苯并菲-柔性桥-苝二酰亚胺二元化合物及其制备方法与应用技术

技术编号:14063966 阅读:91 留言:0更新日期:2016-11-28 03:48
本发明专利技术公开了一种苯并菲-柔性桥-苝二酰亚胺二元化合物及其制备方法与该化合物作为有机太阳能电池活性层的应用。与现有技术相比,本发明专利技术的苯并菲-柔性桥-苝二酰亚胺二元化合物,具有易于调节液晶相转变温度及温度区间的优点,使得该化合物具有光学、电光学和电子学目的的用途,特别是作为有机太阳能电池活性层的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种苯并菲-柔性桥-苝二酰亚胺二元化合物以及其制备方法及所述化合物在光学、电光学和电子学目的的应用。
技术介绍
柱状相盘状液晶材料处于液晶相时,由于盘状核之间较强的π-π电子相互作用,易自组装成有序的分子柱。从而使得沿分子柱的轴向具有较高的载流子迁移率,可以作为光电子器件的修饰层和活性层使用。苯并菲类液晶材料由于制备方法简单、产率较高、易于提纯,是目前研究地最为广泛的盘状液晶材料。Bacher等人报道苯并菲类盘状液晶可以作为有机发光器件的空穴传输层[参考文献]。Freudenmann等人报道了苯并菲二聚体可以作为有机发光器件的发光中心。Oukachmi等人报道苯并菲类盘状液晶可以作为有机光伏器件的空穴传输层。苝二酰亚胺衍生物是一类重要的有机半导体材料。苝二酰亚胺类盘状液晶易形成柱状相。通常不论是固体,还是在溶液中在可见光区均具有较强的光吸收和发射性能,因此可作为活性层用于制备有机光伏器件。Schmidt-Mende等人用苝二酰亚胺等材料制备的光伏器件开路电压为0.7伏。Halls等人用苝二酰亚胺等材料制备的光伏器件,开路电压为1伏,光电转换效率为6%。为了改善苝二酰亚胺类液晶材料的光电性能,专利CN102127015B中公开了苯并菲-苝二酰亚胺-苯并菲结构的三元液晶化合物。该三元化合物液晶材料易溶于普通有机溶剂,具有较高的熔点和清亮点。此外,还具有较高的摩尔消光系数,与P3HT混合后可作为有机光伏器件的活性层使用。但是在该三元化合物中苝二酰亚胺单元作为桥体连接两个苯并菲单元,由于该桥体上没有其它侧链,因此液晶的相转变温度及温度区间较难通过桥体和侧链调控。此外,聚酰亚胺类材料制作的配向膜已经广泛应用于液晶显示器。本专利技术提供了一种含有燕尾型苝二酰亚胺单元的盘状分子二元化合物,目的是更方便地调节液晶相转变温度及温度区间,同时使盘状液晶分子形成的柱状相更易于在基板表面形成垂面取向,从而提高载流子迁移率,并提太阳能电池的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有盘状结构单元的燕尾型苝二酰亚胺单元的盘状分子二元化合物,所述二元化合物在液晶相时,具有柱状相结构的性质。本专利技术的另一目的是提供一种具有盘状结构单元的燕尾型苝二酰亚胺单元的盘状分子二
元化合物的制备方法。本专利技术的再一目的是提供一种具有盘状结构单元的燕尾型苝二酰亚胺单元的盘状分子二元化合物作为有机太阳能电池活性层的用途。为了达到上述专利技术目的,本专利技术提供一种具有通式(Ⅰ)的化合物,以及其包含的柱状相盘状液晶介质。其中:所述R11表示具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代;所述R21或R22相同或不同,各自独立的表示-H、具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代,R11和R12不同时为-H;并且所述L是选自由亚烷基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-及其组合组成的组的二价的连接基团。在本专利技术的的一些优选的实施方式中,所述R11独立地表示具有1个到12个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代。在本专利技术的的一些优选实施方式中,所述R21或R22相同或不同,各自独立的表示-H、具有1个到12个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代,R11和R12不同时为-H。在本专利技术的一些优选实施方式中,所述L含有彼此连接的至少两个选自由亚烷基与亚芳
基、-CO-、-NH-、-O-及-S-组成的组的基团。在本专利技术的一些更加优选的实施方式中,所述L含有彼此连接的至少两个选自由亚烷基、亚芳基、-CO-、-NH-和-O-组成的组的基团。在本专利技术的一些优选的实施方式中,所述亚烷基包括1到12个碳原子。在本专利技术的一些优选的实施方式中,所述亚芳基包括6到10个碳原子。在本专利技术的一些优选的实施方式中,所述L选自L1-L23中的L1;一种或多种:-O-Al-O-其中,L的右端连接在苝二酰亚胺核上,左端连接在苯并菲核上,并且其中,Al为亚烷基,Ar为亚芳基。在本专利技术的一些实施方式中,作为更加优选方案,所述L选自以下基团中的一种或多种:其中,L的右端连接在苝二酰亚胺核上,左端连接在苯并菲核上,并且其中,Al为1-12个碳原子的亚烷基,Ar为亚苯基。在本专利技术的一些实施方式中,特别优选方案,所述L为如下基团:-O-Al-O- L1;-O-Al-O-Ar-O- L2;其中,L的左端连接在苝二酰亚胺核上,右端连接在苯并菲核上,并且其中,Al为1-12个碳原子的亚烷基。本专利技术还提供了一种通式Ⅰ结构的盘状分子化合物的制备方法。合成路线如下所示:合成路线:以1-溴代烷为原料,与金属镁反应生成格氏试剂,再与甲酸乙酯反应生成仲醇(2);仲醇(2)再与邻苯二甲酰亚胺(3)发生Mitsunobu反应(光延反应)生成酰亚胺(4);酰亚胺与水合肼发生肼解反应生成仲胺(5);仲胺(5)再与苝四甲酸酐(6)反应生成苝二酰亚胺(7);苝二酰亚胺(7)再与硝酸铈铵反应生成1-硝基苝二酰亚胺(8);1-硝基苝二酰亚胺(8)与对苯二酚(9)在碱性条件下反应,生成1-对羟基苯氧基苝二酰亚胺(10);以邻苯二酚(11)为原料,与溴代烷发生Williamson(威廉姆逊合成)反应,生成二烷氧基苯(12)或邻烷氧基苯酚(13),化合物12和13在无水三氯化铁作用下发生Scholl反应(肖尔反应)生成单羟基烷基苯并菲(14)化合物14与ω-卤代醇发生Williamson反应;或是与α,ω-二醇发生Mitsunobu反应;或是与α,ω-二溴代烷发生Williamson反应,得产物15或16。进一步与化合物10,生成目标产物Ⅰ本专利技术的另一方面提供包含本专利技术的具有通式Ⅰ结构的化合物在有机太阳能电池活性层中的应用。有益效果:1.本专利技术通过大量实验筛选出具有通式Ⅰ化合物,与现有技术相比,本专利技术提供的苯并菲-柔性桥-苝二酰亚胺二元化合物,具有易于调节液晶相转变温度及温度区间的优点,使得该化合物具有优异的光学、电光学和电子学目的的用途,特别是作为有机太阳能电池活性层的用途。2.本专利技术通过大量实验筛选,优选得到通式Ⅰ化合物化合物的最佳制备工艺,可操作性强,易于工业化生产,生产效率高,制备得到的化合物纯度高。附图说明图1是化合物Ⅰ-1在152℃处于液晶态时在偏光显微镜下的织构图。图2是化合物Ⅰ-1在1×10-6mol·L-1的二氯甲烷溶液中的紫外-可见吸收光谱图。图3是化合物Ⅰ-2在159℃处于液晶态时在偏光显微镜下的织构图。图4是化合物Ⅰ-2在1×10-6mol·L-1的二氯甲烷溶液中的紫外-可见吸收光谱图。图5是化合物Ⅰ-3在148℃处于液晶态时在偏光显微镜下的织构图。图6是化合物Ⅰ-本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有通式Ⅰ结构的化合物其中:所述R11表示具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被‑O‑代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代;所述R21或R22相同或不同,各自独立的表示‑H、具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被‑O‑代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代,R11和R12不同时为‑H;并且所述L是选自由亚烷基、亚芳基、‑CO‑、‑NH‑、‑O‑、‑S‑及其组合组成的组的二价的连接基团。

