CN101230126A - 以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以9,10-二芳基蒽为重复单元的系列可溶性共轭聚合物及其制备方法。本发明以刚性平面性较好的蒽为核心,在其9,10位引入多种芳香基团,以此来提高溶解性和实现对分子光电性能的调控,成功的获得系列以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物。将本发明方法制备的聚合物作为发光层通过溶液加工(旋涂)的方法成功地应用于有机发光二极管器件上,发光效率0.8cd/A,最大亮度2498cd/m2,色坐标(0.27,0.53)。将本发明方法制备的聚合物作为有源层通过溶液加工(旋涂)的方法成功地应用于场效应晶体管上,场致迁移率介于10-5-10-1cm2/V.s。
Description
技术领域
本发明属于光电子材料技术领域,涉及以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物及其制备方法。
技术背景
有机半导体材料在发光二极管、场效应晶体管、光伏器件等塑基光电器件中作为活性层的应用受到极大关注。继有机发光二极管之后,有机场效应晶体管和有机光伏电池等领域又成为新的研究热点。与传统的无机半导体材料器件相比,有机半导体材料作为活性层的器件具有低成本、可实现大面积制备以及可与柔性基底集成等优势,在平板显示驱动电路及低成本记忆元件(如身份识别卡、商品价格签等)以及低成本,高效率的太阳能电池等领域中具有潜在的应用。
可溶液加工的材料较真空蒸镀型材料更能体现有机材料低加工温度和加工成本的优势。目前已有较多研究和应用的可溶液加工的共轭聚合物材料体系主要有聚苯类,聚对苯乙烯撑类以及以噻吩为构造单元的聚合物(参考文献:1(a)Friend,R.H.Gymer,R.W.Holmes,A.B.Burroughes,J.H.Marks,R.N.Taliani,C.Bradley,D.D.C.Dos Santos,D.A.Bredas,J.L.Lgdlund,M.Salaneck,W.R.Nature1999,397,121-128.(b)Kraft,A.Grimsdale,A.C.Holmes,A.B.Angew.Chem.Int.Ed.1998,37,402-428.(c)Neher,D.Macromol.RapidCommun.2001,22,1366-1385.(d)List,E.J.W.Guentner,R.deFreitas,P.S.Scherf,U.Adv.Mater.2002,14,374-378.(e)Scherf,U.List,E.J.W.Adv.Mater.2002,14,477-487.2(a)Akcelrud,L.Prog.Polym.Sci.2003,28,875-962.(b)Zhang,M.Tsao,H.N.Pisula,W.Yang,C.Mishra,A.K.Müillen,K.J.Am.Chem.Soc.2007,129,3472-3473.(c)McCulloch,I.Heeney,M.Baileyk,C.Genevicius K.Macdonald,I.Shkunov,M.Sparrowe,D.Tierney,S.Wagner,R.Zhang,W,;Chabinye,M.L.Kline,R.J.McGehee,M.Toney,M.F.Nat.Mater.2006,5,328-333.(d)Ong,B.S.Wu,Y.W.Liu,P.Gardner,S.J.Am.Chem.Soc.2004,126,3378-379.(e)Li,Y.Wu,Y;Liu,P.Birau,M.Pan,H.Ong,B.S.Adv.Mater.2006,18,3029-3032.(f)Heeney,M.Balley,C.Geneviclus,K.Schkunov,M.Sparrowe,D.Tierney,S.McCulloch,L.J.Am.Chem.Soc.2004,127,1078-1079.)。其中在发光二极管领域有主要应用的是聚苯类(如聚芴)和聚对苯乙烯撑类材料;高迁移率和有机太阳能电池材料则集中在以噻吩为基本单元的聚合物材料。总的来说,可选择的共轭聚合物材料体系仍然比较匮乏,因此由新重复单元构成的可溶性共轭聚合物材料体系的开发和应用对有机半导体材料的进一步发展和应用具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物。其成功的应用于光电领域。
本发明的目的之二是提供以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物的制备方法。
本发明提供的以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物具有如下结构式:
式中,取代基Ar为芳香基团或者为芳基乙炔基团,其中芳香基团为:
以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物的制备方法,其步骤和条件如下:
I.聚合单体的制备
1)单体取代基的制备
合成烷基苯乙炔和烷氧基苯乙炔:
首先,1-溴-4-烷基苯和1-溴-3,4-二烷氧基苯分别在是各自溴原子摩尔数3%的碘化亚铜,各自溴原子摩尔数6%的二三苯基磷二氯化钯共同作用下,通过Sonogashira反应分别和各自溴原子摩尔数1.2-1.5倍的2-甲基-3-丁炔-2-醇偶联,然后分别在是炔醇摩尔数的5倍氢氧化钠作用下脱掉羟基,分别得到目标物烷基苯乙炔和烷氧基苯乙炔;
①合成4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯乙炔:
将1-溴乙基-4-碘苯转变为二乙基,4-碘苯基磷酸酯;
另外,1-溴-4-烷氧基苯,在-40℃--78℃下,滴加正丁基锂摩尔数是1-溴-4-烷氧基苯溴原子摩尔数1.10倍的正丁基锂的正己烷溶液,正丁基锂的正己烷溶液的浓度为2.5mol/L,搅拌1小时,在此温度范围内滴加1-溴-4-烷氧基苯溴原子摩尔量1.2倍的N,N-二甲基甲酰胺,反应得到3,4-二烷氧基苯甲醛;
3,4-二烷氧基苯甲醛与摩尔数是3,4-二烷氧基苯甲醛的1.0-1.2倍的3,4-二烷氧基苯甲醛的二乙基,4-碘苯基磷酸酯通过Homer反应得到4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯;4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯通过Sonogashira反应和是碘原子摩尔数的1.2倍的三甲基硅乙炔偶联,然后在是硅炔基摩尔数2倍的碳酸钾作用下脱去三甲基硅后,得到4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯乙炔;
2)单体的制备
①2,6-二溴代蒽醌的9,10位引入二芳基基团,得到2,6-二溴-9,10-二芳基蒽:
