梯形聚苯并二呋喃制造技术

本发明专利技术公开了一种聚苯并二呋喃梯形聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】梯形聚苯并二呋喃
本专利技术的领域是梯形聚合物。
技术介绍
可再生能源和材料是一个快速发展的领域，其发展需求比以往更高。可再生能源的一个主要分支是有机电子和半导体材料。由共轭小分子制成的有机半导体与其基于硅的对应物相比具有若干优点，包括可再生能力、它们被溶液加工成轻质和柔性薄膜的能力、以及它们通过化学合成容易地调节其性质的能力。基于稠合的芳族有机化合物的低带隙材料对于有机光伏器件(OPV)的开发是重要的，因为它们可以吸收较小芳族单元所不能吸收的较长波长的太阳光谱。通过最小化芳族单元之间的各种空间相互作用，可以通过增加共轭主链的平面性来减小带隙。空间相互作用倾向于引起骨架扭曲，其导致仅在较短的分段距离上有效的π电子共轭。该距离受不同化合物结构的影响，并且在不同材料之间固有地变化。随着共轭长度的增加，带隙将不断减小。然而，共轭有机材料将达到额外的共轭单元将不再导致显著的带隙减小的点。以这种方式，增加的共轭长度快速接近带隙的渐近值。合成高度平面的低带隙材料的一种手段是使用通过共轭聚合物(CP)的大部分(如果不是全部)稠合的聚合物系统。完全由稠环组成的CP称为梯形聚合物。由于上述原因，梯形聚合物具有非常低的带隙。此外，由于相邻聚合物链之间的π-堆叠，延长的稠环系统的另一个益处是更好的电荷传输。与梯形聚合物相关的一个挑战是在有机溶剂中用以保持可溶液加工的溶解性差。
技术实现思路
根据一个实施方式，公开了一种聚苯并二呋喃(PBDF)梯形聚合物。根据另一个实施方式，公开了一种有机光伏(OPV)器件。所述OPV器件包括含有聚苯并二呋喃梯形聚合物的有源层。根据另一个实施方式，公开了形成聚苯并二呋喃梯形聚合物的方法。所述方法包括形成每个重复单元包括两个芳基-碘化物官能柄(functionalhandle)的聚苯并二呋喃材料。所述方法还包括由所述聚苯并二呋喃材料形成聚苯并二呋喃梯形聚合物。通过如附图中所示的本专利技术的示例性实施方式的以下更具体的描述，本专利技术的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记通常表示本专利技术的示例性实施方式的相同部分。附图说明现在将通过仅以示例的方式参考附图来描述本专利技术的实施方式，其中：图1是说明根据一个实施方式形成聚苯并二呋喃(PBDF)材料的方法的化学反应图。图2是说明根据一个实施方式形成PBDF材料的方法的化学反应图。图3是说明根据一个实施方式形成梯形PBDF的方法的化学反应图。图4是说明根据一个实施方式形成梯形PBDF的方法的化学反应图。图5是说明根据一个实施方式形成梯形PBDF的方法的化学反应图。图6是说明根据一个实施方式形成梯形PBDF的方法的化学反应图。图7是显示形成每个重复单元包括两个芳基-碘化物官能柄的PBDF材料的方法的特定实施方式的流程图。图8是显示形成包括梯形PBDF的有机光伏(OPV)器件的有源层的方法的特定实施方式的流程图。具体实施方式本公开描述了聚苯并二呋喃(PBDF)、形成PBDF的方法、梯形PBDF、以及形成梯形PBDF的方法。在特定实施方式中，梯形PBDF可以用作有机光伏(OPV)器件的有源层的组分。先前合成梯形聚合物的尝试包括多蝶烯(polyiptycene)，但是这些材料不适用于有机光伏器件，因为该材料的发射性(荧光性)过强。其他尝试仅使用缩短的梯形段，但不稠合整个聚合物。本文所述的合成路径提供了使用芳族杂环的可溶性延长梯形聚合物的途径，其非常适合于高效有机光伏应用。在本公开中，从市售原料开始，合成双炔基-四烷氧基苯(BATB)，然后通过Glaser-Hay偶联聚合使BATB聚合。使所得聚合物经受碘促进的环化条件以产生聚苯并二呋喃(PBDF)。PBDF的每个重复单元具有两个芳基-碘化物官能柄，其用于形成梯形聚合物。然后碘通过钯催化的羰基化、Hartwig-Buchwald偶联或锌/铜偶联而与草酰氯反应，以分别产生稠合的梯形PBDF-二环戊二烯酮、PBDF-吡咯和PBDF-二酮聚合物(以及其它可能的催化/非催化方法)。梯形PBDF-二酮可以与二烷基-二氨基苯进一步反应以产生梯形PBDF-喹喔啉。这些聚合物可用作OPV器件的有源层中的组分。例如，聚合物可以与n型材料(例如，富勒烯)或p型材料(例如，非常富电子的共轭聚合物或小分子)共混，并且该共混物可以用作OPV器件中的有源层。参照图1，化学反应图100示出了根据一个实施方式形成PBDF的方法的实例。