JP5631884B2 - 発光ダイオード用ホスト材料 - Google Patents
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- H10K50/12—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising dopants
Description
本出願は、2008年10月16日出願の米国仮特許出願第61/105838号および2008年11月27日出願の欧州特許出願公開第08170151.8号に関する優先権を請求し、これらの両方は参照により本明細書中に援用される。
式中、
Aは、有機二価ラジカルであり、
R1、R2、R3、およびR4は非共役置換基であり、各出現ごとに同一または異なり、
トリチル、
ハロゲン、
ニトロ、
シアノ、
−COOR5、
1から20個の炭素原子を有するアルコキシまたはジアルキルアミノ基(ただし、1個または複数個の非隣接―CH2基を−O−、−S−、−NR6−、−CONR7−、または−COO−で置き換えることができ、また少なくとも1個の水素原子をハロゲンで置き換えることができる)、および
−SiR8R9R10
からなる群から選択される。
上式で、R5、R6、R7、R8、R9、およびR10は各出現ごとに同一または異なり、独立して−H、ハロゲン、ニトロ、シアノ、直鎖または分岐C1〜20アルキル、C3〜20環状アルキル、直鎖または分岐C1〜20アルコキシ、C1〜20ジアルキルアミノ、C4〜14アリール、C4〜14アリールオキシ、およびC4〜14ヘテロアリール(これらは1個または複数個の非芳香族ラジカルで置換することができる)からなる群から選択され、さらにR1、R2、R3、R4、R8、R9、およびR10のうちの複数が、一緒になって単環または多環、任意選択で芳香族を形成することができる。また
l、m、p、およびqは、各出現ごとに同一または異なり、0から4の整数(ただしl+m+p+q>0)を表す。
ガラス基板、
酸化インジウムスズ(ITO)陽極などの一般には透明な陽極、
正孔輸送層(HTL)、
発光層(EML)、
電子輸送層(ETL)、および
Al層などの一般には金属製の陰極
を備える。
0℃で100mLのHPLC等級アセトニトリルに溶かした9.153g(54.7mmol)のカルバゾールの懸濁液に、激しく撹拌しながら10.433g(58.6mmol)のN−ブロモコハク酸イミド(NBS)をゆっくり加えた。NBSを加えた後、フラスコの内容物をゆっくり室温に至らせ、一晩撹拌した。バルキーな白色沈殿物を濾過し、冷アセトニトリル(2×30mL)およびヘキサン(2×50mL)で洗浄し、一定重量になるまで真空下で乾燥して3−ブロモカルバゾール(4)7.95g(収率59%)を綿毛状白色固体として得た。濾液から追加の生成物を単離することができる(EtOAc/ヘキサン=85:15の場合のカルバゾールに対するRf=0.26、また3−ブロモカルバゾール(4)に対するRf=0.16)。
350mLの無水DMFに溶かした34.6g(0.141mol)の3−ブロモカルバゾール(4)の溶液に、34.4g(0.248mol、1.77当量)の粉末状無水炭酸カリウム(K2CO3)を加え、続いて2.05g(7.75mmol、約5.5mol%)の18−クラウン−6および18.96g(0.149mol)の塩化ベンジルを室温で加えた。混合物の温度を100℃に保ち、その混合物を23時間撹拌した。混合物をその高温から取り出し、周囲温度まで冷却し、次いでその混合物からロータリーエバポレーターにより高真空下で溶媒を除去した。その残渣に約1Lの冷水を加え、生成物をジクロロメタン(2×0.5L)で抽出した。有機抽出物を1Lの水で洗浄し、Na2SO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮して、白色の固体50gを得た。若干の未反応3−ブロモカルバゾール(4)を含有するこの粗生成物(CH2Cl2/ヘキサン=2:8の場合の(5)に対するRf=0.44、また(4)に対するRf=0.16)をCombiFlashで精製(2回、330gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン)して純粋な9−N−ベンジル−3−ブロモカルバゾール(5)39.4g(収率83%)を白色の固体として得た。
