有機電致發光材料芴衍生物的合成*

徐 虹，呂宏飛，李 猛

（黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

有機電致發光材料芴衍生物的合成*

徐 虹，呂宏飛，李 猛

（黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

芴衍生物被認為是很有開發前景和實用價值的一類發光材料，它具有較為優異的綜合性能，如良好的發光效率，較好的熱穩定性等。本研究工作采用條件溫和、產率較高的合成路線，對芴為單體進行官能團修飾，制備了9，9-二甲基芴、9，9-二甲基-2-硝基芴、9，9-二甲基-2-氨基芴、N-（4-聯苯基）-9,9-二甲基-2-氨基芴。并對影響反應的重要因素進行了考察和討論。

芴衍生物；發光材料；9，9-二甲基芴；9，9-二甲基-2-硝基芴；9，9-二甲基-2-氨基芴；N-（4-聯苯基）-9,9-二甲基-2-氨基芴

前 言

有機電致發光材料[1]由于具有材料的選擇范圍廣、能耗低、效率和發光亮度高、超薄、全固化、響應速度快、主動發光以及可大面積柔性顯示等特點，成為新一代平板顯示技術的核心部件，也已成為有機電子化學和光電信息領域的研究熱點之一。

在各種有機電致發光材料[2]中，芴具有較高的光熱穩定性，在固態時，芴的絕對光致發光量子效率高達60%～80%，帶隙能大于2.90eV。因而成為一種常見的藍光材料。但是芴具有的剛性平面聯苯結構，使得材料在發光時容易形成激基締合物或者氧化產生芴酮而長波發射，嚴重影響了器件發射光的飽和色純度以及發光顏色的穩定性。因此，可以對芴單元9位、2位以及7位碳上引入不同的基團進行修飾，得到一系列衍生物，使其發光性能和熱性能得以改善。

芴衍生物在發光材料領域[3]的應用主要包括小分子發光材料、聚合物發光材料和摻雜材料，其應用領域逐漸擴大，因此對于芴系列衍生物的合成進行探索研究具有重要意義。

合成路線

1 實驗部分

1.1 實驗原料與設備

芴：工業級，甲苯：AR級，天津科密歐試劑；硝酸：AR級，國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉：A R級，上海試劑一廠；冰醋酸，工業。

Dionex高效液相色譜儀，紫外檢測器，Varian液相色譜儀，二極管陣列檢測器，Yanaco MP-500型熔點測試儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 9，9-二甲基芴的合成

250 mL三口瓶，配置冷凝管、機械攪拌、溫控加熱器，加入芴10.0 g,，氫氧化鉀12 g及二甲基亞砜50 mL，反應混合物緩慢升溫至38℃，開始滴加碘甲烷（20.0 g），10 h滴完，再反應3 h。降至室溫，將反應液和150 mL水混合析出固體，過濾，再用乙醇結晶得到白色晶體9，9-二甲基芴9.8 g，收率為84%。

1.2.2 9，9-二甲基-2-硝基芴的合成

250 mL三口瓶，配置冷凝管、機械攪拌、溫控加熱器，加入9，9-二甲基芴10 g（0.51 mol）,濃硝酸5 ml，醋酸35 ml,濃硫酸2 m l；將反應混合物緩慢升溫至55℃，保持55℃0.5 h。反應開始，迅速升溫至90℃緩慢降至室溫，過濾，得到黃色固體，再用乙醇結晶得到淡黃色粉末9，9-二甲基-2-硝基芴10.2 g，收率為 83%。

1.2.3 9，9-二甲基-2-氨基芴的合成

250 mL三口瓶，配置冷凝管、機械攪拌、溫控加熱器，加入 9，9-二甲基 -2-硝基芴 10 g（0.42 mol），三氯化鐵1 g，活性炭0.75 g，乙醇100 g，緩慢加熱至回流，在回流狀態下滴加15 mL水合肼，3 h內滴完。反應完成后熱過濾，濾液冷卻至室溫，過濾得到白色晶體，白色晶體即為9，9-二甲基-2-氨基芴，共計8 g，收率為91%。

