含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物及其合成方法

摘要

含有二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物及其合成方法；配体L‑PO的合成以2‑苯基吡啶和对溴苯硼酸为原料，通过Suzuki偶联反应合成2‑(4‑溴苯基)吡啶；2‑(4‑溴苯基)吡啶通过与正丁基锂和硼酸三甲酯的反应4‑(2‑吡啶基)苯硼酸；4‑(2‑吡啶基)苯硼酸与邻二溴苯反应Suzuki偶联生成含2‑溴联苯结构的吡啶衍生物，此化合物的格式试剂和苯基二氯化磷反应，再通过醋酸钯催化条件下的关环反应即可等到含二苯并膦杂茂基团的配体L‑PO，本发明所制备的含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物具有优异的电子注入/传输性能，能够显著的提高基于这些材料的有机电致发光器件的电致发光效率。

说明书

技术领域

本发明涉及有机电致发光技术领域，特别涉及一种含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物及其合成方法。

背景技术

有机电致发光技术是有机电致发光材料在电场作用下的一种自发光技术。在电场的作用的，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，并在电场的作用下向发光层迁移；电子和空穴在发光层中复合形成激子，激子发生辐射衰减，最终将能量以光的形式放出。理论计算显示，在电子和空穴复合产生的激子中，单线态激子和三线态激子的比例为1:3，而由于自旋选律的禁阻，三线态到基态的弛豫是禁阻的。所以，早期的电致发光材料大多都是荧光材料，即利用单线态激子能量的弛豫发光，而占总激子数75％的三线态激子的能量最终以非辐射跃迁的形式耗散掉了。这也就决定了利用这类荧光材料作为发光材料的电致发光器件的最大内量子效率为25％。而磷光材料的发现，尤其是以2-苯基吡啶及其衍生物作为配体的铱(III)和铂(II)的磷光配合物，使获得最大内量子效率为100％的有机电致发光器件成为可能，因为磷光材料能够同时利用单线态激子和三线态激子用于发光。这一发现使得学术界和工业界看到有机电致发光技术作为继液晶显示技术后的新一代显示和照明技术的广阔前景。与目前主流的液晶显示技术相比，有机电致发光显示技术具有自发光、视角宽、响应快、能耗低、对比度高、易实现全彩化和温度适应性好等特性。同时，有机电致白光器件相对于传统的白炽灯和荧光灯等可以显著的节约能源，并且可以制成大面积的面光源。

近三十年的研究表明，以2-苯基吡啶及其衍生物作为配体的铱(III)和铂(II)的磷光配合物是最优的有机电致磷光材料，例如，fac-Ir(ppy)₃(ppy＝2-苯基吡啶)依旧是目前业界公认的最好的绿光电致磷光材料。这类化合物具有较高的荧光量子效率，热稳定性能好，同时当选择合适的配体时可以实现红绿蓝三原色的发光。但是，载流子的注入/传输性能一直是制约基于这类材料的电致发光器件的发光效率的一方面原因，因此不得不在器件结构设计中引入具有载流子注入/传输特性的功能层材料来改善器件总体的载流子平衡。因而，设计并合成具有优异的载流子注入/传输特性或双极性的铱(III)和 铂(II)的配合物磷光材料一直是学者们研究的热点。一般来说，得益于其本身的较大的共轭体系，有机共轭材料都具有良好的空穴注入/传输性能，且其空穴迁移率比电子迁移率高1至2个数量级。同时，由于电子注入/传输功能集团的缺失，具有电子注入/传输特性的配合物磷光材料的发展相对滞后。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种含有二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物及其合成方法，二苯并膦杂茂基团的引入能够赋予这类材料良好的电子注入/传输性能，显著地提高基于这种材料的有机电致发光器件的发光效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物，包括Ir-PON、Ir-POO和Ir-POB三种形式，其中Ir-PON化学式为：C₅₁H₃₉IrN₃O₃P，分子结构式为：

Ir-POO其化学式为：C₄₅H₃₄IrN₂O₄P，分子结构式为：

Ir-POB其化学式为：C₅₇H₅₁BIrN₂O₃P，分子结构式为:

上述含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物的制备方法，包括以下步骤:步骤中所包含的产物编号在发明内容中均有具体对应物质；反应中所涉及的溶剂均为反应介质，其用量均以能将反应物质完全溶解为最低标准；步骤中所述的室温均为20℃：

