Method Article
הסולם סינתזה של פולטי יעילים ביותר פלורסצנטיות מושהית תרמית מופעל מתואר במאמר שהוצגו.
אנחנו מדווחים הליך באופן ליניארי הסולם הסינתזה של 2,8-bis (3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) dibenzothiophene-S. S דו חמצני (מתחם 4), 2,8-bis(10H-phenothiazin-10-yl) dibenzothiophene-S, S-דו-חמצני (מתחם 5) באמצעות בוכוואלד-הארטוויג חוצת-מצמד תנאי ריאקציה. בנוסף, נדגים סינתזה את קנה המידה של כל חומרי המוצא שאינם מסחריים זמינים הנדרשים עבור התגובה קרוס-מצמד amination. במאמר הנוכחי, אנו מספקים את ההליכים סינתטי מפורט עבור כל תרכובות המתואר, לצד אפיון ספקטרלי שלהם. עבודה זו מציגה את האפשרות לייצר מולקולות אורגניות ליישומים מעגל בקנה מידה גדול, אשר מקלה ביישום שלהם לתוך העולם האמיתי מכשירים.
במהלך העשורים האחרונים, חוקרים חקרו את הניצול של מולקולות אורגניות ונגזרותיהם ב אורגני דיודות פולטות אור (OLEDs) מאז ההיכרות הראשונה שלהם ב-1987. 1 הגילוי של electroluminescence (EL) הובילה חומרים אורגניים למצוא מגוון רחב של יישומים מציג ותאורה. 2 לעניין עצום בייצור תרכובות אורגניות חדש, ללמוד את המאפיינים photophysical שלהם מונעים על ידי יתרונות OLEDs על הטכנולוגיות הקיימות; בייחוד כפי הם יותר באנרגיה, יכולים להציע ביצועי התקן מעולה תוך שמירה על גמישות גבוהה, קטן עובי ומשקל נמוך. ובכל זאת, לעומת אי-אורגנית דיודות פולטות אור (נוריות), OLEDs סובלים עדיין חסרונות המונעים טכנולוגיה זו מייצור מסחרי בקנה מידה גדול, לרבות משך חיים קצר יותר יעילות נמוכה. עד לאחרונה, רוב המחקר התבסס על הדור הראשון OLEDs, פליטה הסתמכה על זריחה של חומרים אורגניים. בשל העובדה כי קרינה פלואורסצנטית יכולה להתרחש רק מהמדינה גופיה, היעילות המרבית קוואנטית פנימית (IQE) של המכשיר הוא רק 25%. 3 , 4 , 5 על ידי ניצול קומפלקסים אורגניים המכילים מטאל (כגון Ir, Pt), חוקרים יכולים להתגבר על המכשול יעילות 25% בבציר האלקטרונים ממדינות גופיה והן שלישיה של תהליך המעבר קרינה. 6 , 7 , 8 . לפיכך, היעילות המרבית התיאורטית של הדור השני OLEDs הזרחני (PHOLEDs) יכול להיות גבוה כמו 100%. 9 , 10 Nowadays, התקנים OLED מסחריים רבים לנצל ירוק ואדום הזרחני פולטות מתחמי אורגנומתכתית בהתבסס על אירידיום. 11 למרות חומרים אלה זכו השימוש הנרחב מציגה סלולרי וביישומים אלקטרוניים אחרים, העלות של מטאל למבשר מלחי ודחפו חייהם קצר יש חוקרים לחפש חלופות.