70mLの無水THFに溶かした3.854g(11.46mmol)の9−N−ベンジル−3−ブロモカルバゾール(5)の溶液を−78℃まで冷却し、5.0mLのn−BuLi(2.5Mヘキサン、12.5mmol、1.1当量)を、−74℃未満の温度を保つのに適切な速度でシリンジを用いてゆっくり加えた。得られた黄色の溶液を−78℃で40分間撹拌し、次いでこの反応混合物に生のままのトリイソプロピルシリルトリフラート(TIPS−トリフラート)をシリンジを用いて一滴ずつ加えた。この反応混合物を30分間撹拌し、次いで放置して室温まで2時間ゆっくり暖めた。この反応混合物を氷水で急冷し、酢酸エチル(3×50mL)で抽出し、有機相をNa2SO4で乾燥した。ロータリーエバポレーターで濃縮した後、無色の油をCombiFlash(120gカラム、ヘキサン)上で精製して2.55gの透明な油を得た。この材料はTLC上に1スポットを生ずる(EtOAc/ヘキサン=1:9の場合のRf=0.67)が、還元された材料(7)に関係する第2スポットをヘキサン((6)に対するRf=0.27、また(7)に対するRf=0.19)において見ることができる。HPLCの結果は、この油が生成物9−N−ベンジル−3−トリイソプロピルシリル−カルバゾール(6)を約60%含有することを示した。この材料を次の脱保護のステップのために使用した。微量(0.115g)の純粋な9−N−ベンジル−3−トリイソプロピルシリル−カルバゾール(6)のみを単離してこの生成物の構造を確かめた。
A.純粋な9−N−ベンジル−3−トリイソプロピルシリル−カルバゾール(6)の脱保護
4mLのDMSOに溶かした0.1135g(0.274mmol)の純粋な9−N−ベンジル−3−トリイソプロピルシリル−カルバゾール(6)の懸濁液に室温でKOBu−tの1M THF溶液2mL(2mmol)を加えた結果、透明な溶液が形成された。反応混合物中で約18℃で酸素を5分間泡立たせた後、酸素の流れを停止した。反応を氷水(50mL)で急冷し、ジクロロメタン(2×30mL)で抽出し、有機層を分離し、Na2SO4で乾燥した。抽出物をロータリーエバポレーターで濃縮して0.12gの黄色の固体を得た。これをCombiFlashで精製(4gカラム、ヘキサン)して純粋な3−トリイソプロピルシリル−カルバゾール(8)0.08g(収率95%)を白色の固体として得た。
上記(6)の合成反応からの合計1.19gの粗(6)(HPLCによる含有量約60%、純粋な(6)0.7g、1.72mmol)を、2mLのDMSO中に懸濁させた。KOBu−tの1M THF溶液を合計で30mL(30mmol)加え、その溶液中に酸素を周囲温度で出発原料が消滅するまで泡立たせた。この消滅はTLCにより示される(この段階で反応の色は通常オレンジ色に変わる)。前述のように粗(6)は、TLC上に単に1スポットのみを生ずる(EtOAc/ヘキサン=1:9の場合のRf=0.67)。脱保護の後、TLCは、生成物(8)に対応する主要化合物を含む4種類の化合物の存在、および下記Rf値、すなわちRf=0.67を有する微量の未反応の(6)と、Rf=0.37を有する生成物(8)の主スポットと、カルバゾールおよび未確認不純物にそれぞれ対応するRf=0.26および0.18を有する2つの二次スポットとを示す。反応を氷水(150mL)で急冷し、酢酸エチル(3×50mL)で抽出した。一緒にした有機抽出物を水(100mL)、ブライン(30mL)で洗浄し、Na2SO4で乾燥した。ロータリーエバポレーターで濃縮した後、合計で2.9gの黄色の油を得た。この粗生成物をCombiFlashで精製(80gカラム、溶離液としてヘキサン/ジクロロメタン)しての純粋な脱保護化合物(8)0.634g((6)を基準にして収率89%)を白色の固体として得た。
