Патент на изобретение №2370501
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) РАЗВЕТВЛЕННЫЕ ПОЛИФЕНИЛЕНЫ – ПОЛИ-(1,3,5-ТРИФЕНИЛБЕНЗОЛ-4′-ТРИИЛ) С ЦЕНТРОМ ВЕТВЛЕНИЯ – 1,3,5-ТРИФЕНИЛБЕНЗОЛЬНОЕ ЯДРО, ОБЛАДАЮЩИЕ СВОЙСТВОМ ВЫСОКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ, И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к новым полимерным соединениям, которые могут быть использованы в качестве активных слоев органических светоизлучающих диодов с высокой эффективностью излучения в синей области. Предлагаются новые разветвленные полифенилены общей формулы (I):
где n – от 10 до 20; R – C1-C10алкил, C1-C10алкоксигруппа, обладающие высокой эффективностью электролюминесценции. Описывается также способ получения полифениленов формулы (I), включающий гомополиконденсацию 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола в присутствии катализатора, образованного in situ на основе хлористого никеля, трифенилфосфина, бипиридила и цинка, в токе аргона с последующим взаимодействием продукта реакции с C1-C10алкил- или C1-C10алкоксифенилбромидом. Предложенные модифицированные полифенилены обладают повышенными оптическими характеристиками по сравнению с известными не модифицированными полифениленами. 3 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к химической и электронной отраслям промышленности, а конкретно к модифицированным разветвленным полифениленам. Изобретение может быть использовано при производстве дисплеев, в электрофотографии, при изготовлении источников освещения, фотодетекторов, сенсоров, полевых транзисторов, диодных лазеров и в других областях, где необходимо обеспечить люминесценцию при преобразовании электрической энергии в световую. Одним из направлений конструирования дисплеев является использование органических материалов для светоизлучающих диодов (OLED), которые значительно более дешевы, чем на основе полупроводниковых неорганических материалов. Особый интерес представляют полимерные материалы, излучающие свет в диапазоне 420-460 нм (синий цвет), а их круг ограничен фениленовыми структурами. К ним относятся полифенилены (линейные, разветвленные), полифлуорены, полифениленэтинилены. Известны полифенилены следующей общей формулы:
Эти полифенилены получают на основе диэтинильных ароматических соединений или смеси диэтинильных ароматических и моноэтинильных ароматических или алифатических соединений в присутствии металлокомплексов как катализаторов при температурах до 200°С (US Сложность и нетехнологичность известного способа обусловлена чрезвычайно трудоемким синтезом этинильных соединений и применением специфических металлокомплексных катализаторов, синтез которых также затруднен. Кроме того, известный метод не позволяет получить светоизлучающие материалы вследствие тушения люминесценции металлокомплексом, остающимся в полимере после выделения. Нерастворимость полимера затрудняет его переработку, в частности не позволяет наносить полимер на подложку в виде раствора, однако, в случае получения полимера непосредственно на подложке в тонком слое, в результате напыления компонентов и их последующей полимеризации, полимерные сшивки также способствуют тушению люминесценции. Известны аналогичные структуры растворимых полифениленов общей формулы
где R3; R4=-COCH3; -C(OC2H5)2CH3, R1 и R2 – ароматические группы. Получают их на основе доступных моно- и диацетилароматических соединений или их этилкеталей в растворе, в присутствии кислотных катализаторов, например n-толуолсульфокислоты или газообразного хлористого водорода, при комнатной температуре (US Однако дефектные фрагменты динонового типа, а также концевые ацетильные или кетальные группы полностью исключают люминесценцию таких полимеров. Известны растворимые разветвленные полифенилены следующей общей формулы:
где n – степень полимеризации от 5 до 20; m=1, 2; q=1, 2; Ar – ариленовая группа, карбоксинафтильная группа, нафтилимидная, нафтильная, антраценовая группы, гетероциклическая группа, в том числе пиридильная и бипиридильная (патент RU Способ получения таких полифениленов заключается в проведении полимеробразующей реакции гомополиконденсации 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола с монобромидами из ряда: бромбензол, бромнафталевый ангидрид, бромнафтилимид, бромнафталин, бромантрацен, бромпиридин или бромбипиридил в присутствии комплексов 0-валентного никеля (патент RU Однако указанные полимеры при высокой эффективности фотолюминесценции проявляют низкую эффективность электролюминесценции. В первую очередь, это связано с агрегацией макромолекул и соответственно слишком близким расположением групп люминофора в твердом состоянии, что приводит к самотушению люминесценции. Поэтому потенциально высокая эффективность излучения не реализуется. Настоящее изобретение решает задачу создания полимеров для органических светоизлучающих диодов (OLED) с высокой эффективностью излучения в синей области, которые могут быть применены в качестве активных слоев светоизлучающих диодов. Технический результат изобретения при этом заключается в создании более разрыхленной структуры люминесценцентного полимера с улучшенными оптическими параметрами по сравнению с немодифицированной структурой. Для решения поставленной задачи были созданы новые разветвленные полифенилены – поли-[1,3,5-трифенилбензол-4′-триил] с центром ветвления – 1,3,5-трифенилбензольное ядро, что в совокупности схематически представлено общей формулой (I):
