Síntesis de escalado de emisores eficientes térmicamente activada fluorescencia retardada se describen en el artículo presentado.
Divulgamos un procedimiento lineal escala-para arriba la síntesis de 2, 8-bis (3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) dibenzothiophene-S, S-dióxido (compuesto 4) y 2, 8-bis(10H-phenothiazin-10-yl) dibenzothiophene-S, S-dióxido (compuesto 5) usando Condiciones de la reacción de Buchwald-Hartwig Cruz-acoplamiento. Además, demostramos una síntesis escalado-para arriba de todos los materiales partidas comercialmente disponibles que se requieren para la reacción de aminación cruzada-acoplamiento. En el presente artículo, ofrecemos los procedimientos sintéticos detallados para todos los compuestos descritos, junto con su caracterización espectral. Este trabajo muestra la posibilidad de producir moléculas orgánicas para aplicaciones optoelectrónicas en gran escala, que facilita su aplicación en los dispositivos del mundo real.
En las últimas décadas, los investigadores han estudiado la utilización de moléculas orgánicas y sus derivados en orgánicos diodos emisores de luz (OLEDs) desde su primera introducción en 1987. 1 el descubrimiento de la electroluminiscencia (EL) ha llevado a encontrar una amplia gama de aplicaciones en iluminación y pantallas de materiales orgánicos. 2 enorme interés en la producción de nuevos compuestos orgánicos y estudiar sus propiedades fotofísicas son impulsadas por las ventajas de los OLEDs sobre las tecnologías existentes; en particular ya que son más eficientes y pueden ofrecer rendimiento superior manteniendo alta flexibilidad, grosor pequeño y bajo peso. Sin embargo, en comparación con los inorgánicos diodos emisores de luz (LEDs), OLEDs aún sufren desventajas que impiden que esta tecnología de producción comercial a gran escala, incluyendo cursos más cortos de la vida y baja eficiencia. Hasta hace poco, la mayoría de la investigación se basó en primera generación OLEDs y emisión dependía de la fluorescencia de los materiales orgánicos. Debido a que la fluorescencia puede ocurrir únicamente desde el estado singlete, la eficiencia máxima teórica cuántica interna (IQE) del dispositivo es sólo el 25%. 3 , 4 , 5 mediante la utilización de metales pesados que contienen complejos orgánicos (por ejemplo, Ir, Pt), los investigadores podrían superar la barrera de eficiencia de 25% al cosechar los electrones de los Estados el singlete y triplete por un proceso de transición radiativa. 6 , 7 , 8 por lo tanto, la eficiencia teórica máxima de segunda generación OLED fosforescente (PHOLEDs) puede ser tan alta como 100%. 9 , 10 hoy en día, muchos dispositivos OLED comerciales utilizan verde y rojas fosforescentes emiten complejos organometálicos basados en iridio. 11 aunque estos materiales han ganado uso extenso en pantallas de móviles y otras aplicaciones electrónicas, el costo del precursor del heavy metal sales y su corta vida ha empujado a los investigadores a buscar alternativas.
Hay varios objetivos que deben alcanzarse para la comercialización generalizada de la tecnología OLED, tales como alta estabilidad, consumo eficiente y bajo costo de producción del dispositivo. En los últimos años, se ha demostrado que los emisores de fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF) pueden ser un substituto eficaz para materiales PHOLED para alcanzar el mismo valor IQE, con estos materiales ahora considerados como materiales OLED de tercera generación. 12 , 13 , 14 puramente orgánicos emisores TADF se pueden preparar en unos pocos pasos de materias primas fácilmente disponibles haciendo comercialmente atractivas para el mercado de la fabricación del dispositivo general. Hasta la fecha, hay varios comentarios de literatura integral cubren todos los aspectos de la síntesis de material para la fabricación del dispositivo. 15,16,17,18 el problema principal con la preparación material TADF es el uso de catalizadores de paladio que contiene para las reacciones de acoplamiento cruzado. Para mostrar el potencial de preparación material TADF en una escala mayor. nos escalado-para arriba la síntesis de emisores TADF partir de materiales a los productos deseados, 4 y 5 (figura 1). 22 , 23 este protocolo detallado está destinada a nuevos profesionales en el campo para entender la información asociada con la síntesis de materiales TADF.