反应分两步进行,第一步,无水无氧氩气氛下,把溴代芳基以溴原子为配比标准,芳基乙炔基以炔基摩尔数为配比标准,分别配制成摩尔浓度均为0.1-0.4mol/L的四氢呋喃溶液,冷却至-78℃-0℃,低温下分别滴加正丁基锂的摩尔数为溴代芳基的溴原子或芳基乙炔基的炔基摩尔数的0.9-1.0倍的正丁基锂的正己烷溶液,正丁基锂的正己烷溶液的浓度为2.5mol/L,搅拌0.5-1小时后,低温下分别加入是溴代芳基的溴原子或芳基乙炔基的炔基摩尔数的1/2.5-1/2.2倍的2,6-二溴蒽醌,撤去低温浴,室温反应6-8小时后,分别倒入水中,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,分别得到2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇和2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的粗产物;
2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的还原:将2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇粗产物溶解于四氢呋喃中,再滴到摩尔浓度为0.2-0.5mol/L的氯化亚锡的乙酸溶液中,其中乙酸体积浓度为50%,搅拌12-24小时后停止,经提纯后得到2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基蒽;
2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的还原:2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇和是2,6-二溴蒽醌摩尔数4-10倍的碘化钾,是2,6-二溴蒽醌摩尔数6-15倍的一水合次磷酸二氢钠均加入反应器,配制成2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇摩尔浓度为0.1mol/L冰醋酸溶液,将该溶液加热至回流反应40分钟后停止,经提纯后得到2,6-二溴-9,10-二芳基蒽;
②在无水、无氧的惰性气氛下,将2,6-二溴-9,10-二芳基蒽,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数3倍的乙酸钾,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数1.2倍的频哪醇酯合二硼,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数3%的二三苯基磷二氯化钯均加入反应器,配制成2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔浓度为0.03-0.05mol/L的甲苯/N,N-二甲基甲酰胺溶液,其中甲苯和N,N-二甲基甲酰胺的体积比是1∶2,该溶液于80℃反应24小时后冷却,过滤得滤饼,滤饼经重结晶后,得到聚合反应的单体9,10-二芳基蒽的双硼酸酯衍生物;
II.聚合物的制备
采用Suzuki聚合:在无氧的惰性气氛下,反应器中加入2,6-二溴-9,10-二芳基蒽和是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数的0.5-0.6倍的9,10-二芳基蒽双硼酸酯衍生物,配制成溴原子的摩尔浓度为0.01-0.05mol/L的四氢呋喃溶液,加入是溴原子摩尔数0.5-1%倍的四(三苯基膦)合钯和是溴原子摩尔数20-30倍的碳酸氢钠,加入体积为四氢呋喃体积的1/2的经脱氧处理的水,回流12-24小时,将是9,10-二芳基蒽双硼酸酯衍生物的摩尔数的2倍的封端剂溶解于无水无氧处理的四氢呋喃中,再注入反应器,继续反应12小时,反应后的混合物倒入水中,氯仿萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,甲醇中沉降,过滤得固体,经氯仿抽提后,用甲醇中沉降,过滤干燥,得到以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物;或者采用
Yamamoto聚合:在无水、无氧的惰性气氛下,反应器中加入是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽溴原子的摩尔数是溴原子的摩尔数1.1倍的Ni(COD)2,是溴原子的摩尔数1.1倍的环辛二烯,是溴原子的摩尔数1.1倍的2,2’-联吡啶均加入反应器,配制成溴原子摩尔浓度为0.2-0.5mol/L N,N-二甲基甲酰胺溶液,该溶液加热至80℃反应30分钟,将步骤I中的步骤2单体制备中步骤①中得到的2,6-二溴-9,10-二芳基蒽配制成溴原子的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L的甲苯溶液,加入到反应器中,在80℃反应36小时,把溴原子摩尔数4%的封端剂溶解于无水无氧处理的甲苯中,再注入反应器,在80℃继续反应12小时,反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液沉降,所述的浓盐酸质量浓度为36%-38%,过滤得到固体物,固体物再经氯仿抽提后甲醇中沉降,得到以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物。
有益效果:本发明以刚性平面性较好的蒽为核心,在其9,10位引入多种芳香基团,以此来提高溶解性和实现对分子光电性能的调控,成功的获得系列可溶液加工的以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物。该共轭聚合物材料,在电致发光、薄膜场效应晶体管和太阳能电池等光电子器件方面具有应用。将本发明方法制备的聚合物作为发光层通过溶液加工(旋涂)的方法成功地应用于有机发光二极管器件上,发光效率0.8cd/A,最大亮度2498cd/m2,色坐标(0.27,0.53)。将本发明方法制备的聚合物作为有源层通过溶液加工(旋涂)的方法成功地应用于场效应晶体管上,场致迁移率介于10-5-10-1cm2/V.s。
具体实施方式
实施例1:1-十二烷基-4-乙炔基苯的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL三口瓶中加入1-溴-4-十二烷基苯7.00g,碘化亚铜245mg,二三苯基磷二氯化钯453mg,三乙胺40mL和2-甲基-3-丁炔-2-醇2.71g后混合物加热至回流反应6小时后停止。反应后的混合物中存在大量沉淀,过滤,石油醚洗涤沉淀,收集滤液。滤液经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到微褐色的粘稠液体4-(4-十二烷基苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇4.36g,产率78.5%。