步骤一：配体L-PO的合成，包括以下步骤

配体L-PO的合成：①惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，以四氢呋喃为溶剂，在四(三苯基膦)钯(Pd(PPh₃)₄)的催化下，2-溴吡啶和对溴苯硼酸发生Suzuki偶联反应，生成化合物1；②惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，在-78℃条件下，向化合物1的四氢呋喃为溶剂滴加1～1.2倍当量的正丁基锂(n-BuLi)的溶液，滴加完后保持-78℃一小时，然后向反应体系中加入1～2倍当量的硼酸三甲酯(B(OMe)₃)，之后让反应体系的温度升到室，加水淬灭后生成化合物2；③惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，以四氢呋喃为溶剂，在Pd(PPh₃)₄的催化下，化合物2和邻二溴苯发生Suzuki偶联反应，生成化合物3；④惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，以无水四氢呋喃为溶剂，将由镁条和化合物3制成的格式试剂和苯基二氯化磷(PhPCl₂)在氮气保护条件下回流反应，生成化合物4；⑤惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，以无水四氢呋喃为溶剂，化合物4在醋酸钯(Pd(OAc)₂)的催化下发生关环反应，生成配体L-PO；

步骤二：非对称Ir(III)配合物的合成

惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，称取1倍当量的步骤一所合成的配体L-PO，1倍当量的相应的配体L-N,L-O或L-B，以及2～2.2倍当量的水合三氯化铱，以乙二醇乙醚和水的混合溶剂(2-ethoxyethanol/H₂O，V:V＝3:1)为溶剂，升温至110℃搅拌反应2～48小时，待反应体系冷却到室温后，向反应混合液中加入盐水，有沉淀析出，抽滤取滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，然后将滤饼真空干燥后即可得到相应的氯桥二聚体；惰性气体(氮气，氩气等)氛围下，将此氯桥二聚体加入反应容器中，并加入2～3倍当量的乙酰丙酮铊Tl(acac)，以无水二氯甲烷为溶剂，在氮气保护条件下室温搅拌反应2～24小时，将反应后混合液浓缩，分离纯化后即可得目标配合物Ir-PON,Ir-POO或Ir-POB。

L-N,L-O或L-B此三种配体的合成详见参考文献Adv.Funct.Mater.2008,18,499–511。

本发明的优点：本发明首次将二苯基膦杂茂基团引入到非对称铱(III)配合物磷光材料中，所引入二苯基膦杂茂基团能够赋予所得的非对称铱(III)配合物磷光材料良好的电子注入/传输性能，因此可以使得基于这些配合物的有机电致发光器件具有更好的载流子平衡，从而提高器件的电致发光效率。同时，本发明中实例中所合成出来的非对称铱(III)配合物磷光材料具有较高的量子效率，因而能够使得采用这些材料所制备的有

机电致发光器件的具有较高的外量子效率和电流效率，实现对输入电能的充分转化。

附图说明

图1为实施例一所制备的最终产物Ir-PON在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图2为实施例一所制备的最终产物Ir-PON在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。

图3为实施例二所制备的最终产物Ir-POO在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图4为实施例二所制备的最终产物Ir-POO在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。

图5为实施例三所制备的最终产物Ir-POB在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图6为实施例三所制备的最终产物Ir-POB在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。

具体实施方式

下面通过产品合成的具体实施例对本发明做进一步阐述，其目的在于更好的理解本发明的内容。

含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物的制备方法，步骤一所述的配体L-PO具体合成如下：

①氮气氛围下，称取6.32g(31.5mmol)4-溴苯硼酸，1.73g(1.5mmol)催化剂Pd(PPh₃)₄加入到SCHLENK反应管中，加入4.74g(30mmol)2-溴吡啶，脱气的40mL四氢呋喃(THF)和20mL碳酸钾(K₂CO₃)溶液(2M)的混合液，升温至110℃搅拌反应16小时。反应后的混合液用二氯甲烷(CH₂Cl₂)萃取，有 机相用无水硫酸钠(Na₂SO₄)干燥后浓缩，用硅胶柱色谱分离纯化，流动相为CH₂Cl₂:PE＝1:1(V/V，PE＝petroleum>1H>3):δ(ppm)8.68(d,J＝4.8Hz,1H),7.87(d,J＝8.0Hz,2H),7.75(t,J＝7.2Hz,1H),7.70(t,J＝8.0Hz,1H),7.60(d,J＝8.4Hz,2H),7.26-7.23(m,1H)；¹³C>3):δ(ppm)156.23,149.76,138.23,136.87,131.86,128.44,123.42,122.41,120.28；

