KR101822072B1 - 유기 반도전성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학식(I) 내지 (II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 유기 반도전성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스에 관한 것이다.

Description

유기 반도전성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스 {Organic electronic device comprising an organic semiconducting material}
컨쥬게이트된 유기 화합물은 여러 용도를 갖는다. 한가지 중요한 분야는 유기 반도체를 포함한다. 유기 반도체는 단순한 전자 부품, 예를 들어 저항기, 다이오드, 전계 효과 트랜지스터, 및 유기 발광 디바이스(예를 들어, OLED), 태양 전지, 기타 다수를 제작하는데 사용될 수 있다. 비휘발성 및 휘발성의 재사용가능 메모리가 다수의 상이한 물리적 메커니즘, 예컨대, 분자 쌍-안정성(molecular bi-stability), 강자성 특성(예를 들어, US2006073658), 이온 전달 및 전하 웰(ion transfer and charge well)(예를 들어, WO08125100)을 사용하여 생성될 수 있다. 유기 반도체 및 이들의 디바이스의 산업적 및 경제적 중요성은 유기 반도전성 활성층(semiconducting active layer)을 이용한 증가된 수의 디바이스 및 이러한 대상에 대한 증가하는 산업 비중(industry focus)에 반영되어 있다.
단순한 OLED는 US4356429A에 기술되어 있다. 전도성 전극들 사이에, 두개의 반도전성 유기층이 함께 존재하는데; 여기서 하나는 홀을 수송하며, 다른 하나는 전자를 수송한다. 홀 및 전자의 재결합은 유기층들 중 하나 또는 둘 모두에서 엑시톤(exciton)을 형성하며, 상기 엑시톤은 스핀 통계(spin statistics)에 따라 종국에는 방출된다. 삼중항 스핀(triplet spin)을 갖는 엑시톤 또한 EP1705727에 기술된 물질 및 기술을 이용함으로써 획득될 수 있다. 보다 정교한 OLED는 EP1804309 및 US2008182129에 기술되어 있다.
단순한 2층 유기 태양 전지가 US4164431A에 기술되어 있다. 다수의 여러 태양 전지가 유기층, 예를 들어, 그래첼 전지(Gratzel cell), 폴리머 전지 및 소분자 태양 전지를 사용한다. 다수의 여러 방법이 전환 성능을 증가시키기 위해 시도되었으며, 소위 벌크 이종접합 태양 전지(bulk heterojunction solar cell)의 전환 효율은 대략 5%에 이른다.
컨쥬게이트된 유기 화합물은 소분자, 예를 들어 모노머, 또는 올리고머, 폴리머, 코폴리머, 컨쥬게이트된 블록 및 비-컨쥬게이트된 블록의 코폴리머, 전부 또는 일부 가교된 층, 집합 구조물(aggregate structure), 또는 브러시 유사 구조물(brush like structure)일 수 있다. 상이한 층들에서의 또는 함께 혼합된, 상이한 타입의 화합물, 예를 들어 폴리머 및 소분자 층들로 제조된 디바이스는 또한 폴리머-소분자 하이브리드 디바이스(hybrid 디바이스)로 칭하여 진다.
유기 전자 반도체는 유기 전자 디바이스, 및 유기-무기 하이브리드 디바이스에서 사용될 수 있다.
분자의 최고 점유 분자 궤도 함수(HOMO)와 최저 비점유 분자 궤도 함수(LUMO) 간에 형성된, 대개 최대 3 eV의, 큰 전자 갭(electronic gap)에도 불구하고, 이는 일반적으로 포지티브 전하 캐리어 및 네가티브 전하 캐리어가 특별한 전극들에 의해 주입될 수 있게 하기에는 여전히 충분히 낮다. 전형적인 유기 반도체 화합물은, 화합물이 광학적으로 활성이도록 여전히 충분히 높은 갭을 가질 수 있다.
유기 전계효과 트랜지스터는 예를 들어, US7026643, US2005146262 및 US2008230776에 기술되어 있다. 두개의 전극(소스 전극 및 드레인 전극)에 의해 접촉되는 반도체층의 저항이 게이트에 인가되는 전극에 의해 제어될 수 있다. 게이트는 반도체층에 접촉하여 평행하게 배치되는 절연체 상에 배치된다. 바텀 게이트(bottom gate)(기판 상에), 탑 게이트(기판에 대해 반도체층의 반대편 상에), 또는 양측 모두 상에서와 같은 다양한 기하구조가 사용될 수 있다. 오프 전류(off current) 등을 낮추기 위한 다수의 상이한 층배열이 쌍극층(bipolar layer), 주입층, 전극 사이의 절연층, 및 반도체층이 사용될 수 있다.
상이한 유기 반도체 디바이스에서 상이한 기능층은 여러 특이적 특징을 요구한다.
예를 들어, 유기 박막 트랜지스터(OTFT)는 이의 활성 채널에서 고이동성 물질을 필요로 한다. 투명한 회로, 예컨대 투명 OTFE는 고이동성 유기 물질이 또한 넓은 전자 밴드갭을 포함하고; 홀 및/또는 전자의 전기적 주입이 여전히 제공되어야 하는 것을 요한다.
태양 전지 및 OLED는 높은 전도도와 함께 투명 수송층을 필요로 한다. 투명도는 요망하지 않는 광 흡수를 피하기 위해 그러한 광전자 소자(opto-electric device)에서 필요하다. 이러한 소위 "윈도우(window)" 물질은 투명층, 엑시톤 또는 전하 블로킹층으로서 사용될 수 있다. 윈도우 물질로 이루어진 층의 두께는 OLED의 아웃커플링 방출(outcoupled emission)이 최대이고, 태양 전지의 경우, 디바이스의 흡수 및 각각의 광전류(photocurrent)가 최대인 방식으로 OLED 및 태양 전지의 마이크로 캐비티(micro cavity)를 조절하는데 사용된다. 모든 종류의 반도체 디바이스의 비광학적 활성 층은 완전 투명 부품 및 회로를 제작하기 위해 윈도우 물질로 교체될 수 있다(예를 들어, US20060033115).
상기 층의 기능 및 명명(nomenclature)은 전형적으로 당 분야에서 사용되는 바와 같다. 추가 설명은 US2006244370에서 찾을 수 있다.
전자 디바이스는 또한 온도에 대한 높은 안정성을 필요로 하는데, 이는 트리페닐 아민 유도체, 또는 페난트로닌 유도체와 같은 비정질 유기 반도전성 물질의 고유 특성이 디바이스에서의 고온 안정성 및 높은 유리 전이 온도(Tg)를 포함해야 함을 의미한다.
전도도는 예를 들어, 소위 2-포인트 또는 4-포인트 방법에 의해 측정될 수 있다. 여기서, 금 또는 인듐-주석-옥사이드와 같은 전도성 물질의 컨택트가 기판 상에 배치된다. 이후, 조사되어야 하는 박막이 기판 상에 적용됨으로써 컨택트가 박막에 의해 덮인다. 컨택트에 전류를 가한 후, 전류가 측정된다. 샘플의 두께 및 컨택트의 기하구조로부터, 저항 및 이에 따른 박막 물질의 전도도가 측정될 수 있다. 4-포인트 또는 2-포인트 방법은, 도핑된 층이 우수한 옴 접촉(ohmic contact)를 제공하기 때문에 도핑된 층에 동일한 전도도 값을 제공한다.
또한, 온도 안정성은 (도핑되지 않거나 도핑된) 층이 단계적으로 가열되고, 대기 기간 후, 전도도가 측정되는 방법으로 측정될 수 있다. 이때, 요망하는 반도전 특성을 저하시키지 않고 층에 적용될 수 있는 최고 온도는 전도도를 잃기 직전의 온도이다. 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이 두개의 전극을 지닌 기판 상에서 도핑된 층이 1℃씩 가열될 수 있는데, 이때 각 단계 후, 10초의 대기 시간이 존재한다. 이후, 전도도가 측정된다. 전도도는 온도에 따라 변하며, 특정 온도에서 갑자기 사라진다. 그러므로, 온도 안정성은 전도도가 갑자기 사라지지 않을 때까지의 온도이다. 이 측정은 진공 하에서 수행된다.
사용된 다수의 여러 물질의 특성은 물질의 최고 점유 분자 궤도 에너지 수준(HOMO, 이온화 포텐셜와 동의어임), 및 최저 비점유 분자 궤도 에너지 수준(LUMO, 전자 친화도와 동의어임)의 상태에 의해 기술될 수 있다.
