الارتقاء بالتوليف الكيميائي لبواعث Fluorescence تأخر المنشط حرارياً استناداً إلى لب ديبينزوثيوفيني-S, S-ثاني أكسيد
Summary
ويرد توليف الارتقاء من بواعث fluorescence تأخر المنشط حرارياً ذات كفاءة عالية في المادة المعروضة.
Abstract
نحن تقرير إجراء خطيا الارتقاء بتركيب 2، 8-مكررا (3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) ديبينزوثيوفيني-S, S–ثاني أكسيد (مجمع 4) وديبينزوثيوفيني 2، 8-bis(10H-phenothiazin-10-yl)-S، استخدام S–ثاني أكسيد (مجمع 5) هارتويغ بوكوالد عبر اقتران رد فعل شروط. وبالإضافة إلى ذلك، علينا أن نظهر توليفة رفع مستوى جميع المواد البداية غير تجارياً المتاحة المطلوبة لرد فعل عبر اقتران amination. في هذه المادة، ونحن توفير الإجراءات الاصطناعية مفصلة لكل من المركبات الموصوفة، جنبا إلى جنب مع تكييفها الطيفية. ويبين هذا العمل إمكانية إنتاج الجزيئات العضوية للتطبيقات البصرية الإلكترونية على نطاق واسع، مما يسهل تنفيذها في العالم الحقيقي من الأجهزة.
Introduction
على مدى العقود القليلة الماضية، حققت الباحثين الاستفادة من الجزيئات العضوية ومشتقاتها في ضوء العضوية – ينبعث الصمامات الثنائية (OLEDs) منذ إدخالها الأولى في عام 1987. 1 قد أدى اكتشاف اليكترولومينيسسينسي (ش) للعثور على مجموعة واسعة من التطبيقات في الإضاءة ويعرض المواد العضوية. 2 اهتماما هائلا في إنتاج المركبات العضوية الجديدة ودراسة خصائصها فوتوفيسيكال يقودها مزايا OLEDs أكثر التكنولوجيات القائمة؛ أهمها أنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ويمكن أن توفر أداء الجهاز متفوقة مع الحفاظ على مرونة عالية، وسمك صغير، وانخفاض الوزن. ومع ذلك، بالمقارنة مع غير عضوي الضوء – ينبعث الثنائيات (LEDs)، OLEDs لا تزال تعاني العيوب التي تمنع هذه التكنولوجيا من الإنتاج التجاري واسع النطاق، بما في ذلك عمر أقصر، وتدني الكفاءة. حتى وقت قريب، كان معظم البحوث استناداً إلى الجيل الأول OLEDs والانبعاثات تعتمد على الأسفار المواد العضوية. يرجع ذلك إلى حقيقة أن الأسفار يمكن أن يحدث إلا من الدولة القميص، كفاءة الحد الأقصى النظري الكم الداخلية (إيكي) للجهاز هو 25 في المائة فقط. 3 , 4 , 5 باستخدام مجمعات العضوية المحتوية على المعادن الثقيلة (مثل الأشعة تحت الحمراء، Pt)، الباحثين يمكن التغلب على حاجز الكفاءة 25% قبل الحصاد الإلكترونات من الدول سواء بالقميص والثلاثي من خلال عملية انتقال الإشعاعي. 6 , 7 , 8 وهكذا، أقصى قدر من الكفاءة النظرية للجيل الثاني المتفسفره OLEDs (فوليدس) يمكن أن يصل إلى 100%. 9 , 10 ركزت، العديد من الأجهزة الد التجارية استخدام الأخضر والأحمر المتفسفره التي تنبعث منها مجمعات الفلزية العضوية استناداً إلى ايريديوم. 11 على الرغم من أن هذه المواد قد اكتسبت الاستخدام الواسع النطاق في عرض متنقلة وغيرها من التطبيقات الإلكترونية، أملاح تكلفة السلائف المعادن الثقيلة وحياتهم قصيرة دفعت الباحثين البحث عن بدائل.
وهناك العديد من الأهداف التي يجب تحقيقها للتسويق على نطاق واسع تكنولوجيا OLED، مثل الاستقرار عالية وكفاءة في استهلاك الطاقة وإنتاج منخفضة التكلفة للجهاز. في السنوات الأخيرة، قد تبين أن بواعث fluorescence تأخر المنشط حرارياً (تادف) يمكن أن تكون بديلاً فعالاً للمواد فولد للوصول إلى نفس القيمة إيكي، مع هذه المواد تعتبر الآن كمواد الد الجيل الثالث. 12 , 13 , 14 يمكن إعداد العضوية البحتة تادف بواعث في خطوات قليلة من مواد انطلاق متاحة بسهولة مما يجعل تصنيع الجهاز عموما جذابة من الناحية التجارية في السوق. وحتى الآن، هناك العديد من الاستعراضات الأدب شاملة تغطي جميع جوانب من توليف مواد لتصنيع الجهاز. 15،16،17،18 القضية الرئيسية مع إعداد المواد تادف هو استخدام المحفزات المحتوية على المشتريات لردود الفعل عبر اقتران. من أجل إظهار إمكانية إعداد المواد تادف على نطاق زيادة. ونحن زيادة توليف بواعث تادف من ابتداء من المواد للمنتجات المطلوب 4 و 5 (الشكل 1). 22 , 23 هذا البروتوكول مفصلاً يهدف إلى مساعدة الممارسين جديدة في المجال فهم المعلومات المرتبطة بتوليف مواد تادف.