TCI(日本)から入手した合計25.5g(73.18mmol)の9,9−ビス−(4−アミノフェニル)−フルオレンを、250mLの水と45mL(0.456mol、6当量)の濃HClの混合物中に溶解した。この混合物を、オーバーヘッドスターラー、熱電対、滴下漏斗、および冷却用氷/メタノール浴を備えた1Lの三つ口丸底フラスコに入れた。フラスコの内容物を0℃に冷却し、激しく撹拌しながらこの溶液に、40mLの水に溶かしたNaNO2(10.6g、153.6mmol、2当量)の冷溶液を一滴ずつ加えた。得られた黄色の溶液を0℃で30分間さらに撹拌した。この溶液を、その調製されたジアゾニウム塩を温度0℃に保つために、氷で満たしたジャケットを有するジャケット付き滴下漏斗に移した。この塩の溶液を、250mLの水に溶かしたKI(48.3g、0.291mol、4当量)の溶液に約10℃で激しく撹拌しながらゆっくり加えた。添加の完了後、得られた黒ずんだ混合物を温度60℃に保ち、6時間撹拌した。この混合物を室温まで冷却し、その有機材料をジクロロメタン(3×0.5L)で抽出し、水(1L)で洗浄し、Na2SO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮して45gの黒色の泡状物質を得た。この粗材料をCombiFlashで精製(330gカラム、ヘキサン)して9,9−ビス−(4−ヨードフェニル)−フルオレン(10)24.7g(収率59%)を、Rf=0.33(ヘキサンの場合)を有する白色の固体として得た。
アルゴンブランケットの中で、1.7585g(3.08mmol)の(10)と、2.1678g(6.699mmol、2.17当量)の(8)と、2.9422g(21.28mmol、(8)を基準にして3.18当量)の無水K2CO3と、0.3220g(1.21mmol、(8)を基準にして18mol%)の18−クラウン−6と、0.9715g(15.2mmol、(8)を基準にして2.26当量)のナノ粉末銅との、110mLの無水o−ジクロロベンゼン中の混合物を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、加熱用マントル、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコ中に充填した。この混合物を温度177℃に保ち、40時間撹拌した。反応をTLCおよびHPLCにより監視した。反応が完了する約2日後に、混合物を室温に冷却し、水(0.5L)で急冷した。有機生成物をジクロロメタン(2×100mL)で抽出し、Na2SO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮した。高真空下で残渣からo−ジクロロベンゼンを除去して粘性のある褐色の油5.2gを得た。この材料をCombiFlashで精製(120g、ヘキサン/ジクロロメタン)し、9,9−ビス−[4−(3−トリイソプロピルシリルカルバゾール)−フェニル)]−フルオレン(1)1.72g(収率47%)を白色の泡状物質として単離した。混合画分を濃縮した結果、(8)の混入した1.12gの不純生成物が得られた。純粋な材料(1.72g)を最少量の加温ジクロロメタン(約15mL)中に溶解し、加温ヘキサン(約80mL)で希釈し、ロータリーエバポレーターで、その反応混合物の体積が元の体積の約3分の1になるまで室温においてゆっくり濃縮した。残渣を氷浴中で冷却すると、生成物(1)がゆっくり結晶化した。この沈殿物を濾過し、冷ヘキサン(2×20mL)で素早く洗浄し、一定重量になるまで真空下で乾燥して、1.35gの(1)を白色の固体として得た(ロットA352−79−1)。C67H72N2Si2・ヘキサン0.5molについての計算値:C 83.69、H 7.93、N 2.79。実測値:C 83.94、H 7.97、N 2.81。HPLC純度99.7%。
アルゴンブランケットの中で、10.41gの95%カルバゾール(9.89g、59.1mmol)と、15.44g(69.5mmol、1.17当量)の4−ヨードフルオロベンゼン(Aldrich)と、13.13g(95mol、1.6当量)の無水K2CO3と、3.11g(11.76mmol、約20mol%)の18−クラウン−6と、4.22g(66.42mmol、1.1当量)のナノ粉末銅との、120mLの無水o−ジクロロベンゼン中の混合物を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、加熱用マントル、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコ中に充填した。この混合物を温度177℃に保ち、反応が完了するまで撹拌した。反応をTLCにより監視した。反応が完了した後(すなわち、約6時間後)、混合物を室温まで冷却し、1Lの水で急冷した。