多环芳香族化合物及其制备和使用方法技术

本发明专利技术公开多环芳香族化合物以及其制备和使用方法的实施方案。本发明专利技术公开各种不同类型的多环环系统，包括但不限于聚合芳香族化合物(例如纳米石墨烯化合物)，并五苯类化合物，手性芳香族化合物，由萘基、蒽基、菲基和芘基起始化合物形成的非对称芳烃化合物以及二聚芳香族化合物。本发明专利技术还公开用于制备所公开的多环芳香族化合物的基于苯成环反应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多环芳香族化合物及其制备和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求在2018年3月5日递交的美国临时专利申请案第62/638,815号之更早申请日的权益和优先权，此在先申请以引用的方式全文并入本文中。感谢政府支持本专利技术是在政府的支持下，根据美国国家科学基金会授予的合同编号CHE-1555218来进行的。政府享有本专利技术的某些权利。
本专利技术公开芳香族化合物和多环芳香族化合物的实施方案以及关于其制备和使用的实施方案。
技术介绍
多环芳烃(PAH，例如并苯类和芘类)近来例如在诸如有机晶体管、发光器件或有机光伏电池的电子器件的制造中受到大量关注。然而，这些化合物的制备方法限制了这些化合物官能化的能力并且阻碍了衍生化作用。因此，操控这些PAH的光物理特性的能力常常局限于改变其π延伸程度、形状和/或宽度。本领域中需要新的方法来制备特性增强且可调(例如电子特性和/或适合官能化的位置)的新化合物，由此扩展可使用所述化合物的器件类型。
技术实现思路
本专利技术公开具有一个或多个稠合芳环的多环芳香族化合物和/或所述化合物的组合和聚合物的实施方案。在具体公开的实施方案中，化合物包括但不限于含并苯的化合物，例如含并五苯的化合物、含并六苯的化合物、含并七苯的化合物、含并八苯的化合物等。在具体公开的实施方案中，多环芳香族化合物还包括纳米石墨烯化合物、手性芳香族化合物、由萘基、蒽基、菲基和芘基起始化合物形成的非对称芳烃化合物、二聚芳香族化合物等。本专利技术还公开用于制备本文所述的多环芳香族化合物的方法实施方案。在具体实施方案中，包含经(i)一个或多个炔烃部分和(ii)第二芳香基团官能化的第一芳香基团的化合物在催化剂存在下反应以在所述第一芳香基团的一个或多个炔烃部分与所述第二芳香基团的碳原子之间形成分子内键。在一些实施方案中，还包括通过使用过渡金属使包含所述第一芳香基团且还包含硼酸或硼酸酯的起始物料与包含第二芳香基团且还包含卤素原子的起始物料偶联来预形成所述化合物。在一些其他实施方案中，所述化合物还包含经一个或多个炔烃部分官能化的第三芳香基团。在一些实施方案中，所述催化剂可有效促使在所述第三芳香基团的一个或多个炔烃部分与所述第二芳香基团的碳原子之间形成分子内键。本文所述的多环芳香族化合物和组合可用于多种应用中，例如化学和生物应用。仅举例而言，多环芳香族化合物可用于诸如有机晶体管、发光器件和/或有机光伏器件的电子器件中。本专利技术的上述和其它目标和特征将由下文的具体实施方式显而易见，以下具体实施方式将参照附图来进行描述。附图说明图1A-1D提供化合物实施例204a的1H-NMR光谱和13C-NMR光谱(分别为图1A和1B)以及化合物实施例204c的1H-NMR光谱和13C-NMR光谱(分别为图1C和1D)。图1E为本专利技术公开的化合物204a及其相应的内过氧化物产物(204a-O2)的X射线图像。图1F为化合物204a的核心结构的X射线图像(清楚起见，省略苯基和叔丁基取代基)。图1G描绘本专利技术公开的代表性化合物的归一化紫外-可见光吸收光谱。图1H描绘本专利技术公开的化合物204a的激发光谱。图1I描绘本专利技术公开的化合物204c的发射光谱。图1J为由本专利技术公开的化合物204a产生的1O2的激发光谱。图1K为由本专利技术公开的化合物204c产生的1O2的激发光谱。图1L为本专利技术公开的薄膜形式的化合物204a的激发光谱(左侧)和发射光谱(右侧)。图1M为化合物204a薄膜在560nm下的峰值发射强度随时间的变化。图1N为化合物204a在不存在光激发时的近红外发射光谱。图1O为化合物204a的1H-NMR光谱与化合物204a在O2饱和CDCl3溶液中在黑暗中持续24h后的1H-NMR光谱的对比。图1P为描绘本专利技术公开的化合物204a在O2饱和CDCl3溶液中在环境光线下的光降解的1H-NMR光谱。图1Q为本专利技术公开的化合物204a的吸光度随时间变化的图表。图1R为本专利技术公开的化合物204c的吸光度随时间变化的图表。图1S为Ru(bpy)3Cl2·6H2O的发射面积随吸光度变化的图表。图1T为本专利技术公开的代表性化合物的发射面积图表，图表中还提供量子产率。图2说明用于制备本专利技术公开的多环芳香族化合物的方法实施例。图3A描绘本专利技术公开的代表性化合物的X射线图像。图3B描绘本专利技术公开的代表性化合物如何相互作用的X射线图像。图3C描绘本专利技术公开的化合物400h′的X射线图像。图4A描绘本专利技术公开的代表性化合物的归一化紫外-可见光吸收光谱(实线)和发射光谱(虚线)。图4B描绘本专利技术公开的代表性化合物的归一化紫外-可见光吸收光谱(实线)和发射光谱(虚线)。图5A-5X提供以下化合物实施例的1H-NMR光谱和13C-NMR光谱：400′(分别为图5A和5B)、402a(分别为图5C和5D)、402b(分别为图5E和5F)、402c(分别为图5G和5H)、402d(分别为图5I和5J)、402e(分别为图5K和5L)、402f(分别为图5M和5N)、402i(分别为图5O和5P)、402j(分别为图5Q和5R)、414(分别为图5S和5T)、436(分别为图5U和5V)和440(分别为图5W和5X)。具体实施方式I.术语综述下文提供关于术语的解释来更好地描述本专利技术并指导本领域一般技术人员实践本专利技术。如本文所用，除非上下文另外明确描述，否则“包含”意思是“包括”且单数形式的“一个/一种(a/an)”或“所述(the)”包括多个提及物。除非上下文另外明确描述，否则术语“或”指的是所述替代性要素中的单一要素或两种或两种以上要素的组合。尽管一些公开方法的步骤按特定的先后顺序来描述以便于呈现，但应了解这种描述方式也涵盖重新排列，除非下文有具体的语言来要求特定的次序。例如，依次描述的步骤在某些情形下可重新排列或同时进行。另外，说明书中有时使用如“产生”或“提供”等术语来描述所公开的方法。这些术语是对进行的实际步骤的高度抽象。对应于这些术语的实际步骤将视具体实施而变化且易于被本领域一般技术人员辨识。除非另外解释，否则本文使用的所有技术和科技术语均具有本专利技术所属领域一般技术人员通常所理解的相同含义。尽管在实践或测试本专利技术中可使用与本文所述类似或等效的方法和材料，但下文中描述合适的方法和材料。除非另外指出，否则所述材料、方法和实例都只是说明性的且并非限制。本专利技术的其他特征将由下文的具体实施方式和权利要求书显而易见。除非另外指出，否则说明书或权利要求书中使用的表示组分量、分子量、百分比、温度、时间等的所有数值均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外暗示或明确指出，否则列举的数值参数均为在标准测试条件/方法下可视寻求的所需特性和/或检测限制而定的近似值。在与论述的现有技术直接且明确地辨别实施例时，除非引用词汇“约”，否本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物，其具有满足下式的结构/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180305 US 62/638,8151.一种化合物，其具有满足下式的结构



