一类具有高光电性能的有机材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一类具有高光电性能的有机材料，该有机材料为偕二甲基环戊烷苯并噻吩类化合物，其能够应用于有机电子器件、有机发光材料以及电池正极材料等领域。其结构通式如下：其中，C1为脂肪族五元或六元环、偕二烷基取代脂肪族五元或六元环或者不存在；Ar1为芳基或不存在；Ar2为芳基或不存在。本发明专利技术提供一类性能优异的偕二甲基环戊烷取代的苯并噻吩化合物，从而解决有机小分子光电材料匮乏的问题，并基于该新型材料，为取代苯并噻吩的合成提供一种简单有效的合成方法。成方法。成方法。

【技术实现步骤摘要】
一类具有高光电性能的有机材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电材料领域，具体涉及一类具有高光电性能的有机材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]呋喃、吡咯及噻吩等杂环化合物均有六个π电子，符合休克尔(H
ü
ckel)规则，具有芳香性。噻吩的电子云密度比其他两类化合物均高，这主要是由于硫原子的独特的电子特性：
⑴
与氮或氧等其他杂原子相比，具有更高的共振能；
⑵
具有较高的极化率使其拥有优异的电荷运输性能。将噻吩嵌入到多环芳烃，不仅不会破坏整体的π共轭结构，而且由于其富电子特性，会提高整体电荷运输能力，以及改善多环芳烃的稳定性和抗氧化能力，是优异的光电材料。迄今为止，已有不少科学家开发了不同种类的噻吩嵌入的稠环化合物，并且对其光电性质进行了探究。已有不少基于苯并噻吩及其衍生物的半导体电子器件(如发光二极管、有机场效应晶体管等)在实际生活中得到了广泛的应用。
[0003]尽管噻吩嵌入的稠环化合物在光电子领域得到了极大地关注与探索，但目前开发的噻吩嵌入的稠环化合物的种类相对有限，而且合成方法大多数局限于金属介导的环化反应，毒副性大，成本高，腐蚀性强且难以回收等；非金属介导的反应报道较少且缺少系统的总结研究。而且这些反应有一些共同的缺点，大部分反应在每个反应条件下只能形成一种芳香骨架。因此，开发新型的噻吩嵌入的稠环化合物，以及新的合成方法，对有机光电材料领域有着十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一类性能优异的偕二甲基环戊烷取代的苯并噻吩化合物，从而解决有机小分子光电材料匮乏的问题，并基于该新型材料，为取代苯并噻吩的合成提供一种简单有效的合成方法。
[0005]具体地，本专利技术提供一类具有高光电性能的有机材料，该有机材料为偕二甲基环戊烷苯并噻吩类化合物，其结构通式如下：
[0006][0007]其中，C1为脂肪族五元或六元环、偕二烷基取代脂肪族五元或六元环或者不存在；Ar1为芳基或不存在；Ar2为芳基或不存在。
[0008]优选地，所描述的偕二甲基环戊烷苯并噻吩可具体为如下化合物，但不限于如下化合物，具体包括化合物S1、化合物S2
‑
1、化合物S2
‑
2以及化合物S3，
[0009][0010]优选地，本专利技术还提供一种偕二甲基环戊烷苯并噻吩类化合物的合成方法，其反应式如下：
[0011][0012]其中1为苯硫代烯炔，2为卤代噻吩，3为苯硫代芳基烯炔，S为偕二甲基环戊烷苯并噻吩。
[0013]优选地，所述合成方法包括以下步骤：
[0014]S1、通过苯硫代烯炔和卤代噻吩之间的Sonogashira偶联反应，制备苯硫代芳基烯炔；其中，卤代噻吩与苯硫代烯炔的配比为1:1
‑
5；催化剂的当量为1％
‑
20％；反应浓度为0.05
‑
1M；
[0015]S2、利用新型碱介导的Dehydro
‑
Diels
‑
Alder(DDA)反应，以TBD、DBU、吡啶、叔丁醇钾和氢氧化钠中的任意一种为碱，以o
‑
DCB、DMF、甲苯和DMSO中的任意一种为溶剂，以步骤S1制备的苯硫代芳基烯炔为反应底物，反应加热至90
‑
210℃；其中，反应底物与碱的配比为1:1
‑
20；反应浓度为0.01
‑
0.5M。
[0016]优选地，步骤S1中在偶联反应过程中，以Pd(OAc)2、Pd2(dba)3、Pd(PPh3)4、NiCl2(PCy3)2和CuI中的任意一种或者混合物为催化剂；以Na2CO3、K2PO4、Cs2CO3、NEt3和吡啶中的任意一种为碱；以三乙胺、乙腈、THF、DMF和乙醇中的任意一种为溶剂；反应加热至50
‑
120℃。
[0017]优选地，步骤S1中，苯硫代烯炔的合成方式如下：
[0018]环己二酮与三氟甲磺酸酐在碱的作用下，生成酮基三氟甲磺酸酯，然后将酮基三氟甲磺酸酯还原为羟基三氟甲磺酸酯；
[0019]氯甲基苯硫醚与亚磷酸三乙酯反应生成苯硫基磷酸二乙酯；