이온화 포텐셜(IP)을 결정하는 방법은 자외선 광전자 분광법(ultraviolet photo spectroscopy: UPS)이다. 고체 상태 물질에 대한 이온화 포텐셜을 측정하는 것은 일반적이지만, 기체 상태에서 IP를 측정하는 것 또한 가능하다. 두 값은 예를 들어, 광이온화 과정 동안에 생성되는 홀의 분극화 에너지(polarization energy)인 이들의 고체 상태 효과에 의해 차별화된다. 분극화 에너지의 전형적인 값은 대략 1 eV이나, 값 차이가 보다 클 수도 있다. IP는 광전자의 큰 운동 에너지, 즉, 가장 약하게 결합된 전자의 에너지의 영역에서 광방출 스펙트럼의 시작과 관련된다. UPS 방법과 관련하여, 역광전자 분광법(inverted photo electron spectroscopy: IPES)이 전자 친화도(EA)를 측정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이 방법은 보다 덜 보편적이다. 용액 상태에서의 전기화학적 측정은 고체 상태 산화(Eox) 및 환원(Ered) 포텐셜 측정의 대안이다. 적합한 방법은 예를 들어 순환전류전압법(cyclo-voltammetry)이다. 고체 상태 이온화 포텐셜의 추출을 위한 실험 방법은 문헌으로부터 공지되어 있다. 환원 포텐셜의 전자 친화도로의 전환에 대한 실험식은 공지되어 있지 않다. 이것이 전화 친화도의 측정을 어렵게 하는 이유이다. 그러므로, 간단한 법칙이 매우 자주 사용된다: 각각 IP=4.8 eV+ e*Eox(vs. 페로센/페로세늄) 및 EA=4.8eV +e*Ered(vs. 페로센/페로세늄)(참조: B.W. Andrade, Org. Electron. 6, 11(2005) and Refs. 25-28). 다른 기준 전극 또는 다른 레독스 쌍(redox pair)이 사용되는 경우에 전기화학적 포텐셜을 보정하기 위한 공정은 공지되어 있다(참조: A.J. Bard, L.R. Faulkner, "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications", Wiley, 2. Ausgabe 2000). 사용되는 용액의 영향에 대한 정보는 문헌(N.G. Connelly et al., Chem. Rev. 96, 877(1996)에서 찾을 수 있다. 이온화 에너지 및 전자 친화도에 대한 동의어로서 각각용어 "HOMO 에너지" E(HOMO) 및 "LUMO 에너지" E(LUMO)를 사용하는 것이 정확히 맞는 것이 아닐지라도, 이는 일반적인 것이다(Koopmans Theorem). 이온화 포텐셜 및 전자 친화도가, 보다 큰 값이 방출되거나, 각각 흡수된 전자의 보다 강한 결합을 나타내는 방식으로 제시되는 것임이 고려되어야 한다. 분자 궤도의 에너지 등급(HOMO, LUMO)은 이와 반대이다. 따라서, 대략적인 추산치로, IP=-E(HOMO) 및 EA=-E(LUMO)이 타당하다. 제시된 포텐셜은 고체 상태 포텐셜에 해당한다. 각각의 블로커(blocker)를 포함하는, 정공수송층은 대부분 4.5 내지 5.5 eV 범위(진공 수준 미만)의 HOMO 및 1.5 eV 내지 3 eV 범위의 LUMO를 갖는다. 이미터(emitter) 물질의 HOMO 수준은 5 eV 내지 6.5 eV이고, LUMO 수준은 2 내지 3 eV이다. 각각의 블로커를 포함하는 전자 수송 물질은 5.5 eV 내지 6.8 eV 범위의 HOMO 및 2.3 eV 내지 3.3 eV 범위의 LUMO를 가지며, 태양 전지에 대해서 보다 큰(보다 아래에 있는) LUMO 및 HOMO 수준이 요구될 수 있다. 컨택트 물질의 일함수(work function)는 대략적으로 애노드에 대해 4 내지 5 eV이고, 캐소드에 대해 3 내지 4.5 eV이다.
(광)전자 다층형성된 부품의 성능 특징은 무엇보다도 층이 전하 캐리어를 수송할 수 있는 능력에 의해 결정된다. 발광 다이오드(light-emitting diode)의 경우, 작동 동안 전하 수송층에서의 옴 손실이 그것의 전도도와 관련된다. 전도도는 요구되는 작동 전압에 직접적으로 영향을 미치며, 또한 부품의 열 부하를 결정한다. 또한, 유기 층내 전하 캐리어 농도에 의거하여, 전하 캐리어의 주입을 단순화하는 금속 컨택트 인접에서의 밴드의 벤딩(bending)이 발생하고, 이에 따라 컨택트 저항이 감소할 수 있다. 유기 태양 전지에 대해 유사하게 고려하면, 그것의 효율이 전하 캐리어의 전극 특성에 대한 전달 및 추출에 의해 결정된다는 결론을 유도한다.
적합한 어셉터 물질(p-물질)로 정공 수송층을 전기적으로 도핑(p-도핑)하거나, 도너(donor) 물질로 전자 수송층을 전기적으로 도핑(n-도핑)함으로써, 유기 고형물에서의 전하 캐리어의 밀도(및 이에 따라 전도도)가 상당히 증가될 수 있다. 또한, 무기 반도체에 의한 경험과 유사하게, 바로 p- 및 n-도핑된 층의 사용에 기초한 부품에서의 적용이 예상될 수 있고, 다른 식으로는 가능하지 않을 것이다. 유기 발광 다이오드에 도핑된 전하-캐리어 수송층(어셉터(acceptor) 유사 분자의 혼합물에 의한 정공수송층의 p-도핑, 도너-유사 분자의 혼합물에 의한 전자 수송층의 n-도핑)을 사용하는 것은 US2008203406 및 US 5,093,698에 기술되어 있다.
US2008227979는 매트릭스로 불리우는 유기 수송 물질을 무기 및 유기 도펀트로 도핑하는 것을 상세히 기술하고 있다. 기본적으로, 효과적인 전자 수송은 도펀트로부터 매트릭스로 발생하여 매트릭스의 페르미(Fermi) 수준을 증가시킨다. p-도핑의 경우에 효과적으로 수송하기 위해, 도펀트의 LUMO 에너지 수준은 매트릭스의 HOMO 에너지 수준에 비해 0.5 eV 이하로 적어도 약간 높거나, 낮게 있어야 한다. N-도핑의 경우에 대해, 도펀트의 HOMO 에너지 수준은 매트릭스의 LOMO 에너지 수준에 비해 0.5 eV 이상 적어도 약간 낮거나, 보다 높게 있어야 한다. 추가로, 도펀트로부터 매트릭스로의 에너지 수송을 위해서는 에너지 수준 차가 + 0.3 eV 보다 작을 것이 요망된다.
도펀트 도너는 3.3eV 미만, 바람직하게는 2.8eV 미만, 더욱 바람직하게는 2.6eV 미만의 HOMO 에너지 수준(고체 상태의 이온화 포텐셜)을 지닌 분자 또는 중성 라디칼 또는 이들의 조합이고, 이의 관련 기체 상태의 이온화 포텐셜은 4.3eV 미만, 바람직하게는 3.8eV 미만, 더욱 바람직하게는 3.6eV 미만이다. 상기 도너의 HOMO는 순환전류전압 측정에 의해 추정될 수 있다. 환원 포텐셜을 측정하는 대안적인 방법은 도너 염의 양이온을 측정하는 것이다. 도너는 Fc/Fc+(페럼/페로세늄 레독스-쌍)에 대해 -1.5V 이하, 바람직하게는 -1.5V 미만, 더욱 바람직하게는 -2.0V 이하, 더욱 더 바람직하게는 -2.2V미만인 산화 포텐셜을 나타내야 한다. 도너의 몰질량은 100 내지 2000g/mol의 범위, 바람직하게는 200 내지 1000g/mol의 범위이다. 몰 도핑 농도는 1:10000(도펀트 분자:매트릭스 분자) 내지 1:2의 범위, 바람직하게는 1:100 내지 1:5, 더욱 바람직하게는 1:100 내지 1:10이다. 개개의 경우에서, 예를 들어, 보다 큰 전도도가 요구되는 경우, 1:2 초과의 도핑 농도가 적용된다. 도너는 층 형성(증착) 공정 동안에, 또는 층 형성 이후 공정 동안에 전구체에 의해 형성될 수 있다(참조 DE 10307125.3). 도너의 HOMO 수준에 대한 상기 제시된 값은 형성된 분자 또는 분자 라디칼에 대한 것이다.
