一种硼氮掺杂多环芳烃化合物及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种硼氮掺杂多环芳烃化合物及其合成方法，涉及有机合成技术领域。本发明专利技术是以邻溴硝基苯为原料，先与乙烯基溴化镁发生Bartoli反应合成7

【技术实现步骤摘要】
一种硼氮掺杂多环芳烃化合物及其合成方法


[0001]本专利技术属于有机合成
，具体涉及一种硼氮掺杂多环芳烃化合物及其合成方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，杂原子掺杂多环芳烃(PAHs)的研究引起了广泛的兴趣。各种掺有杂原子的共轭芳烃层出不穷。特别是硼掺杂的多环芳烃(B
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PHAs)，众所周知，硼原子有一个空的p轨道，这使得硼原子可以与其他富电子的杂原子结合，能够在分子内产生电荷的移动。因此，就会产生与全碳的共轭体系完全不同的光电物理性质，从而大大提高了有机光电器件的性能(Mikinori Ando.；Mika Sakai.；Naoki Ando.；Masato Hirai and Shigehiro Yamaguchi.Org.Biomol.Chem.2019,17,500
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5504.)。如今含硼π体系在药物化学和有机材料化学中有着广泛的应用。硼掺入的设计策略已被广泛用于多环芳烃的π共轭的扩展和电子结构的调制，在催化、阴离子结合、可调谐发光、和光电子器件材料设计中。但是硼原子不稳定，它的空p轨道也极易受到亲核试剂的进攻，因此，在设计合成含硼类的共轭芳烃时，常常引入空间位阻较大的基团来稳定硼原子，或者将N引入含硼π体系，形成B
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N键，也可以增加整个体系的稳定性。
[0003]近年来，芳香族化合物中的C＝C键被B
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N键取代从而构筑BN芳烃，引起了人们的极大兴趣。BN芳烃尽管保持了平面结构和芳香性，但也显著地影响其电子性质。这种CC/BN异构体已被利用在药物化学和用于催化的配体的设计中，主要兴趣在于材料科学领域。而且，BN
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多环芳烃(BN
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PAHs)已被应用于设计新型光电材料，如有机场效应晶体管(OFETS)、有机光伏器件(OPVS)以及有机发光二极管(OLEDS)。
[0004]芘作为多环芳烃族的一员，其荧光效率、载流子迁移率以及激基缔合物发射效率较高，并具有富电子性、大环共轭、易于化学修饰以及结晶性好等特点。芘在溶液中表现出强的蓝色荧光，高的量子产率以及优异的光学性能，芘及其衍生物的荧光性质已被用于客体分子以及微环境等的检测。1837年，Laurent在煤焦油干馏后的残留物中首次发现了芘随后，Graebe采用CS2萃取法以此实现对芘的分离；1913年，Weitzenbock等以二甲苯为原料，首次发现了有效合成芘的方法，为科学家对芘及其衍生物的研究奠定了基础。硼氮掺杂多环芳烃类化合物的合成最早是在1958年，Dewar课题组首次报道了硼氮掺杂芳烃的合成，他们利用邻乙烯基苯胺与三氯化硼在过量三氯化铝催化下通过Friedel
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Crafts反应合成第一个9，10
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硼氮杂菲及其衍生物。Dewar课题组于1960年以及1964年相继发表了第一例双硼氮杂掺杂芘以及单边硼氮掺杂的芘的合成方法，与其报道的硼氮杂菲的合成方法类似。Piers课题组在2007年报道了以BN单元为中心结构的芘类芳烃的合成方法。研究表明硼氮掺杂芳烃和全碳结构芳烃的性质截然不同。BN芳烃更容易被还原，而且荧光光谱会发生明显红移。2015年，王苏宁研究小组与Gong小组和Lu小组合作,采用光催化或电催化的策略合成了双硼氮掺杂的芘类化合物，并将它们作为发光层成功组装了有机发光器件。
[0005]随着研究人员的不断努力，专利技术了很多简便的合成方法，而且在研究过程中发现
硼氮掺杂可以有效的调节芳香体系的光电物理性质，硼氮掺杂的多环共轭芳烃成功引起了人们的研究兴趣，这类化合物的独特光电性质和超分子性能在有机光电材料、能量存储、场发射等领域有很好的应用价值，在有机半导体器件领域(如OFETS、OPVS以及OLEDS)的实际应用也受到了关注，由于其独特的性质，对未来太阳能的应用和光催化等领域的发展也有重要意义。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的是提供一种硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，该合成方法为获得更加高效的有机光电材料提供更多的合成方案。