②称取5.0g(21.36mmol)化合物1置于三口瓶中，氮气氛围下用注射器加入无水四氢呋喃(THF)30mL，利用丙酮/液氮浴将体系温度降温至-78℃，用注射器缓慢滴加正丁基锂(n-BuLi)溶液11.2mL(2.5M)，-78℃搅拌反应1小时。氮气氛围下加入7.4mL(64.08mmol)配酸三甲酯(B(OMe)₃)，撤去丙酮/液氮浴，室温搅拌反应16小时。加水淬灭反应，混合液用二氯甲烷(CH₂Cl₂)萃取，有机相用无水硫酸钠(Na₂SO₄)干燥后浓缩。用石油醚沉析，有白色固体析出，抽滤取滤饼并真空干燥，最终得白色固体2.80g(产率65.8％)，经核磁表征分析，该产物为目标产物2：¹H>

③氮气氛围下，称取2.80g(14.0mmol)化合物2，0.81g(0.70mmol)催化剂Pd(PPh₃)₄加入到SCHLENK反应管中，加入3.32g(14.0mmol)邻二溴苯，脱气的30mL四氢呋喃(THF)和20mL碳酸钾(K₂CO₃)溶液(2M)的混合液，升温至110℃搅拌反应16小时。反应后的混合液用二氯甲烷(CH₂Cl₂)萃取，有机相用无水硫酸钠(Na₂SO₄)干燥后浓缩，用硅胶柱色谱分离纯化，流动相为PE:Et₂O＝5:1(V/V,Et₂O＝diethyl>1H>3):δ(ppm)8.72(d,J＝4.4Hz,1H),8.08(d,J＝7.6Hz,2H),7.80-7.74(m,2H),7.69(d,J＝7.6Hz,1H),7.55(d,J＝7.6Hz,2H),7.37(d,J＝4.4Hz,2H),7.26-7.20(m,2H)；¹³C>3):δ(ppm)156.93,149.67,142.02,141.59,138.53,136.71,133.13,131.18,129.79,128.81,127.37,126.46,122.47,122.15,120.49；

④氮气氛围下，称取新打磨的镁条0.21g(8.86mmol)置于三口瓶中，用注射器加入15mL无水四氢呋喃(THF)，并加入一粒碘单质。将反应物32.5g(8.06mmol)溶于15mL无水四氢呋喃(THF)中，用滴液漏斗缓慢滴加到三口瓶中，升温至回 流并搅拌反应1小时。将反应体系冷却至室温后，称取2.16g(12.10mmol)苯基二氯化膦(PhPhCl₂)溶于10mL无水四氢呋喃(THF)中，用滴液漏斗缓慢滴加到反应三口瓶中，升温至回流继续搅拌反应16小时。待反应体系冷却到室温后，加水淬灭。用二氯甲烷(CH₂Cl₂)萃取反应混合液，取有机相并用无水硫酸钠(Na₂SO₄)干燥，减压旋蒸除去溶剂即可得浅黄色油状液体1.13g(产率39.5％)，经核磁表征分析，该产物为目标产物4：¹H>3):δ(ppm)8.71(d,J＝4.4Hz,1H),8.00-7.93(m,3H),7.81-7.73(m,2H),7.62(t,J＝7.6Hz,1H),7.53(t,J＝7.6Hz,1H),7.44-7.25(m,10H)；¹³C>3):δ(ppm)156.71,149.79,145.40,139.88,139.82,139.01,136.92,132.86,132.76,132.31,131.98,130.70,130.59,130.47,129.88,129.75,128.52,128.39,127.78,127.66,126.74,122.42,120.60；³¹P>3):δ(ppm)18.35；

⑤氮气氛围下，称取39mg(0.17mmol)催化剂Pd(OAc)₂加入SCHLENK反应管中，加入30mL无水四氢呋喃(THF)和化合物4，升温至65℃搅拌反应16小时。待反应体系冷却至室温后，将反应混合液浓缩，用硅胶柱色谱分离纯化，流动相为乙酸乙酯，最终得白色固体0.94g(产率86.5％)，经核磁表征分析，该产物为目标产物L-PO：¹H>3):δ(ppm)8.66(d,J＝4.8Hz,1H),8.31(t,J＝9.6Hz,2H),7.93(dd,J＝2.8,8.0Hz,1H),7.87(dd,J＝2.8,7.6Hz,1H),7.74-7.65(m,5H),7.61(t,J＝8.0Hz,1H),7.48(t,J＝7.6Hz,1H),7.42-7.36(m,3H),7.26-7.22(m,1H)；¹³C>3):δ(ppm)155.74,149.74,142.32,142.10,141.50,141.29,140.62,140.51,136.94,134.00,133.47,132.94,132.76,132.25,132.22,132.16,132.14,131.16,131.05,129.98,129.89,129.69,129.57,128.82,128.70,128.21,128.11,122.68,121.65,121.55,121.52,121.42,120.49；³¹P>3):δ(ppm)33.55。