【技术特征摘要】
1.一种具有通式Ⅰ结构的化合物其中:所述R11表示具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代;所述R21或R22相同或不同,各自独立的表示-H、具有1个到20个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代,R11和R12不同时为-H;并且所述L是选自由亚烷基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-及其组合组成的组的二价的连接基团。2.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,所述R11独立地表示具有1个到12个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代;所述R21或R22相同或不同,各自独立的表示-H、具有1个到12个碳原子的直链或支链烷基,其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以彼此独立地被-O-代替,其前提是氧原子不直接彼此连接,其中一个或多个氢原子可被F、Cl或Br取代,R11和R12不同时为-H。3.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,所述L含有彼此连接的至少两个选自由亚烷基与亚芳基、-CO-、-NH-、-O-或-S-组成的组的基团。4.根据权利要求1所述的化合物,其特征在于,所述L含有彼此连接的至少两个选自由亚烷基、亚芳基、-CO-、-NH-或-O-组成的组的基团。5.根据权利要求4所述的化合物,其特征在于,所述亚烷基包括1到12个碳原子。6.根据权利要求4所述的化合物,其特征在于,所述亚芳基包括6到10个碳原子...

【专利技术属性】
技术研发人员:孔翔飞王桂霞张海峰黄达刘文婷宁涛
申请(专利权)人:江苏和成新材料有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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