JP4488243B2 - トリス−オルト−メタル化有機金属錯体の製法およびoledにおける該錯体の使用 - Google Patents
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Description
A.Tsuboyama et al. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12971〜12979には、電磁スペクトルの赤色領域の光を発光するフェニルイソキノリンのIr(III)−錯体が開示されている。この製造は、フェニルイソキノリンと反応させることにより、Ir(acac)3から出発して行われている。所望の錯体は、27%の収率で得られている。
Su et al. Adv. Mater. 2003, 15, 884-888は、置換Ir−フェニルイソキノリン錯体の製造に関する。これらは、何段階もの反応工程により製造され、その際、Ag(CF3SO3) の存在で塩素架橋したIr−ダイマーを過剰のリガンドと反応させて所望のIr−錯体にしている。
Xは、−CR 7=CR8−、−S−、NR9−、−O−、−Se−を表し;
R1−、R2−、R3−、R4−、R5−、R6−、R7およびR8は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−20−アルキル、環式C3−20−アルキル(その際、1つ以上の隣り合わないアルキル基のCH2−基は、−O−、−S−、−NR10−または−CONR11−と置換でき、アルキル基の1つ以上の水素原子はF、Cl、BrまたはCNと置換できる);4〜14個の炭素原子を有する基本骨格を有するアリールまたはヘテロアリール(その際、1つ以上の炭素原子は、−O−、−S−、−N−および−P−から選択されるヘテロ原子と置換でき、かつ該炭素原子および場合によりヘテロ原子は、R1〜R8で定義したような芳香族ではない置換基と置換できる);F、Cl、BrまたはCNを表すか、
または2個の隣り合う基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7およびR8は、一緒になって1つの環式基を形成し、これは更にR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7およびR8で挙げた基と置換することができ、その際、環式基の2個の隣り合う基は、更に1つの環式基を形成することができる;
R9、R10およびR11は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−20−アルキル、環式C3−20−アルキルを表し、前記基はR1〜R8で定義したように置換できる、またはR1〜R8で定義したようなアリールまたはヘテロアリールである。]
の化合物を、式(II)
のリガンドと、
式IrZ3またはIrZ3・Lxのハロゲン化イリジウムまたはイリジウムハロゲノイド
(式中、Zはハロゲンまたはハロゲノイドを表し、Lは有機または無機分子であり、xはLの数であり、1〜3、有利には3であり、例えば、IrZ3・Lxは、
2個の隣り合う基R1〜R6は、一緒になって1つの環式基を形成し、これはさらにR1〜R6で挙げた基と置換することができ、有利には飽和または不飽和であり、置換または非置換であることができる5員環または6員環の基、特に有利には非置換である6員環の芳香族基;
とりわけ有利にはR3とR4、またはR5とR6は、一緒になって非置換である6員環の芳香族基を形成し、かつその他の基は、環式基を形成しない。
Xは、−CR 7=CR8−を表し、その際、R7とR8は、有利には相互に独立にH、Fまたは直鎖または分枝であることができるC1−10−アルキルを表し、特に有利にはHまたはFを表し、その際、とくに有利には少なくともR7またはR8は、Hを表し、特に有利には−CH=CH−を表し、かつ
R1,R2、R3,R4、R5,R6は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−10−アルキルであり、その際、1つ以上の隣り合わないアルキル基のCH2−基は、−O−または−NR10−と置換できる。すなわち、R1〜R6は、アルコキシ基またはアミノ基を表すことができ、かつアルキル基の1つ以上の水素原子は、F、Cl、BrまたはCNと置換できる;5または6個の炭素原子を有する基本骨格を有するアリールまたはヘテロアリールを表し、その際、1個以上の炭素原子は、−O−、−S−、−N−から選択されるヘテロ原子と置換できる;R1,R2、R3,R4、R5およびR6は、それぞれHであるのが有利である。
