一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物及其制备与应用。该基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的结构式如下所示；本发明专利技术的基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其设计思路合理有效，分子结构简单，合成步骤简短，具有易于调节的光学和电学性质，是一种具有重要应用前景的半导体材料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物及其制备与应用
本专利技术涉及有机光电材料领域。更具体地，涉及一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物及其制备与应用。
技术介绍
在过去的十年中，具有刚性、稠合结构的多环芳烃(PAH)的设计和合成受到了广泛的关注。这是因为它们在各种光电器件中有着潜在的应用，例如有机场效应晶体管(OFET)，发光二极管(LED)和有机光伏(OPV)。在所有一维有机π共轭材料中，尤其是并五苯及其衍生物，由于其优异的光学和电化学性能而受到广泛关注。由于它们在固态中具有适当的分子排列，这对于有效的载流子传输至关重要，因此可以作为OFET的基准材料。然而，并苯系列的线性膨胀将导致较高的最高占据分子轨道(HOMO)，导致并五苯和高级并苯类分子通常在环境条件下表现出较差的稳定性。为了提高并苯类分子的稳定性，将硫原子引入芳族体系被认为是最有效的策略之一。线性噻吩稠合的杂芳烃，尤其是基于萘的苯并噻吩类分子，引起了研究者的极大兴趣。这是由于它们不仅能够成功地降低HOMO能级，与并五苯相比具有更高的空气稳定性，而且还能够保持紧密的晶体堆积分布，进而显示出优异的半导体性能。由于其易于调节的光学和电学性质以及作为高性能有机半导体的潜在应用，侧向延伸的萘四甲酸二酰亚胺(NDI)，尤其是杂环萘二酰亚胺最近受到了广泛的关注。例如，与2-(1,3-二硫醇-2-亚甲基)丙二腈基团融合的核扩展的NDI，表现出优异的环境稳定性和高电子迁移率，而与吲哚环融合的NDI则表现出双极性传输性质且具有大的空穴迁移率。基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物鲜见报道。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
基于以上
技术介绍
，本专利技术首次设计合成了一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物。它们不仅能够成功地降低HOMO能级，与并五苯相比具有更高的空气稳定性，而且还能够保持紧密的晶体堆积分布，进而显示出优异的半导体性能。为了实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一方面提供一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其结构式如下所示：其中，R1基团选自：C2-60烷基、含取代基的C2-60烷基、C2-60烷氧基、含取代基的C2-60烷氧基、芳香基、含取代基的芳香基、烷基芳香基、含取代基的烷基芳香基、烷基杂芳香基、含取代基的烷基杂芳香基、烷基杂环基和含取代基的烷基杂环基中的任意一种。优选地，所述取代基选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、羟基、巯基、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氰基、醛基、脂基、磺基、亚磺基、硝基、氨基、亚氨基、羧基和肼基中的至少一种。优选地，所述烷氧基选自：甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一碳烷氧基、十二碳烷氧基、十三碳烷氧基、十四碳烷氧基、十五碳烷氧基、十六碳烷氧基、十七碳烷氧基、十八碳烷氧基、十九碳烷氧基和二十碳烷氧基中的任一种。优选地，所述芳香基选自：苯基、萘基、蒽基、菲基、并四苯基、并五苯基、三苯胺基、芘基、茚基、联苯基和芴基中的至少一种。优选地，所述杂环基、杂芳香基均选自：噻吩、苯并噻吩、吡喃、苯并吡喃、呋喃、苯并呋喃、咪唑、苯并咪唑、吡唑、苯并吡唑、吡咯、苯并吡咯、吡啶、苯并吡啶、吡嗪、苯并吡嗪、吲哚、异吲哚、苯并吲哚、嘧啶、苯并嘧啶、萘啶、苯并萘啶、哒嗪、苯并哒嗪、吲唑、苯并吲唑、嘌呤、苯并嘌呤、喹嗪、苯并喹嗪、喹啉、苯并喹啉、吲嗪、苯并吲嗪、酞嗪、苯并酞嗪、喹喔啉、苯并喹喔啉、噻唑、苯并噻唑、咔啉、苯并咔啉、菲啶、苯并菲啶、菲咯啉、苯并菲咯啉、吖啶、苯并吖啶、吩嗪、苯并吩嗪、吩噻嗪、苯并吩噻嗪、咔唑、苯并咔唑、二并噻吩、二噻吩并吡咯、三并噻吩、四并噻吩和五并噻吩中的任一种。在本专利技术的一个优选方案中，基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的结构式如下所示：其中，R1选自C2-60的烷基、芳香基或含取代基的芳香基，所述烷基选自直链或支链烷基。例如C2-60的支链烷基、C10-30的支链烷基、苯基、烷基取代苯基、2,6-双烷基取代的苯基等。优选地，R1选自C2-60的烷基；或R1选自苯基或含取代基的苯基，所述取代基为C1-12的烷基。优选地，所述取代基为C1-12的烷基。例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、C10-30的支链烷基等。更优选地，所述R1为所述R2、R3选自C1-12的烷基，R2、R3相同或不同。更优选地，所述R1为本专利技术另一方面提供上述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的制备方法，该方法包括如下步骤：S1、二溴萘酰亚胺和邻溴苯硫酚进行偶联反应，得到偶联产物；S2、偶联产物在催化剂和碱的作用下进行关环反应，得到目标产物，即所述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物。在进行关环反应中，分子内发生了重排，得到了两种分子结构，互为异构体。以下针对每一步进行详细说明：S1、二溴萘酰亚胺和邻溴苯硫酚进行偶联反应，得到偶联产物。优选地，S1中邻溴苯硫酚和二溴萘酰亚胺的摩尔比为1～20:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1；此步骤中使邻溴苯硫酚过量即可，优选3:1。优选地，S1中所述偶联反应的温度为50～150℃，时间为1～24h；优选100℃，反应2h。优选地，S1中所述偶联反应的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。本专利技术经过对溶剂进行优化筛选，优选N,N-二甲基甲酰胺。优选地，S1中所述偶联反应在碱的作用下进行；所述碱为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯。本专利技术经过对碱进行优化筛选，优选碳酸钾。优选地，S1中所述碱和二溴萘酰亚胺的摩尔比为1～20:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1；此步骤中使碱过量即可，优选5:1。S2、偶联产物在催化剂和碱的作用下进行关环反应，得到目标产物，即所述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物。优选地，S2中催化剂和偶联产物的摩尔比为0.1～2:1,优选0.5:1；碱和偶联产物的摩尔比为1～20:1，优选4:1。优选地，S2中所述关环反应的温度为100～200℃，时间为1～24h；优选160℃，反应1h。优选地，S2中催化剂为醋酸钯、四三苯基膦钯或三(二亚苄基丙酮)二钯，碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯或1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。本专利技术经过对催化剂和碱进行优化筛选，优选三(二亚苄基丙酮)二钯和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。优选地，S2中关环反应的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。本专利技术经过对溶剂进行优化筛选，优选N,N-二甲基乙酰胺。优选地，S1中所述偶联反应和S2中所述关环反应在无水无氧条件下进行。在无氧条件进行偶联反应可提高产率；所述无氧条件采用本领域常用的手段，如氮气或惰性气体保护。在本专利技术的一个优选方案中，以上制备方法包括以下步骤：S1、二溴萘酰亚胺和邻溴苯硫酚在N,N-二甲基甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其特征在于，所述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的结构式如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其特征在于，所述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的结构式如下所示：