Protocol
Representative Results
Discussion
والغرض من هذه الورقة لإظهار التوليف على نطاق واسع من المواد العضوية ذات كفاءة عالية (الشكل 1) لتطبيقات OLED من مواد انطلاق المتاحة تجارياً. يرجع ذلك إلى حقيقة أن التقارير السابقة وصف الخطوة رد فعل عبر اقتران النهائية فقط، وتشير إلى بعض المنشورات التي عفا عليها الزمن، ونحن تقرير توليف جميع المواد إلى جانب كامل الرنين المغناطيسي وقياس الطيف الكتلي مفصلة خطوة بخطوة توصيف لتحسين إمكانية تكرار نتائج التجارب.
وتتحمل كل بواعث نفس الأساسية يقبلون الإلكترون ديبينزوثيوفيني-5-ثاني أكسيد. الخطوة الأولى في إعداد مجمع 3 (الشكل 2) هو البرومة جزيء ديبينزوثيوفيني المتاحة تجارياً. 20 يحدث رد فعل الحجم الأكبر بين عشية وضحاها مع عائد من 83%. ديبروميناتيد الناتجة عن ذلك يمكن أن تكون 2 مجمع تتأكسد كذلك مع حلاً بيروكسيد الهيدروجين في حمض الخليك الجليدية، تسفر عن 19.3 جم مسحوق أبيض بعد الترشيح والغسل. 21 مجمع 3 استخدمت في رد فعل اقتران الصليب دون أي تنقية إضافية.
يكمن الفرق في الخصائص فوتوفيسيكال بين مجمع 4 و 5 في خصائص التبرع إلكترون الوحدات أمين. أحد المجمعات السكنية لديه وحدات طرفية كاربازولي يؤلكل بينما الأخرى مجموعات الفينوثيازين. يمكن شراؤها من البائعين الكيميائية جزيء الفينوثيازين واستخدامه بدون أي تعديلات. ومع ذلك، في حالة المجموعات ثالثي-بوتيل 4 مركب بحاجة إلى الأخذ على حلقة عطرية لوحدة كاربازولي من أجل زيادة القابلية للذوبان في المذيبات العضوية. وذكر أنه في غياب مجموعات الألكيل مناسبة، أن القابلية للذوبان للمنتج قطرات، مما يؤدي إلى رد فعل عائد أقل بكثير. 24 ويمكن إدخال مجموعات الألكيل في كل حلقة فينيل استخدام فعل حرف فريدل كلوريد ثالثي-بوتيل بين 9-ح-كاربازولي حضور كلوريد الزنك (الثاني) في نيتروميثاني تستند إليه استبدال العطرية اليكتروفيليك. 19 أنه تبين أن نقاء المنتج الناتجة ليست عالية بما يكفي، والمنتجات الثانوية عدة موجودة في الخليط؛ ولذلك يجب بالإضافة إلى ذلك تنقية الخام مسحوق رمادي بعمود الفصل اللوني أدى إلى عزلة 13.1 جرام 1 مجمع استردادها كمسحوق أبيض.
تم توليفها بواعث تادف المطلوب 4 و 5 عن طريق حفز البلاديوم الكربون-النتروجين عبر اقتران ردود فعل استخدام إجراءات الأدب هو موضح سابقا. 22 , 23 وجدنا أن زيادة كميات المواد انطلاق لا سلبا لا على التأثير عائد المنتج المطلوب، مما يوحي بأن هناك إمكانية لزيادات أخرى لمقياس رد الفعل. يمكن أن تكون مركبات 4 و 5 التي تم الحصول عليها في 63% والعائد نسبة 55 في المائة، على التوالي.
وفي الختام، قد تجلى مبادئ توجيهية مفصلة حول كيفية إعداد الجزيئات العضوية ذات كفاءة عالية للضوء التي تنبعث منها التطبيقات، بدءاً من المواد المتاحة بسهولة، مع إمكانية توسيع نطاق الإجراء كله الاصطناعية. من خلال هذا العمل، والمقصود أن توليف واسعة النطاق للعديد من بواعث تادف الأخرى سوف تكفل انتقال سريع للتكنولوجيا من على مقاعد البدلاء المختبر للتطبيقات الصناعية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا البحث قد تلقي التمويل من الاتحاد الأوروبي في أفق 2020 برنامج البحوث والابتكار في إطار المنحة Skłodowska ماري-كوري H2020-مسكاً-أي تي-2015/674990 مشروع “اكسسيليت”. نقابة الصحفيين الفلسطينيين وذلك بفضل “الجمعية الملكية” “البحوث وولفسون جائزة الجدارة”.