ישנם מספר המטרות כי חייבת להיות מושגת על מסחור נרחבת של טכנולוגיית OLED, כגון יציבות גבוהה, צריכת חשמל יעילה, עלות הייצור נמוכה של המכשיר. בשנים האחרונות הוכח כי פולטי קרינה פלואורסצנטית מושהית תרמית מופעל (TADF) יכול להיות תחליף יעיל PHOLED חומרים כדי להגיע לאותו הערך IQE, עם חומרים אלה כעת נחשב כחומרי OLED הדור השלישי. 12 , 13 , 14 פולטים TADF אורגני טהור ניתן להכין בכמה צעדים מחומרי המוצא זמינים שהופך הזיוף התקן הכוללת מסחרית אטרקטיבי לשוק. עד כה, יש מספר סקירות ספרות מקיף מכסה כל ההיבטים של סינתזת חומרים כדי הזיוף התקן. 15,16,17,18 העניין המרכזי עם הכנה גשמי TADF הוא השימוש של זרזים המכילות Pd עבור התגובות קרוס-מצמד. כדי להראות את הפוטנציאל TADF הכנת חומרים בקנה מידה מוגברת. אנחנו טיפס למעלה הסינתזה של TADF פולטים מלבצע חומרים במוצרים הרצויים 4 ו- 5 (איור 1). 22 , 23 פרוטוקול מפורט זה נועד לעזור חדשים העוסקים בתחום כדי להבין את המידע המשויך הסינתזה של חומרים TADF.
אזהרה: נא עיין גליונות נתונים כל בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש. כמה החומרים הכימיים המשמשים הסינתזה הם מאוד רעילים ומסרטנים. בעת עבודה עם סיליקה ג'ל, חובה לחבוש מסכת מגן כדי למנוע שאיפה של חלקיקים. צפו כל כללי הבטיחות המתאים בעת ביצוע תגובה כימית כולל השימוש של פקדים הנדסה (fume הארון), ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, מכנסיים באורך מלא, נעליים סגורות).
כל ריאגנטים, ממיסים נרכשו מסחרית, שימשו ללא טיהור נוסף כלשהו. 1 ספקטרום C NMR H ו- 13 נרשמו בספקטרומטר 400 מגה-הרץ NMR באמצעות CDCl 3 כמו הממס. משמרות כימי פרוטון NMR מדווחים כערכים אלפא ב ppm ביחס ממיסים deuterated: CDCl 3 (7.26). הנתונים מוצגים כדלקמן: shift כימי, ריבוי צימוד constant(s) (J) נמצאים ב- Hz. Multiplets מדווחים על פני הטווח (ב ppm) הם הופיעו. פחמן NMR הנתונים נאספו ביחס המתאים הממס אותות CDCl 3 (77.16). נקודות התכה נמדדו באמצעות מנגנון נקודת התכה. לייזר בסיוע מטריקס desorption יינון-זמן-של-טיסה (MALDI-TOF) ספקטרומטר מסה נוהלו על ספקטרומטר של Shimadzu Axima-CFR (טווח המוני Da 1-150 000).
1. סינתזה של תרכובות דווח על
מבנה כימי של הפולטים TADF הסופי (איור 1) מסומנים הכחול תורם אלקטרון קבוצות ו אדום עבור הליבה פורש אלקטרון. נגזרת של alkylated carbazole, dibrominated dibenzothiopene-S, S דו חמצני מקבל מולקולה ניתן להכין חומרים זולים ההתחלתי (איור 2). המוצרים הסופיים ניתן להכין על ידי גרסה בקנה מידה גדול של התגובה קרוס-מצמד amination מזורז-Pd (איור 3).
איור 1 . מבנה כימי של פולטי קרינה פלואורסצנטית מושהית תרמית מופעל מבוסס על ליבת מקבל אלקטרון 2,8-dibenzothiophene-5-דו-חמצני (באיור אדום) הנושאת התורם 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl ו- 10H-phenothiazin-10-yl moieties של במתחם 4, מתחם 5 בהתאמה. תורם אלקטרון שהקבוצות מוצגות בצבע כחול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 . תגובה כימית מסלולים להכין את 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole (מתחם 1) אלקילציה של 9-H-carbazole, 2,8-dibromodibenzothiophene-5-דו-חמצני (תרכובת 3) בשני שלבים החל מ- dibenzothiophene זמינים מסחרית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 . בוכוואלד-הארטוויג צלב צימוד תגובות בין 2,8-dibromodibenzothiophene-5-דו-חמצני (תרכובת 3) אמין משני המתאים כדי לייצר תרכובות 4 ו- 5. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
מטרת מאמר זה היא להראות את הסינתזה בקנה מידה גדול של חומרים אורגניים יעילים ביותר (איור 1) ליישומים OLED מחומרי המוצא זמינים מסחרית. בשל העובדה כי דוחות קודמים רק לתאר את השלב הסופי של תגובת הצלב-מצמד ולהפנות חלק מן הפרסומים מיושן, אנחנו מדווחים הסינתזה מפורט שלב אחר שלב של כל החומרים יחד עם שלהם מלא NMR ספקטרומטריית אפיון הפארמצבטית משופרת של הניסויים.
