバゾール22、30.93g(107.71ミリモル)の化合物25と11.56gの炭酸ナトリウムが、2500mlのジオキサン、2500mlのトルエンと1000mlの水中に懸濁される。5.79g(5.01ミリモル)のPd(PPhが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下5h加熱される。冷却後、沈殿した固形物は、吸引濾過され、水とエタノールで洗浄され、乾燥される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化される。収率は、22.0g(55%)である。
工程b:9-[3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル]-9’-フェニル-9H,9’H-[3,3’]ビカルバリル27
22.00g(53.86ミリモル)の9-フェニル-9H,9’H-[3,3’]ビカルバリル26、22.93g(59.24ミリモル)の2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニルピリミジン14と15.81g(164.47ミリモル)のNaOtBuが、820mlのp-キシレン中に懸濁される。244.79mg(1.09ミリモル)のPd(OAc)と3.3mlの1モルのトリ-tert-ブチルホスフィンが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下19h加熱される。冷却後、有機相は、分離され、100mlの水で三度洗浄され、引き続き、蒸発乾固される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化され、最後に高真空中で昇華される。収率は、23.10g(60%)である。
例9:化合物30
Figure 2014503502
工程a:9,9”-ジフェニル-9H,9’H,9”H-[3,3’;6’,3”]テルカルバール29
22.51g(69.25ミリモル)の3,6-ジブロモ-9H-カルバゾール28、43.75g(152.36ミリモル)の化合物25と8.17gの炭酸ナトリウムが、2000mlのジオキサン、2000mlのトルエンと900mlの水中に懸濁される。4.10g(3.55ミリモル)のPd(PPhが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下5h加熱される。冷却後、沈殿した固形物は、吸引濾過され、水とエタノールで洗浄され、乾燥される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化される。収率は、28.8g(64%)である。
工程b:9’-[3-(4,6-ジフェニルピリミジン-2-イル)フェニル]-9’,9”-ジフェニル-9H,9’H,9”H-[3,3’;6’,3”]テルカルバール30
28.8g(44.32ミリモル)の9,9”-ジフェニル-9H,9’H,9”H-[3,3’;6’,3”]テルカルバール29、18.88g(48.76ミリモル)の2-(3-ブロモフェニル)-4,6ジフェニルピリミジン14と13.01g(135.35ミリモル)のNaOtBuが、820mlのp-キシレン中に懸濁される。201.21mg(0.90ミリモル)のPd(OAc)と2.7mlの1Mのトリ-tert-ブチルホスフィンが、この懸濁液に添加される。反応混合物は還流下19h加熱される。冷却後、有機相は、分離され、100mlの水で三度洗浄され、引き続き、蒸発乾固される。残留物は、熱トルエンで抽出され、トルエンから再結晶化され、最後に高真空中で昇華される。収率は、23.3g(55%)である。
例10:OLEDの製造
比較例の材料または本発明の材料を含むOLEDが、WO 2004/058911にしたがう一般的プロセスにより製造されるが、ここに記載される特別な状況(層の厚さの変化、使用材料)に適合される。
種々のOLEDに対するデータが、以下の例V1〜E17で示される(表1および2参照)。厚さ150nmの構造化されたITO(インジウム錫酸化物)で被覆されたガラス板が、改善された加工のために、20nmのPEDOT(ポリ(3,4-エチレンジオキシ-2,5-チオフェン)で水からのスピンコート、H.C.Stack,Goslar独から購入。)で被覆される。これらの被覆されたガラス板は、OLEDが適用される基板を形成する。OLEDは、基本的に、次の層構造を有する:基板/正孔輸送層(HTL)/中間層(IL)/電子障壁層(EBL)/発光層(EML)/随意に、正孔障壁層(HBL)/電子輸送層(ETL)および最後にカソード。カソードは、100nm厚のアルミニウム層により形成される。OLEDの正確な構造は、表1に示される。OLED製造のために使用される材料は、表3に示される。