[0020]羟基三氟甲磺酸酯与苯硫基磷酸二乙酯通过串联裂解烯烃化生成苯硫代烯炔。
[0021]优选地，化合物苯硫代芳基烯炔包括以下三种分子式，分别为3a、3b和3c，3a、3b和3c的化学式分别为
[0022]化合物苯硫代芳基烯炔包括以下三种分子式，分别为3a、3b和3c，3a、3b和3c的化学式分别为
[0023][0024]3a、3b和3c的合成反应式如下：
[0025][0026]优选地，化合物S1的合成反应式如下：
[0027][0028]其具体反应步骤为：在干燥的耐压管中加入苯硫代噻吩芳基烯炔3a、TBD和o
‑
DCB，将混合物加热至回流，在环化完成后，冷却至室温，用柱层析法纯化，得到化合物S1，其中反应加热至90
‑
210℃；苯硫代噻吩芳基烯炔3a与碱TBD的配比为1:1
‑
20；反应浓度为0.01
‑
0.5M。
[0029]优选地，化合物S2
‑
1和S2
‑
2的合成反应式如下：
[0030][0031]其具体反应步骤为：在干燥的耐压管中加入苯硫代噻吩芳基烯炔3b、TBD和o
‑
DCB，将混合物加热至回流，在环化完成后，冷却至室温，用柱层析法纯化，得到化合物S2
‑
1和S2
‑
2的混合物，两者比例为S2
‑
1:S2
‑
2＝1:2，其中反应加热至90
‑
210℃；苯硫代噻吩芳基烯炔3b与碱TBD的配比为1:1
‑
20；反应浓度为0.01
‑
0.5M。
[0032]优选地，化合物S3的合成反应式如下：
[0033][0034]其具体反应步骤为：在干燥的耐压管中加入苯硫代芳基烯炔3c、TBD和o
‑
DCB，将混合物加热至回流，在环化完成后，冷却至室温，用柱层析法纯化，得到化合物S3，其中反应加热至90
‑
210℃；苯硫代噻吩芳基烯炔3c与碱TBD的配比为1:1
‑
20；反应浓度为0.01
‑
0.5M。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036](1)本专利技术提供一类性能优异的偕二甲基环戊烷取代的苯并噻吩化合物，从而解决有机小分子光电材料匮乏的问题，并基于该新型材料，为取代苯并噻吩的合成提供一种简单有效的合成方法。
[0037](2)本专利技术首次将碱(TBD)介导的DDA反应应用到取代苯并噻吩的合成；在同一反应条件下实现了不同骨架的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类具有高光电性能的有机材料，其特征在于：该有机材料为偕二甲基环戊烷苯并噻吩类化合物，其结构通式如下：其中，C1为脂肪族五元或六元环、偕二烷基取代脂肪族五元或六元环或者不存在；Ar1为芳基或不存在；Ar2为芳基或不存在。2.根据权利要求1所述的一类具有高光电性能的有机材料，其特征在于：所述的偕二甲基环戊烷苯并噻吩为如下化合物但不限于如下化合物，具体为化合物S1、化合物S2
‑
1、化合物S2
‑
2或化合物S3，3.根据权利要求1所述的一类具有高光电性能的有机材料，其特征在于：其能够应用于有机电子器件、有机发光材料以及电池正极材料。4.一种制备权利要求1所述的一类具有高光电性能的有机材料的合成方法，其反应式如下：其中，1为苯硫代烯炔，2为卤代噻吩，3为苯硫代芳基烯炔，S为偕二甲基环戊烷苯并噻吩。5.根据权利要求4所述的一类具有高光电性能的有机材料的合成方法，其特征在于：所述合成方法包括以下步骤：S1、通过苯硫代烯炔和卤代噻吩之间的Sonogashira偶联反应，制备苯硫代芳基烯炔；其中，卤代噻吩与苯硫代烯炔的配比为1:1
‑
5；催化剂的当量为1％
‑
20％；反应浓度为0.05
‑
1M；S2、利用新型碱介导的Dehydro
‑
Diels
‑
Alder反应，以TBD、DBU、吡啶、叔丁醇钾和氢氧化钠中的任意一种为碱，以o
‑
DCB、DMF、甲苯和DMSO中的任意一种为溶剂，以步骤S1制备的苯硫代芳基烯炔为反应底物，反应加热至90
‑
210℃；其中，反应底物与碱的配比为1:1
‑
20；反应浓度为0.01
‑
0.5M。6.根据权利要求4所述的一类具有高光电性能的有机材料的合成方法，其特征在于：步骤S1中在偶联反应过程中，以Pd(OAc)2、Pd2(dba)3、Pd(PPh3)4、NiCl2(PCy3)2和CuI中的任意一种或者混合物为催化剂；以Na2CO3、K2PO4、Cs2CO3、NEt3和吡啶中的任意一种为碱；以三乙胺、乙腈、THF、DMF和乙醇中的任意一种为溶剂；反应加热至50

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靓月，张丽艳，郭英杰，李响，张岩，张昕瑀，李明依，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：