где n – степень полимеризации от 10 до 20; R представляет собой C1-C10алкил, C1-C10алкоксигруппу. Наиболее применимыми представителями полифениленов формулы I являются полифенилены, у которых радикал C1-C10алкил выбран из группы: н-гексил-, н-октил-, 3′,7′-диметилоктил-, или полифенилены, у которых радикал C1-C10алкокси выбран из группы: н-гексилокси-, н-октилокси-, 3′,7′-диметилоктилокси-. Другой аспект изобретения представляет высокая эффективность электролюминесценции, проявляемая заявляемыми разветвленными полифениленами общей формулы I. Введение на периферию макромолекулы объемных алифатических или алкоксигрупп позволяет создать более разрыхленную структуру с разъединенными группами люминофора, и это ведет к улучшению оптических параметров изготавливаемого из него излучающего слоя, в частности, электролюминесценции. Еще одним аспектом изобретения является создание способа получения полифениленов указанной выше общей формулы I, включающего гомополиконденсацию 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола в присутствии катализатора, образованного in situ, на основе хлористого никеля, трифенилфосфина, бипиридила и цинка, в токе аргона с последующим взаимодействием продукта реакции с C1-C10алкил- или C1-C10алкоксифенилбромидом. Реакцию образования полимера можно представить следующей схемой: 1 стадия:
2 стадия:
где [Ni0]=NiCl2+Ph3P+bipy+Zn, и образуется в растворе полярного апротонного растворителя, в качестве которого берут ДМФА или диметилацетамид, из безводного NiCl2, трифенилфосфина (Ph3P) и бипиридила (bipy) в присутствии восстановителя цинка (Zn): В таблице приведены данные элементного анализа и данные по молекулярным массам, подтверждающие структурную формулу получаемых полимеров. На фиг.1. приведен спектр Н1ЯМР (600 MHz) полифенилена с н-гексильными группами по примеру 1. На фиг.2. приведен двумерный спектр Н1ЯМР COSY (600 MHz) полифенилена с н-гексильными группами. На фиг.3 приведен спектр ИК полифенилена с н-гексильными группами. На фиг.4. приведен спектр электролюминесценции разветвленного полифенилена с н-гексильными группами. Материалы исследованы с точки зрения оптических свойств, в первую очередь, эффективности люминесценции. Определено, что данные вещества обладают эффективной люминесценцией в растворе в синей области спектра при 370-450 нм, что подтверждается спектром электролюминесценции (фиг.4) и также обладают высокими относительными квантовыми выходами фотолюминесценции в диапазоне от 50 до 94%. Было проведено изучение электролюминесценции полимеров ПФ. Относительный (относительно полифлуорена) квантовый выход электролюминесценции 6-7% был определен методом сфер при напряжении постоянного тока 6 вольт, в то время как в прототипе этот параметр едва достигает 2%. Возможность осуществления изобретения подтверждается, но не исчерпывается, следующими примерами синтеза. Пример 1. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом н-гексил-. Полимер 1 получали на основе 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-н-гексилбензола мономер 1 в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, в растворе диметилформамида (ДМФА) при температуре 90°С в течение 6 часов в соответствии с реакцией, протекающей по следующей схеме:
Комплекс 0-валентного никеля образуется in situ, в растворе диметилформамида из безводного NiCl2, трифенилфосфина (Ph3P) и бипиридила (bipy) в присутствии восстановителя Zn: [Ni0]=NiCl2+Ph3P+bipy+Zn Реакцию проводят в присутствии растворителя – ДМФА. Катализатор, комплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г, 0,01 моль), предварительно активированный ледяной уксусной кислотой и промытый сухим эфиром, помешали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После внесения реагентов операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилформамида (ДМФА), который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносят 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревают до 90°С и затем перемешивают при этой температуре в течение 3 часов. В первые 10 минут реакционная масса становится красно-коричневой, что свидетельствует об образовании каталитического комплекса. По истечении 3 часов к рекционной смеси (в противотоке аргона) добавляют 4-бром-4′-гексилбензол (0,52 г, 8,50 ммоль) и продолжают нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа. Конечный раствор высаживают в метанол, собирают осадок, промывают его раствором