도펀트 어셉터는 4.5eV 초과, 바람직하게는 4.8eV 초과, 더욱 바람직하게는 5.04eV 초과의 LUMO 에너지 수준을 지닌 분자 또는 중성 라디칼 또는 이들의 조합이다. 어셉터의 LUMO는 순환전류전압 측정에 의해 추정될 수 있다. 어셉터는 Fc/Fc+(페럼/페로세늄 레독스-쌍)에 대해 대략 -0.3V 이상, 바람직하게는 -0.0V 이상, 더욱 바람직하게는 -0.24V 이상인 환원 포텐셜을 나타내야 한다. 어셉터의 몰질량은 바람직하게는 100 내지 2000g/mol의 범위, 더욱 바람직하게는 200 내지 1000g/mol의 범위, 더욱 더 바람직하게는 300 내지 2000g/mol이다. 몰 도핑 농도는 1:10000(도펀트 분자:매트릭스 분자) 내지 1:2의 범위, 바람직하게는 1:100 내지 1:5, 더욱 바람직하게는 1:100 내지 1:10이다. 개개의 경우에서, 예를 들어, 보다 큰 전도도가 요구되는 경우, 1:2 초과의 도핑 농도가 적용된다. 어셉터는 층 형성(증착) 공정 동안에, 또는 층 형성 이후 공정 동안에 전구체에 의해 형성될 수 있다. 어셉터의 LUMO 수준에 대한 상기 제시된 값은 형성된 분자 또는 분자 라디칼에 대한 것이다.
도핑된 정공 수송 물질의 전형적인 예로는 테트라플루오로-테트라시아노퀴논디메탄(F4TCNQ)로 도핑된, HOMO 수준이 대략 5.2eV이고, LUMO 수준이 약 5.2eV인 구리프탈로시아닌(CuPc); F4TCNQ로 도핑된, 아연프탈로시아닌(ZnPc)(HOMO = 5.2eV); 트리스{2,5-비스(3,5-비스-트리플루오로메틸-페닐)-티에노}[3,4-b,h,n]-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐로 도핑된 HOMO가 대략 4.6eV이고, LUMO 수준이 약 4.6eV인 펜타센; 및 2,2'-(퍼를루오로나프탈렌-2,6-디일리덴)디말로노니트릴로 도핑된 a-NPD이 있다.
도핑된 전자 수송 물질의 전형적인 예로는 아크리딘 오렌지 베이스(AOB)로 도핑된 풀러렌 C60; 류코 크리스탈 바이올렛으로 도핑된 페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실릭-3,4,9,10-디안하이드라이드(PTCDA); 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미디나토)디텅스텐(II)(W(hpp)4)로 도핑된 2,9-디(페난트렌-9-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린; 3,6-비스-(디메틸 아미노)-아크리딘으로 도핑된 나프탈렌 테트라카르복실산 디-안하이드라이드(NTCDA); 비스(에틸렌-디티오)테트라티아풀발렌(BEDT-TTF)로 도핑된 NTCDA가 있다.
사용되는 용어 도핑은 하기 설명되는 바와 같이 전기적 도핑을 의미한다. 이러한 도핑은 또한 레독스-도핑 또는 전하 전달 도핑으로 불리울 수 있다. 도핑이 반도전성 매트릭스의 전하 캐리어의 밀도를 도핑되지 않은 매트릭스의 전하 캐리어 밀도 쪽으로 증가시키는 것은 공지되어 있다. 전기적으로 도핑된 반도체층은 또한 도핑되지 않은 반도체 매트릭스와 비교하여 증가된 유효 이동성을 갖는다.
전자 수송 물질(ETM) 및 이미터 호스트(EMH) 물질이 도핑될 수 있도록 충분히 낮게 존재하는 LUMO 수준을 갖고, 전하를 이미터 숙주에 효과적으로 수송할 수 있고(ETM의 경우), 이미터 도펀트에 에너지를 수송할 수 있는(EMH의 경우), 충분히 높은 LUMO 수준을 갖는, 전자 수송 물질(ETM) 및 이미터 호스트(EMH) 물질을 제공하는 것이 기술적 과제이다. ETL의 낮은 LUMO 수준에 대한 제한은, 매우 높은 HOMO를 지닌 n-도펀트가 불안정한 경향이 있고, 또한 매우 높은 LUMO의 ETL에 대해서는 주입이 어렵기 때문에, 도핑가능성(dopability)에 의해 제시된다.
유기 태양 전지에 대한 기술적 과제는 태양 전지의 이종접합 어셉터의 LUMO로 쉽게 배열될 수 있는, 낮은 LUMO 수준을 지닌 전자 수송 물질을 제공하는 것이다. 또한, 정공을 블로킹하는데 사용될 수 있는 매우 낮은 HOMO 수준 및 낮은 LUMO 수준을 지닌 물질이 요구된다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 유기 반도전성 물질로서 사용될 수 있는, 특정 부류의 기능성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스를 제공하는 것이다. 특히, 추가로 열적으로 안정하고/거나 도핑가능한 투명한 유기 반도전성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스가 제공될 것이다. 또한, 유기 전자 디바이스는 어떠한 어려움 없이 합성될 수 있고, 어떠한 금속 도펀트를 착화시키지 않는 반도전성 물질을 포함할 것이다.
상기 목적은 하기 화학식(I) 또는 (II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하느 유기 반도전성 물질에 의해 달성된다.
Figure 112012050605687-pct00001
상기 식에서,
Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 디바이스는 층상 구조를 가지며, 하나 이상의 층은 청구항 제 1항에 기재된 화학식에 따른 하나 이상의 화합물을 포함한다.
일 구체예에서, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 바람직하게는 독립적으로 하기 기로부터 선택된다:
Figure 112012050605687-pct00002
일 구체예에서, Ar4는 바람직하게는 수소이다.
일 구체예에서, Ar은 독립적으로 하기 기로부터 선택된다:
Figure 112012050605687-pct00003
바람직하게는, 디바이스는 전기적 기능적 유효 영역을 갖는 전자, 광전자 또는 전기발광 디바이스이며, 전기적 기능적 유효 영역은 청구항 제 1항의 화학식에 따른 하나 이상의 화합물을 포함한다.
또한, 디바이스는 유기 발광 다이오드, 전계효과 트랜지스터, 센서, 광검출기, 유기 태양 전지, 유기 박막 트랜지스터, 유기 집적 회로, 유기 필드-켄치 디바이스(organic field-qeunch 디바이스), 유기 발광 트랜지스터, 발광 전기화학 전지 또는 유기 레이저 다이오드일 수 있다.
끝으로, 상기 목적은 임의로 도핑된 전자 수송층, 간층(interlayer), 정공 블로킹층, 임의로 도핑된 완충층, 이미터 매트릭스, 반도전성 채널층, 임의로 도핑된 주입층, 스택된 유기 전자 디바이스를 결합시키기 위한 임의로 도핑된 pn-트랜지션, 전하 생성층, 또는 재결합층으로서 유기 전자 디바이스에 하기 화학식에 따른 화합물을 사용함으로써 달성될 수 있다:
Figure 112012050605687-pct00004
상기 식에서,
Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
하기와 같은 화합물이 더욱 바람직하다:
Figure 112012050605687-pct00005
본 발명에 따르면, 임의로 하나 이상의 도펀트로 도핑되는 하나 이상의 유기 매트릭스 물질을 포함하는 유기 반도전성 물질을 포함하는 디바이스로서, 매트릭스 물질이 화학식(I)-(II)에 따른 화합물을 포함하는 디바이스가 제공된다.
발광 다이오드에서, 화학식(I)-(II)의 화합물은 전자 수송층에서 사용될 수 있으며, 임의로 도핑될 수 있다. 상기 화합물은 또한 발광 다이오드에서 정공 블로킹층과 같은 간층에 사용될 수 있다. 또한, 유기 태양 전지에 있어서, 화합물은 추가로 도핑될 수 있는, 안정한 전자 수송층(ETL)을 제공하는데 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있는 태양 전지에 대한 완충층에 안정한 물질을 제공한다.