R1基团选自：C2-60烷基、含取代基的C2-60烷基、C2-60烷氧基、含取代基的C2-60烷氧基、芳香基、含取代基的芳香基、烷基芳香基、含取代基的烷基芳香基、烷基杂芳香基、含取代基的烷基杂芳香基、烷基杂环基和含取代基的烷基杂环基中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其特征在于，所述取代基选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、羟基、巯基、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氰基、醛基、脂基、磺基、亚磺基、硝基、氨基、亚氨基、羧基和肼基中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其特征在于，所述烷氧基选自：甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一碳烷氧基、十二碳烷氧基、十三碳烷氧基、十四碳烷氧基、十五碳烷氧基、十六碳烷氧基、十七碳烷氧基、十八碳烷氧基、十九碳烷氧基和二十碳烷氧基中的任一种；
所述芳香基选自：苯基、萘基、蒽基、菲基、并四苯基、并五苯基、三苯胺基、芘基、茚基、联苯基和芴基中的至少一种；
所述杂环基、杂芳香基均选自：噻吩、苯并噻吩、吡喃、苯并吡喃、呋喃、苯并呋喃、咪唑、苯并咪唑、吡唑、苯并吡唑、吡咯、苯并吡咯、吡啶、苯并吡啶、吡嗪、苯并吡嗪、吲哚、异吲哚、苯并吲哚、嘧啶、苯并嘧啶、萘啶、苯并萘啶、哒嗪、苯并哒嗪、吲唑、苯并吲唑、嘌呤、苯并嘌呤、喹嗪、苯并喹嗪、喹啉、苯并喹啉、吲嗪、苯并吲嗪、酞嗪、苯并酞嗪、喹喔啉、苯并喹喔啉、噻唑、苯并噻唑、咔啉、苯并咔啉、菲啶、苯并菲啶、菲咯啉、苯并菲咯啉、吖啶、苯并吖啶、吩嗪、苯并吩嗪、吩噻嗪、苯并吩噻嗪、咔唑、苯并咔唑、二并噻吩、二噻吩并吡咯、三并噻吩、四并噻吩和五并噻吩中的任一种。


4.根据权利要求1所述的基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物，其特征在于，所述基于萘酰亚胺的苯并噻吩类化合物的结构式如下所示：



其中，R1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，马可可，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11