其中
X为选自O、S或N(R”)2的杂原子，其中R”为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团或其任意组合；
R’各自独立地选自氢、脂肪族基团或-C(O)R20，其中R20为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团或其任意组合；且
R5如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、杂脂肪族基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团、芳香基团或其任意组合；
n各自独立地为0、1或2；
q为选自0至1000的整数；
p为选自0至1000的整数；且
r为选自1至1000的整数，限制条件在于当p为0时，r为与q相同的整数。


2.根据权利要求1所述的化合物，其具有满足下式的结构



其中
X为选自O、S或N(R”)2的杂原子，其中R”为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团或其任意组合；
R’各自独立地选自氢、脂肪族基团或-C(O)R20，其中R20为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团或其任意组合；且
R5如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、杂脂肪族基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团、芳香基团或其任意组合；
n各自独立地为0、1或2；
q为选自0至1000的整数；
p为选自0至1000的整数；且
r为选自1至1000的整数，限制条件在于当p为0时，r为与q相同的整数。


3.根据权利要求2所述的化合物，其中所述化合物具有满足以下一个或多个式的结构：





4.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有满足以下一个或多个式的结构






其中A各自独立地为CH或氮。


5.根据权利要求1所述的化合物，其中X连同R’一起为-OH、-OCH3、-OC(O)CH3、-SH、-SCH3、-SC(O)CH3、-NH2、-NHCH3或-NHC(O)CH3。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的化合物，其中R5各自独立地为烷基、烷氧基、环氧烷烃基团或芳香基团。


7.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物选自





8.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物选自





9.一种化合物，其具有满足式1的结构



其中
R1如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R4如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R5如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R8如果存在，则各自独立地为脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R2各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R3各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R6各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R7各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
n各自独立地为选自0至4的整数；
p为0或1，且当p为0时，环A、B、C、D或E均不存在；
m为选自0至10的整数；且
环A在存在时为苯基以使得式1中所示的虚键均不存在，或环A与(i)环B、C和D连接在一起形成芘基；或与(ii)环B、E和F连接在一起形成芘基；或与(iii)环E连接在一起形成萘基。


10.根据权利要求9所述的化合物，其具有满足式1A-1E中任一个或多个的结构：








11.根据权利要求9所述的化合物，其中所述化合物选自：














12.一种化合物，其具有满足式2的结构



其中
X选自O、S、C＝O、C＝S、SO2、SO、C(R′)2、N(R′)或N+(R′)2，其中R′各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团或其任意组合；
R1如果存在，则各自独立地选自脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R8如果存在，则各自独立地选自脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R2各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R3各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R6各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族基团、卤代杂脂肪族基团、杂脂肪族基团、芳香基团、脂肪族基团-芳香基团、杂脂肪族基团-芳香基团或其任意组合；
R7各自独立地为氢、脂肪族基团、卤代脂肪族...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·查利福克斯，W·杨，K·哈马尔，P·斯塔拉，
申请(专利权)人：内华达高等教育系统董事会代表内华达大学雷诺分校，
类型：发明
国别省市：美国;US