본 발명에 따르면, 특히, 전기적으로 도핑될 수 있는 디바이스에 대해 높은 전도도를 달성하면서 가시 스펙트럼에서 매우 투명 하게 있고 높은 열안정성을 갖는, 특히 윈도우 반도전성 유기 물질이 제공된다.
본 발명에 따르면, 또한 수송층에, 다시 말해 반도전성 채널층에 사용하기 위한 화학식(I)-(II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터가 제공될 수 있다. 유기 전계효과 트랜지스터는 또한 높은 포텐셜 배리어로 인해 전하가 주입되지 않는 경우, 전기적으로 비활성인 완충층으로서 기재된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 유기 전계효과 트랜지스터는 또한 도핑된 주입층으로서 기재된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, EP 1 804 308 또는 EP 1 808 910으로부터 각각 공지되어 있는, 스택된 유기 발광 다이오드, 스택된 태양 전지를 결합시키고, 컨택트를 전극으로 전환시키기 위한 유기 전자 엘리먼트에서의 도핑된 pn-트랜지션이 제공될 수 있다.
OLED에서 pn-정션(junction)은 또한 전하 생성층 또는 연결 단위로 불린다. 유기 태양 전지에서 pn-정션은 또한 재결합층으로 불린다.
전형적으로, OLED 또는 태양 전지의 유기층 배열은 스택되는 수개의 유기층을 포함한다. 하나의 유기층 배열 내에는, 또한 스택된 OLED에 대해 공지되어 있는 것과 같은 하나 이상의 전하 생성층이 구비될 수 있으며(참조: EP 1 478 025 A2), 일 구체예에서 이러한 pn-트랜지션은 서로 직접적으로 접촉되어 있는 p-도핑된 정공 수송층 및 n-도핑된 전자 수송층에 의해 형성된다. 이러한 pn-트랜지션은 전기적 포텐셜을 가하는 경우, 전하가 생성되는데, 바람직하게는 두 층 사이의 계면 영역에서 생성되는, 전하를 생성하는 구조를 제공한다.
태양 전지 및 광 센서에 있어서, pn-트랜지션은 또한 스택된 헤테로정션(heterojunction)을 결합시키고, 이에 따라 이러한 엘리먼트에 의해 형성된 전압을 부가하기 위해 사용된다(US 2006 027 834A). 물리적 메커니즘이 상이할 수 있기는 하지만, 전하 생성층은 스택된 무기 이종접합 태양 전지에서의 터널-정션과 동일한 기능을 갖는다.
전하 생성층은 또한 전극으로의 개선된 주입(태양 전지에 대한 추출)을 달성하는데 사용된다(EP 1 808 910).
유기 전자 엘리먼트에서 에너지 특성을 개선시키기 위해, WO 2005/109 542 A1에서는 한층의 n-타입의 유기 반도전성 물질층 및 한층의 p-타입의 유기 물질층을 갖는 pn-트랜지션을 형성하는 것을 제안하였으며, 이때 n-타입의 유기 반도전성 물질층은 애노드로서 형성된 전극과 접촉한다. 이로써 p-타입의 유기 반도전성 물질의 층으로의 정공 형태의 전하 캐리어의 개선된 주입이 달성된다.
화학식(I)-(II)에 따른 본 발명에서 사용되는 화합물은 순수층으로서, 또는 레독스 도펀트와 함께 도핑된 층으로서 OLED에서 전자 수송층에 사용될 수 있다. 상기 화합물은 또한 다른 전자 수송 물질, 다른 정공 수송 물질, 또는 다른 기능성 물질, 예컨대 이미터 도펀트와의 혼합물로 사용될 수 있다. 상기 화합물은 정공 q블로킹층으로서 사용될 수 있다. 상기 물질은 종래 기술, 예컨대 DE 10 2007 012 794 또는 EP 07 400 033.2(아직 미공개됨)에서 기술된 물질과 비교하여 더 높은 유리 전이 온도를 갖기 때문에, 종래 기술에 비해 유리한 효과를 나타낸다.
화학식(I)-(II)에 따른 화합물의 사용은 높은 열 안정성, 특히 높은 유리 전이 온도로 인한 높은 열 안정성, 유기 발광 디바이스에 대한 우수한 LUMO 상태, 우수한 도핑가능성, 전도도 및 전하 캐리어 이동성, 높은 투명성, 용이한 합성을 제공한다. 또한, 이들 화합물의 제조가 매우 비용 효과적인 방식으로 수행될 수 있다.
놀랍게도, 특히 기재된 바와 같은 화합물을 포함하는 도핑된 층의 열 안정성이 매트릭스 물질을 포함하는 본 발명에 따른 디바이스에서 현격히 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 실시예에서 기재된 화합물에 의해 100℃ 초과의 유리 전이 온도가 달성되었다. 이러한 높은 전이 온도, 넓은 갭, 및 도핑가능성의 조합은 그러한 화합물이 유기 전자 디바이스에 사용되는데 높은 산업상 관련성을 갖게 한다.
본 발명의 추가의 특징 및 이점이 첨부되는 도면과 함께 하기의 바람직한 구체예에 대한 상세한 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1은 대표적인 소분자 OLED의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 대표적인 소분자 유기 태양 전지의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 유기 전자 디바이스는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 도 1은 유기 발광 다이오드의 대표적인 층 구조를 도시한 것이다. 층은 하기 순서로 기판(10) 상에 배치된다: 애노드(11), p-도핑된 정공 수송층(12), 전자 블로킹층(13), 발광층(14), 정공 블로킹층(15), n-전자 수송층(16), 및 캐소드(17). 특성이 결합될 수 있는 경우, 두개 이상의 층이 보다 작은 층수로 줄어들 수 있다. 역전된 구조 및 다수의 스택된 OLED 또한 당 분야에 잘 알려져 있다. 발광층은 일반적으로 이미터 매트릭스 물질 및 이미터 도펀트로 구성되며, 이 층은 또한 예를 들어, 백색광을 생성하기 위해, 수개의 이미터를 결합하는 광범위 스펙트럼으로 광을 발생시키는 수개의 다른 층으로 구성될 수 있다.
도 2는 대표적인 소분자 유기 태양 전지를 도시한 것이다. 다수의 변형예가 가능하다. 적합한 효율을 제공하는, 간단한 한 구조는 기판(20), 다음에 애노드(21), p-도핑된 정공 수송층(22), 도핑되지 않은 얇은 간층(23), 광활성 벌크-헤테로정션(24), 전자 수송층(25), 완충층(26), 및 캐소드(27)로 구성된다.
실시예
일반적인 합성 방법
Figure 112012050605687-pct00006
구조식(I)은 하기 합성 경로에 따라 합성될 수 있다:
Figure 112012050605687-pct00007
구조식(II)은 하기 합성 경로에 따라 합성될 수 있다:
Figure 112012050605687-pct00008
Figure 112012050605687-pct00009

실시예 1
하기 화합물의 합성:
Figure 112012050605687-pct00010
제 1 단계: 2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(1)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00011
2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온 16.7g(100mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 19.2g(110mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 20mL(120mmol)
에탄올 100mL
75mL 에탄올 중의 2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온(16.7g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(19.2g)의 현탁액을 환류 응축기 및 적가 깔때기가 구비된 250mL 2목-플라스크에서 환류시켰다. 25mL 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민의 용액이 20분 내로 적가된 후, 비등시 현탁액이 용액으로 변하였다. 용액이 황색에서 오렌지색으로 변하였고, 3시간 동안 환류하에 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 그 동안에 두꺼운 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
현탁액을 100mL 증류수에 붓고, 현탁액을 얼음조에 넣고 철저히 교반하였다. 이후, 8mL 아세트산을 그 안에 천천히 붓고, 현탁액을 추가의 30분 동안 교반하였다. 이후, 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 무염수(200mL)로 세척하였다. 밤새 건조시킨 후(건조 오븐, 40℃), 베이지색 분말이 수득되었다.
