一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于有机电子的技术领域，公开了一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子及其制备与应用。所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构为式Ⅰ，其中，m、n独自为大于0的整数；Ar1为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；Ar2为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；R为‑CN、‑N＝C＝O、‑N＝C＝S、‑Se‑CH3、‑S‑CH3、‑NO2、‑COOH或‑NH2。本发明专利技术的共轭有机分子同时存在空间共轭和价键共轭作用，具有多个导电通道，不仅可以明显提高分子电导，而且还可以极大的补偿因为价键共轭作用不足引起的低电导现象。本发明专利技术的共轭有机分子易于制备，在有机光电领域具有非常好的应用前景。

A space conjugated organic molecule based on six aryl benzene skeleton and its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of organic electronics, and discloses a space conjugated organic molecule based on hexaarylbenzene skeleton and its preparation and application. The spatial conjugated organic molecular structure based on the skeleton of hexaarylbenzene is formula I, in which m and N are integral numbers greater than 0; Ar1 is the same or different aryl and/or heteroaryl groups; Ar2 is the same or different aryl and/or heteroaryl groups; R is CN,N=C=O,N=C=S,Se CH3,S_CH3,NO2, R is the same or different aryl and/or heteroaryl groups. COOH or NH2. The conjugated organic molecule of the invention has both space conjugation and valence bond conjugation, and has multiple conductive channels, which can not only significantly improve the molecular conductivity, but also greatly compensate for the low conductivity phenomenon caused by insufficient valence bond conjugation. The conjugated organic molecules of the invention are easy to prepare, and have very good application prospects in organic photoelectric field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子及其制备与应用
本专利技术属于有机电子学
，特别涉及一种具有空间共轭效应的有机分子及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来随着大规模集成电路技术的飞速发展，传统的电子器件无论在理论还是加工技术上都已经逼近制造的极限。基于分子电子器件纳米电子技术的研究有望解决这一难题。分子导线作为分子电子器件的基本原件，成为多学科交叉领域的研究热点。目前被广泛研究的有机分子导线大都是基于价键共轭的棒状分子，如寡聚苯、寡聚苯乙烯、寡聚噻吩等。然而基于价键共轭的棒状分子主要是通过其骨架上高度离域的π轨道传输电荷，当骨架发生断裂时，电荷传输通道受阻，此外，基于棒状分子的导电能力还远没有达到产业化应用的需求。为了能够提高有机分子的导电能力，满足产业化应用的要求，本专利技术提供了同时存在空间共轭和价键共轭作用的基于六芳基苯骨架的共轭有机分子，具有多个导电通道，不仅可以明显提高分子电导，而且还可以极大的补偿因为价键共轭作用不足引起的低电导现象。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子及其制备方法。本专利技术的基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子同时具有价键共轭特性和空间共轭特性，具有多个导电通道，不仅可以明显提高分子电导，而且还可以极大的补偿因为价键共轭作用不足引起的低电导现象。本专利技术的另一目的在于提供基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子的应用。所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子在有机分子导线、有机电致发光、有机场效应晶体管和有机太阳能电池等有机电子领域中的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其结构如式Ⅰ所示：其中，m、n独自为大于0的整数，优选独自为1～3的整数；Ar1为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；Ar2为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；R为腈基(-CN)、异腈基(-N＝C＝O)、异硫氰酸酯基(-N＝C＝S)、硒甲基(-Se-CH3)、巯甲基(-S-CH3)、硝基(-NO2)、羧基(-COOH)或者氨基(-NH2)。式I中，苯环上的4个Ar1相同或者不同，每一个Ar1优选为以下结构中一种：其中每一结构中R1为1取代或多取代，多取代中，R1相同或不同，为氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基；所述烷基为具有1～20个碳原子的直链、支链烷基，所述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；烷基中取代和环烷基中的取代独立地指一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；或者一个或多个氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代。式I中，苯环上的(Ar2)m与(Ar2)n中Ar2相同或者不同，(Ar2)m与(Ar2)n中Ar2独立地优选以下结构中一种：结构中“-”表示取代处，当结构中出现三个“-”时，表示三处中任意两处都可以为取代处；其中R1相同或不同，为氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基；所述烷基为具有1～20个碳原子的直链、支链烷基，所述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；烷基中取代和环烷基中的取代独立地指一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；或者一个或多个氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代。