有機層の分離を増進させるために、任意選択でその綿毛状黒色の銅の残渣を綿を通して濾過することにより除去した。有機生成物をジクロロメタン(2×100mL)で抽出し、Na2SO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮し、続いて高真空下でo−ジクロロベンゼンを除去した。合計で22gの褐色の固体を得た。この粗材料をCombiFlashで精製(330gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン、2回)した結果、純粋な9−N−(4−フルオロフェニル)−カルバゾール(15)14.13g(収率87%)が白色の固体として単離された。
アルゴンブランケットの中で、8.76gの95%カルバゾール(8.32g、49.7mmol)と、12.91g(55.1mmol、1.1当量)の4−ヨードアニソール(Aldrich)と、10.54g(76.26mol、1.53当量)の無水K2CO3と、2.04g(7.71mmol、約15mol%)の18−クラウン−6と、6.45g(101.5mmol、2.0当量)のナノ粉末銅との、無水o−ジクロロベンゼン100mL中の混合物を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、加熱用マントル、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコ中に充填した。この混合物を温度178℃に保ち、反応が完了するまで撹拌した。反応をTLCにより監視した。TLC(EtOAC/ヘキサン=1:9の場合のカルバゾールに対するRf=0.22、4−ヨードアニソールに対するRf=0.49、また(16)に対するRf=0.4)に基づく反応が完了した後(すなわち、約4時間後)、混合物を室温まで冷却し、1Lの水で急冷した。有機層の分離を増進させるために、任意選択でその綿毛状黒色の銅の残渣を綿を通して濾過することにより除去した。有機生成物をジクロロメタン(2×100mL)で抽出し、Na2SO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮し、続いて高真空下でo−ジクロロベンゼンを除去した。合計で23.4gの褐色の固体を得た。この粗材料をCombiFlashで精製(330gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン)した結果、10.2gの白色の固体が単離された。この材料を約30mLのジクロロメタン中に溶解し、ヘキサン(約100mL)で希釈し、フラスコ中に元の体積の約20%が残るまでロータリーエバポレーターで室温においてゆっくり濃縮した。氷中で冷却すると残渣から白色の固体が沈殿し始めた。この沈殿物を濾過し、冷ヘキサン(2×30mL)で洗浄し、一定重量になるまで真空下で乾燥して純粋な9−N−(4−メトキシロフェニル)−カルバゾール(16)9.93g(収率70%)を白色の固体として得た。
130mLのジクロロメタンと45mLの氷酢酸の混合物に溶かした5.634g(21.54mmol)の(15)の溶液を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、氷浴、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコに入れた。この混合物を10℃に冷却し、その溶液に10分以内に10.861gの95%固体N−ヨードコハク酸イミド(NIS、10.317g、45.85mmol、2.1当量)を少しずつゆっくり加えた。添加が完了した後、反応物を放置して室温まで暖め、さらに6時間撹拌した。溶媒(CH2Cl2およびAcOH)を、減圧下においてロータリーエバポレーターで除去し、次いでその残渣に300mLのジクロロメタンを加え、反応混合物を10%KOH水溶液(3×200mL)で洗浄した。生成物をジクロロメタンで抽出し、その有機層を水(300mL)で洗浄し、Na2SO4で乾燥した。得られた透明な黄色の溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、その残渣を約100mLの高温ジクロロメタン中に溶解した。このジクロロメタンに溶かした生成物の溶液に素早く約300mLのヘキサンを加え、冷却すると生成物が結晶化した。その沈殿固形物を濾過し、冷ヘキサン(2×30mL)で洗浄し、一定重量になるまで乾燥して純粋な9−N−(4−フルオロフェニル)−3,6−ジヨードカルバゾール(17)8.84g(収率80%)を白色の固体として得た。
