发明内容
发明人以平面刚性的蒽分子为核,在其9,10位引入多种二炔基基团来提高溶解性和分子的自组装能力,以实现固态下强的相互作用,获得了可以溶液加工的新型高迁移率齐聚物材料。
本发明的目的之一是提供以9,10-二炔蒽为构造单元的系列可溶性齐聚物。
本发明的目的之二是提供以9,10-二炔蒽为构造单元的系列可溶性齐聚物的制备方法。
本发明提供的以9,10-二炔蒽为构造单元系列可溶性齐聚物具有如下结构:
其中R1和R2为CmH2m+1,其中m=6-12,并且R1和R2具有以下关系:R1=R2或R1≠R2。不同重复单元的R1或R2基团可以相同,也可以不同。
以9,10-二炔蒽为构造单元的系列可溶性齐聚物的制备方法,其步骤和条件如下:
I.偶联单体的制备:
①根据已有技术(Angew.Chem.Int.Et.)2003,42,1159)合成2-溴代蒽醌及2,6-二溴代蒽醌:具有气体释放装置的反应器中加入无水溴化铜,亚硝酸特丁酯和无水乙腈后升温至65℃,分批加入2-氨基蒽醌或2,6-二氨基蒽醌,待无气体放出后,混合物温度降至室温,倒入6M盐酸中,生成大量沉淀,收集沉淀,水和乙醇洗涤后干燥,经升华后得到黄色的2-溴代蒽醌或2,6-二溴代蒽醌;
②制备9,10-二炔蒽的单溴及双溴的衍生物(在2-溴代蒽醌或2,6-二溴代蒽醌的9,10位引入炔基基团):在无水、无氧的惰性气氛下,将反应所需炔类原料溶解在四氢呋喃中,冰水浴冷却,滴加正丁基锂,升至室温,搅拌1小时,加入2-溴代蒽醌或2,6-二溴代蒽醌,室温反应5小时,反应后混合物倒入水中,石油醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,无水硫酸镁干燥。去除溶剂后,固体物质溶解在四氢呋喃中,将其滴入氯化锡的50%乙酸溶液中,室温反应12-24小时。反应混合物倒入水中,用乙醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,有机层用无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚为淋洗剂色谱柱分离,石油醚重结晶得到2-溴-9,10-二炔蒽或2,6-二溴-9,10-二炔蒽;
③制备9,10-二炔蒽的单硼酸酯及双硼酸酯的衍生物:
在无水、无氧的惰性气氛下,将2-溴-9,10-二炔蒽或2,6-二溴-9,10-二炔蒽溶解在四氢呋喃中,以溴原子的摩尔量为配比标准,其浓度为0.05-0.20mol/L,冷却至-40--78℃之间,滴加1.05-1.20倍溴原子摩尔量的正丁基锂,搅拌0.5-1小时,在此温度范围内滴加1.2-1.4倍溴原子摩尔量的2-异丙基-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,升至室温,搅拌12-24小时,反应结束后,向反应物中加入水,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱分离,得到相应的硼酸酯产物:2-(9,10-二炔蒽)-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷或2,6-(9,10-二炔蒽)-双-4,4,5,5 -四甲基-[1,3,2]二噁硼烷;
④制备9,10-二炔蒽单溴二聚体衍生物:
采用Suzuki偶联反应,在无水无氧惰性气氛下,将②中得到的2,6-二溴-9,10-二炔蒽和③中得到的2-(9,10-二炔蒽)-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,以硼酸单元的摩尔量为配比标准,配成浓度为0.05-0.10mol/L的四氢呋喃溶液,加入1-2%硼酸单元摩尔量的四(三苯基膦)合钯,6-10倍硼酸单元摩尔量的碳酸氢钠,经脱氧处理的水加入到反应器中,该水体积为四氢呋喃的1/2-1/5,回流12-24小时。反应后的混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱分离,得到2-溴-9,10,9’,10’-四炔基-6,2’-二联蒽。
通过上述四种反应,我们分别得到了9,10-二炔蒽的单溴,双溴,单硼酸酯,双硼酸酯以及单溴二聚体衍生物。
II.齐聚物的制备:
①一聚体的制备:以蒽醌为原料,制备方法同I中②所述;
②其他齐聚物的制备(二,三及五聚物):
a.二聚体的制备:采用Suzuki偶联反应,在无水无氧惰性气氛下,反应器中加入I中②得到的2-溴-9,10-二炔蒽和I中③得到的2-(9,10-二炔蒽)-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,以溴原子的摩尔量为配比标准,配成浓度为0.05-0.10mol/L的四氢呋喃溶液,加入1-2%溴原子摩尔量的四(三苯基膦)合钯,5-16倍溴原子摩尔量的碳酸氢钠,经脱氧处理的水加入到反应瓶中,其体积为四氢呋喃的1/2-1/3,回流12-24小时。反应后的混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱分离得到二聚体产物;
b.三聚体的制备:反应物为I中②得到的2-溴-9,10-二炔蒽和I中③得到的2,6-(9,10-二炔蒽)-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,碳酸氢钠,四(三苯基膦)合钯,四氢呋喃,经除氧处理的水,反应投料比和反应条件同二聚体制备。将反应后得到沉淀用大量水洗涤,真空干燥后,经氯仿或者石油醚/氯仿重结晶,得到三聚体产物;
c.五聚体制备:反应物为I中④得到的2-溴-9,10,9’,10’-四炔基-6,2’-二联蒽和I中③得到的2,6-(9,1 0-二炔蒽)-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,碳酸氢钠,四(三苯基膦)合钯,四氢呋喃,经除氧处理的水,反应投料比和反应条件同二聚体制备。产物提纯方法同三聚体的制备,得到五聚体。
本发明的有益效果如下:
本发明的方法制备的以9,10-二炔蒽为构造单元的一系列可溶性聚物,作为有源层通过溶液加工(旋涂)的方法成功地应用于有机场效应晶体管器件上,获得场致迁移率为(3.0-5.0)×10-3cm2V-1s-1的器件。
具体实施方式:
实施例1:2-溴-9,10-二(1-辛炔)蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,向100ml三口瓶中加入4.80ml的1-辛炔,50ml四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入20ml的1.60mol/L的正丁基锂,撤去冰水浴,室温搅拌1小时,加入3.20g的2-溴蒽醌,在室温继续搅拌5小时。反应混合物倒入水中,石油醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,有机层用无水硫酸镁干燥。去除溶剂后,固体物质溶解在20ml四氢呋喃中,将其滴入含12.6g氯化锡的50%乙酸溶液50ml中,搅拌过夜。反应混合物倒入水中,用乙醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,有机层用无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚为淋洗剂色谱柱分离,用石油醚重结晶得到3.30g的2-溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,产率63%。