שנינו פולטים לשאת את אותה ליבה מקבל אלקטרון dibenzothiophene-5-דו-חמצני. השלב הראשון בהכנת במתחם שלוש (איור 2) הוא bromination של מולקולת dibenzothiophene זמינים מסחרית. 20 התגובה בקנה מידה גדול מתרחש בין לילה עם תשואה של 83%. Dibrominated וכתוצאה מכך מתחם 2 יכול להיות תחמוצת נוסף עם פתרון של מימן על-חמצני, חומצה אצטית, מניב 19.3 גרם של אבקה לבנה לאחר סינון של כביסה. 21 3 מתחם היה בשימוש התגובה קרוס-מצמד ללא טיהור נוסף כלשהו.
ההבדל photophysical מאפיינים בין 4 מתחם 5 טמון המאפיינים תורם אלקטרונים של יחידות אמין. אחד של תרכובות יש יחידות carbazole alkylated היקפיים, בעוד אחרים יש קבוצות phenothiazine. מולקולת phenothiazine ניתן לרכוש מספקי כימי, ללא כל שינוי. אולם, במקרה של תרכובת 4 קבוצות טרט-בוטיל צריך להיות מוצג על גבי הטבעת הארומטית של היחידה carbazole על מנת להגביר את מסיסות של ממיסים אורגניים. דווח כי בהיעדר אלקיל מתאים לקבוצות, המסיסות של המוצר טיפות, שתוצאתה תשואה התגובה נמוך משמעותית. 24 קבוצות אלקיל שיוכל להיכנס לתוך כל טבעת phenyl באמצעות תגובת פרידל-קרפטס בין טרט-בוטיל כלוריד 9-H-carbazole בנוכחות אבץ (II) כלוריד ב- nitromethane מבוסס על מנגנון החלפת ארומטי electrophilic. 19 . זה נמצא כי הטוהר של המוצר הסופי אינו גבוה מספיק, חלקי פנים מספר נוכחים בתערובת; לכן האבקה אפור גס יש לטהר בנוסף מאת כרומטוגרפיה עמודה והתוצאה היא ניתוקה של 13.1 גר' 1 מתחם התאושש כאבקה לבנה.
הפולטים TADF הרצוי 4 ו- 5 היו מסונתז באמצעות פחמן-חנקן מזורז-פלדיום קרוס-מצמד תגובות באמצעות הליכים ספרות שתואר לעיל. 22 , 23 . מצאנו כי הגדלת הכמויות של חומרי המוצא אינה שלילית לא משפיעים על התשואה של המוצר הרצוי, רומז כי עליות נוספות הסולם התגובה אפשריים. תרכובות 4 ו- 5 ניתן להשיג ב- 63% ל- 55% תשואה, בהתאמה.
לסיכום, הוכח קו מנחה מפורט כיצד להתכונן יעילים ביותר מולקולות אורגניות פולטות יישומים, החל מחומרים זמינים, עם אפשרות לשנות את קנה המידה ההליך סינתטי כל אור. דרך עבודה זו, הכוונה היא כי סינתזה בקנה מידה גדול של רבים אחרים הפולטים TADF להבטיח מעבר מהיר של הטכנולוגיה מהספסל מעבדה ליישומים תעשייתיים.
אין לנו לחשוף.
מחקר זה קיבל מימון תוכנית מחקר וחדשנות 2020 אופק של האיחוד האירופי בהסכם גרנט מארי הספרותמוזאון H2020-MSCA-ITN-2015/674990 פרויקט "EXCILIGHT". פיג'מה תודה החברה המלכותית פרס הצטיינות במחקר וולפסון.
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved