CN111303010A - 一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料、制备方法及其应用,属于有机材料技术领域,所述含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的结构式如式Ⅰ所示,其中,R1为H、C1‑C4脂肪烷基、羟基、氨基、硝基、氰基、醛基、羧基、卤素、卤代烷基或甲氧基中的一种;R2为含氮杂环给电子体基团,本发明的有机室温磷光材料具有良好的电子传输性能以及高的荧光量子效率,适用于制备有机电致发光器件中的发光层或电子传输层,同时,可以培养得到多种不同的单晶。此外,本发明中的发光材料还适用应用于化学、生物检测,生物成像以及防伪等领域。
Description
技术领域
本发明涉及有机材料技术领域,特别是涉及一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料、制备方法及其应用。
背景技术
有机室温磷光材料在很多方面都具有重要的应用前景,如生物成像、传感、防伪等。目前,有机室温磷光材料已有一些报道,然而,如何设计合成有机室温磷光材料并没有明确的规律,这大大制约了其应用。根据已有的报道,常用的设计策略是通过设计具有D-A结构的分子来增强分子的系间窜越,并通过采用结晶结构、主客体结构或聚合物掺杂的方式得到有机室温磷光材料。
羰基具有很强的吸电子能力,且具有较强的系间窜越能力,目前报道的具有D-A结构的材料主要是以羰基作为电子受体。然而,这大大制约了材料设计的丰富性。酰亚胺结构同样具有强的电负性,在光电领域具有重要的应用。然而,基于酰亚胺结构来设计有机室温磷光材料却鲜有报道。截至目前,虽然已有一些室温磷光(RTP)材料的报道及在防伪中的应用,但是已报道的RTP材料普遍存在合成步骤长、含有重金属、制备效率低,难以规模量制备等问题,而且分子的种类非常少主要集中在含有卤素基、贵金属等。所以设计合成高效制备具有新的RTP分子具有重要的价值。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种实现高效氯、长寿命的含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料。
本发明的第二目的是提供含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,所述制备方法工艺简单、产率高、易于纯化,并可通过引入不同官能团进而调节终产物的发光波长和发光寿命。
本发明的第三个目的是将含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料应用于有机电致发光器件中的发光层、电子传输层或将其同时作为发光层材料和电子传输材料,进而简化有机电致发光的器件结构。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供了一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料,其结构式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ中,R1为H、C1-C4脂肪烷基、羟基、氨基、硝基、氰基、醛基、羧基、卤素、卤代烷基或甲氧基中的一种;
R2为含氮杂环给电子体基团。
优选地,R2为以下结构中的一种:
本发明还提供含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的一种制备方法,包括以下步骤:
(1)将4-溴邻苯二甲酸酐与苯胺衍生物投入反应瓶中,用冰醋酸溶解,并回流过夜得到中间体;
(2)将步骤(1)所得中间体与含氮杂环给电子体对应的硼酸混合,采用Suzuki反应,使用四三苯基膦钯为催化剂,在四氢呋喃溶液中加热回流,反应过夜得到产物。
优选地,步骤(2)中所述中间体与含氮杂环给电子体对应的硼酸的摩尔比为1:1.2。
优选地,步骤(2)中的反应温度为60℃。
本发明还提供含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的另外一种制备方法,包括以下步骤:
(1)将4-溴邻苯二甲酸酐与苯胺衍生物投入反应瓶中,用冰醋酸溶解,并回流过夜得到中间体;
(2)将步骤(1)所得中间体与含氮杂环给电子体混合,采用C-N偶联Buchwald-Hartwing反应,使用钯催化剂,在甲苯溶液中加热回流,反应24h得到产物。
优选地,步骤(2)中所述中间体与含氮杂环给电子体的摩尔比为1:1.5。
优选地,步骤(2)中的反应温度为110℃。
上述的制备方法中,所述反应结束后得到的粗产品通过重结晶、柱色谱法或者升华等方法进行纯化。
本发明还提供所述含酰亚胺结构的有机室温磷光材料在化学/生物检测、生物成像、制备或作为防伪材料中的应用。