无水、无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入上述4-(4-十二烷基苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇1.50g,氢氧化钠0.912g和四氢呋喃10mL后,混合物加热至回流反应26小时停止。混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到1-十二烷基-4-乙炔基苯1.10g,产率88.7%。
实施例2:4-乙炔基-1,2-二辛氧基苯的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL三口瓶中加入1-溴-3,4-二辛氧基苯5.00g,碘化亚铜138mg,二三苯基磷二氯化钯255mg,三乙胺20mL和2-甲基-3-丁炔-2-醇1.32g后混合物加热至回流,反应6小时后停止。反应后的混合物中存在大量沉淀,过滤,石油醚洗涤沉淀,收集滤液。滤液经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到微褐色的粘稠液体4-(3,4-二辛氧基苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇4.47g,产率83.1%。
无水、无氧氩气氛下,100mL三口瓶中加入上述4-(3,4-二辛氧基苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇2.00g,氢氧化钠1.00g和四氢呋喃20mL后混合物加热至回流反应20小时停止。混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=8∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到4-乙炔基-1,2-二辛氧基苯1.38g,产率80.2%。
实施例3:4-乙炔基-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯的合成:
无水、无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入4-溴-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯2.00g,碘化亚铜55mg,二三苯基磷二氯化钯102mg,三乙胺7mL和2-甲基-3-丁炔-2-醇0.61g后混合物加热至回流,反应6小时后停止。反应后的混合物中存在大量沉淀,过滤,石油醚洗涤沉淀,收集滤液。滤液经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到微褐色的粘稠液体4-(3,4-二(2-乙基己氧基)苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇1.40g,产率70.0%。
无水、无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入上述4-(3,4-二(2-乙基己氧基)苯)-2-甲基-3-丁炔-2-醇产物1.16g,氢氧化钠1.00g和四氢呋喃10mL后混合物加热至回流反应20小时停止。混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到4-乙炔基-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯0.970g,产率97.4%。
实施例4:(反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯的合成:
无水、无氧氩气氛下,250mL Schlech瓶中加入4-溴-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯4.00g,50mL四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却,缓慢加入4.30mL的2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,此温度下搅拌45分钟后加入0.90mL N,N-二甲基甲酰胺,混合物温度升至室温后反应过夜。反应后的混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶二氯甲烷=2∶1为淋洗剂色谱柱分离得到3,4-二(2-乙基-己氧基)苯甲醛3.30g,产率94.0%。
无水、无氧氩气氛下,100mL三口瓶中加入(二-乙基,4-碘苯基)磷酸酯3.79g,3,4-二(2-乙基-己氧基)苯甲醛3.20g,60mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入22mL的1.00mol/L特丁醇钾的四氢呋喃溶液,混合物温度升至室温反应过夜。反应后的混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶二氯甲烷=10∶1为淋洗剂色谱柱分离得到(反)-4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯4.68g,产率93.6%。
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入(反)-4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯4.00g,二三苯基磷二氯化钯100mg,碘化亚铜53mg,64mL四氢呋喃和16mL三乙胺以及三甲基硅乙炔0.629g。混合物室温反应12小时后停止。反应后的混合物中存在大量沉淀,过滤,石油醚洗涤沉淀,收集滤液。滤液经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到微褐色的粘稠液体((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)三甲基硅产物3.53g,产率93.4%。
无水、无氧氩气氛下,三口瓶中加入上述((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)三甲基硅产物1.00g,碳酸钾0.519g和甲醇40mL以及二氯甲烷5mL后混合物室温反应2小时后停止。混合物倒入水中,乙醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶二氯甲烷=5∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到(反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯0.860g,产率99.3%。