100mLのジクロロメタンと35mLの氷酢酸の混合物に溶かした3.95g(14.45mmol)の(16)の溶液を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、氷浴、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコに入れた。この混合物を10℃に冷却し、その溶液に10分以内に7.29gの95%固体N−ヨードコハク酸イミド(NIS、6.92g、30.78mmol、2.1当量)を少しずつゆっくり加えた。添加が完了した後、反応物を放置して室温まで暖め、さらに6時間撹拌した。溶媒(CH2Cl2およびAcOH)を減圧下においてロータリーエバポレーターで除去し、次いでその残渣に200mLのジクロロメタンを加え、反応混合物を10%KOH水溶液(3×100mL)で洗浄した。生成物をジクロロメタンで抽出し、その有機層を水(200mL)で洗浄し、Na2SO4で乾燥した。この透明な黄色の溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、得られた灰色がかった白色の残渣を約40mLの高温ジクロロメタン中に溶解した。この溶液に約800mLのヘキサンを素早く加え、冷蔵庫中で一晩冷却すると生成物がゆっくり結晶化した。その沈殿固形物を濾過し、冷ヘキサン(2×30mL)で洗浄し、一定重量になるまで乾燥して純粋な9−N−(4−メトキシフェニル)−3,6−ジヨードカルバゾール(18)6.34g(収率84%)を白色の固体として得た。
アルゴンブランケットの中で、2.2013g(4.29mmol)の(17)と、2.7620g(8.53mmol、1.99当量)の(8)(実施例4から)と、3.995g(28.9mmol、(8)を基準にして3.39当量)の無水K2CO3と、0.4950g(1.87mmol、(8)を基準にして22mol%)の18−クラウン−6と、1.1920g(18.75mmol、(8)を基準にして2当量)のナノ粉末銅との、無水o−ジクロロベンゼン100mL中の混合物を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、加熱用マントル、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコ中に充填した。この混合物を温度177℃に保ち、40時間撹拌した。反応をTLCおよびHPLCにより監視した。約2日後、反応が完了したとき混合物を室温まで冷却し、水(0.5L)で急冷した。有機生成物をジクロロメタン(2×100mL)で抽出し、綿毛状の銅の残渣を除去するためにばら(loose)綿を通して濾過し、Na2SO4で乾燥した。反応混合物をロータリーエバポレーターで濃縮し、続いて高真空下でo−ジクロロベンゼンを除去して6.1gの褐色の油を得た。この材料をCombiFlashで精製(330gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン)した結果、白色の固体を生じた。この材料を最少量の加温ジクロロメタン(約15mL)中に溶解し、加温ヘキサン(約150mL)で希釈し、結晶化が起こるまで室温においてロータリーエバポレーターでゆっくり濃縮した。得られた懸濁液を氷浴上で冷却し、濾過し、次いでその濾過ケーキを冷ヘキサン(2×20mL)で洗浄した。固体生成物を一定重量になるまで真空下で乾燥して、HPLC純度100%を有する2.21g(収率57%)の純粋な化合物VIIIを白色の固体(ロットA352−105−2)として得た。C60H66FN3Si2・H2O 0.2molについての計算値:C 79.37、H 7.37、N 4.63。実測値:C 79.36、H 7.54、N 4.61。