수율: 21.9g(96%),
융점: 124.5℃
Figure 112012050605687-pct00012
제 2 단계: 6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(2)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00013
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온 5g(22.5mmol)
벤즈알데하이드 2.5g(25mmol)
리튬 퍼클로레이트 2.4g(22.5mmol)
트리에틸아민 0.3mL(2mmol)
톨루엔 60mL
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(5g), 및 벤즈알데하이드(2.5g)를 50mL 부피의 톨루엔이 있는 플라스크에 넣었다. 이후, 트리에틸아민(0.3ml) 및 리튬 퍼클로레이트(2.4g)를 첨가하고, 용액을 30분 동안 실온에서 교반하자, 이후 백색 침전물이 나타났다. 현탁액을 실온에서 밤새 교반하고, 휘발물질을 회전증발기를 사용하여 제거하였다.
후처리.
이후, 잔류물을 80mL 에탄올과 혼합하고, 10분 동안 가열 환류시켰다. 냉각 후, 황색 생성물을 뷰흐너를 이용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하였다. 이후, 황색 분말을 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다(80℃).
수율: 6.3g(90%),
융점: 142℃
Figure 112012050605687-pct00014
제 3 단계: 2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(3)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00015
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온
6.25g(20mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 3.8g(22mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 5mL(29mmol)
에탄올 50mL
에틸 아세테이트 50mL
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(6.25g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(3.8g)를 에탄올(30ml)과 에틸 아세테이트(50ml)의 혼합물 중에서 교반시켰다. 이후, 20mL 에탄올 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민(5mL)을 첨가를 통해 10분 내로 첨가하였다. 첨가한 후, 현탁액을 30시간 동안 환류시켰다. 30분 후, 현탁액이 용액으로 변하였다. 30시간 후, 용액을 냉각시키자, 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 11mL의 아세트산을 현탁액에 서서히 붓고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하고, 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다.
수율: 6.05g(73%),
융점: 200℃
Figure 112012050605687-pct00016
제 4 단계: 2,4,8-트리페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린(4)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00017
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린 6.2g(15mmol)
클로라닐 5.6g(23mmol)
디클로로벤젠 50mL
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6.2g)을 1,2-디클로로벤젠(50mL) 중에 현탁시키고, 가온시켜서(60℃) 상기 물질을 용액이 되게 하였다. 이후, 클로라닐(4.1g)을 나누어 첨가하였다. 용액이 녹색에서 진한 황색으로 변하였다. 이후, 용액을 환류시켰다. 2시간 후, 0.5g의 클로라닐을 첨가하고, 추가의 2시간 후에, 1g의 클로라닐을 최종적으로 첨가하였다. 9시간 환류 후, 용액을 냉각시키자, 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 현탁액을 30mL 디에틸에테르에 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 70mL 디에틸에테르로 세척하였다.
수율: 4.9g(80%),
대조 파장으로서 250nm를 사용하여 HPLC 순도를 산출하였다. HPLC 순도는 최소 99.5% 이어야 하며, 그렇지 않을 경우, 세척 단계를 다시 시작해야 한다.
융점: 241℃
Tg: 78℃
Fc에 대한 순환전류전압: -2.02V(THF 중에서 가역적임)
Figure 112012050605687-pct00018
실시예 2
하기 화합물의 합성:
Figure 112012050605687-pct00019
제 1 단계: 2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(1)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00020
2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온 16.7g(100mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 19.2g(110mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 20mL(120mmol)
에탄올 100mL
75mL 에탄올 중의 2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온(16.7g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(19.2g)의 현탁액을 환류 응축기 및 적가 깔때기가 구비된 250mL 2목-플라스크에서 환류시켰다. 25mL 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민의 용액이 20분 내로 적가된 후, 비등시 현탁액이 용액으로 변하였다. 용액이 황색에서 오렌지색으로 변하였고, 3시간 동안 환류하에 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 그 동안에 두꺼운 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
현탁액을 100mL 증류수에 붓고, 현탁액을 얼음조에 넣고 철저히 교반하였다. 이후, 8mL 아세트산을 그 안에 천천히 붓고, 현탁액을 추가의 30분 동안 교반하였다. 이후, 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 무염수(200mL)로 세척하였다. 밤새 건조시킨 후(건조 오븐, 40℃), 베이지색 분말이 수득되었다.
수율: 21.9g(96%),
융점: 124.5℃
Figure 112012050605687-pct00021
제 2 단계: 6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(2)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00022
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온 5g(22.5mmol)
벤즈알데하이드 2.5g(25mmol)
리튬 퍼클로레이트 2.4g(22.5mmol)
트리에틸아민 0.3mL(2mmol)
톨루엔 60mL
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(5g), 및 벤즈알데하이드(2.5g)를 50mL 부피의 톨루엔이 있는 플라스크에 넣었다. 이후, 트리에틸아민(0.3ml) 및 리튬 퍼클로레이트(2.4g)를 첨가하고, 용액을 30분 동안 실온에서 교반하자, 이후 백색 침전물이 나타났다. 현탁액을 실온에서 밤새 교반하고, 휘발물질을 회전증발기를 사용하여 제거하였다.
후처리.
이후, 잔류물을 80mL 에탄올과 혼합하고, 10분 동안 가열 환류시켰다. 냉각 후, 황색 생성물을 뷰흐너를 이용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하였다. 이후, 황색 분말을 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다(80℃).
수율: 6.3g(90%),
융점: 142℃
Figure 112012050605687-pct00023
제 3 단계: 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4,8-디페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(5)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00024
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온
6.25g(20 mmol)
벤즈아미딘 하이드로클로라이드 3.8 g(22 mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 5 mL(29 mmol)
에탄올 50 mL
에틸 아세테이트 50 mL
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(6.25g) 및 벤즈아미딘 하이드로클로라이드(3.8g)를 에탄올(30mL)과 에틸 아세테이트(50mL)의 혼합물 중에서 교반되게 하였다. 20 mL 에탄올 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민(5mL)의 용액을 첨가를 통해 10분 내로 첨가하였다. 첨가 후, 현탁액을 30시간 동안 환류시켰다. 30분 후, 현탁액이 용액으로 변하였다. 30시간 후, 용액을 냉각시키자, 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 11mL의 아세트산을 현탁액에 서서히 붓고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하고, 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다.
수율: 6.05g(73%).
제 4 단계: 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4,8-디페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00025
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린
6.2g(15 mmol)
클로라닐 5.6g(23 mmol)
디클로로벤젠 50 mL
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6.2g)을 1,2-디클로로벤젠(50mL) 중에 현탁시키고, 가온시켜서(60℃) 상기 물질을 용액이 되게 하였다. 이후, 클로라닐(4.1g)을 나누어 첨가하였다. 용액이 녹색에서 진한 황색으로 변하였다. 이후, 용액을 환류시켰다. 2시간 후, 0.5g의 클로라닐을 첨가하고, 추가의 2시간 후에, 1g의 클로라닐을 최종적으로 첨가하였다. 9시간 환류 후, 용액을 냉각시키자, 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 현탁액을 30mL 디에틸에테르에 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 70mL 디에틸에테르로 세척하였다.
수율: 4.9g(80%),
대조 파장으로서 250nm를 사용하여 HPLC 순도를 산출하였다. HPLC 순도는 최소 99.5% 이어야 하며, 그렇지 않을 경우, 세척 단계를 다시 시작해야 한다.
융점: 263℃
Tg: 102℃
Fc에 대한 순환전류전압: -2.00V(THF 중에서 가역적임)
Figure 112012050605687-pct00026
실시예 3
하기 화합물의 합성
Figure 112012050605687-pct00027
제 1 단계: 2-(나프탈렌-1-일)-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(7)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00028
2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온 16.7g(100mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 19.2g(110mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 20mL(120mmol)
에탄올 100mL
75mL 에탄올 중의 2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온(16.7g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(19.2g)의 현탁액을 환류 응축기 및 적가 깔때기가 구비된 250mL 2목-플라스크에서 환류시켰다. 25mL 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민의 용액이 20분 내로 적가된 후, 비등시 현탁액이 용액으로 변하였다. 용액이 황색에서 오렌지색으로 변하였고, 3시간 동안 환류하에 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 그 동안에 두꺼운 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
현탁액을 100mL 증류수에 붓고, 현탁액을 얼음조에 넣고 철저히 교반하였다. 이후, 8mL 아세트산을 그 안에 천천히 붓고, 현탁액을 추가의 30분 동안 교반하였다. 이후, 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 무염수(200mL)로 세척하였다. 밤새 건조시킨 후(건조 오븐, 40℃), 베이지색 분말이 수득되었다.