1.2.4 N-（4-聯苯基）-9,9-二甲基-2-氨基芴的合成

500 mL三口瓶，配置冷凝管、機械攪拌、溫控加熱器，加入5.5 g的4-溴聯苯、5 g的9,9-二甲基-2-氨基芴、1 g醋酸鈀、2.5 g1,1'-聯萘-2,2'-雙二苯膦和10 g叔丁醇鈉，加入75 mL甲苯攪拌混合，氮氣置換并保護。加熱至90℃，并保持24 h，然后降至25℃，旋轉蒸發除去大部分溶劑，析出固體，將固體產物溶入150 ml苯和乙醇的混合溶劑中，苯和乙醇按體積比為1∶3，加熱至微沸，熱過濾，冷卻至20℃，析出固體，然后進行柱色譜分離。其中色譜柱直徑為5 cm，長度為1 m，填充物為250目的硅膠，洗脫劑為石油醚和乙酸乙酯的混合溶劑，石油醚：乙酸乙酯（體積比）為10∶1，洗脫劑的用量為400 ml，控制洗出速率1滴/秒，即得9,9-二甲基-2-（N-聯苯基）-氨基芴7.81 g。收率為 90.7%，熔點138.8～139.3℃。

2 結果與討論

2.1 9，9-二甲基芴的硝化

硝化反應是很常見的有機反應之一。芳烴的硝化反應符合芳環上親電取代反應的一般規律。硝化反應的影響因素主要是被硝化物的性質，硝化劑，溫度，攪拌等。

2.1.1 濃硫酸對9，9-二甲基芴硝化反應的影響

以濃硝酸和濃硫酸這種混酸作為硝化劑進行反應，和濃硝酸直接硝化作對比，實驗結果如表1。

表1 濃硫酸對9，9-二甲基芴硝化反應的影響Table 1 The effect of concentrated H2SO4on the yield of 9,9-dimethyl-2-nitrofluorene

實驗表明，由于硝化反應是強放熱反應，體系在反應發生后會迅速升溫，反應升溫過程中要及時移走反應熱，防止飛溫。實驗表明，在體系中添加一定量的濃硫酸，可以有效的降低反應引發溫度，使反應體系溫度不會升得過高，副產物也相對較少。直接采用68%濃硝酸硝化80℃才能引發反應，體系升溫不易控制，且副反應較多，處理復雜。

2.2 水合肼還原9，9-二甲基-2-硝基芴

水合肼在三價鐵鹽和活性炭的作用下，可發生催化還原，能使硝基還原成相應的氨基化合物。該方法只需將硝基化合物與過量的水合肼溶于甲醇或乙醇中，然后在催化劑存在下加熱，不需加壓，操作方便，反應迅速而溫和，選擇性好。反應方程式如下：

2.2.1 不同反應時間對9，9-二甲基-2-氨基芴產率的影響

在水合肼反應中，回流反應時間是一個重要因素。對反應時間進行了考察，實驗結果如表2。

實驗表明，水合肼反應迅速，反應1.5小時就能基本反應完成，為了反應更加徹底選擇反應時間3個小時。

表2 回流反應時間對9，9-二甲基-2-氨基芴產率的影響Table 2 The effect of refluxing time on the yield of 9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine

2.3 B u c h w a l d-H a r t w i g交叉偶聯反應合成N-（4-聯苯基）-9,9-二甲基-2-氨基芴

鈀配合物催化的鹵代芳烴與胺類化合物之間的碳-氮交叉偶聯反應一般被統稱B u c hw a l d-H a r t w i g交叉偶聯反應。B u c h w a l d-H a r t w i g反應[4-7]構建C-N偶聯的一類重要的人名反應，與1995年被發現，大量被應用在芳胺類化合物的合成。可以用如下方程式來表示:

