双硼嵌入多环芳烃功能分子材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于光电材料领域，具体公开了一种双硼嵌入多环芳烃功能分子材料。本发明专利技术还公开了所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料的制备方法和应用方法。本发明专利技术将芘与苯并噻吩在三维空间稠合，以杂稠化方式构建双硼嵌入多环芳烃功能分子，调控掺杂原子的种类、共轭分子的π电子共轭结构及其物理性质，使之成为具有电荷传输特性和可见/近红外发光的功能有机分子材料。可作为功能材料应用于电子器件。可作为功能材料应用于电子器件。可作为功能材料应用于电子器件。

【技术实现步骤摘要】
双硼嵌入多环芳烃功能分子材料及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及功能分子材料领域，特别涉及光电性质分子材料。

技术介绍

[0002]稠环芳烃(PAHs)分子由于其结构能够进行可控设计，并经常表现出可预测的光电性质而广泛地应用于有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机光伏。重新排列六元环的拓扑结构或者掺入杂原子是改变分子的光电性质的有效策略，近年来，化学家们将大量注意力集中在引入杂原子来精确调节PAHs的光电性质，用杂原子代替稠环芳烃中的部分碳原子，形成掺杂共轭碳骨架，可显著提高分子的稳定性和组装性能，从而提高有机光电材料的光电性能。其中硼原子由于p
z
空轨道使其可同时充当电子受体和和路易斯酸，当将其掺入多环芳烃中，多环芳烃的分子轨道能量和带隙可以被显著降低，特别是LUMO能级，所以掺硼的多环芳烃往往可视为优秀的可见光发光材料和n型材料。这对于有机光电器件的发展有着巨大的推动作用，因为目前所研究的发光材料的发光波段大都集中于紫外光，有机半导体材料的研究应用大多集中于p型材料。但是硼原子对空气中氧气和水十分敏感，这大大限制了掺硼多环芳烃的发展。

