Method Article
Scale-up-Synthese von hocheffizienten thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz-Strahler wird im vorliegenden Artikel beschrieben.
Wir berichten über ein Verfahren zur linear skalieren die Synthese von 2,8-Bis (3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) Dibenzothiophene-S, S-Kohlendioxid (compound 4) und 2,8-bis(10H-phenothiazin-10-yl) Dibenzothiophene-S, S-Kohlendioxid (zusammengesetzte 5) mit Buchwald-Hartwig Kreuz-Kupplung Reaktionsbedingungen. Darüber hinaus zeigen wir eine Aufstockung Synthese aller nicht kommerziell erhältliche Ausgangsstoffe, die für die Aminierung Kreuz-Koppelung Reaktion erforderlich sind. In diesem Artikel bieten wir detaillierten synthetische Verfahren für alle beschriebenen Verbindungen, neben deren spektrale Charakterisierung. Diese Arbeit zeigt die Möglichkeit, organische Moleküle für optoelektronische Anwendungen auf einer großen Skala zu produzieren, deren Umsetzung in realen Geräte erleichtert.
In den letzten Jahrzehnten haben Forscher die Nutzung von organischen Molekülen und deren Derivate in organischen Leuchtdioden (OLEDs) seit ihrer ersten Einführung im Jahre 1987 untersucht. 1 die Entdeckung der Elektrolumineszenz (EL) führte zu organischen Materialien ein breites Anwendungsspektrum in Displays und Beleuchtung zu finden. 2 enormes Interesse an Produktion neue organische Verbindungen und studieren ihre photophysikalischen Eigenschaften sind durch die Vorteile der OLED über den vorhandenen Technologien angetrieben; vor allem da sie Energie-effizienter sind und überlegene Geräteleistung bieten Beibehaltung hoher Flexibilität, geringe Dicke und geringes Gewicht. Dennoch leiden im Vergleich zu anorganischen Leuchtdioden (LEDs), OLEDs noch Nachteile, die diese Technologie von kommerzielle Produktion in großem Maßstab, einschließlich eine kürzere Lebensdauer und niedrigen Wirkungsgrade zu verhindern. Bis vor kurzem die meiste Forschung basierte auf der ersten Generation OLEDs und Emission stützte sich auf die Fluoreszenz der organischen Materialien. Die Fluoreszenz nur aus der Singulett-Zustand auftreten kann, ist der maximale theoretische interne Quantenausbeute (IQE) des Geräts nur 25 %. 3 , 4 , 5 durch die Verwendung von Schwermetall enthaltenden organischen komplexe (z. B. Ir, Pt), konnten Forscher die 25 % Effizienz Barriere überwinden durch das Ernten von Elektronen aus den Singulett und Triplett Staaten durch einen Strahlungs Übergangsprozess. 6 , 7 , 8 so können der maximale theoretische Wirkungsgrad der zweiten Generation phosphoreszierende OLEDs (PHOLEDs) so hoch wie 100 % sein. 9 , 10 heute nutzen viele kommerzielle OLED-Geräte, grün und rot phosphoreszierende emittierende metallorganischen komplexe basierend auf Iridium. 11 obwohl diese Materialien weit verbreiteten Einsatz in mobilen Displays und anderen elektronischen Anwendungen gewonnen haben, die Kosten des Vorläufers Schwermetall Salze und ihre kurze Lebensdauer haben Forscher nach Alternativen suchen.
Es gibt mehrere Ziele, die erreicht werden müssen, weit verbreitete Kommerzialisierung der OLED-Technologie, wie hohe Stabilität, effizienten Energieverbrauch und niedrige Produktionskosten des Geräts. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF) Strahler ein wirksamer Ersatz für PHOLED Materialien, gleichwertige IQE, mit diesen Materialien jetzt als dritte Generation OLED-Materialien zu erreichen sein können. 12 , 13 , 14 rein organischen TADF Strahler können in wenigen Schritten aus leicht verfügbaren Ausgangsmaterialien, die Attraktivität der Gesamtvorrichtung Herstellung kommerziell auf den Markt vorbereitet werden. Bis heute, es sind mehrere umfangreiche Literaturrecherchen alle Aspekte von der materiellen Synthese zur Herstellung Gerät abdeckt. 15,16,17,18 das Hauptproblem mit TADF Vorbereitung des Materials ist der Einsatz von Pd-haltiger Katalysatoren für die Kreuz-Kupplungsreaktionen. Um das Potenzial für TADF Materialvorbereitung auf eine erhöhte Ebene zu zeigen. Wir skaliert-Up die Synthese von TADF Emitter aus Ausgangsstoffen zu den gewünschten Produkten, 4 und 5 (Abbildung 1). 22 , 23 dieses ausführliche Protokoll soll helfen, neue Praktiker im Bereich, Informationen im Zusammenhang mit der Synthese von TADF Materialien zu verstehen.