HCl, водой, метанолом и высушивают в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составляет 76% (1,7 г). Результаты элементного анализа приведены в таблице. Молекулярные массы полученных полимеров определяли методом седиментации в ультрацентрифуге. Данные приведены в таблице. Из средневесовой молекулярной массы Mw, считая массу элементарного звена 464, находили степень полимеризации. Для полимера 1 степень полимеризации 10. На фиг.2 и 3 приведены спектр 1H ЯМР (600 MHz) полимера общей формулы 1 и двумерный спектр 1Н ЯМР (600 MHz) COSY. На фиг.3 приведен ИК-спектр полимера 1. Все спектральные данные подтверждают структуру полимера. На фиг.4. приведен спектр электролюминесценции полимера 1. Эффективность электролюминесценции составила 6% и была определена с помощью метода сфер при напряжении постоянного тока – 6 вольт. Пример 2. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом н-октил-. Полимер получали на основе 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-н-октилбензола в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, получаемого in situ, в растворе диметилацетамида при температуре 90°С в течение 6 часов. Катализатор, комплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г, 0,01 моль) помешали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После этого операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилформамида (ДМФА), который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносили 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревали до 90°С и затем перемешивали при этой температуре в течение 3 часов (1 стадия). В первые 10 минут реакционная масса становилась красно-коричневой, что свидетельствовало об образовании каталитического комплекса. По истечении 3 часов к рекционной смеси (в противотоке аргона) добавляли 4-бром-4′-н-октилбензол (0,49 г, 8,50 ммоль) и продолжали нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа (2 стадия). Конечный раствор высаживали в метанол, собирали осадок, промывали его раствором HCl, водой, метанолом и высушивали в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составлял 75% (1,7 г). Результаты элементного анализа и измерения молекулярных масс приведены в таблице. Спектры ЯМР, ИК, а также электролюминесценции аналогичны приведенным для примера 1. Эффективность электролюминесценции составила 6,2%. Пример 3. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом 3′,7′-диметилоктил-. Полимер получали на основе 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-(3′,7′-диметилоктил)бензола в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, получаемого in situ, в растворе диметилформамида (ДМФА) при температуре 90°С в течение 6 часов. Катализатор, комплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г 0,01 моль) помешали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После этого операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилформамида (ДМФА), который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносили 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревали до 90°С и затем перемешивали при этой температуре в течение 3 часов (1 стадия). В первые 10 минут реакционная масса становилась красно-коричневой, что свидетельствовало об образовании каталитического комплекса. По истечение 3 часов к реакционной смеси (в противотоке аргона) добавляли 4-бром-4′-(3′,7′-диметилоктил)бензол (0,46 г, 8,50 ммоль) и продолжали нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа (2 стадия). Конечный раствор высаживали в метанол, собирали осадок, промывали его раствором HCl, водой, метанолом и высушивали в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составлял 77% (1,8 г). Результаты элементного анализа приведены в таблице. Эффективность электролюминесценции составила 6,7%. Пример 4. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом н-гексилокси-. Полимер получали на основе 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-н-гексилоксибензола в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, получаемого in situ, в растворе диметилформамида (ДМФА) при температуре 90°С в течение 6 часов. Катализатор, комплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г 0,01 моль) помещали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После этого операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилацетамида, который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносили 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревали до 90°С и затем перемешивали при этой температуре в течение 3 часов (1 стадия). В первые 10 минут реакционная масса становилась красно-коричневой, что свидетельствовало об образовании каталитического комплекса. По истечении 3 часов к рекционной смеси (в противотоке аргона) добавляли 4-бром-4′-гексилоксибензол (0,51 г, 8,50 ммоль) и продолжали нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа (2 стадия). Конечный раствор высаживали в метанол, собирали осадок, промывали его раствором HCl, водой, метанолом и высушивали в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составлял 76% (1,7 г). Результаты элементного анализа и измерения молекулярных масс приведены в таблице. Спектры ЯМР, ИК, а также электролюминесценции аналогичны приведенным для примера 1. Эффективность электролюминесценции составила 6,1%. Пример 5. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом н-октил-. Полимер получали на основе 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-н-октилбензола в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, получаемого in situ, в растворе диметилформамида (ДМФА) при температуре 90°С в течение 6 часов. Катализатор, коплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г 0,01 моль) помещали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После этого операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилформамида (ДМФА), который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносили 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревали до 90°С и затем перемешивали при этой температуре в течение 3 часов (1 стадия). В первые 10 минут реакционная масса становилась красно-коричневой, что свидетельствовало об образовании каталитического комплекса. По истечении 3 часов к реакционной смеси (в противотоке аргона) добавляли 4-бром-4′-октилбензол (0,50 г, 8,50 ммоль) и продолжали нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа (2 стадия). Конечный раствор высаживали в метанол, собирали осадок, промывали его раствором HCl, водой, метанолом и высушивали в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составлял 76% (1,6 г). Результаты элементного анализа и измерения молекулярных масс приведены в таблице. Спектры ЯМР, ИК, а также электролюминесценции аналогичны приведенным для примера 1. Эффективность электролюминесценции составила 6,3%. Пример 6. Получение полифенилена общей формулы I с радикалом 3′,7′-диметилоктилокси-. Полимер получали на основе 1,3,5-три(и-бромфенил)бензола и 4-бром, 4′-(3′,7′-диметилоктилокси)бензола в присутствии катализатора – 0-валентного комплекса никеля, получаемого in situ, в растворе диметилформамида (ДМФА) при температуре 90°С в течение 6 часов. Катализатор, коплекс 0-валентного никеля, готовили следующим образом: безводный NiCl2 (0,026 г, 0,0002 моль), Ph3P (0,112 г, 0,0004 моль), бипиридил (0,032 г, 0,0002 моль), а также порошок цинка (0,65 г, 0,01 моль) помешали в пробирку Шленка, которую пять раз вакуумировали и заполняли очищенным аргоном. После этого операцию аргон-вакуум повторяли еще пять раз. В противотоке аргона в пробирку вливали 2 мл растворителя – диметилформамида (ДМФА), который предварительно перегоняли в токе аргона в присутствии гидрида кальция (осушающий агент). После этого в противотоке аргона в пробирку вносили 1,3,5-три(n-бромфенил)бензол (1) (2,3 г, 4,3 ммоль). Реакционную смесь быстро нагревали до 90°С и затем перемешивали при этой температуре в течение 3 часов (1 стадия). В первые 10 минут реакционная масса становилась красно-коричневой, что свидетельствовало об образовании каталитического комплекса. По истечении 3 часов к реакционной смеси (в противотоке аргона) добавляли 4-бром-4′-(3′,7′-диметилоктилокси)бензол (0,45 г, 8,50 ммоль) и продолжали нагревать при этой же температуре при перемешивании еще три часа (2 стадия). Конечный раствор высаживали в метанол, собирали осадок, промывали его раствором HCl, водой, метанолом и высушивали в вакуумном эксикаторе при комнатной температуре в течение 10 часов. Выход составлял 70% (1,6 г). Результаты элементного анализа и измерения молекулярных масс приведены в таблице. Спектры ЯМР, ИК, а также электролюминесценции аналогичны приведенным для примера 1. Эффективность электролюминесценции составила 7,0%. Как видно из приведенных примеров, новые разветвленные полифенилены – поли-[1,3,5-трифенилбензол-4′-триил] с центром ветвления – 1,3,5-трифенилбензольное ядро, общей формулой (I), обладают улучшенными оптическими параметрами по сравнению с известными – эффективность электролюминесценции составляет 6-7%, что в 2-2,5 раза превосходит известные в настоящее время из уровня техники.
Формула изобретения
1. Разветвленные полифенилены – поли-[1,3,5-трифенилбензол-4′-триил] с центром ветвления – 1,3,5-трифенилбензольное ядро, представленные общей формулой (I) 2. Разветвленные полифенилены общей формулы (I), обладающие свойством высокой эффективности электролюминесценции. 3. Способ получения полифениленов указанной общей формулы (I), включающий гомополиконденсацию 1,3,5-три(n-бромфенил)бензола в присутствии катализатора, образованного in situ на основе хлористого никеля, трифенилфосфина, бипиридила и цинка, в токе аргона с последующим взаимодействием продукта реакции с C1-C10алкил- или C1-C10алкоксифенилбромидом.
РИСУНКИ
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3705131, МПК 2 C08F 9/00, 1972; GB 