实施例一：

含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物Ir-PON，其化学式为：C₅₁H₃₉IrN₃O₃P，分子结构式为：

其合成方法包括以下步骤：

步骤一：根据上述含二苯基膦杂茂基团的配体的合成方法得到配体L-PO；

步骤二：氮气氛围下，称取0.35g(1mmol)配体L-PO，0.32g(1mmol)配体L-N(配体的合成详见参考文献Adv.Funct.Mater.2008,18,499–511)和0.32g水合三氯化铱(铱含量60％)加入SCHLENK反应管中，加入30mL脱气的乙二醇乙醚和水的混合溶剂(V:V＝3:1)，升温至110℃搅拌反应16小时。待反应体系冷却到室温后，向反应混合液中加入适量盐水，有沉淀析出。抽滤取滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，然后将滤饼放入真空干燥箱中干燥即可得到氯桥二聚体；氮气氛围下，将此氯桥二聚体加入SCHLENK反应管中，并加入0.31g(1.04mmol)乙酰丙酮铊(Tl(acac))，加入30mL脱气的无水二氯甲烷，室温搅拌反应16小时。将反应后混合液转移到圆底烧瓶中并浓缩，用自制的硅胶薄层色谱板分离纯化,流动相二氯甲烷:乙酸乙酯＝1:1(V/V)，最终得黄色固体0.1g，产率为16.5％，经核磁表征分析，该产物为目标产物Ir-PON：¹H>3):δ(ppm)8.47(d,J＝5.6Hz,1H),8.29(d,J＝4.2Hz,1H),7.79-7.75(m,3H),7.70-7.65(m,2H),7.61(t,J＝8.0Hz,1H),7.54(d,J＝8.0Hz,1H),7.45-7.34(m,6H),7.33-7.22(m,3H),7.14(t,J＝8.0Hz,5H),6.96-6.91(m,7H),6.80(d,J＝2.8Hz,1H),6.48(dd,J＝2.4,8.4Hz,1H),5.50(d,J＝2.4Hz,1H),1.84(s,3H),1.80(s,3H)；¹³C>3):δ(ppm)184.92,184.77,168.22,166.63,158.99,148.18,148.00,147.85,147.08,147.01,146.88,146.42,142.45,142.23,141.23,141.01,137.10,136.94,136.70,132.42,131.70,131.24,131.14,129.42,129.33,128.98,128.90,128.57,128.45,125.93,125.80,125.70,124.62,124.23,124.13,124.03,123.16,121.96,121.42,121.32,120.01,118.90,117.96,113.89,100.64,28.83,28.76；³¹P>3):δ(ppm)33.96。

图1为最终产物Ir-PON在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图2为最终产物Ir-PON在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。

实施例二：

含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物Ir-POO,学式为：C₄₅H₃₄IrN₂O₄P，分子结构式为：