Achtung: Bitte überprüfen Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor der Verwendung. Einige der in die Synthese verwendeten Chemikalien sind hochgiftig und krebserregend. Beim Arbeiten mit Silica-Gel muss eine schützende Atemmaske getragen werden, um Partikel Einatmen zu vermeiden. Bitte alle entsprechenden Sicherheitsregeln beachten, bei der Durchführung einer chemischen Reaktion, einschließlich des Einsatzes von technischen Kontrollen (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, voller Länge Hose, geschlossene Schuhe).
alle Reagenzien und Lösungsmitteln wurden im Handel gekauft und wurden ohne jede weitere Reinigung verwendet. 1 H und 13 C-NMR-Spektren wurden auf einem 400 MHz NMR-Spektrometer mit CDCl 3 als Lösungsmittel erfasst. Proton NMR chemische Verschiebungen werden als δ-Werte in ppm relativ deuterierte Lösungsmittel berichtet: CDCl 3 (7,26). Daten werden wie folgt dargestellt: chemische Verschiebung, Vielfalt und Kupplung konstanten (J) sind in Hz. Multiplets berichtet über den Bereich (in ppm) erscheinen. Kohlenstoff-NMR-Daten wurden im Vergleich zu dem entsprechenden Lösungsmittel Signale CDCl 3 (77.16) gesammelt. Schmelzpunkte wurden mit einem Schmelzpunkt Apparat gemessen. Matrix assisted Laser desorption Ionisation-Time-of-Flight (MALDI-TOF) Massenspektrometrie wurden auf einem Shimadzu Axima-CFR-Spektrometer laufen (Masse 1 150 000 Da reichen).
1. Synthese der gemeldeten Verbindungen
Die chemischen Strukturen der endgültigen TADF Strahler (Abbildung 1) sind für die Elektron-Spenden Gruppen und rot für die Aberkennung der Elektron Kern blau markiert. Ein alkylierten Carbazole-Derivat und ein Dibrominated Dibenzothiopene-S, kann S-Kohlendioxid Akzeptor Molekül aus preiswerten Ausgangsstoffen (Abbildung 2) vorbereitet werden. Die Endprodukte können durch eine groß angelegte Version von Pd-katalysierte tersuchung Kreuz-Koppelung Reaktion (Abbildung 3) hergestellt werden.
Abbildung 1 . Chemische Strukturen basierend auf der 2,8-Dibenzothiophene-5-Kohlendioxid Elektron Akzeptor Kern (gezeigt im rot) mit 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl und 10H-Phenothiazin-10-Yl Spender Moieties von thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz-Strahler Compound 4 und 5 bzw. verschlimmern. Elektron-Spenden Gruppen werden blau dargestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 . Chemische Reaktionswege durch Alkylierung von 9 H Carbazole und 2,8-Dibromodibenzothiophene-5-Kohlendioxid (zusammengesetzte 3) in zwei Schritten, die im Handel erhältlichen Dibenzothiophene ab 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole (Verbindung 1) vorbereiten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 . Buchwald-Hartwig Kreuz Kupplung Reaktionen zwischen 2,8-Dibromodibenzothiophene-5-Kohlendioxid (zusammengesetzte 3) und einer entsprechenden sekundären Amin, Verbindungen, 4 und 5 zu produzieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Dieses Papier soll die große Synthese von hocheffizienten organischen Materialien (Abbildung 1) zeigen für OLED-Anwendungen aus handelsüblichen Ausgangsmaterialien. Dass frühere Berichte nur die letzten Reaktionsschritt Kreuz-Kupplung beschreiben und beziehen sich auf einige der veralteten Publikationen, berichten wir über die detaillierte schrittweise Synthese aller Materialien, zusammen mit ihre volle NMR- und Massenspektrometrie Charakterisierung für verbesserte Reproduzierbarkeit der Experimente.
Beide Emittenten tragen die gleichen Dibenzothiophene-5-Kohlendioxid Elektron Akzeptor Kern. Der erste Schritt bei der Erstellung von zusammengesetzten 3 (Abbildung 2) ist die Bromierungsgrad des im Handel erhältlichen Dibenzothiophene Moleküls. 20 der größeren Skala Reaktion erfolgt über Nacht mit einer Ausbeute von 83 %. Die daraus resultierende Dibrominated zusammengesetzte 2 können mit einer Lösung von Wasserstoffperoxid in Eisessig, nachgiebig 19,3 g eines weißen Pulvers nach Filtration und Reinigung weiter oxidiert werden. 21 compound 3 wurde in der Kreuz-Koppelung Reaktion ohne jede weitere Reinigung verwendet.