本发明还提供将含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料应用于有机电致发光器件中的发光层、电子传输层或将其同时作为发光层材料和电子传输材料,进而简化有机电致发光的器件结构。
本发明公开了以下技术效果:
本发明制备了一系列具有室温磷光特性的酰亚胺材料,在制备的材料中,发现有些分子可以获得多种不同的单晶结构,并且,这些单晶结构可以相互转化,实现对材料荧光发光波长以及室温磷光的强弱与寿命的调节。此外,本发明制备的材料通过培养得到了8种单晶,是目前已知的有机化合物中单晶种类最多的。通过研究其不同的单晶发现其荧光和室温磷光受构象影响很大,进一步研究了室温磷光的机理。
本发明的有机室温磷光材料具有良好的电子传输性能以及高的荧光量子效率,适用于制备有机电致发光器件中的发光层或电子传输层,同时,可以培养得到多种不同的单晶。此外,本发明中的发光材料还适用应用于化学、生物检测,生物成像以及防伪等领域。
本发明的制备方法工艺简单,容易纯化,所合成材料具有良好的发光性能。此外,在室温下,撤去紫外灯后,所制备的含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料仍然能够持续发光,且具有较长的寿命,具备了生物成像,防伪等方面的应用的潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1产物的不同单晶的固体吸收光谱图;
图2为本发明实施例1产物的不同单晶结构的光谱图;
图3为本发明实施例1产物的不同单晶结构光谱对应的寿命图;
图4为本发明实施例1产物的核磁共振氢谱;
图5为本发明实施例2产物的核磁共振氢谱;
图6为本发明实施例3产物的核磁共振氢谱;
图7为本发明实施例4产物的核磁共振氢谱;
图8为本发明实施例5产物的核磁共振氢谱;
图9为本发明实施例2产物的细胞成像图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备路线如下:
将4-溴邻苯二甲酸酐(5g,22mmol)加入干燥的三颈瓶中,而后加入苯胺(2.45g,26mmol),加入150mL冰醋酸,加热至冰醋酸回流,反应过夜,而后将得到的产物倒入水中,抽滤得到粗产品。采用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离除去杂质,得到中间体4.8g,产率73%;
将得到的中间体加入到三颈瓶中(1.5g,5mmmol),使用四氢呋喃(100mL)溶解,而后通氮气半小时,加入催化剂四三苯基膦钯,并加入碳酸钾(1.38g,10mmol)水溶液,10分钟后加入3-咔唑苯硼酸(1.73g,6mmol),加热回流过夜,将得到的产物使用二氯甲烷萃取,干燥,而后将干燥的萃取液使用旋转蒸发仪旋干,将得到的粗产物分散在硅胶中,使用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离得到产物1.5g,产率64%。
实施例2
本实施例含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备路线如下:
将4-溴邻苯二甲酸酐(5g,22mmol)加入干燥的三颈瓶中,而后加入苯胺(2.45g,26mmol),加入150mL冰醋酸,加热至冰醋酸回流,反应过夜,而后将得到产物倒入水中,抽滤得到粗产品,采用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离除去杂质,得到中间体4.8g,产率73%;
将得到的中间体加入到三颈瓶中(1.5g,5mmmol),使用甲苯(100mL)溶解,而后通氮气半小时,加入碳酸钾(1.38g,10mmol),而后加入醋酸钯与三特丁基膦的甲苯溶液,最后加入吩恶嗪(1.1g,6mmol),反应24h,将得到的产物使用二氯甲烷萃取,干燥,而后将干燥的萃取液使用旋转蒸发仪旋干,将得到的粗产物分散在硅胶中,使用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离得到产物1g,产率50%。
实施例3
本实施例含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备路线如下:
将4-溴邻苯二甲酸酐(5g,22mmol)加入干燥的三颈瓶中,而后加入对三氟甲基苯胺(4.26g,26mmol),加入150mL冰醋酸,加热至冰醋酸回流,反应过夜,而后将得到产物倒入水中,抽滤得到粗产品,采用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离除去杂质,得到中间体7.17g,产率88%;
将得到的中间体加入到三颈瓶中(2.0g,5.4mmmol),使用四氢呋喃(100mL)溶解,而后通氮气半小时,加入催化剂四三苯基膦钯,并加入碳酸钾(1.38g,10mmol)水溶液,10分钟后加入3-咔唑苯硼酸(2.33g,8.11mmol),加热回流过夜,将得到的产物使用二氯甲烷萃取,干燥,而后将干燥的萃取液使用旋转蒸发仪中旋干,将得到的粗产物分散在硅胶中,使用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离得到产物2.3g,产率80%。
实施例4
本实施例含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备路线如下:
将4-溴邻苯二甲酸酐(5g,22mmol)加入干燥的三颈瓶中,而后加入对三氟甲基苯胺(4.26g,26mmol),加入150mL冰醋酸,加热至冰醋酸回流,反应过夜,而后将得到产物倒入水中,抽滤得到粗产品,采用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离除去杂质,得到中间体7.17g,产率88%;
将得到的中间体加入到三颈瓶中(2.0g,5.4mmmol),使用四氢呋喃(100mL)溶解,而后通氮气半小时,加入催化剂四三苯基膦钯,并加入碳酸钾(1.38g,10mmol)水溶液,10分钟后加入3-咔唑苯硼酸(2.33g,8.11mmol),加热回流过夜,将得到的产物使用二氯甲烷萃取,干燥,而后将干燥的萃取液使用旋转蒸发仪旋干,将得到的粗产物分散在硅胶中,使用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离得到产物2.47g,产率86%。
实施例5
本实施例含有酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备路线如下:
将4-溴邻苯二甲酸酐(5g,22mmol)加入干燥的三颈瓶中,而后加入对溴苯胺(4.55g,26mmol),加入150mL冰醋酸,加热至冰醋酸回流,反应过夜,而后将得到产物倒入水中,抽滤得到粗产品,采用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离除去杂质,得到中间体6.88g,产率82%;
将得到的中间体加入到三颈瓶中(2g,5.25mmmol),使用四氢呋喃(100mL)溶解,而后通氮气半小时,加入催化剂四三苯基膦钯,并加入碳酸钾(1.38g,10mmol)水溶液,10分钟后加入3-咔唑苯硼酸(1.51g,5.25mmol),加热回流过夜,将得到的产物使用二氯甲烷萃取,干燥,而后将干燥的萃取液使用旋转蒸发仪旋干,将得到的粗产物分散在硅胶中,使用二氯甲烷和正己烷(1:2)为层析液,用硅胶层析柱分离得到产物2.28g,产率80%,纯度在99%以上。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
4.一种如权利要求1-3任一项所述的含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将4-溴邻苯二甲酸酐与苯胺衍生物投入反应瓶中,用冰醋酸溶解,并回流过夜得到中间体;
(2)将步骤(1)所得中间体与含氮杂环给电子体对应的硼酸混合,采用Suzuki反应,使用四三苯基膦钯为催化剂,在四氢呋喃溶液中加热回流,反应过夜得到产物。
5.根据权利要求4所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述中间体与含氮杂环给电子体对应的硼酸的摩尔比为1:1.2。
6.根据权利要求4所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中的反应温度为60℃。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将4-溴邻苯二甲酸酐与苯胺衍生物投入反应瓶中,用冰醋酸溶解,并回流过夜得到中间体;
(2)将步骤(1)所得中间体与含氮杂环给电子体混合,采用C-N偶联Buchwald-Hartwing反应,使用钯催化剂,在甲苯溶液中加热回流,反应24h得到产物。
8.根据权利要求7所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述中间体与含氮杂环给电子体的摩尔比为1:1.5。
9.根据权利要求7所述的所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中的反应温度为110℃。
10.权利要求1-3任一项所述的一种含酰亚胺结构的有机室温磷光材料在化学/生物检测、生物成像、制备或作为防伪材料中的应用。
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