すべての材料は、真空室において、熱気相堆積により適用される。ここで、発光層は、常に、少なくとも一つのマトリックス材料(ホスト材料)と、共蒸発により一定の体積割合でマトリックス材料または材料と前混合される発光ドーパント(エミッター)とから成る。ここで、IC1:TEG1(90%:10%)等の表現は、IC1が90体積%の割合で層中に存在し、TEG1が10体積%の割合で層中に存在することを意味する。同様に、電子輸送層も、二種の材料の混合物から成ってもよい。
OLEDは、標準方法により特性決定される。この目的のために、ランベルト発光特性を仮定して、エレクトロルミネセンススペクトル、電流/電圧/輝度特性線(IUL特性線)から計算した、輝度の関数としての電流効率(cd/Aで測定)、パワー効率(Im/Wで測定)、外部量子効率(EQE、パーセントで測定)ならびに寿命が測定される。エレクトロルミネセンススペクトルは、輝度1000cd/mで測定され、CIE1931xおよびy色座標はそこから計算される。表2での表現U1000は、輝度1000cd/mに対して必要とされる電圧を示す。CE1000とPE1000は、1000cd/mで達成された電流およびパワー効率を示す。最後に、EQE1000は、駆動輝度1000cd/mでの外部量子効率である。寿命LTは、一定電流での駆動時に、輝度が、初期輝度L0から一定の割合L1に低下した後の時間として定義される。表2における表現L0=4000cd/mおよびL1=80%は、欄LTで示される寿命が、初期輝度が4000cd/mから3200cd/mに低下した時間に対応することを意味する。寿命に対する値は、当業者に知られた変換式により他の初期輝度の数値に変換することができる。初期輝度1000cd/mに対する寿命が、この場合に、通常引用される値である。
種々のOLEDに対するデータが、表2に要約される。例V1−112は、比較例であり、例E1は、本発明による材料を含むOLEDに対するデータを示す。
いくつかの例が、本発明の化合物の優位性を証明するために、以下により詳細に説明される。しかしながら、これは、表2に示されるデータの単なる選択であることが指摘されねばならない。表から見て取ることができるように、比較例の化合物と比べて顕著な改善が、本発明の化合物の使用で達成することもできるが、それらは、すべてのパラメーターにおいていくつかの場合にはより詳細には言及されないが、いくつかの場合には効率または電圧または寿命での改善だけを観察することができる。しかしながら、異なる用途が、異なるパラメーターに関する最適化を必要とすることから、前記パラメーターの一つの改善でさえも、著しい進歩である。
燐光OLEDにおけるマトリックス材料としての本発明の化合物の使用
本発明による材料の優位性は、IC1〜IC3とIC5との、化合物H4〜H6を参照して実証することもできる。比較例の材料は、金属結合フェニルを介して窒素に結合するか(IC2)か、もしくは直接結合する(IC1)トリアジンを含むか、またはパラ結合フェニル基を介して窒素に結合するか(IC5)か、もしくは直接結合する(IC3)ピリミジンを含むインデノカルバゾール誘導体である。これらの比較例の材料を含むOLEDは、既に良好な値を有する;3.4Vの最小電圧、15.9%までの外部量子効率、50Im/Wの最大パワー効率と440hの最大寿命が、得られる(V4、V3)。これらの値は、本発明の同等の化合物H4〜H6によりさらに改善することができ、3.2Vの電圧、16.3%のEQE、57Im/Wの最大パワー効率と490hの最大寿命が、得られる(E2)。本発明のH4〜H6の全化合物は、比較材料と比べて改善された電圧を示す。
同様のことが、比較例の化合物IC6〜IC9と本発明の材料H12(IC6とIC7との比較、例V5、V6、E4、E5)、H1〜H3(IC8との比較、例V7、E6〜E8)およびH10、H11(IC9との比較、例V8、E9、E10)で生じる。
言及した例は、顕著な優位性が、以下を含むカルバゾール誘導体と比べて、オルトもしくはメタ結合フェニルを介してのピリミジンへのカルバゾール誘導体の結合で生じる。
・窒素に直接結合したピリミジンまたはトリアジン
・メタ結合フェニル基を介して結合するトリアジン
・パラ結合フェニル基を介して結合するピリミジン
さらに、比較例の化合物PyCbz1〜PyCbz3と本発明の材料H6(PyCbz1との比較、例V9、E3)、H7、H8(PyCbz2との比較、例V10、E11、E12)およびH15(PyCbz3との比較、例V11、E16)は、少なくとも二個のブリッジを有するカルバゾール誘導体を含む本発明の化合物が、純粋カルバゾールを含む同じ材料と比べて顕著な優位性を提供することを示す。
本発明のさらなる材料(H9、H13、H15、H16)も、同様に比較例の材料と比べて顕著な優位性を提供する。特に、58Im/Wのパワー効率が、H13の化合物により得られ、同じ素子構造(V1)での最良の比較材料の場合よりも10%高い。寿命に関しては、30%超の改善が同じ材料(例V1、E14)で得られる。異常に低い3.0Vの電圧が、化合物H9で得られる(例E19)。