Xは、−CR 7=CR8−を表し、その際、R7とR8は、有利には相互に独立にH、Fまたは直鎖または分枝であることができるC1−10−アルキルを表し、特に有利にはHまたはFを表し、その際、少なくともR7またはR8がHを表すのがとりわけ有利であり、特に有利には−CH=CH−を表し、かつ
R1,R2、R5およびR6は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−10−アルキルであり、その際、1つ以上の隣り合わないアルキル基のCH2−基は、−O−または−NR10−と置換できる。すなわち、R1、R2、R5およびR6は、アルコキシ基またはアミノ基を表すことができ、かつアルキル基の1つ以上のH原子は、F、Cl、BrまたはCNと置換できる;5または6個の炭素原子を有する基本骨格を有するアリールまたはヘテロアリールを表し、その際、1個以上の炭素原子は、−O−、−S−、−N−から選択されるヘテロ原子と置換できる;R1、R2、R5およびR6は、それぞれHであるのが有利である;かつ
R3とR4は、一緒になって1つの環式基を形成し、これは更にR1、R2、R5およびR6で挙げた基と置換することができ、有利には飽和または不飽和、置換または非置換であることができる5員環または6員環の基、特に有利には非置換である6員環の芳香族基を表す。
Xは、−S−を表し、
R1、R2、R3およびR4は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−10−アルキルであり、その際、1つ以上の隣り合わないアルキル基のCH2−基は、−O−または−NR10−と置換できる。すなわち、R1、R2、R3およびR4は、アルコキシ基またはアミノ基を表すことができ、かつアルキル基の1つ以上のH−原子は、F、Cl、BrまたはCNにより置換できる;5または6個の炭素原子を有する基本骨格を有するアリールまたはヘテロアリールを表し、その際、1個以上の炭素原子は、−O−、−S−、−N−から選択されるヘテロ原子により置換することができる;R1、R2、R3およびR4は、それぞれHであるのが有利である;かつ
R5とR6が一緒になって1つの環式基を形成し、これは更にR1、R2、R3およびR4で挙げた基と置換でき、有利には飽和または不飽和、置換または非置換であることができる5員環または6員環の基、特に有利には非置換である6員環の芳香族基を表す。
− 著しく短い反応時間、
− 強壮な反応工程(O2/H2O、使用溶剤の脱気に対する感受性が殆ど強くない)、
− カラム濾過による簡単な精製
− 有機不純物のない著しく高い生成物の品質。
輝度(luminance)L(cd/m2):
これは、光の強度と発光面から成る比である。輝度は、輝度測定装置を用いて直接に測定することができる。
発光効率(luminous efficiency)ηph(cd/A):
ηph=L/J
発光効率は、輝度と電流密度から成る比である。内部量子効率は、さらに物理的な部分プロセスに基づいて量子効率に分けることができる。この場合に、これが蛍光発光体であるのか、または例えば、ホスト材料中の燐光性三重項発光体であるのかによって区別すべきである。
・電流密度10mA/cm2の場合の輝度は、本発明による化合物を含有しているOLEDsは、従来技術の化合物を含有しているOLEDsよりも大きい。上記の構成物を有するOLEDsを使用する場合には、電流密度10mA/cm2、発光体層厚50nmでの輝度は、2565cd/m2である。従来技術(H. W. Sands Corp., USA)から公知の材料についての相応の値は、2331cd/m2である。
・本発明による化合物を含有しているOLEDsの場合には、最大の発光効率は、従来技術の化合物を含有しているOLEDsよりも大きい。上記の収率を有するOLEDsを使用する場合には、発光体層厚50nmでの最大発光効率は25〜26cd/Aである。従来技術(H. W. Sands Corp., USA)により製造された材料についての相応の値は、23〜24cd/Aである。
・輝度100cd/m2の場合の発光効率は、従来技術の化合物を含有しているOLEDsよりも本発明による化合物を含有しているOLEDsで大きい。上記の構成を有するOLEDsを使用する場合は、輝度100cd/m2、発光体層厚30〜40nmでは発光効率は17.8〜18.8cd/Aである。先行技術から公知(H. W. Sands Corp., USA)の相応の値は、16〜15cd/Aである。
1 アノード、2 ホール輸送層、3 発光層、4 電子輸送層、5 カソード。