一個完整的B u c h w a l d-H a r t w i g交叉偶聯反應的催化體系應該包括四個主要部分：Pd-催化劑前驅體，配體，堿和溶劑。這些因素各自發揮作用，又相互影響制約，在協同作用下共同完成催化歷程。其可能的反應機理如圖1所述：零價鈀催化劑LPD（0）（L為配體）被釋放出來，并與鹵代芳烴ArX發生氧化加成反應，并形成二價鈀的過渡態化合物T1。T1與底物胺發生配合，形成催化劑-鹵代烴-胺的配合物過渡態T 2。T 2在堿的作用下脫去質子，形成鈀配合物T 3。T 3經過還原消去生成產物芳香胺，完成一個催化循環。

圖1 Buchwald-Hartwig交叉偶聯反應機理Fig.1 The mechanism of Buchwald-Hartwig cross coupling reaction

2.3.1 Pd-催化劑的選擇對反應的影響

Buchwald-Hartwig交叉偶聯反應中最核心的部分就是Pd-催化劑，近年來很多新催化劑被開發出來，例如：

新穎的催化劑大多沒有商品化，實驗過程中還是選擇常見Pd-催化劑，分別進行反應，結果見表3。

表3 不同鈀催化劑對反應的影響Table 3 The effect of Pd catalyst on the reaction

由表3可知，不同鈀催化劑對反應的影響巨大，PdCl2對反應無催化作用可能是因為氯離子是無機物，在溶劑的體系中溶解性不好；Pd（OAc）2，Pd2（dba）3對反應均有良好的催化效果，Pd（OAc）2反應效果更好，能達到90%。

2.3.2 不同堿對反應的影響

在Buchwald-Hartwig交叉偶聯反應中，堿的參與是脫質子歷程順利進行的必要條件。選擇幾種常見的堿分別進行反應，實驗結果如表4。

表4 不同堿對反應的影響Table 4 The effect of alkali on the reaction

實驗表明，堿的選擇對反應的收率影響很大，叔丁醇鈉反應效果最好。由于堿性的強弱和溶解性的差異，從底物的性質和配體性質這些因素考慮，無機堿氫氧化鈉對反應效果不佳，而有機堿的效果比較好。還有一種可能是氫氧化鈉在反應過程中產生水，而體系對水非常敏感。

3 結論

以芴為原料，經烷基化，硝化反應，還原反應，Buchwald-Hartwig交叉偶聯反應合成四種的芴類衍生物即9，9-二甲基芴、9，9-二甲基-2-硝基芴、9，9-二甲基-2-氨基芴、N-（4-聯苯基）-9,9-二甲基-2-氨基芴，反應條件溫和，產品收率高。采用常用溶劑作為反應溶劑，方法簡單，易操作。

［1］TANG C W,VANSLYKE S A.Organic electroluminescence diodes［J］.Appl.Phys.Lett.,1987,51：913～915.

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［3］HOSOKAWA C,HIGASHI H,NAKAMURA H,et al.Highly efficient blue electroluminescence from a distyrylarylene emitting layer with a new dopant ［J］.Appl.Phys.Lett.,1995,67 （26）：3853～3855.

［4］郭利兵，楊振強，李江濤等,9，9-二甲基-2-（N-聯苯基）氨基芴的合成［J］.化學通訊,2010,（8）：750～752.

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Synthesis of Organic Electroluminescent Material Fluorene Derivatives

XU Hong,LV Hong fei and LI Meng
（Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Science,Harbin 150040,China）

The fluorene derivatives are described as a kind of luminescent material with good development perspective and practical value.The fluorene derivatives possess outstanding comprehensive properties,such as good luminous efficiency and better thermal stability,etc.The synthesis route with the characteristic of moderate reaction conditions and high yield is adopted for the functional group modification of fluorine.The 9,9-dimethylfluorene,9,9-dimethyl-2-nitrofluorene,9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine and N-（biphenyl-4-yl）-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine are prepared,and the major factors influencing the reaction are investigated and discussed.

Fluorene derivatives;luminescent material;9,9-dimethylfluorene;9,9-dimethyl-2-nitrofluorene;9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine;N-（biphenyl-4-yl）-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine

T Q322.96

A

1001-0017（2012）06-0039-04

2012-05-02 *

黑龍江省財政自擬課題

徐虹，男，（1976-），江西景德鎮人，副研究員，從事有機合成的研究。