Aluminium-tris(8-hydroxychinolin)

Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) ist eine komplexe chemische Verbindung aus einem zentralen Aluminium­kation, um das drei 8-Hydroxychinolin­liganden oktaedrisch koordiniert sind. Der Komplex ist elektrisch leitfähig^[3] und wird zur Herstellung von organischen Leuchtdioden (OLED)^[4] und organischen Solarzellen^[5] verwendet.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Aluminium-tris(8-hydroxychinolin)
Andere Namen	Tris(8-hydroxychinolin)aluminium Tri(Chinolin-8-yloxy)aluman Aluminumoxinat Alq3
Summenformel	C27H18AlN3O3
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 2085-33-8 EG-Nummer 218-227-0 ECHA-InfoCard 100.016.570 PubChem 16683111 Wikidata Q418564
Eigenschaften
Molare Masse	459,43 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	413–415 °C[1]
Siedepunkt	> 425 °C[1]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[2] Achtung H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335 P: 261​‐​305+351+338[2]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Eigenschaften

Im Komplex fungiert 8-Hydroxychinolin als zweizähniger Chelatligand und bindet über die freien Elektronenpaare des Stickstoffs und des Sauerstoffs am kationischen Aluminiumzentrum.

Der Komplex schmilzt im Temperaturbereich von 413 bis 415 °C.^[1]

Anwendungen

Der Komplex sowie seine Derivate werden in OLEDs als Leuchtmittel eingesetzt. Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) selbst leuchtet grün, es können jedoch Substituenten am aromatischen System eingeführt werden, die für eine Veränderung des emittierten Lichts sorgen. Elektronenziehende Substituenten bewirken einen hypsochromen Effekt, elektronenreiche Substituenten führen zu einem bathochromen Effekt. Erforscht werden jedoch auch die Anwendung in Organische Solarzellen sowie als Bestandteil von organischen bistabile Kippstufen.^[6] In der analytischen Chemie kann Aluminium durch Bildung des Komplexes gezielt gefällt werden und gravimetrisch bestimmt werden.

Synthese

Die Laborsynthese erfolgt ausgehend von 8-Hydroxychinon und Aluminiumchlorid-hexahydrat in einer essigsäurehaltigen, acetatgepufferten Lösung. In dieser liegt das Aluminiumchlorid dissoziiert vor, während 8-Hydroxychinolin deprotoniert wird. Die deprotonierte Form des 8-Hydroxychinolins und die dreiwertigen Aluminiumkationen reagieren im Weiteren im Verhältnis eins zu drei zu Aluminium-tris(8-hydroxychinolin).

AlCl₃ · 6 H₂O + 3 C₉H₇NO → C₂₇H₁₈AlN₃O₃ + 3 HCl + 6 H₂O

Aluminiumchlorid ist stark wasserziehend und bedarf daher einer besonderen Handhabung. Zudem wird dadurch eine anschließende Aufreinigung durch z. B. Sublimation notwendig, insbesondere für die Anwendung in OLEDs. Eine solche Aufreinigung ist energieaufwändig und damit kostenintensiv. Um die Synthese effizienter und damit rentabler zu gestalten, erfolgt die Herstellung des Aluminium(III)-oxinats bei der industriellen Synthese mit Stearaten und Lactaten um eine höhere Reinheit erzielen zu können. Dies wird beispielsweise durch die Umsetzung von Aluminiumlactat mit 8-Hydroxychinolin in Ethanol realisiert. Während die beiden Edukte zumindest teilweise in Ethanol löslich sind, fällt Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) vollständig aus, wodurch eine unkomplizierte Abtrennung ermöglicht wird. Der gleiche Syntheseweg ist auch mit Aluminiumstearat möglich, jedoch muss die Synthese mit Toluol als Lösungsmittel durchgeführt werden.^[7]

Eine weitere Möglichkeit zur Synthese von hochreinem Alq₃ ist eine einstufige chemische Austauschreaktion. Dabei wird 99,999-prozentiges Aluminiumoxid bei hohen Temperaturen mit 8-Hydroxychinolinol-Dampf umgesetzt. Zur Gewährleistung der notwendigen Reinheit, wird das enthaltene Wasser mit Hilfe von Phosphorpentoxid entfernt.^[8]

Einzelnachweise

1. Gelest.com: Sicherheitsdatenblatt (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive) (PDF; 82 kB).
2. Datenblatt Tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 20. März 2011 (PDF).
3. Bo Chao Lin, Cheu P. Cheng, Zhi-Qiang You, Chao-Ping Hsu: Charge Transport Properties of Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III): Why It Is an Electron Transporter. In: Journal of the American Chemical Society. Band 127, Nr. 1, 1. Januar 2005, S. 66–67, doi:10.1021/ja045087t.
4. Jan Kalinowski et al.: Magnetic field effects on emission and current in Alq3-based electroluminescent diodes. In: Chemical Physics Letters 380 (5-6), 2003, S. 710–715. doi:10.1016/j.cplett.2003.09.086
5. Paola Vivo et al.: Influence of Alq3/Au cathode on stability and efficiency of a layered organic solar cell in air. In: Solar Energy Materials and Solar Cells 92, 2008, doi:10.1016/j.solmat.2008.06.002.
6. K. Onlaor, B. Tunhoo, T. Thiwawong, J. Nukeaw: Electrical bistability of tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)/ZnSe organic-inorganic bistable device. In: Current Applied Physics. Band 12, Nr. 1, 1. Januar 2012, S. 331–336, doi:10.1016/j.cap.2011.07.004.
7. Victor A. Montes, Radek Pohl, Joseph Shinar, Pavel Anzenbacher: Effective Manipulation of the Electronic Effects and Its Influence on the Emission of 5-Substituted Tris(8-quinolinolate) Aluminum(III) Complexes. In: Chemistry - A European Journal. Band 12, Nr. 17, 2. Juni 2006, S. 4523–4535, doi:10.1002/chem.200501403.
8. Roman Avetisov, Ksenya Kazmina, Artem Barkanov, Marina Zykova, Andrew Khomyakov, Alexander Pytchenko, Igor Avetissov: One-Step Synthesis of High Pure Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum for Optics and Photonics. In: Materials. Band 15, Nr. 3, Januar 2022, S. 734, doi:10.3390/ma15030734 (mdpi.com [abgerufen am 21. Juli 2023]).