在图1中，将二羟基苯原料通过取代化学用相同的烷基链进行四烷基化。如本文关于图2所示和进一步所述，在其他情况下，二羟基苯原料可以通过两个连续的取代反应而用两种不同的烷基链进行四烷基化。在任一种情况下，四烷氧基苯用于形成BATB，其然后通过Glaser-Hay偶联聚合而聚合，并经受碘促进的环化条件以产生PBDF。如本文关于图3-6所示和进一步所述，PBDF可用于形成各种梯形PBDF(例如，用作OPV器件的有源层的组分)。第一化学反应示出将二羟基苯材料通过取代化学用相同的烷基链(在图1中表示为R)进行四烷基化以产生四烷氧基苯。如本文关于图2所示和进一步所述，在替代情况下，单体可以通过两个连续的取代反应而用两种不同的烷基链(在图2中表示为R和Me)进行四烷基化。R可以是支链或直链烷基链(例如，C1-C20)。在支链烷基链的情况下，典型的支化点可以在C1或C2处，而其他实例如3,7-二甲基辛基链具有交替的支化点。作为四烷基化的实例，1,2,4,5-四羟基苯(其可以通过2,5-二羟基-1,4-苯醌的氢化原位产生，这可以在大气压力下使用可为PtO2(0.5mol％)的催化剂完成)可以在二甲基甲酰胺(DMF)和无机碱(其可以是碳酸铯)存在下与烷基溴(RBr)反应。或者，如果R是2-乙基己基，则二羟基苯材料可以与KOH/NaI/EtOH反应。第二和第三化学反应示出四烷氧基苯被碘化(例如，采用一氯化碘)，并用烷基甲硅烷基保护的炔烃进行炔基化(例如，通过Sonogashari交叉偶联化学)。作为碘化的实例，可以将四烷氧基苯加入一氯化碘在极性质子溶剂中的溶液中，所述极性质子溶剂可以包括甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、异丙醇(iPrOH)等，其可以冷却至15℃。然后可以在回流下加热混合物直至碘化完成。然后可将反应冷却至0℃，过滤所得沉淀物并用冷甲醇冲洗。然后可以通过本领域技术人员已知的技术进一步干燥或纯化滤液。或者，碘化的进行可以通过利用随后添加丁基锂溶液和碘，然后用10％氢氧化钾水溶液淬灭。示例性炔基化反应条件包括在25℃下将可以是Pd(PPh3)2Cl2和CuI的催化剂添加到来自先前步骤的产物在有机溶剂中的脱氧溶液中，所述有机溶剂可以是Et3N或Et3N和有机溶剂(可包括DMF、DCM、THF等)的混合物。完成后，可以在真空中除去溶剂，并且可以通过标准水性后处理(workup)条件或过滤条件进一步纯化所得浆液。可以通过重结晶、柱色谱或通过其他技术纯化粗产物。第四化学反应示出在弱碱性条件下将炔烃脱保护以形成脱保护的双炔，也称为双炔基-四氧苯(BATB)。向先前产物(1当量)在溶剂或溶剂混合物(可以是1:1DCM/MeOH)中的搅拌溶液中加入弱碱，其可以是K2CO3(1.1当量)。搅拌反应混合物直至完成，并且可以在真空中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯并二呋喃梯形聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.25 US 15/163,7671.一种聚苯并二呋喃梯形聚合物。2.根据权利要求1所述的聚苯并二呋喃梯形聚合物，其中所述聚苯并二呋喃梯形聚合物包括聚苯并二呋喃-二环戊二烯酮梯形聚合物。3.根据权利要求1所述的聚苯并二呋喃梯形聚合物，其中所述聚苯并二呋喃梯形聚合物包括聚苯并二呋喃-吡咯梯形聚合物。4.根据权利要求1所述的聚苯并二呋喃梯形聚合物，其中所述聚苯并二呋喃梯形聚合物包括聚苯并二呋喃-二酮梯形聚合物。5.根据权利要求1所述的聚苯并二呋喃梯形聚合物，其中所述聚苯并二呋喃梯形聚合物包括聚苯并二呋喃-喹喔啉梯形聚合物。6.一种有机光伏器件，所述有机光伏器件包括含有聚苯并二呋喃梯形聚合物的有源层。7.根据权利要求6所述的有机光伏器件，其中所述有源层还包含n型材料。8.根据权利要求7所述的有机光伏器件，其中所述n型材料包括富勒烯材料。9.根据权利要求8所述的有机光伏器件，其中所述富勒烯材料包括苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)。10.根据权利要求6所述的有机光伏器件，其中所述聚苯并二呋喃梯形聚合物包括聚苯并二呋喃-二环戊二烯酮梯形聚合物。11.根据权利要求6所述的有机光伏器件，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·科比尔卡，J·韦茨，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US