BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
LABORATORIO DE POLÍMEROS, CENTRO DE QUÍMICA, INSTITUTO DE CIENCIAS
Nuevos compuestos tipo estirilpiridinas para aplicaciones en dispositivos electroluminiscentes.
Tesis profesional para obtener el titulo de Doctor en Ciencias
Presenta: Pérez Gutiérrez, Enrique.
Asesor: Percino Zacarías, Judith.
Puebla Pue Marzo 2011
ÍNDICE
CAPÍTULO I: ANTECEDENTES
1.1
Compuestos orgánicos conjugado………………………………………....... 1
1.2
Síntesis de compuestos orgánicos conjugados...……………..…………. 1
1.2.1 Reacción de Wittig ………………………………………………..……. 2
1.2.2 Reacción de Horner-Emmos ………………………………………….... 4
1.2.3 Reacción de condensación Knoevenagel ………………………………. 5
1.2.3.1 Reacción Knoevenagel en ausencia de disolvente y catalizador………... 8
1.3
Absorción y emisión de compuestos conjugados...……………………... 12
1.3.1 Efecto de la conjugación……………………………………………….. 13
1.3.2 Efecto de los grupos sustituyentes …………………………………….. 15
1.3.2.1 Grupos electroatractores ……………………………………………...... 15
1.3.2.2 Grupos electrodonadores ……………………………………………..... 17
1.3.2.3 Estructura donador-aceptor …………………………………………….. 19
1.4
Electroluminiscencia y dispositivos electroluminiscentes .……………. 20
1.4.1 Estructura de compuestos orgánicos y electroluminiscencia …………... 21
1.4.2 Dispositivos con compuestos orgánicos de bajo peso molecular ………. 24
1.4.2.1 PVK como matriz …………………………………………………….... 25
1.4.3 Morfología de capas activas …………………………………………..... 26
1.5
Hipótesis ………………………………………………………………. 30
1.6
Objetivo general.……………………………………………………..... 31
1.6.1
Objetivos Particulares………………………………………………..... 31
CAPÍTULO II: PARTE EXPERIMENTAL
2.1
Materiales ...…………………………………………………………..... 32
2.2
Síntesis de compuestos conjugados con diferentes grupos funcionales …33
2.2.1 Compuestos tipo estirilpiridina con grupos Cl, F y CN ………………... 33
2.2.2 Compuestos tipo acrilonitrilos con halógenos Cl y F ………………...... 36
2.2.3 Compuestos con grupos donadores: carbazol y dimetilamino …………. 39
2.3
Caracterización espectroscópica ……………………………………...... 43
2.3.1 Espectroscopía FT-IR, RMN y Espectrometría de Masas …………….. 43
2.3.2 Absorción Óptica y Fluorescencia ……………………………………... 44
2.3.3 Microscopía de fuerza atómica ……………………………………….... 48
2.4
Preparación de OLEDs ………………………………………………... 49
2.5
Caracterización de OLEDs …………………………………………...... 50
CAPÍTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1
Caracterización espectroscópica de compuestos estudiados …………… 51
3.1.1 Compuestos tipo estirilpiridina con grupos Cl, F y CN ………………... 51
3.1.1.1 Caracterización por IR …………………………………………………. 52
3.1.1.2 Caracterización por RMN-1H ………………………………………...... 52
3.1.1.3 Espectrometría de masas ……………………………………………...... 54
3.1.2 Compuestos con el grupo –CH=CCN– ………………………………… 56
3.1.2.1 Caracterización por IR …………………………………………………. 57
3.1.2.2 Caracterización por RMN-1H y RMN-13C ……………………………... 58
3.1.2.3 Espectrometría de masas ……………………………………………...... 59
3.1.3 Compuestos con el grupo –CH=CCN– de tres anillos aromáticos ……. 62
3.1.3.1 Caracterización por IR y RMN-1H ………………………………….... 63
3.1.4 Compuestos con el grupo Et-Cz ………………….………………..... 64
3.1.4.1 Caracterización por IR ……………………………………………..... 65
3.1.4.2 Caracterización por RMN-1H ……………………………………...... 65
3.1.4.3 Espectrometría de masas …………………………………………...... 66
3.1.5 Compuestos con el grupo –N(CH3)2…………………………………. 67
3.1.5.1 Caracterización por IR ……………………………………………..... 68
3.1.5.2 Caracterización por RMN-1H Y RMN-13C ………………………….. 68
3.1.5.3 Espectrometría de masas …………………………………………...... 69
3.2
Caracterización óptica ……………………………………………...... 71
3.2.1 Absorción UV-Vis y fluorescencia ………………………………….. 71
3.2.1.1 Absorción de compuestos tipo estirilpiridina con grupos Cl, F y CN . 72
3.2.1.2 Fluorescencia de compuestos tipo estirilpiridina con grupos Cl, F y CN 72
3.2.1.3 Absorción de los compuestos con el grupo –HC=CCN– ……..…….. 76
3.2.1.4 Fluorescencia de los compuestos con el grupo –HC=CCN– ………... 79
3.2.1.5 Absorción de los compuestos con grupos Et-Cz y –N(CH3)2 …….….. 84
3.2.1.6 Fluorescencia de los compuestos con grupos Et-Cz y –N(CH3)2 …… 88
3.2.1.7 Medición de eficiencia cuántica ……………………………………... 90
3.3
Formación de películas ……………………………………………… 92
3.3.1 Caracterización mediante microscopía de fuerza atómica …………... 92
3.3.2 Caracterización óptica de películas ………………………………...... 97
3.4
Formación de dispositivos emisores de luz ………………………..... 99
3.5
Electroluminiscencia ……………………………………………….. 101
3.5.1 Dispositivos con compuestos los compuestos If-Ih ………………... 101
3.5.2 Dispositivos con los compuestos VIIa-VIId ……………………….. 106
INTRODUCCIÓN
En la presente tesis se reportan los resultados de la síntesis de una serie de nuevos
compuestos conjugados de estirilpiridina con un doble enlace en configuración trans, así
como de compuestos derivados de acrilonitrilos. Los compuestos fueron sintetizados por
condensación Knoevenagel con condiciones de química verde, es decir, en ausencia de
disolvente y catalizador. En algunos casos si fue necesario el uso de un catalizador tal como
la piperidina o KOH, debido a que la reacción de condensación depende de la reactividad
de los aldehídos aromáticos. Los compuestos fueron caracterizados mediante FT-IR, RMN1
H, RMN-13C y espectroscopia de masas.
Los compuestos contienen en su estructura grupos donadores o aceptores. Los
compuestos tienen estructuras A–π–A con el grupo fuertemente electroatractor –CN o
átomos de halógeno Cl, F y piridina que son menos electroatractores. Además con los
grupos electrodonadores N-etilcarbazol (Et-Cz) o dimetilamino (-N(CH3)2) y la piridina se
forman estructuras D–π–A. Se realizó también la caracterización óptica y espectroscópica
de los compuestos.
Para la caracterización óptica de los compuestos se determinaron los espectros de
absorción para calcular el coeficiente de absorción molar (ε), así como los espectros de
emisión en disolución o en sólido y para algunos se cálculo la eficiencia cuántica de
fluorescencia. La absorción y emisión de los compuestos presentó desplazamientos
batocrómicos o hipsocrómicos dependiendo de: grupo funcional electroatractor o
electrodonador en la estructura; la posición del doble enlace en el anillo de piridina, la
longitud de conjugación y de la formación de agregados.