수율: 21.9g(96%),
Figure 112012050605687-pct00029
제 2 단계: 6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(8)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00030
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온 5g(22.5mmol)
벤즈알데하이드 2.5g(25mmol)
리튬 퍼클로레이트 2.4g(22.5mmol)
트리에틸아민 0.3mL(2mmol)
톨루엔 60mL
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(5g), 및 벤즈알데하이드(2.5g)를 50mL 부피의 톨루엔이 있는 플라스크에 넣었다. 이후, 트리에틸아민(0.3ml) 및 리튬 퍼클로레이트(2.4g)를 첨가하고, 용액을 30분 동안 실온에서 교반하자, 이후 백색 침전물이 나타났다. 현탁액을 실온에서 밤새 교반하고, 휘발물질을 회전증발기를 사용하여 제거하였다.
후처리.
이후, 잔류물을 80mL 에탄올과 혼합하고, 10분 동안 가열 환류시켰다. 냉각 후, 황색 생성물을 뷰흐너를 이용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하였다. 이후, 황색 분말을 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다(80℃).
수율: 6.3g(90%),
제 3 단계: 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4,8-디페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(5)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00031
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온
6.25g(20 mmol)
벤즈아미딘 하이드로클로라이드 3.8 g(22 mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 5 mL(29 mmol)
에탄올 50 mL
에틸 아세테이트 50 mL
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(6.25g) 및 벤즈아미딘 하이드로클로라이드(3.8g)를 에탄올(30mL)과 에틸 아세테이트(50mL)의 혼합물 중에서 교반되게 하였다. 20 mL 에탄올 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민(5mL)의 용액을 첨가를 통해 10분 내로 첨가하였다. 첨가한 후, 현탁액을 30시간 동안 환류시켰다. 30분 후, 현탁액이 용액으로 변하였다. 30시간 후, 용액을 냉각시키자, 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 11mL의 아세트산을 현탁액에 서서히 붓고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하고, 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다.
수율: 6.05g(73%).
제 4 단계: 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4,8-디페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00032
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린
6.2g(15 mmol)
클로라닐 5.6g(23 mmol)
디클로로벤젠 50 mL
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6.2g)을 1,2-디클로로벤젠(50mL) 중에 현탁시키고, 가온시켜서(60℃) 상기 물질을 용액이 되게 하였다. 이후, 클로라닐(4.1g)을 나누어 첨가하였다. 용액이 녹색에서 진한 황색으로 변하였다. 이후, 용액을 환류시켰다. 2시간 후, 0.5g의 클로라닐을 첨가하고, 추가의 2시간 후에, 1g의 클로라닐을 최종적으로 첨가하였다. 9시간 환류 후, 용액을 냉각시키자, 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 현탁액을 30mL 디에틸에테르에 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 70mL 디에틸에테르로 세척하였다.
수율: 4.9g(80%),
대조 파장으로서 250nm를 사용하여 HPLC 순도를 산출하였다. HPLC 순도는 최소 99.5% 이어야 하며, 그렇지 않을 경우, 세척 단계를 다시 시작해야 한다.
융점: 208℃
Tg: 85℃
Fc에 대한 순환전류전압: -2.00V(THF 중에서 가역적임)
실시예 4
하기 화합물의 합성
Figure 112012050605687-pct00033
제 1 단계: 2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(1)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00034
2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온
16.7g(100mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 19.2g(110mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 20mL(120mmol)
에탄올 100mL
75mL 에탄올 중의 2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온(16.7g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(19.2g)의 현탁액을 환류 응축기 및 적가 깔때기가 구비된 250mL 2목-플라스크에서 환류시켰다. 25mL 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민의 용액이 20분 내로 적가된 후, 비등시 현탁액이 용액으로 변하였다. 용액이 황색에서 오렌지색으로 변하였고, 3시간 동안 환류하에 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 그 동안에 두꺼운 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
현탁액을 100mL 증류수에 붓고, 현탁액을 얼음조에 넣고 철저히 교반하였다. 이후, 8mL 아세트산을 그 안에 천천히 붓고, 현탁액을 추가의 30분 동안 교반하였다. 이후, 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 무염수(200mL)로 세척하였다. 밤새 건조시킨 후(건조 오븐, 40℃), 베이지색 분말이 수득되었다.
수율: 21.9g(96%),
융점:124.5℃
Figure 112012050605687-pct00035
제 2 단계: 6,6'-(1,3-페닐렌비스(메타닐리덴))비스(2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온)(11)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00036
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온 5g(22.5mmol)
벤즈알데하이드 2.5g(25mmol)
리튬 퍼클로레이트 2.4g(22.5mmol)
트리에틸아민 0.3mL(2mmol)
톨루엔 60mL
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(5g), 및 벤즈알데하이드(2.5g)를 50mL 부피의 톨루엔이 있는 플라스크에 넣었다. 이후, 트리에틸아민(0.3ml) 및 리튬 퍼클로레이트(2.4g)를 첨가하고, 용액을 30분 동안 실온에서 교반하자, 이후 백색 침전물이 나타났다. 현탁액을 실온에서 밤새 교반하고, 휘발물질을 회전증발기를 사용하여 제거하였다.
후처리.
이후, 잔류물을 80mL 에탄올과 혼합하고, 10분 동안 가열 환류시켰다. 냉각 후, 황색 생성물을 뷰흐너를 이용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하였다. 이후, 황색 분말을 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다(80℃).
수율: 6.3g(90%),
융점:142℃
제 3 단계: 4-(3-(2,8-디페닐-1,2,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린-4-일)페닐)-2,8-디페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(12)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00037
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온
6.25g(20 mmol)
벤즈아미딘 하이드로클로라이드 3.8 g(22 mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 5 mL(29 mmol)
에탄올 50 mL
에틸 아세테이트 50 mL
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(6.25g) 및 벤즈아미딘 하이드로클로라이드(3.8g)를 에탄올(30mL)과 에틸 아세테이트(50mL)의 혼합물 중에서 교반되게 하였다. 20 mL 에탄올 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민(5mL)의 용액을 첨가를 통해 10분 내로 첨가하였다. 첨가한 후, 현탁액을 30시간 동안 환류시켰다. 30분 후, 현탁액이 용액으로 변하였다. 30시간 후, 용액을 냉각시키자, 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 11mL의 아세트산을 현탁액에 서서히 붓고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하고, 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다.
수율: 6.05g(73%).
융점:200℃
제 4 단계: 1,3-비스(2,8-디페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린-4-일)벤젠(13)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00038
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린
6.2g(15 mmol)
클로라닐 5.6g(23 mmol)
디클로로벤젠 50 mL
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6.2g)을 1,2-디클로로벤젠(50mL) 중에 현탁시키고, 가온시켜서(60℃) 상기 물질을 용액이 되게 하였다. 이후, 클로라닐(4.1g)을 나누어 첨가하였다. 용액이 녹색에서 진한 황색으로 변하였다. 이후, 용액을 환류시켰다. 2시간 후, 0.5g의 클로라닐을 첨가하고, 추가의 2시간 후에, 1g의 클로라닐을 최종적으로 첨가하였다. 9시간 환류 후, 용액을 냉각시키자, 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 현탁액을 30mL 디에틸에테르에 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 70mL 디에틸에테르로 세척하였다.
수율: 4.9g(80%),
대조 파장으로서 250nm를 사용하여 HPLC 순도를 산출하였다. HPLC 순도는 최소 99.5% 이어야 하며, 그렇지 않을 경우, 세척 단계를 다시 시작해야 한다.
융점: 338℃
Tg: 189℃
Fc에 대한 순환전류전압: -1.95V(THF 중에서 가역적임)
Figure 112012050605687-pct00039
실시예 5
하기 화합물의 합성:
Figure 112012050605687-pct00040
제 1 단계: 2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(1)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00041
2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온
16.7g(100mmol)
벤즈아미디늄 하이드로클로라이드 19.2g(110mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 20mL(120mmol)
에탄올 100mL
75mL 에탄올 중의 2-((디메틸아미노)메틸렌)사이클로헥산-1,3-디온(16.7g) 및 벤즈아미디늄 하이드로클로라이드(19.2g)의 현탁액을 환류 응축기 및 적가 깔때기가 구비된 250mL 2목-플라스크에서 환류시켰다. 25mL 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민의 용액이 20분 내로 적가된 후, 비등시 현탁액이 용액으로 변하였다. 용액이 황색에서 오렌지색으로 변하였고, 3시간 동안 환류하에 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 그 동안에 두꺼운 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
현탁액을 100mL 증류수에 붓고, 현탁액을 얼음조에 넣고 철저히 교반하였다. 이후, 8mL 아세트산을 그 안에 천천히 붓고, 현탁액을 추가의 30분 동안 교반하였다. 이후, 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 무염수(200mL)로 세척하였다. 밤새 건조시킨 후(건조 오븐, 40℃), 베이지색 분말이 수득되었다.