Die Differenz in photophysikalischen Eigenschaften der Verbindung 4 und 5 liegt in der Elektron-Spenden Eigenschaften der Amin-Einheiten. Eine der Verbindungen hat periphere alkylierten Carbazole Einheiten, während der andere Phenothiazin Gruppen. Das Phenothiazin-Molekül kann von chemischen Anbietern erworben und ohne Änderungen verwendet werden. Im Falle der Verbindung 4-Tert-Butyl-Gruppen müssen Sie jedoch auf den aromatischen Ring des Referats Carbazole eingeführt werden, um die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln zu erhöhen. Es wurde berichtet, dass in Ermangelung einer geeigneten Alkylgruppen, die Löslichkeit des Produktes sinkt, wodurch eine deutlich niedrigere Rendite Reaktion. 24 Alkylgruppen können in jeder Phenylring mit einer Friedel-Crafts-Reaktion zwischen Tert-Butyl Chlorid und Carbazole H 9 in Gegenwart von Zinkchlorid (II) in Nitromethan anhand der elektrophiler aromatischer Ersatz-Mechanismus eingeführt werden. 19 es wurde festgestellt, dass die Reinheit des entstehenden Produkts nicht hoch genug ist und mehrere Nebenprodukte in der Mischung vorhanden sind; Daher muss die grobe graue Pulver zusätzlich durch Säulenchromatographie resultierenden isoliert von 13,1 g Verbindung 1 erholte sich als weißes Pulver gereinigt werden.
Die gewünschte TADF Strahler 4 und 5 wurden über Palladium-katalysierte Kohlenstoff-Stickstoff Kreuz-Kupplungsreaktionen Literatur beschriebenen Verfahren synthetisiert. 22 , 23 , die wir festgestellt, dass immer größere Mengen der Ausgangsstoffe nicht negativ beeinflussen die Ausbeute an das gewünschte Produkt, was darauf hindeutet, dass weitere Erhöhungen maßstabsgetreu Reaktion möglich sind. Verbindungen, 4 und 5 werden können bzw. in 63 % und 55 % Ausbeute erhalten.
Abschließend wurde ein detaillierter Leitfaden, wie vorzubereiten hocheffiziente organische Moleküle für Licht emittierende Anwendungen, ausgehend von leicht verfügbaren Materialien, mit der Möglichkeit, scale-up der ganzen synthetische Verfahren nachgewiesen. Durch diese Arbeit ist die Absicht, dass große Synthese von vielen anderen TADF Strahler einen schnellen der Technologie aus dem Labortisch für industrielle Anwendungen Übergang.
Wir haben nichts zu veröffentlichen.
Diese Forschung wird finanziell unterstützt von der Europäischen Union Horizon 2020-Forschung und Innovation-Programm unter der Marie Skłodowska-Curie Finanzhilfevereinbarung H2020-MSCA-ITN-2015/674990-Projekt "EXCILIGHT". PJS Danke für ein Wolfson Research Merit Award der Royal Society.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-Chloro-2-methylpropane, 99+% | Sigma Aldrich | 19780 | |
2-Dicyclohexylphosphino-2′,4′,6′-triisopropylbiphenyl (XPhos), 97% | Sigma Aldrich | 638064 | Air sensitive |
9-H-carbazole, 95% | Alfa Aesar | A11448 | Air sensitive |
Bromine, 99.5% | Fisher | 10452553 | Highly toxic |
Chloroform, anhydrous, 99% | Sigma Aldrich | 288306 | |
Dibenzothiophene, 98% | Sigma Aldrich | D32202 | |
Dichloromethane, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 270997 | |
Glacial acetic acid, 99.7+% | Alfa Aesar | 36289 | Corrosive to skin |
Hexane, anhydrous, 95% | Sigma Aldrich | 296090 | |
Hydrogen peroxide solution (30 % (w/w) in H2O) | Sigma Aldrich | H1009 | Corrosive to skin |
Magnesium sulfate, 99.5% | Alfa Aesar | 33337 | |
Nitromethane, 98+% | Alfa Aesar | A11806 | Highly explosive |
Phenothiazine, 98+% | Alfa Aesar | A12517 | Air sensitive |
Sodium tert-butoxide, 97% | Sigma Aldrich | 359270 | |
Tert-butanol, anhydrous, 99.5% | Sigma Aldrich | 471712 | |
Toluene, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 244511 | |
Tris(dibenzylideneacetone) dipalladium(0), Pd 21.5% min | Alfa Aesar | 12760-03 | Air sensitive |
Zinc (II) chloride, anhydrous, 98+% | Alfa Aesar | A16281 |
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