本発明によるOLEDは、さらに当業者に公知の層を含有することができる。例えば、層(2)と発光層(3)の間に、正の電荷の輸送を容易にし、かつ/または層のバンド間隙を相互に調節する層を設置できる。二者択一的に、これらの層はさらに保護層として使用することができる。同様に、負の電荷の輸送を容易にし、かつ/または層の間のバンド間隙を相互に調節するために、発光層(3)と層(4)の間に付加的な層が存在することもできる。二者択一的に、これらの層を保護層として使用することができる。
− アノード(1)とホール輸送層(2)の間のホール注入層;
− ホール輸送層(2)と発光層(3)の間の電子ブロック層;
− 発光層(3)と電子輸送層(4)の間のホールブロック層;
− 電子輸送層(4)とカソード(5)の間の電子注入層。
実施例
1.Irppy3の調製
1.1 Irppy3の調製(K. Dedeian et al. Inorg. Chem. 1991, 30, 1685-1687)(比較試験、“acac−経路”)
Ir(acac)3 2.50g 5.10mmol
2−フェニルピリジン、蒸留 3.17g 20.4mmol
グリセリン 100ml
実施:
還流冷却器と二方コックを備えた4つ首フラスコ中で、凍結したグリセリン100mlにフェニルピリジン3.17gを予め装入し、アルゴンを1時間導入することにより脱気した。80℃の温度では、向流でIr(acac)3を出発物質に添加した。得られた黄色の懸濁液を200℃まで加熱し、かつこの温度で18時間保持した。冷却後、懸濁液をG4−フリット75ml上に加えた。反応フラスコを母液で洗い流した。全部で200mlの脱塩水を用いて残留物を少しずつ洗った。この後に、全部で45mlのメタノールを用いて少しずつ洗った。乾燥吸引した残留物を乾燥させた。
収率:
数回のクロマトグラフィーまたはHPLCの後に、純粋なIrppy3 800mgが得られた(23.8%)。
IrCl3・3H2O 2.56g 7.26mmol
2−フェニルピリジン、蒸留 10.0g 64.5mmol
AgOTf 5.05g 22.4mmol
グリセリン(水不含) 30ml
実施:
4つ首フラスコ、還流冷却器、ガス導入管、二方コックおよび電磁撹拌機から成る反応装置を窒素で30分間排気した。フラスコをグリセリンと2−フェニルピリジンで満たした後、不均一な混合物が存在し、80℃で窒素で1時間排気した。向流で、塩化イリジウム三水和物(暗緑色の粉末)を加えた。この後に、AgOTfの添加を行った。
後処理:
出発物質をG3−フリット75mlを介して吸引し、残留物を水200mlで洗浄し、その後にメタノール100mlで洗浄した。次に、この残留物を塩化メチレン370ml中、室温で30分間撹拌し、カラム濾過により精製した。
収率:所望の生成物3.50g(73%)が得られた。
2.Ir(btp)3の調製
2.1イリジウムアセチルアセトネートを用いるIr(btp)3の調製(比較試験、“acac−経路”)
イリジウムアセチルアセトネート 0.60g 1.22mmol
2−ベンゾ[b]チオフェン−2−イル−ピリジン 1.03g 4.87mmol
グリセリン 50ml
実施:
高真空中で脱気し、60℃で撹拌したグリセリンに、1時間半アルゴンを導入した。向流のアルゴンで、イリジウムアセチルアセトネートと2−ベンゾ[b]チオフェン−2−イル−ピリジンの供給を行った。黒ずんだ反応混合物をアルゴン雰囲気(Gummiblase)下に還流で(185℃)18時間撹拌した。出発物質を80℃で濾別した。磁石の回りに付着した黒い結晶質生成物を削り取り、フリットを介して残留物にした。フリットを介した残留物は、極めて不均一であった。黄色、白および暗褐色の小片が認識された。残留物混合物はUV光で極めて薄い赤色に光った。透明な黄色い母液はUV光で光らず、捨てた。残留物を脱塩水に引き続きメタノールで洗浄した。黄色いメタノール濾液はUV光で光らず、捨てた。最後にジクロロメタン100mlで洗浄した。
目方:0.24g/収率:理論値の24%
DC(薄層クロマトグラフィー):生成物は汚れている(シリカゲル上のRf=0.93、LF(展開溶液):CH2Cl2)。
2.2銀塩法によるIr(btp)3の調製(本発明による“Ag−経路”)
三塩化イリジウム三水和物 0.93g 2.65mmol
2−ベンゾ[b]チオフェン−2−イル−ピリジン 5.00g 23.7mmol
トリフルオロ酢酸銀 1.85g 8.20mmol
グリセリン 35ml
実施:
100℃で撹拌したグリセリンに窒素を2時間導入した。窒素の向流で、2−ベンゾ[b]チオフェン−2−イル−ピリジンの供給を行った。同様に窒素向流で白色懸濁液中に三塩化イリジウム三水和物を供給した。
目方:1.67g/収率:理論値の79%
Rf=0.93(シリカゲル、CH2Cl2)