수율: 21.9g(96%),
융점:124.5℃
Figure 112012050605687-pct00042
제 2 단계: 6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(2)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00043
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온 5g(22.5mmol)
벤즈알데하이드 2.5g(25mmol)
리튬 퍼클로레이트 2.4g(22.5mmol)
트리에틸아민 0.3mL(2mmol)
톨루엔 60mL
2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(5g), 및 벤즈알데하이드(2.5g)를 50mL 부피의 톨루엔이 있는 플라스크에 넣었다. 이후, 트리에틸아민(0.3ml) 및 리튬 퍼클로레이트(2.4g)를 첨가하고, 용액을 30분 동안 실온에서 교반하자, 이후 백색 침전물이 나타났다. 현탁액을 실온에서 밤새 교반하고, 휘발물질을 회전증발기를 사용하여 제거하였다.
후처리.
이후, 잔류물을 80mL 에탄올과 혼합하고, 10분 동안 가열 환류시켰다. 냉각 후, 황색 생성물을 뷰흐너를 이용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하였다. 이후, 황색 분말을 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다(80℃).
수율: 6.3g(90%),
융점:142℃
Figure 112015113479612-pct00044
제 3 단계: 2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(3)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00045
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온
6.25g(20 mmol)
벤즈아미딘 하이드로클로라이드 3.8 g(22 mmol)
N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민 5 mL(29 mmol)
에탄올 50 mL
에틸 아세테이트 50 mL
6-벤질리덴-2-페닐-7,8-디하이드로퀴나졸린-5(6H)-온(6.25g) 및 벤즈아미딘 하이드로클로라이드(3.8g)를 에탄올(30mL)과 에틸 아세테이트(50mL)의 혼합물 중에서 교반되게 하였다. 20 mL 에탄올 중의 N-에틸-N-이소프로필프로판-2-아민(5mL)의 용액을 첨가를 통해 10분 내로 첨가하였다. 첨가한 후, 현탁액을 30시간 동안 환류시켰다. 30분 후, 현탁액이 용액으로 변하였다. 30시간 후, 용액을 냉각시키자, 황색 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 11mL의 아세트산을 현탁액에 서서히 붓고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 20mL 에탄올로 세척하고, 진공 오븐에서 밤새 건조시켰다.
수율: 6.05g(73%).
융점:200℃
Figure 112012050605687-pct00046
제 4 단계: 2,4,8-트리페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린(4)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00047
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린
6.2g(15 mmol)
클로라닐 5.6g(23 mmol)
디클로로벤젠 50 mL
2,4,8-트리페닐-1,4,5,6-테트라하이드로피리미도[4,5-f]퀴나졸린(6.2g)을 1,2-디클로로벤젠(50mL) 중에 현탁시키고, 가온시켜서(60℃) 상기 물질을 용액이 되게 하였다. 이후, 클로라닐(4.1g)을 나누어 첨가하였다. 용액이 녹색에서 진한 황색으로 변하였다. 이후, 용액을 환류시켰다. 2시간 후, 0.5g의 클로라닐을 첨가하고, 추가의 2시간 후에, 1g의 클로라닐을 최종적으로 첨가하였다. 9시간 환류 후, 용액을 냉각시키자, 침전물이 나타났다.
후처리.
이후, 현탁액을 30mL 디에틸에테르에 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 침전물을 뷰흐너를 사용하여 여과하고, 70mL 디에틸에테르로 세척하였다.
수율: 4.9g(80%),
대조 파장으로서 250nm를 사용하여 HPLC 순도를 산출하였다. HPLC 순도는 최소 99.5% 이어야 하며, 그렇지 않을 경우, 세척 단계를 다시 시작해야 한다.
융점: 241℃
Tg: 78℃
Fc에 대한 순환전류전압: -2.02V(THF 중에서 가역적임)
Figure 112012050605687-pct00048
제 5 단계: 2,4,6,8-테트라페닐-9,10-디하이드로-1,3,5,7-테트라아자페난트렌(14)의 합성. 모든 처리는 통상적인 용매/화학약품의 어떠한 추가의 정제 없이 공기 중에서 수행하였다.
Figure 112012050605687-pct00049
2,4,8-트리페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린 1.03g(2.5 mmol)
페닐리튬 840 mg(10mmol)
톨루엔 50 mL
2,4,8-트리페닐피리미도[4,5-f]퀴나졸린(1.03g)을 새롭게 증류된 톨루엔(50mL) 중에 현탁시켰다. 이 현탁액에 불활성 대기 하에 2 내지 6℃에서, 30분 내로 디부틸에테르 중 페닐리튬 용액 6ml를 서서히 적가하였다. 첨가 동안, 현탁액의 색상이 연황색으로 변하였고, 화합물이 용액으로 되었다. 용액을 실온에서 16시간 동안 교반하였다.
후처리.
첨가되는 메탄올(40mL)를 사용하여 반응 매질을 15분 내로 수냉각 하에 켄칭시켰다. 얻어진 현탁액을 회전증발기를 사용하여 농축시키자 황색 오일이 얻어졌다. 이후, 얻어진 오일을 20ml 에틸 아세테이트 및 50 mL 디에틸에테르와 혼합하자, 황색 고형물이 침전하였다. 현탁액을 여과하여 500mg의 오프-화이트 고형물을 얻었으며, 이는 폐기하였다. 모액을 회전증발기를 사용하여 농축시키고, 50mL 디에틸에테르에 용해시켰다. 얻어진 용액을 120mL 사이클로헥산으로 여과시켰다. 얻어진 용액을 표준압에서 증류시켜 디에틸 에테르를 제거하였다. 이 공정 동안에, 사이클로헥산 용액 중에 침전물이 나타났다. 얻어진 분말을 여과하고, 건조시켰다. 1.4g의 황색 분말을 얻었다.
황색 분말을 클로로포름(50 mL)에 용해시키고, 15g의 이산화망간을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 3주 동안 교반한 후, 셀라이트 패드 상에서 여과하였다. 셀라이트 패드를 100mL 클로로포름으로 3회 세척하였다. 여액을 회전증발기를 사용하여 건조시킨 후, 25mL 클로로포름에 용해시키고, 이후 250mL 에탄올 상에서 여과하였다. 회전증발기를 사용하여 디클로메탄 부분을 제거하였다. 침전물이 나타났으며, 이를 여과에 의해 수거하였다.
수율: 580mg(48%).
융점: 237℃
Tg: 85℃
Fc에 대한 순환전류전압: -1.99V(THF 중에서 가역적임)
Figure 112012050605687-pct00050
전도성 층의 예
10%의 W(hpp)4로 도핑된 실시예4의 물질로 구성된 도핑된 층의 전도도를 실온에서 측정하였으며, 전도도는 3.5x10-5 S/cm였다. 이 층은 층 온도가 120℃에 이를 때까지 전도성을 보유하였다.
유기 태양 전지의 실시예
디바이스 1(비교). 종래의 유기 태양 전지의 하기 절차로 제조하였다: ITO로 코팅된 유리 기판을 초음파 배쓰(ultrasound bath)에서 에탄올, 아세톤 및 이소프로판올로 세척하였다. 이후, ITO 기판을 15분 동안 산소 플라즈마 처리에 노출시켰다. 기판을 질소와 함께 글로브 박스(glove box)를 통해 진공 하에 두었다. 진공 하에서, 종래의 VTE(진공 열증착(vacuum thermal evaporation))에 의해 유기 층들을 증착시켰다. 먼저, 10nm 두께의 5%(몰) p-도핑된 CuPc 층을 섀도우 마스크(shadow mask)를 통해 ITO 상에 증착시켰다. 10nm의 도핑되지 않은 CuPc 층을 도핑된 CuPc 층 상에 증착시켰다. 30nm 두께의 풀러렌 C60과 CuPc의 혼합층을 2(C60):1(CuPc)의 몰비로 증착시켰다. 40nm 두께의 C60 층을 혼합 층의 상부 상에 증착시켰다. 10nm BPhen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린) 층을 C60 층의 상부 상에 증착시켰다. BPhen 층 다음에는 100nm 두께의 Al 캐소드를 증착시켰다. 표준 모의된 AM1.5 정상 상태에서, 디바이스는 8 mA/cm2 단락 회로 전류(short circuit current), 41 %의 FF 및 0.5 V의 개방 회로 전압(open circuit voltage)을 나타내었다.