其合成方法包括以下步骤：

步骤一：根据上述含二苯基膦杂茂基团的配体的合成方法得到配体L-PO；

步骤二：氮气氛围下，称取0.35g(1mmol)配体L-PO，0.25g(1mmol)配体L-O(配体的合成详见参考文献Adv.Funct.Mater.2008,18,499–511)和0.32g水合三氯化铱(铱含量60％)加入SCHLENK反应管中加入30mL脱气的乙二醇乙醚和水的混合溶剂(V:V＝3:1)，升温至110℃搅拌反应16小时。待反应体系冷却到室温后，向反应混合液中加入适量盐水，有沉淀析出。抽滤取滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，然后将滤饼放入真空干燥箱中干燥即可得到氯桥二聚体；氮气氛围下，将此氯桥二聚体加入SCHLENK反应管中，并加入0.33g(1.08mmol)乙酰丙酮铊(Tl(acac))，加入30mL脱气的无水二氯甲烷，室温搅拌反应16小时。将反应后混合液转移到圆底烧瓶中并浓缩，用自制的硅胶薄层色谱板分离纯化,流动相二氯甲烷:乙酸乙酯＝1:1(V/V)，最终得黄色固体0.13g，产率为13.8％，经核磁表征分析，该产物为目标产物Ir-POO：¹H>3):δ(ppm)8.51(d,J＝5.6Hz,1H),8.41(d,J＝4.2Hz,1H),7.84-7.81(m,3H),7.74-7.59(m,5H),7.48(d,J＝8.8Hz,1H),7.44(dd,J＝1.6,7.6Hz,1H),7.38-7.34(m,3H),7.24-7.18(m,5H),7.09(t,J＝7.2Hz,1H),7.02(t,J＝7.6Hz,1H),6.89(d,J＝8.8Hz,2H),6.75(d,J＝3.2Hz,1H),6.38(dd,J＝2.4,8.4Hz,1H),5.66(d,J＝2.4Hz,1H),5.26(s,1H),1.84(s,3H),1.80(s,3H)；¹³C>3):δ(ppm)185.08,184.71,168.11,166.83,158.56,158.41,155.86,148.30,148.11,148.07,146.93,146.81,142.39,142.17,141.24,141.03,138.91,137.19,134.74,133.69,132.37,132.28,131.72,131.70,131.23,131.12,129.38,129.33,128.98,128.87,128.55,128.42,125.68,125.59,125.35,124.40,124.36,124.25,123.40,123.27,122.04,121.33,121.24,120.75,120.33,118.93,118,32,110.40,100.65,28.77,28.75；³¹P>3):δ(ppm)33.89。

图3为最终产物Ir-POO在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图4为最终产物Ir-POO在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。

实施例三：

含二苯并膦杂茂基团的非对称铱(III)磷光配合物Ir-POB，其化学式为：C₅₇H₅₁BIrN₂O₃P，分子结构式为:

其合成方法包括以下步骤：

步骤一：根据上述含二苯基膦杂茂基团的配体的合成方法得到配体L-PO；

步骤二：氮气氛围下，称取0.35g(1mmol)配体L-PO，0.41g(1mmol)配体L-B(配体的合成详见参考文献Adv.Funct.Mater.2008,18,499–511)和0.32g水合三氯化铱(铱含量60％)加入SCHLENK反应管中，加入30mL脱气的乙二醇乙醚和水的混合溶剂(V:V＝3:1)，升温至110℃搅拌反应16小时。待反应体系冷却到室温后，向反应混合液中加入适量盐水，有沉淀析出。抽滤取滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，然后将滤饼放入真空干燥箱中干燥即可得到氯桥二聚体；氮气氛围下，将此氯桥二聚体加入SCHLENK反应管中，并加入0.29g(0.96mmol)乙酰丙酮铊(Tl(acac))，加入30mL脱气的无水二氯甲烷，室温搅拌反应16小时。将反应后混合液转移到圆底烧瓶中并浓缩，用自制的硅胶薄层色谱板分离纯化,流动相二氯甲烷:乙酸乙酯＝1:1(V/V)，最终得红色固体0.13g，产率为12.7％，经核磁表征分析，该产物为目标产物Ir-POB：¹H>3):δ(ppm)8.62(d,J＝5.6Hz,1H),8.28(d,J＝5.6Hz,1H),7.97(d,J＝8.0Hz,1H),7.86(t,J＝8.0Hz,1H),7.81(d,J＝10.4Hz,1H),7.69-7.56(m,4H),7.49(d,J＝8.0Hz,1H),7.44(t,J＝7.2Hz,2H),7.35(b,3H),7.29-7.21(m,4H),6.99(d,J＝7.6Hz,1H),6.90(t,J＝6.4Hz,1H),6.73-6.69(m,5H),6.17(s,1H),2.30(s,6H),1.82(s,18H)；¹³C>3):δ(ppm)158.59,148.43,147.83,147.69,147.07,146.95,145.25,144.35,142.29,142.07,141.98,141.91,141.03,140.81,140.60,137.50,137.17,136.25,134.75,133.70,132.56,132.30,131.64,131.61,131.54,131.19,131.08,129.82,129.39,129.30, 128.92,128.81,128.52,128.39,127.68,125.47,125.37,124.30,124.15,124.04,123.17,123.08,122.22,121.81,121.29,121.19,119.58,118.78,100.52,28.83,28.70,23.41,21.24；³¹P>3):δ(ppm)33.60。

图5为最终产物Ir-POB在二氯甲烷中的紫外吸收光谱图。

图6为最终产物Ir-POB在二氯甲烷中的光致发光光谱图(激发光波长为400nm)。