实施例2:2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入2.40ml的1-辛炔,50ml四氢呋喃,5.70ml的2.80mol/L的正丁基锂,2.00g的2,6-二溴蒽醌,二水合氯化锡6.17g(溶解于50%的乙酸溶液30ml中)。反应混合物倒入水中用乙醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,有机层用无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚为淋洗剂色谱柱分离,得到1.68g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,产率55%。
实施例3:2,6-二溴-9,10-二(1-癸炔)蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入3.80ml的1-癸炔,80ml四氢呋喃,3.80ml的2.80mol/L的正丁基锂,3.00g的2,6-二溴蒽醌,二水合氯化锡9.25g(溶解于50%的乙酸溶液60ml中)。反应混合物倒入水中乙醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,有机层用无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚为淋洗剂色谱柱分离,得到2.73g的2,6-二溴-9,10-二(1-癸炔)蒽,产率55%。
实施例4:2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入1.13g的2-溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,40ml四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却20分钟,缓慢滴加0.90ml的2.80mol/L的正丁基锂,此温度下搅拌1小时,此温度下滴加0.60ml的2-异丙基-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,然后升至室温搅拌过夜。反应后混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,有机层无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱(石油醚∶二氯甲烷=4∶1)分离,得到1.10g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,产率89%。
实施例5:2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入2.40g的2-溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,25ml四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却20分钟,缓慢滴加2.20ml的2.80mol/L的正丁基锂,此温度下搅拌0.5小时,此温度下滴加1.40ml的2-异丙基-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,然后升至室温搅拌过夜。处理过程同实施例4,得到2.00g 2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,产率77%。
实施例6:2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.50g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,20ml四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却20分钟,滴加0.75ml的2.80mol/L正丁基锂,此温度下搅拌1小时,此温度下滴加0.50ml的2-异丙基-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,然后升至室温搅拌过夜。反应后混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,有机层无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱(石油醚∶二氯甲烷=4∶1)分离,然后用石油醚重结晶得到0.30g的2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,产率51%。
实施例7:2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入1.50g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)蒽,25ml四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却20分钟,滴加2.30ml的2.50 mol/L正丁基锂,此温度下搅拌1小时,此温度下滴加1.40ml的2-异丙基-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,然后升至室温搅拌过夜。处理过程同实施例6,得到0.70g 2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,产率40%。
实施例8:2-溴-9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-6,2’-二联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入1.00g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)-蒽,1.59g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,40mg的四(三苯基膦)合钯,40ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,有机层无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱(石油醚∶二氯甲烷=10∶1)分离,得到0.80g的2-溴-9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-6,2’-二联蒽,产率48%。
实施例9:2-溴-9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-6,2’-二5联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入1.49g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)-蒽,1.50g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,20mg的四(三苯基膦)合钯,20ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。处理过程同实施例8,得到0.65g 2-溴-9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-6,2’-二联蒽,产率40%。