디바이스 2. Bphen 층 대신에 실시예 2의 10nm 두께의 층을 사용한 것을 제외하고, 디바이스 1과 동일한 층 구조로 본 발명의 유기 태양 전지를 제조하였다. 표준 모의된 AM1.5 정상 상태에서, 디바이스는 8.5 mA/cm2 단락 회로 전류, 43 %의 FF 및 0.48 V의 개방 회로 전압을 나타내었다.
디바이스 3. Bphen 층이 15nm의 두께를 갖는 것을 제외하고, 디바이스 1과 동일한 층 구조로 비교 유기 태양 전지를 제조하였다. 표준 모의된 AM1.5 정상 상태에서, 디바이스는 7.0mA/cm2 단락 회로 전류, 37%의 FF 및 0.48 V의 개방 회로 전압을 나타내었다.
디바이스 4. Bphen 층 대신에 실시예 4의 15nm 두께의 층을 사용한 것을 제외하고, 디바이스 3과 동일한 층 구조로 본 발명의 유기 태양 전지를 제조하였다. 표준 모의된 AM1.5 정상 상태에서, 디바이스는 8.0 mA/cm2 단락 회로 전류, 43 %의 FF 및 0.49 V의 개방 회로 전압을 나타내었다.
보다 두꺼운 층이 본 발명의 화합물로 형성될 수 있음을 명백히 알 수 있다.
디바이스 3 및 4 둘 모두를 열응력(thermal stress) 처리하였다: 온도를 20초 휴지기 및 I-V 곡선 측정 이후 1℃씩 증가시켰다. 이 절차를 반복하여 각 단계에서 1℃ 씩 온도를 증가시켰다. 디바이스 3은 67℃에서 작동을 멈추자, I-V 곡선은 매우 평평하게 변하였고, FF는 25%로 떨어졌다. 디바이스 4는 측정을 중단한 후, 적어도 80℃ 까지 계속 작동하였다.
OLED 실시예
디바이스 5
OLED를 하기 절차로 제조하였다: ITO로 코팅된 유리 기판(90nm 두께, 사전-패턴화됨)을 통상적인 초음파 하에 유기 용매로 세척하였다. 이후, ITO 기판을 15분 동안 산소 플라즈마 처리에 노출시켰다. 기판을 오존 플라즈마로 5분 동안 처리하였다. 세척 후, 기판을 진공으로 옮기었다. 유기층을 고진공(베이스 압력이 10-3 Pa임) 하에서 통상적인 VTE(진공 열증착)에 의해 증착시켰다. 증착된 영역이 섀도우 마스크로 한정되었으며, 측정을 위해 전기적 접촉이 (후에) 달성될 수 있도록 ITO 표면 비함유의 일부 영역을 유지시켰다. ITO 층 상의 유기 층 순서는 2,2'-(퍼플루오로나프탈렌-2,6-디일리덴)디말로노니트릴로 도핑된 50nm 두께의 NPD 층; 10nm 두께의 도핑되지 않은 NPD 층, 형광 이미터로 도핑된 20nm 두께의 루브렌 이미터 층; 10nm ETL(구조식 8), W(hpp)4로 도핑된 60nm ETL(구조식 8)(10 중량%)이었다. 100nm 알루미늄 층을 캐소드로서 증착시켰다. OLED는 2.9V에서 1000 cd/m2에 달하였다.
디바이스 6
OLED를 하기 절차로 제조하였다: ITO로 코팅된 유리 기판(90nm 두께, 사전-패턴화됨)을 통상적인 초음파 하에 유기 용매로 세척하였다. 이후, ITO 기판을 15분 동안 산소 플라즈마 처리에 노출시켰다. 기판을 오존 플라즈마로 5분 동안 처리하였다. 세척 후, 기판을 진공으로 옮기었다. 유기층을 고진공(베이스 압력이 10-3 Pa임) 하에서 통상적인 VTE(진공 열증착)에 의해 증착시켰다. 증착된 영역이 섀도우 마스크로 한정되었으며, 측정을 위해 전기적 접촉이 (후에) 달성될 수 있도록 ITO 표면 비함유의 일부 영역을 유지시켰다. ITO 층 상의 유기 층 순서는 2,2'-(퍼플루오로나프탈렌-2,6-디일리덴)디말로노니트릴로 도핑된 50nm 두께의 NPD 층; 10nm 두께의 도핑되지 않은 NPD 층; 형광 이미터로 도핑된 20nm 두께의 루브렌 이미터 층; 10nm ETL(구조식 4), W(hpp)4로 도핑된 60nm ETL(구조식 4)(10 중량%)이었다. 100nm 알루미늄 층을 캐소드로서 증착시켰다. OLED는 2.7V에서 1000 cd/m2에 달하였다.
상기 상세한 설명 및 특허청구범위에서 기재되는 특징은 둘 모두 별개로, 그리고 이들의 어떠한 조합하여 다양한 형태로 본 발명을 구현하기 위한 재료가 될 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식(I) 또는 (II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 유기 반도전성 물질을 포함하는 유기 전자 디바이스:
    Figure 112012050605687-pct00051

    상기 식에서,
    Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
    Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
  2. 제 1항에 있어서, 디바이스가 층상 구조를 가지며, 하나 이상의 층이 하기 화학식(I) 또는 (II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는, 유기 전자 디바이스:
    Figure 112017074295560-pct00059

    상기 식에서,
    Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
    Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4가 독립적으로 하기 기로부터 선택되는, 유기 전자 디바이스:
    Figure 112015113479612-pct00052
    .
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, Ar이 독립적으로 하기로부터 선택되는, 유기 전자 디바이스:
    Figure 112015113479612-pct00053
    .
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 디바이스가 전기적 기능적 유효 영역을 갖는 전자, 광전자 또는 전기발광 디바이스이고, 전기적 기능적 유효 영역이 하기 화학식(I) 또는 (II)에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는, 유기 전자 디바이스:
    Figure 112017074295560-pct00060

    상기 식에서,
    Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
    Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 디바이스가 유기 발광 다이오드, 전계효과 트랜지스터, 센서, 광검출기, 유기 태양 전지, 유기 박막 트랜지스터, 유기 집적 회로, 유기 필드-켄치 디바이스(organic field-qeunch device), 유기 발광 트랜지스터, 발광 전기화학 전지 또는 유기 레이저 다이오드인, 유기 전자 디바이스.
  7. 도핑되거나 도핑되지 않은 전자 수송층, 간층, 정공 블로킹층, 도핑되거나 도핑되지 않은 완충층, 이미터 매트릭스, 반도전성 채널층, 도핑되거나 도핑되지 않은 주입층, 스택된 유기 전자 디바이스를 결합시키기 위한 도핑되거나 도핑되지 않은 pn-트랜지션(pn-transition), 전하 생성층, 또는 재결합층으로서 유기 전자 디바이스에 사용하기 위한, 하기 화학식(I) 화합물:
    Figure 112015113479612-pct00057

    상기 식에서,
    Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택된다.
  8. 도핑되거나 도핑되지 않은 전자 수송층, 간층, 정공 블로킹층, 도핑되거나 도핑되지 않은 완충층, 이미터 매트릭스, 반도전성 채널층, 도핑되거나 도핑되지 않은 주입층, 스택된 유기 전자 디바이스를 결합시키기 위한 도핑되거나 도핑되지 않은 pn-트랜지션(pn-transition), 전하 생성층, 또는 재결합층으로서 유기 전자 디바이스에 사용하기 위한, 하기 화학식(II) 화합물:
    Figure 112015113479612-pct00058

    상기 식에서,
    Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 수소, 할로겐, CN, 치환되거나 비치환된 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 헤테로알킬, 알콕시 및 아릴옥시로부터 선택되고,
    Ar은 아릴, 헤테로아릴, 알킬 및 헤테로알킬로부터 선택된다.
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