したがって、燐光OLEDにおけるマトリックス材料としての使用に関して、本発明の材料は、先行技術と比べて、全パラメーターにおいて、特に、パワー効率と寿命に関して顕著な改善が得られる。本発明の材料の使用についてパワー効率のかなりの改善は、特に、駆動電圧における顕著な改善に貢献することができる。
表1:OLEDの構造
Figure 2014503502
Figure 2014503502
表2:OLEDのデータ
Figure 2014503502
表3:OLEDのための材料の構造式
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502
Figure 2014503502

Claims (15)

  1. 式(1)または式(2)の中性化合物;
    Figure 2014503502
    式中、以下が、使用される記号に適用される;
    pymは、1以上の基Rで置換されてよいピリミジンであり;
    Cbは、少なくとも二個のブリッジを含むカルバゾール誘導体であって、さらに、1以上のC原子は、Nで置き代えられてよくおよび1以上の基Rで置換されてよく;
    R、R、Rは、出現毎に同一か異なり、H、D、F、Cl、Br、I、CN、NO、N(Ar)、N(R、C(=O)Ar、C(=O)R、P(=O)(Ar)、1〜40個のC原子を有する直鎖アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、3〜40個のC原子を有する分岐あるいは環状アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、2〜40個のC原子を有するアルケニルもしくはアルキニル基(夫々は、1以上の基Rにより置換されてよく、1以上の隣接しないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRで置き代えられてよく、ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、I、CNもしくはNOで置き代えられてよい。)または、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい5〜80個の、好ましくは、5〜60個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアリールオキシもしくはヘテロアリールオキシ基、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアラルキルもしくはヘテロアラルキル基より成る基から選ばれ;ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、1以上の基Rで置換されてよいモノ環式あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を随意に形成してもよく;
    は、出現毎に同一か異なり、H、D、F、Cl、Br、I、CN、NO、N(Ar)、N(R、C(=O)Ar、C(=O)R、P(=O)(Ar)、1〜40個のC原子を有する直鎖アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、3〜40個のC原子を有する分岐あるいは環状アルキル、アルコキシもしくはチオアルコキシ基、2〜40個のC原子を有するアルケニルもしくはアルキニル基(夫々は、1以上の基Rにより置換されてよく、1以上の隣接しないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRで置き代えられてよく、ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、I、CNもしくはNOで置き代えられてよい。)または、各場合に、1以上の基Rにより置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造、または1以上の基Rで置換されてよい5〜60個の芳香族環原子を有するアリールオキシもしくはヘテロアリールオキシ基、または5〜60個の芳香族環原子を有するアラルキルもしくはヘテロアラルキル基より成る基から選ばれ;ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、1以上の基Rで置換されてよいモノ環式あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を随意に形成してもよく;
    Arは、出現毎に同一か異なり、1以上の非芳香族基Rで置換されてよい5〜30個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であって;ここで、同じN原子もしくはP原子に結合する二個の基Arは、単結合またはN(R)、C(R、OもしくはSから選ばれるブリッジにより互いに架橋されてもよく;