El objetivo de este trabajo es mostrar la síntesis a gran escala de materiales orgánicos altamente eficientes (Figura 1) para aplicaciones de OLED de materias primas disponibles en el mercado. Debido a que informes anteriores sólo describen el paso final de la reacción de acoplamiento de la Cruz y se refieren a algunas de las publicaciones obsoletas, divulgamos la síntesis detallada paso a paso de todos los materiales junto con su completo NMR y espectrometría de masas Caracterización para la mejor reproducibilidad de los experimentos.
Ambos emisores tienen la misma base de aceptador de electrones 5-dióxido de dibenzothiophene. El primer paso en la preparación del compuesto 3 (Figura 2) es la bromación de la molécula de dibenzothiophene disponibles en el mercado. 20 más grande escala se produce la reacción durante la noche con un rendimiento del 83%. El dibrominated resultante 2 compuesto se puede oxidar más con una solución de peróxido de hidrógeno en ácido acético glacial rendimiento 19,3 g de un polvo blanco después de filtración y lavado. 21 3 compuesto fue utilizado en la reacción de acoplamiento de la Cruz sin ningún tipo de purificación adicional.
La diferencia en características fotofísicas entre los compuestos 4 y 5 se encuentra en las propiedades del electrón-donar de las unidades de Amina. Uno de los compuestos tiene periféricos Carbazol alkylated unidades mientras que el otro tiene grupos de fenotiazina. La molécula de fenotiazina puede ser comprada de proveedores químicos y utilizada sin modificaciones. Sin embargo, en el caso del compuesto 4 grupos terc-butilo es necesario introducir en el anillo aromático de la unidad de Carbazol para aumentar la solubilidad en solventes orgánicos. Se informó que en la ausencia de grupos alquilo apto, la solubilidad del producto baja, que se traduce en un menor rendimiento de la reacción. 24 se pueden introducir grupos alquilo en cada anillo de fenilo en una reacción de Friedel-Crafts entre el cloruro de terc-butilo y 9-H-Carbazol en presencia de cloruro de cinc (II) basado en el mecanismo de sustitución aromática electrófila de nitrometano. 19 se encontró que la pureza del producto resultante no es lo suficientemente alta y varios subproductos están presentes en la mezcla; por lo tanto el polvo gris crudo debe ser además purificado por cromatografía en columna en aislamiento de 13,1 g de compuesto 1 recuperado como un polvo blanco.
Los emisores TADF deseados 4 y 5 fueron sintetizados mediante reacciones de acoplamiento cruzado Paladio-catalizado carbón-nitrógeno mediante los procedimientos previamente descritos de la literatura. 22 , 23 encontramos que el aumento de las cantidades de las materias primas no negativamente influyen en el rendimiento del producto deseado, lo que sugiere que los nuevos aumentos en la escala de reacción son posibles. Los compuestos 4 y 5 pueden ser obtenidos en 63% y 55% de rendimiento, respectivamente.
En conclusión, se ha demostrado una guía detallada sobre cómo preparar moléculas orgánicas altamente eficientes para aplicaciones, a partir de materiales fácilmente disponibles, con la posibilidad de ampliar el procedimiento conjunto sintético de emisión de luz. A través de este trabajo, la intención es que la síntesis a gran escala de muchos otros emisores TADF asegurará una rápida transición de la tecnología desde el Banco de laboratorio para aplicaciones industriales.
The authors have nothing to disclose.
Esta investigación ha recibido financiación del programa de investigación e innovación de horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el Convenio de subvención de Marie Skłodowska-Curie proyecto H2020-MSCA-ITN-2015/674990 “EXCILIGHT”. PJS gracias a la Real Sociedad por un premio de mérito de Wolfson Research.
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 |