[0007]本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0008]一种硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，具体合成路线如下：
[0009][0010][0011]式中，R1为烷基，芳基(苯环、噻吩环、呋喃环、吡咯、吡啶、苯并噻吩、苯并呋喃、苯并吡咯、苯并吡啶、萘环、蒽环、非那烯、并四苯、芘、线性或者有角度的并五苯、并六、茚、芴等)。其中本专利技术所述化合物5的结构式包括但不限于如下结构式：
[0012][0013][0014]本专利技术所述硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，包括以下步骤：
[0015]S1、以邻溴硝基苯为原料，与乙烯基溴化镁在有机溶剂中发生Bartoli反应合成7
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溴代吲哚；
[0016]S2、将所述7
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溴代吲哚在金属催化剂作用下，先与联硼酸频哪醇酯进行偶联反应，然后再加入7
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溴代吲哚(即化合物2)进行二次偶联反应，形成吲哚的二聚体；
[0017]S3、将所述吲哚二聚体与二叔丁基二碳酸酯进行反应，得到单Boc的吲哚二聚体；
[0018]S4、将所述单Boc的吲哚二聚体与三氯化硼进行硼氢化反应得到含硼中间体；
[0019]S5、将所述含硼中间体与格式试剂反应得到硼氮掺杂多环芳烃化合物。
[0020]优选的，步骤S1所述的有机溶剂为四氢呋喃，所述Bartoli反应是在氮气保护下于
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40～50℃温度下搅拌40～60min。
[0021]优选的，步骤S1中邻溴硝基苯与乙烯基溴化镁的摩尔比为1:3.0～3.2。
[0022]优选的，步骤S2所述金属催化剂为1,1
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双二苯基膦二茂铁二氯化钯或四(三苯基膦)钯。
[0023]优选的，步骤S3中所述吲哚二聚体与二叔丁基二碳酸酯的摩尔比为1:1.1～1.5。
[0024]优选的，步骤S4中所述单Boc的吲哚二聚体与三氯化硼的摩尔比为1：3.0～4.0。
[0025]优选的，步骤S4所述硼氢化反应的温度为100～120℃，反应时间为10～15h。
[0026]本专利技术将制备的硼氮掺杂多环芳烃化合物(即化合物5)进行如下反应，并获得化合物7，具体合成路线如下：
[0027][0028][0029]其中R2为烷基，芳基(苯环、噻吩环、呋喃环、吡咯、吡啶、苯并噻吩、苯并呋喃、苯并吡咯、苯并吡啶、萘环、蒽环、非那烯、并四苯、芘、线性或者有角度的并五苯、并六、茚、芴等)。其中R2，也可以为单个取代卤素原子X：F、Cl、Br、I。本专利技术所述化合物7的包括但不限于如下结构式：
[0030][0031][0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]本专利技术提供了一种硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成路线。本专利技术的合成方法具有反应路径较短，操作方法简单，反应条件温和的特点。同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼氮掺杂多环芳烃化合物，其特征在于，包括如下结构式中的一种：式中，R1为烷基，芳基；R2为烷基，芳基、F、Cl、Br、I。2.根据权利要求1所述硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，其特征在于，所述合成路线如下：3.根据权利要求2所述硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以邻溴硝基苯为原料，与乙烯基溴化镁在有机溶剂中发生Bartoli反应合成7
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溴代吲哚；S2、将所述7
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溴代吲哚在金属催化剂作用下，先与联硼酸频哪醇酯进行偶联反应，然后再添加7
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溴代吲哚进行二次偶联反应，形成吲哚的二聚体；S3、将所述吲哚二聚体与二叔丁基二碳酸酯进行反应，得到单Boc的吲哚二聚体；S4、将所述单Boc的吲哚二聚体与三氯化硼进行硼氢化反应得到含硼中间体；S5、将所述含硼中间体与格式试剂反应得到硼氮掺杂多环芳烃化合物。4.根据权利要求3所述的硼氮掺杂多环芳烃化合物的合成方法，其特征在于，步骤S1所述的有机溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭光，李文龙，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：