    は、H、D、F、CN、1〜20個のC原子を有する脂肪族炭化水素基、5〜30個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造(ここで、1以上のH原子は、D、F、Cl、Br、IもしくはCNで置き代えられてよい。)より成る群から選ばれ、ここで、2個以上の隣接する置換基Rは、モノ-あるいはポリ環式の脂肪族、芳香族もしくは複素環式芳香族環構造を互いに形成してもよく、
    ただし、以下の化合物は、本発明から除外される。
    Figure 2014503502
  2. 式(1)の化合物は、式(1a)、(1b)もしくは(1c)の化合物から選ばれることを特徴とし、および、式(2)の化合物は、式(2a)の化合物から選ばれることを特徴とする、請求項1記載の化合物。
    Figure 2014503502
    (式中、使用される記号は、請求項1記載の意味を有する。)
  3. は、Hまたは1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であることを特徴とする、請求項1または2記載の化合物。
  4. pymは、式(3)、(4)もしくは(5)の化合物から選ばれることを特徴とし、式中、使用される記号は、請求項1記載の意味を有し、破線の結合は、式(1)、(2)、(1a)〜(1c)もしくは(2a)中のフェニル基への結合である、請求項1〜3何れか1項記載の化合物。
    Figure 2014503502
  5. pymは、式(3a)、(4a)および(5a)の化合物から選ばれることを特徴とし、式中、使用される記号は、請求項1記載の意味を有し、破線の結合は、ピリミジンからの式(1)、(2)、(1a)〜(1c)もしくは(2a)のフェニル基への結合である、請求項4記載の化合物。
    Figure 2014503502
  6. Rは、出現毎に同一か異なり、H、1〜10個のC原子を有するアルキル基または1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であることを特徴とする、請求項1〜5何れか1項記載の化合物。
  7. Cbは、式(6)〜(22)の基から選ばれることを特徴とし、
    Figure 2014503502
    Figure 2014503502
    式中、使用される記号は、請求項1記載の意味を有し、破線の結合は、カルバゾール誘導体からの式(1)、(2)、(1a)〜(1c)もしくは(2a)のフェニル基への結合であり、さらに
    Xは、出現毎に同一か異なり、CRまたはNであり、ここで、環毎の最大二個の記号Xは、Nであり;
    Yは、出現毎に同一か異なり、C(R、NR、OまたはSであり、
    nは、0または1であり、ここで、n=0は、基Yがこの位置で結合せず、その代わりに基Rが、対応する炭素原子に結合することを意味する
    請求項1〜6何れか1項記載の化合物。
  8. 記号Xは、出現毎に同一か異なり、CR、特に、CHであることを特徴とする、請求項7記載の化合物。
  9. カルバゾール誘導体のブリッジ中の窒素原子に直接結合する置換基Rは、1以上の基Rにより置換されてよい5〜24個の芳香族環原子を有する芳香族もしくは複素環式芳香族環構造であることを特徴とする、請求項1〜8何れか1項記載の化合物。
  10. 請求項1〜9何れか1項記載の少なくとも一つの化合物と少なくとも一つのさらなる化合物、特に、蛍光もしくは燐光ドーパントを含む、混合物。
  11. 請求項1〜10何れか1項記載の少なくとも一つ化合物もしくは混合物と一以上の溶媒を含む調合物。
  12. 以下の反応工程を含む、請求項1〜9何れか1項記載の化合物の製造方法;
    a)ピリミジンへのメタ位もしくはオルト位でフェニル環上に反応性脱離基を含む随意に置換されたフェニリピリミジン誘導体の合成;および
    b)このフェニリピリミジン誘導体のカルバゾール誘導体へのカップリング。
  13. 請求項1〜10何れか1項記載の化合物もしくは混合物の、電子素子での、好ましくは、有機エレクトロルミネッセンス素子での使用。
  14. 少なくとも一つの請求項1〜10何れか1項記載の化合物または混合物を含む電子素子であって、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機集積回路、有機電界効果トランジスタ、有機薄膜トランジスタ、有機発光トランジスタ、有機太陽電池、有機染料増感性太陽電池、有機光学検査器、有機光受容器、有機電場消光素子、発光電子化学電池、有機レーザーダイオードおよび有機プラズモン発光素子より成る群から選ばれる、電子素子。
  15. 有機エレクトロルミネッセンス素子であって、請求項1〜9何れか1項の化合物が、蛍光もしくは燐光エミッターのためのマトリックス材料として、および/または正孔障壁層中でおよび/または電子輸送層中で使用されることを特徴とする請求項14記載の電子素子。
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