技术实现思路

[0003]针对现有问题，本专利技术第一目的在于，提供一种双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，旨在提供一种具有优异传输效率，在光电材料方面具有良好应用价值的全新结构化合物。
[0004]本专利技术第二目的在于，提供所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料的制备方法，旨在成功制备所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料。
[0005]本专利技术第三目的在于，提供所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料在制备光电材料如有机场效应晶体管中的应用。
[0006]本专利技术第四目的在于，提供包含所述双硼嵌入多环芳烃功能分子材料可作为检测对环境有害的氟化物传感器。
[0007]一种双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，其具有式1结构式：
[0008][0009]式1中，所述的X1为O、S或NR；
[0010]所述的R1为H、烷基、取代烷基、环烷基、芳基或取代芳基；
[0011]所述的R2为烷基、取代烷基、环烷基、芳基或取代芳基；
[0012]所述的取代烷基、取代芳基中的取代基为卤素、CN、C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基、三氟甲基中的至少一种。
[0013]本专利技术提供了一种全新三维共轭结构的化合物，且所述化合物具有集成的电荷迁
移性质，具有优异的传输效率。
[0014]本专利技术中，所述的分子结构以及基团的控制是协同改善其传输效率，改善其光电材料应用性能的关键。
[0015]本专利技术中，所述的烷基为C1‑
C
24
的烷基；优选为C1‑
C6的直链或支链烷基。
[0016]所述的取代烷基为在C1‑
C
24
优选为C1‑
C6的碳链上带有一个及以上取代基的取代烷基；
[0017]所述的芳基为苯基、五元杂环芳基、六元杂环芳基、通过苯环、五元杂环芳基、六元杂环芳基中的任意两个及以上的芳香环并和形成的稠环或者稠杂环基；
[0018]优选地，所述的芳基为苯基；
[0019]优选地，所述的取代芳基为在芳香环上带有一个及以上取代基的取代芳基；优选为取代苯基；
[0020]优选地，取代烷基、取代芳基中的取代基为C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基或卤素中的至少一种。
[0021]优选的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，所述的X1为O或S；
[0022]所述的R1为H；
[0023]所述的R2为苯基或取代苯基；所述的取代苯基为C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基、卤素、CN中的至少一个取代基取代的苯基。
[0024]本专利技术所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，具备刚性的π共轭骨架和较强的分子间相互作用以及低的LUMO能级。此外，其具有n型半导体的典型特征，其在薄膜上的电子传输效率为1.49
×
10
‑3cm2V
‑1s
‑1。
[0025]本专利技术还提供了所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料的制备方法，通过式2化合物、烷基锂、硼源和R2MgX(格氏试剂)进行关环反应制得；
[0026][0027]所述的式2中，X1和R1的选取范围同式1；
[0028]所述的X为卤素；
[0029]所述的R2MgX中的R2选取范围同式1。
[0030]本专利技术研究发现，采用式2在烷基锂以及格氏试剂联合体系下进行关环反应，如此可以一步制备得到所要求的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，并有助于改善制备的收率和纯度。
[0031]本专利技术中，所述的烷基锂为C1～C6的直链或支链烷基锂，优先为丁基锂；
[0032]优选地，所述的硼源为BBr3、BCl3、BF3中的至少一种；
[0033]优选地，式2中，所述的X优选为Br。
[0034]优选地，所述的R2MgX中，所述的X为Cl、Br或I。
[0035]优选地，式2化合物、烷基锂、硼源和R2MgX的摩尔比为1:2～2.5:2～2.5:4～7；进一步优选为1:2.1～2.3:2.1～2.3:5.5～6.5。
[0036]作为优选，预先将式2化合物、烷基锂、硼源进行第一段混合后进行第一段反应，随
后和R2MgX进行第二段混合后再进行第二段反应；
[0037]其中，第一段混合和第二段混合阶段的温度小于或等于4℃，例如为
‑
4～4℃；
[0038]第一段反应的温度为100～140℃，优选为105～125℃；
[0039]第二段反应的温度为15～40℃，优选为20～35℃；
[0040]各段的反应时间可根据TLC中控确定。例如，第一段反应的时间为2～8h；第二段反应的时间为0.5～2h。
[0041]优选地，反应阶段的溶剂为氯苯、甲苯、邻二甲苯中的至少一种；
[0042]优选地，关环反应在无水、无氧条件下进行。
[0043]本专利技术中，所述的式2可基于已知的卤化反应制备。例如本专利技术中，所述的
[0044]式2通过式3化合物和卤化试剂进行卤代反应制备：
[0045][0046]所述的式3中，X1和R1的选取范围同式1；
[0047]优选地，所述的卤化试剂为液溴。本专利技术中，采用液溴，有助于高效成功制备目标产物。
[0048]优选地，所述的卤代反应的溶剂为DCM、四氯化碳、DMF和氯仿中的至少一种；
[0049]优选地，式3化合物和卤化试剂的摩尔比为1:2～8；优选为1:2～2.2；
[0050]优选地，卤化反应的温度为15～35℃。
[0051]本专利技术中，所述的式3可基于常规的偶联反应如铃木偶联制备。例如，所述的式3通过式4和式5进行Suzuki偶联反应制备：
[0052][0053]式4中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，其特征在于，其具有式1结构式：式1中，所述的X1为O、S或N；所述的R1为H、烷基、取代烷基、环烷基、芳基或取代芳基；所述的R2为烷基、取代烷基、环烷基、芳基或取代芳基；所述的取代烷基、取代芳基中的取代基为卤素、CN、C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基、三氟甲基中的至少一种。2.如权利要求1所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，其特征在于，所述的烷基为C1‑
C
24
的烷基；所述的取代烷基为在C1‑
C
24
的碳链上带有一个及以上取代基的取代烷基；所述的芳基为苯基、五元杂环芳基、六元杂环芳基、通过苯环、五元杂环芳基、六元杂环芳基中的任意两个及以上的芳香环并和形成的稠环或者稠杂环基；优选地，所述的芳基为苯基；优选地，所述的取代芳基为在芳香环上带有一个及以上取代基的取代芳基；优选为取代苯基；优选地，取代烷基、取代芳基中的取代基为C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基或卤素中的至少一种。3.如权利要求1所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料，其特征在于，所述的X1为O或S；所述的R1为H；所述的R2为苯基或取代苯基；所述的取代苯基为C1‑
C6的烷基、C1‑
C6的烷氧基、卤素、CN中的至少一个取代基取代的苯基。4.一种权利要求1～3任一项所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料的制备方法，其特征在于，通过式2化合物、烷基锂、硼源和R2MgX进行关环反应制得；所述的式2中，X1和R1的选取范围同式1；所述的X为卤素；所述的R2MgX中的R2选取范围同式1。5.如权利要求4所述的双硼嵌入多环芳烃功能分子材料的制备方法，其特征在于，所述的烷基锂为C1～C6的直链或支链烷基锂，优先为丁基锂；优选地，所述的硼源为BBr3、BCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾泽兵，王小峰，黄婷婷，姚奕帆，谢胜，
申请(专利权)人：湖南大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：