Synthesis of novel carboline-based annulated heterocyclic systems for organic electronics

Abstract

In den letzten Jahren gewann das Gebiet der organischen Elektronik, welches auf pi-konjugierten organischen Halbleitern basiert, aufgrund von zahlreichen Vorteilen gegenüber herkömmlichen Technologien zunehmend an Bedeutung. Organische Leuchtdioden (engl. organic light emitting diodes, OLEDs) sind die am weitesten fortgeschrittene Technologie im Bereich der organischen Elektronik. OLEDs werden bereits in großem Ausmaß in diversen Bildschirmen genutzt, haben jedoch auch Potential als zukünftige Beleuchtungstechnologie. Phosphoreszente OLEDs (PhOLEDs) enthalten Metallkomplexe als Emitter und sind in der Lage angeregte Singulett- und Triplettzustände zu verwerten, wodurch eine theoretische interne Quanteneffizienz von 100% erreichbar ist. Um Quenchingeffekte aufgrund hoher Konzentration angeregter Triplettzustände zu vermeiden, müssen diese phosphoreszenten Emitter jedoch in einem organischen Host Material verteilt werden. Vor kurzem untersuchte unsere Forschungsgruppe planarisierte Arylamine als Elektonendonoren in Oxadiazol basierenden bipolaren Host Materialien für PhOLEDs. Die Untersuchungen zeigten, dass vollständig planarisiertes Indolo[3,2,1-jk]carbazol (ICz) auch schwachen Akzeptorcharakter aufweist. Das Ziel dieser Arbeit war der Einbau von Pyridin in die ICz Struktur, um die Akzeptorstärke dieses molekularen Bausteins zu erhöhen. Ein zuverlässiger synthetischer Zugang zu unterschiedlichen NICz Isomeren wurde unter der Verwendung von klassischen Methoden wie nukleophiler Substitutionen und Kondensationsreaktionen, als auch moderner übergangsmetallkatalysierter Methoden erarbeitet. Die Auswirkungen von Parametern wie Katalysator, Base und Lösungsmittel auf die intramolekulare Arylierung mittels Pd-katalysierter C-H Aktivierung als Schlüsselschritt in der Synthese von NICz wurde detailliert untersucht. Weiters wurden erste Untersuchungen zum Einbau von zwei Pyridin Einheiten in die ICz Struktur, sowie zur Funktionalisierung von NICz durchgeführt.

In recent years organic electronics, based on pi-conjugated organic semiconductors, received great attention by both academia and industry, owing to many advantages compared to their inorganic counterparts. Organic light emitting diodes (OLEDs) represent the most advanced technology within the field of organic electronics. OLEDs are already used in great extent for various display applications, but also have potential as future lighting technology. Phosphorescent OLEDs (PhOLEDs), containing heavy metal complex emitters, are in position to utilize excited singlet and triplet states, resulting in theoretically 100% internal quantum efficiency. In order to avoid quenching effects due to high concentration of excited triplet states, these phosphorescent emitters have to be dispersed in an organic host material. Recently our research group investigated planarized arylamines as electron donating moieties in oxadiazole based bipolar host materials for PhOLEDs. These studies unveiled, that fully planarized indolo[3,2,1-jk]carbazole (ICz) possesses weak acceptor character. The goal of this thesis was the incorporation of pyridine into the ICz scaffold in order to further increase the acceptor strength of this particular moiety. A reliable synthetic approach towards various NICz isomers was established applying traditional methods like nucleophilic substitution and condensation reactions as well as modern transition metal catalyzed methods. The influence of parameters like catalyst, base and solvent on the intramolecular arylation by Pd catalyzed C-H activation as key step in the formation of the ICz derivatives was investigated in detail. Furthermore, first investigations towards the incorporation of two pyridine units into the ICz scaffold and on the functionalization of NICz have been conducted.