イリジウムアセチルアセトネート 0.60g 1.22mmol
1−フェニルイソキノリン 1.00g 4.87mmol
グリセリン 50ml
実施:
高真空中で脱気し、60℃で撹拌したグリセリンに、1時間半アルゴンを導入した。向流のアルゴンで、イリジウムアセチルアセトネートと1−フェニルキノリンの供給を行った。黒ずんだ反応混合物をアルゴン雰囲気(Gummiblase)下に還流で(185℃)21時間撹拌した。初めに存在した橙色の溶液は反応時間の終わりに暗い橙色の懸濁液であった。フリットを介して約100℃で懸濁液を濾過した後に、残留物を脱塩水で洗浄した。
目方:なし。暗褐色の残留物とそれらのジクロロメタン溶液ならびにジクロロメタンで抽出した母液は、三塩化イリジウム三水和物と銀塩の合成と比べて何の発光も示さなかった。試験を行わなかった。
3.2 銀塩法によるIr(piq)3の製造(本発明による“銀−経路”)
三塩化イリジウム三水和物 0.97g 2.75mmol
1−フェニルイソキノリン 5.03g 24.5mmol
トリフルオロ酢酸銀 1.92g 8.50mmol
グリセリン 40ml
実施:
100℃で撹拌したグリセリンに窒素を1時間半導入した。窒素の向流で、1−フェニルイソキノリンの供給を行った。同様に窒素向流で透明な溶液中に三塩化イリジウム三水和物とトリフルオロ酢酸銀を供給した。黒ずんだ反応混合物を窒素雰囲気(Gummiblase)下に2時間還流で(185℃)撹拌した。懸濁液を約100℃でフリットを介して濾過した後に、残留物をメタノールと脱塩水から成る混合物(1:1)160mlで洗浄し、引き続き高温のジクロロメタン中で撹拌し、フリット上に加えた。ジクロロメタン−母液の濃縮を行った。
目方:1.68g/収率:理論値の76.4%
マススペクトル(EI):804.0, 805.0, 806.0(M+)
4.メタル化の実施例1〜3から得られた結果のまとめ
−反応継続時間
−精製の簡単さ
−収率。
5.実施例2.2と3.2によるIr−錯体であるIr(btp)3とIr(biq)3に関する物理的結果
Ir−錯体であるIr(btp)3とIr(biq)3の吸収スペクトルと発光スペクトルをトルエン中2mg/lの濃度で測定した。発光量子収率は、空気飽和トルエン溶液中、約2mg/lの濃度で算出した。結果は次の表2にまとめてある。
λabs maxは最大吸収波長、
λem maxは最大発光波長を表し、
QYは量子収率(量子収率は、J. W. Eastman, J. Photochem. Photobiol., 6, 55-72, 1967; J. N. Demas, G. A. Crossby, J. Phys. Chem. 75, 991-1025, 1971(Review)およびD. F. Eaton, J. Photochem. Photobiol., 2, 523-531, 1988に開示されている方法に倣って算出したもの)を表し、
CIE 1931は、Commission Internationale de L' Eclairage,の色度座標を表す。
6.OLEDsにおけるIrppy3の使用
市販のIrppy3(H. W. Sands Corp., USA)と本発明により(実施例1.2;“Ag−経路”)製造されたIrppy3を次の構成を有するOLEDにおいてそれぞれ試験した:
アノード:ITO(酸化インジウムスズ)
ホール輸送層:α−NPD(4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル)(厚さ:約40nm)
発光層:6体積%Irppy3を有するCBP(4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル)(厚さ:約20〜50nm)
ホールブロック層:BCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントリン)(厚さ:約6nm)
電子輸送層: Alq3(トリス(8−ヒドロキシキノラート)アルミニウム)(厚さ:約20nm)
電子注入層:LiF(厚さ:約2nm)
カソード:Al
次の表3には、本発明による(“Ag−経路”)Irppy3を使用した場合と、H. W. Sands Corp., USA(“Sands”)の市販のIrppy3を使用した場合のOLEDsの性能を相互に比較してある。
化合物:使用したIrppy3もしくは使用したIrppy3が製造された方法(“Sands”:比較例、実施例1.2:本発明による実施例1.2)
厚さ:発光層の厚さ(nm)
最大輝度:右隣りの段に挙げた電圧での最大輝度(cd/m2)