Materials
| 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 |
References
- Tang, C. W., VanSlyke, S. A. Organic electroluminescent diodes. Appl.Phys. Lett. 51, 913-915 (1987).
- Pope, M., Kallmann, H. P., Magnante, P. Electroluminescence in Organic Crystals. J. Chem. Phys. 38, 2042-2043 (1963).
- Friend, R. H., et al. Electroluminescence in conjugated polymers. Nature. 397, 121-128 (1999).
- Rothberg, L. J., Lovinger, A. J. Status of and prospects for organic electroluminescence. J. Mater. Res. 11, 3174-3187 (1996).
- Brown, A. R., et al. Poly(p-phenylenevinylene) light-emitting diodes: Enhanced electroluminescent efficiency through charge carrier confinement. Appl. Phys. Lett. 61, 2793-2795 (1992).
- Wang, Q., et al. A Non-Doped Phosphorescent Organic Light-Emitting Device with Above 31% External Quantum Efficiency. Adv. Mater. 26, 8107-8113 (2014).
- Wang, X., Gong, S. L., Song, D., Lu, Z. H., Wang, S. Highly Efficient and Robust Blue Phosphorescent Pt(II) Compounds with a Phenyl-1,2,3-triazolyl and a Pyridyl-1,2,4-triazolyl Chelate Core. Adv. Funct. Mater. 24, 7257-7271 (2014).
- Ulbricht, C., Beyer, B., Friebe, C., Winter, A., Schubert, U. S. Recent Developments in the Application of Phosphorescent Iridium (III) Complex Systems. Adv. Mater. 21, 4418-4441 (2009).
- Adachi, C., Baldo, M. A., Thompson, M. E., Forrest, S. R. Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device. J. Appl. Phys. 90, 5048-5051 (2001).
- Park, Y. S., et al. Exciplex-Forming Co-host for Organic Light-Emitting Diodes with Ultimate Efficiency. Adv. Funct. Mater. 23, 4914-4920 (2013).
- Xu, H., et al. Recent progress in metal-organic complexes for optoelectronic applications. Chem. Soc. Rev. 43, 3259-3302 (2014).
- Uoyama, H., Goushi, K., Shizu, K., Nomura, H., Adachi, C. Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence. Nature. 492, 234-238 (2012).
- Zhang, Q., et al. Efficient Blue Organic Light-Emitting Diodes Employing Thermally Activated Delayed Fluorescence. Nat. Photonics. 8, 326-332 (2014).
- Hirata, S., et al. Highly Efficient Blue Electroluminescence based on Thermally Activated Delayed Fluorescence. Nat. Mater. 14, 330-335 (2015).
- Yang, Z., et al. Recent Advances in Organic Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials. Chem. Soc. Rev. 46, 915-1016 (2017).
- Im, Y., et al. Molecular Design Strategy of Organic Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters. Chem. Mater. 29, 1946-1963 (2017).
- Wong, M. Y., Zysman-Colman, E. Purely Organic Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials for Organic Light-Emitting Diodes. Adv. Mater. 1605444, (2017).
- Dias, F. B., Penfold, T. J., Monkman, A. P. Photophysics of thermally activated delayed fluorescence molecules. Methods Appl. Fluoresc. 5, 012001 (2017).
- Liu, Y., Nishiura, M., Wang, Y., Hou, Z. π-Conjugated Aromatic Enynes as a Single-Emitting Component for White Electroluminescence. J. Am. Chem. Soc. 128, 5592-5593 (2006).
- Neumoyer, C. R., Amstutz, E. D. Studies in the Sulfone Series. I. The Preparation of 2,8-Diaminodibenzothiophene-5-dioxide. J. Am. Chem. Soc. 69, 1920-1921 (1947).
- Gilman, H., Nobis, J. F. Rearrangement with 4-Iododibenzothiophene in Amination by Sodamide. J. Am. Chem. Soc. 67, 1479-1480 (1945).
- Dias, F. B., et al. Triplet Harvesting with 100% Efficiency by Way of Thermally Activated Delayed Fluorescence in Charge Transfer OLED Emitters. Adv. Mater. 25, 3707-3714 (2013).
- Dias, F. B., et al. The role of local triplet excited states and D-A relative orientation in thermally activated delayed fluorescence: photophysics and devices. Adv. Sci. 3, 1600080 (2016).
- Moss, K. C., et al. Tuning the Intramolecular Charge Transfer Emission from Deep Blue to Green in Ambipolar Systems Based on Dibenzothiophene S,S-Dioxide by Manipulation of Conjugation and Strength of the Electron Donor Units. J. Org. Chem. 75, 6771-6781 (2010).