所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子的制备方法，包括以下步骤：(1)以有机溶剂为反应介质，将芳基乙酸衍生物在催化剂的作用下发生缩合反应，获得二苄基芳酮衍生物；所述芳基乙酸衍生物的结构为此处Ar2为卤素取代的芳基或杂芳基，此处芳基、杂芳基与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式I中Ar2对应；所述催化剂为二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)，所述反应的温度为20～50℃，所述有机溶剂为二氯甲烷，三氯甲烷和四氢呋喃，优选为二氯甲烷；(2)在有机溶剂中，将二苄基芳酮衍生物与二芳基乙二酮衍生物在碱性条件下反应，得四芳基环戊二烯酮衍生物；二苄基芳酮衍生物结构为Ar2为卤素取代的芳基或杂芳基，此处芳基、杂芳基与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式I中Ar2对应；二芳基乙二酮衍生物此处Ar1与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式I中Ar1对应；所述反应为回流反应，所述有机溶剂为乙醇，所述碱性条件是指氢氧化钠或氢氧化钾提供的碱性条件；所述二苄基芳酮衍生物与二芳基乙二酮衍生物的摩尔比为1:1；所述碱性条件中碱与二苄基芳酮衍生物的摩尔比为(2～4)：10；(3)将四芳基环戊二烯酮衍生物与二芳基乙炔衍生物通过狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder反应)生成六芳基苯衍生物；所述四芳基环戊二烯酮衍生物的结构为Ar2为卤素取代的芳基或杂芳基，此处芳基、杂芳基与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式I中Ar2对应；二芳基乙炔衍生物的结构为六芳基苯衍生物的结构为Ar2为卤素取代的芳基或杂芳基，此处芳基、杂芳基与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式I中Ar2对应；所述反应为回流反应，反应的溶剂为二苯醚，所述四芳基环戊二烯酮衍生物与二芳基乙炔衍生物摩尔比为1：(1.5～3)；(4)将六芳基苯衍生物与含有芳基或杂芳基的硼酸或硼酸酯进行铃木反应(Suzuki反应)，得到基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子；含有芳基或杂芳基的硼酸或硼酸酯中芳基或杂芳基为-(Ar2)p-R，此处的Ar2，R与基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子结构式中Ar2，R相同。所述的基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子在有机光电领域的应用，包括：有机分子导线、有机电致发光、有机场效应晶体管和有机太阳能电池等领域。本专利技术的空间共轭有机分子不仅具有传统的共轭结构，同时外围芳环间形成的π-π电子环形离域使得苯环间具有较强的空间共轭效应。当这类有机分子用于单分子导线，分子中的两种通道同时为载流子的传输提供路径，从而极大的提高了这类分子的导电性能。总体来说，本专利技术的空间共轭分子是一类结构简单，效果优异的空间共轭分子导线的构筑基元，在有机分子导线中有广阔的应用前景。本专利技术提供了同时存在空间共轭和价键共轭作用的六芳基苯骨架的共轭有机分子，具有多个导电通道，不仅可以明显提高分子电导，而且还可以极大的补偿因为价键共轭作用不足引起的低电导现象。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：传统的分子导线主要是基于价键共轭的分子，即只有一条导电通道，并且基于价键共轭分子的单分子电导远远没有满足工业化的需求，而本专利技术中制备的基于六芳基苯骨架的共轭有机分子具有多个导电通道，极大的提高了分子电导。本专利技术共轭有机分子的制备方法普适性很广泛。本专利技术解决的最主要问题是提高了单分子电导，电导值是对应线性分子的五倍。附图说明图1为实施例1的基于六芳基苯的空间共轭有机分子HP(OMe)B-SMe电导的提拉曲线；图2为实施例1的基于六芳基苯的空间共轭有机分子HP(OMe)B-SMe电导的一维电导曲线；图3为实施例2的基于六芳基苯的空间共轭有机分子HP(OMe)3B-SMe电导的提拉曲线；图4为实施例2的基于六芳基苯的空间共轭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：其结构如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：其结构如式Ⅰ所示：其中，m、n独自为大于0的整数；Ar1为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；Ar2为相同或者不同的芳基和/或杂芳基；R为-CN、-N＝C＝O、-N＝C＝S、-Se-CH3、-S-CH3、-NO2、-COOH或-NH2。2.根据权利要求1所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：m、n独自为1～3的整数；式I中，苯环上的4个Ar1相同或者不同，每一个Ar1为以下结构中一种：其中每一结构中R1为1取代或多取代，多取代中，R1相同或不同，为氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基。3.根据权利要求2所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：所述烷基为具有1～20个碳原子的直链、支链烷基，所述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；烷基中取代和环烷基中的取代独立地指一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；或者一个或多个氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代。4.根据权利要求1所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：式I中，苯环上的(Ar2)m与(Ar2)n中Ar2相同或者不同，(Ar2)m与(Ar2)n中Ar2独立地为以下结构中一种：其中R1相同或不同，为氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基。5.根据权利要求4所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子，其特征在于：所述烷基为具有1～20个碳原子的直链、支链烷基，所述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；烷基中取代和环烷基中的取代独立地指一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；或者一个或多个氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代。6.根据权利要求1～5任一项所述基于六芳基苯骨架的空间共轭有机分子的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)以有机溶剂为反应介质，将芳基乙酸衍生物在催化剂的作用下发生缩合反应，获得二苄基芳酮衍生物；所述芳基乙酸衍生物的结构为此...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐本忠，赵祖金，甄士杰，陈龙，秦安军，胡蓉蓉，王志明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44