アルゴンブランケットの中で、1.6183g(3.08mmol)の(18)と、2.0492g(6.33mmol、2当量)の(8)と、2.9110g(21.06mmol、(8)を基準にして3.3当量)の無水K2CO3と、0.486g(1.83mmol、(8)を基準にして29mol%)の18−クラウン−6と、1.189g(18.71mmol、(8)を基準にして2.95当量)のナノ粉末銅との、無水o−ジクロロベンゼン100mL中の混合物を、マグネティックスターラー、熱電対、凝縮器、加熱用マントル、およびアルゴンを満たした気球を備えた0.5Lフラスコ中に充填した。この混合物を温度177℃に保ち、40時間撹拌した。反応をTLCおよびHPLCにより監視した。約2日後、反応が完了したとき混合物を室温まで冷却し、水(0.5L)で急冷した。有機生成物をジクロロメタン(2×100mL)で抽出し、綿毛状の銅の残渣を除去するためにばら綿を通して濾過し、Na2SO4で乾燥した。反応混合物をロータリーエバポレーターで濃縮し、続いて高真空下でo−ジクロロベンゼンを除去して6.2gの黒ずんだ油を得た。この材料をCombiFlashで精製(330gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン)した結果、3.2gの黄色の油を生じた。この材料をCombiFlashでもう一度再精製(120gカラム、ヘキサン/ジクロロメタン)してTLCにより2.3gの透明な黄色の油を得た。この油をヘキサン(約20mL)中に溶解し、冷蔵庫中に一晩放置した。沈殿した綿毛状の固体を、0.45 PTFE膜フィルターを用いて濾過し、素早く冷ヘキサン(2×15mL)で洗浄し、最初に窒素で乾燥し、次に高真空下で一定重量になるまで乾燥した。HPLC純度99%+を有する化合物VIIを、暗所で保存しなければならない感光性の白色の固体(1.61g、収率57%)として得た(ロットA352−107−2)。C61H69N3Si2・H2O 0.2molについての計算値:C 79.64、H 7.60、N 4.57。実測値:C 79.70、H 7.85、N 4.58。
UV〜可視吸収スペクトルは、SHIMADZU UV−3101 PC複光束分光光度計上に記録した。光ルミネッセンスの検討は、HORIBA JOBIN YVON Fluoromax−4P分光蛍光計で様々なホストの10−5M溶液に関して行った(λexc:300nm)。77oKにおける発光測定は、HORIBA JOBIN YVONから入手したFL−2013 Dewar液体窒素アッセンブリーを用いて行った。トルエンおよびジクロロメタン(DCM)は分光測定等級であり、また2−メチルテトラヒドロフランは≧99.0%(無水)であった。
サイクリックボルタメトリー実験は、METROHM VA TRACE Analyzer 746をVA Stand 747測定装置と共に用いて行った。すべての測定は、通常の三電極配置で不活性雰囲気下において室温で行った。溶液は、使用の前にアルゴン蒸気で5〜10分間脱ガスした。作用電極はグラッシーカーボンディスクであり、一方、対電極はPtワイヤである。基準電極は、メタノールに溶かしたKCl飽和溶液を満たしたAg/AgCl基準電極または偽似電極Ptワイヤである。
昇華についてはCreaphysの管を用いたVacuum Sublimation Unit DSU05−vを使用した。3つの独立した加熱ゾーンを有する外部オーブンが、化合物の堆積用のものであるガラス管の内部に温度勾配を作り出す。
ガラス転移温度(Tg)の決定については測定をTA 2920(TA Instruments)またはDSC 823(Mettler−Toledo)で行った。典型的な試験片の重量の範囲は10mgから20mgの間であり、試料の特徴によって決まる。その温度プログラムは、20K/分における2つの加熱ステップおよび1つの冷却ステップを含む。その上側温度の選択は、試料の特徴、主に熱安定性および結晶化度によって決まる。ガラス転移は、Tg、すなわち2本の外挿基線間の中線との交点によって特徴づけられる。測定は少なくとも2度繰り返され、それは利用できる材料の量に左右された。
溶解度試験は、試料採取用バイアル中で適切な量の化合物の粉末を1mLの溶媒に加えることによって磁気撹拌しながら20℃で行った。
図8に示す一般構造を使用して、本発明のカルバゾール系ホスト材料VIIIおよびVを含有する発光層(EML)を有するOLED素子を作製した。
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