100cd/m2での発光効率:輝度100cd/m2と、右隣りの段に挙げた電圧での発光効率
最大発光効率:右隣りの段に挙げた電圧での最大発光効率(cd/A)
表からは、次のことが分かる。
− 30、40および50nm厚の発光層で本発明によるIrppy3(実施例1.2)を使用した際に高い最大輝度が得られた。
− 30、40nm厚の発光層で本発明によるIrppy3(実施例1.2)を使用した際に輝度100cd/m2で高い発光効率が得られた。
− 30、40および50nm厚の発光層で本発明によるIrppy3(実施例1.2)を使用した際に電流密度10mA/cm2で高い輝度が得られた。
− 30、40および50nm厚の発光層で本発明によるIrppy3(実施例1.2)を使用した際に高い最大発光効率が得られた。
Claims (7)
- 式(I)
Xは、−CR7=CR8−、−S−、NR9−、−O−、−Se−を表し;
R1−、R2−、R3−、R4−、R5−、R6−、R7およびR8は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−20−アルキル、環式C3−20−アルキルを表し、その際、1つ以上の隣り合わないアルキル基のCH2−基は、−O−、−S−、−NR10−または−CONR11−と置換でき、かつアルキル基の1つ以上の水素原子はCl、BrまたはCNと置換できる;
4〜14個の炭素原子を有する基本骨格を有するアリールまたはヘテロアリールを表し、その際、1つ以上の炭素原子は、−O−、−S−、−N−および−P−から選択されるヘテロ原子と置換でき、かつ該炭素原子および場合によりヘテロ原子は、R1〜R8で定義したような芳香族ではない置換基と置換できる;
Cl、BrまたはCNを表す;
または
2個の隣り合う基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7およびR8は、一緒になって1つの環式基を形成し、これは更にR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7およびR8で挙げた基と置換することができ、その際、環式基の2個の隣り合う基は、更に1つの環式基を形成することができる;
R9、R10およびR11は、相互に独立にH、直鎖または分枝のC1−20−アルキル、環式C3−20−アルキルを表し、前記基は基R1〜R8で定義したように置換できる、またはR1〜R8で定義したようなアリールまたはヘテロアリールである]
の化合物の製法において、Ag−、Hg−、Sb−およびAl−塩から成るグループから選択されるハロゲン捕捉剤の存在で、アルコール、アルコキシアルコールおよびアリールオキシアルコールから成るグループから選択される溶剤の存在で、式(II)
のリガンドを、式IrZ3またはIrZ3・Lx
(式中、Zはハロゲンまたはハロゲノイドを表し、Lは有機または無機分子であり、xはLの数であり、かつ1〜3である)
のハロゲン化イリジウムまたはイリジウムハロゲノイドと反応させることを特徴とする、式(I)の化合物の製法。 - Xが−CH=CH−または−S−を表す、請求項1に記載の方法。
- Xが−CH=CH−、かつ
R1、R2、R3、R4、R5、R6が、それぞれ水素を表すか、または
XがCH=CH−、かつ
R1、R2、R5およびR6が、それぞれ水素を表し、かつ
R3とR4が一緒になって非置換である6員環の芳香族基を形成するか、または
Xが−S−、かつ
R1、R2、R3、R4が、それぞれ水素を表し、かつ
R5とR6が一緒になって非置換である6員環の芳香族基を形成する、請求項2に記載の方法。 - ハロゲン化イリジウムまたはイリジウムハロゲノイド、式IIのリガンド、ハロゲン捕捉剤のモル割合は、1:4〜20:3〜6である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 方法を140〜230℃の温度で実施する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 方法を溶剤中で実施し、溶剤の量は溶剤1ml中に、0.01〜2.5mmolのハロゲン化イリジウムまたはイリジウムハロゲノイドが存在するように選択される、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 得られた式(I)の化合物を、昇華、結晶化、クロマトグラフィーまたはカラム濾過により精製する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
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