实施例10:2-溴-9,10-二(1-癸炔)-9’,10’-二(1-辛炔)-6,2’-二蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.80g的2,6-二溴-9,10-二(1-癸炔)-蒽,1.40g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,0.80g的碳酸氢钠,25mg的四(三苯基膦)合钯,30ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱(石油醚∶二氯甲烷=10∶1)分离,得到0.80g的2-溴-9,10-二(1-癸炔)-9’,10’-二(1-辛炔)-6,2’-二蒽,产率59%。
实施例11:2-溴-9,10-二(1-癸炔)-9’,10’-二(1-辛炔)-6,2’-二蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.50g的2,6-二溴-9,10-二(1-癸炔)-蒽,0.90g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,0.85g的碳酸氢钠,25mg的四(三苯基膦)合钯,10ml四氢呋喃,5ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。处理过程同实施例10,得到0.44g 2-溴-9,10-二(1-癸炔)-9’,10’-二(1-辛炔)-6,2’-二蒽,产率50%。
实施例12:9,10-二(1-辛炔)蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入2.00ml的1-辛炔,30ml四氢呋喃,5.00ml的2.80mol/L的正丁基锂,1.00g的蒽醌,二水合氯化锡5.40g(50%的乙酸溶液30ml。反应混合物倒入水中乙醚萃取,饱和食盐水洗涤有机层,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,用石油醚重结晶得到1.64g的9,10-二(1-辛炔)蒽,产率89%。
实施例13:9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-2,2’-二联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.80g的2-溴-9,10-二(1-辛炔)-蒽,0.88g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,25mg的四(三苯基膦)合钯,30ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的混合物倒入水中,二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,有机层无水硫酸镁干燥,去除溶剂后色谱柱(石油醚∶二氯甲烷=10∶1)分离,得到0.85 g的9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-2,2’-二联蒽,产率65%。
实施例14:9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-2,2’-二联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,50ml三口瓶中加入0.50g的2-溴-9,10-二(1-辛炔)-蒽,0.50g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,0.84g的碳酸氢钠,25mg的四(三苯基膦)合钯,10ml四氢呋喃,5ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。处理过程同实施例13,得到0.40g 9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-2,2’-二联蒽,产率50%。
实施例15:9,10,9’,10’,9”,10”-六(1-辛炔)-2,2’,6’,2”-三联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入1.55g的2,6-二溴-9,10-二(1-辛炔)-蒽,0.66g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.20g的碳酸氢钠,33mg的四(三苯基膦)合钯,50ml的四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的沉淀过滤,连续用大量的水,石油醚洗涤,真空干燥,得到0.50g的9,10,9’,10’,9”,10”-六(1-辛炔)-2,2’,6’,2”-三联蒽,产率49%。
实施例16:9,10,9”,10”-四(1-辛炔)-9’,10’-二(1-癸炔)-2,2’,6’,2”-三联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.80g的2,6-二溴-9,10-二(1-癸炔)-蒽,0.42g的2-(9,10-二(1-辛炔)蒽-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,18mg的四(三苯基膦)合钯,20ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的沉淀过滤,连续用大量的水,石油醚洗涤,真空干燥,用石油醚/氯仿重结晶得到0.53g的9,10,9”,10”-四(1-辛炔)-9’,10’-二(1-癸炔)-2,2’,6’,2”-三联蒽,产率60%。
实施例17:9,10,9’,10’,9”,10”,9’”,10’”,9’”,10””-十(1-辛炔)五联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.63g的2-溴-9,10,9’,10’-四(1-辛炔)-6,2’-二蒽,0.21g的2-(2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽)-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,20mg的四(三苯基膦)合钯,20ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。反应后的的沉淀过滤,连续用大量的水,石油醚洗涤,真空干燥,经氯仿重结晶得到0.35g的9,10,9’,10’,9”,10”,9’”,10’”, 9””,10””-十(1-辛炔)五联蒽,产率54%。
实施例18:9,10,9”,10”,9””,10””-六(1-辛炔)-9’,10’,9’”,10’”-四(1-癸炔)-2,2’,6’,2”,6”,2’”,6’”,2””-五联蒽的合成:
无水无氧氩气氛下,100ml三口瓶中加入0.67g的2-溴-9,10-二(1-癸炔)-9’,10’-二(1-辛炔)-6,2’-二联蒽,0.21g的2-(2,6-(9,10-二(1-辛炔)蒽)-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷,1.00g的碳酸氢钠,12mg的四(三苯基膦)合钯,20ml四氢呋喃,10ml经除氧处理的水,混合物加热至回流。将反应后的沉淀过滤,连续用大量的水洗涤,真空干燥,用石油醚/氯仿重结晶得到0.38g的9,10,9”,10”,9””,10””-六(1-辛炔)-9’,10,9’”,10’”-四(1-癸炔)-2,2’,6’,2”,6”,2’”,6’”,2””-五联蒽,产率56%。
实施例19:将得到的五聚体(9,10,9”,10”,9””,10””-六(1-辛炔)-9’,10’,9’”,10’”-四(1-癸炔)-2,2’,6’,2”,6”,2’”,6’”,2””-五联蒽)经溶液旋涂成膜,制备了有机场效应晶体管器件,性能如下:迁移率为(3.0-5.0)×10-3cm2V-1s-1,电流开关比>104。