实施例5:2,6-二溴-9,10-二(4-十二烷基苯基)蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,向100mL Schlech瓶中加入2.04g的1-溴-4-十二烷基苯,50mL四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却,缓慢加入2.4mL的2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,此温度下搅拌1小时,加入0.979g的2,6-二溴蒽醌,混合物温度逐渐升至室温搅拌过夜。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,以石油醚∶乙醚=8∶1为淋洗剂色谱柱分离,再经乙醇重结晶得到1.32g的2,6-二溴-9,10-二(4-十二烷基苯基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇,产率57.4%。
无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入2,6-二溴-9,10-二(4-十二烷基苯基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇1.32g,碘化钾1.73g,一水合次磷酸二氢钠1.73g和冰醋酸15mL。混合物加热至回流反应40分钟后停止。过滤得到的滤饼溶解在二氯甲烷中,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∶二氯甲烷=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,再经丙酮∶氯仿=5∶6重结晶得到1.12g的2,6-二溴-9,10-二(4-十二烷基苯基)蒽,产率50.9%。
实施例6:2,6-二溴-9,10-二(2-(6-十二烷氧基)萘基)蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,向100mL Schlech瓶中加入1.88g的2-溴-6-十二烷基萘,48mL四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却,缓慢加入1.90mL的2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,此温度下搅拌1小时,加入0.800g的2,6-二溴蒽醌,混合物温度逐渐升至室温搅拌过夜。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,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到2,6-二溴-9,10-二(2-(6-十二烷氧基)萘基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇1.52g,产率70.0%。.无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入2,6-二溴-9,10-二(2-(6-十二烷氧基)萘基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇0.680g,碘化钾1.00g,一水合次磷酸二氢钠1.00g和冰醋酸7mL。混合物加热至回流反应40分钟后停止。过滤得到得滤饼溶解在二氯甲烷中,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∶二氯甲烷=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,再经正己烷∶氯仿=5∶1重结晶得到2,6-二溴-9,10-二(2-(6-十二烷氧基)萘基)蒽0.400g,产率60.6%。
实施例7:2,6-二溴-9,10-二(2-(9,9’-二辛基-9氢)芴基)蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,向100mL Schlech瓶中加入2.82g的2-溴-9,9’-辛基芴,30mL四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却,缓慢加入2.4mL的2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,此温度下搅拌1小时,加入1.00g的2,6-二溴蒽醌,混合物温度逐渐升至室温搅拌过夜。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,以石油醚∶乙醚=4∶1为淋洗剂色谱柱分离,得到2,6-二溴-9,10-二(2-(9,9’-二辛基-9氢)芴基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇1.38g,产率44.1%。
无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入2,6-二溴-9,10-二(2-(9,9’-二辛基-9氢)芴基)-9,10-二氢蒽-9,10-二醇1.38g,碘化钾2.00g,一水合次磷酸二氢钠2.00g和冰醋酸12mL。混合物加热至回流反应40分钟后停止。过滤得到得滤饼溶解在二氯甲烷中,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∶二氯甲烷=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到2,6-二溴-9,10-二(2-(9,9’-二辛基-9氢)芴基)蒽0.900g的,产率66.2%。
实施例8:2,6-二溴-9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,向100mL Schlech瓶中加入3.17g的2-十二烷基噻吩,50mL四氢呋喃,干冰丙酮浴冷却,缓慢加入7.8mL的2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,此温度下搅拌1小时,加入2.00g的2,6-二溴蒽醌,混合物温度逐渐升至室温搅拌过夜。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,以石油醚∶乙醚=10∶1为淋洗剂色谱柱分离,再经乙醇重结晶得到2.86g的2,6-二溴-9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))-9,10-二氢蒽-9,10-二醇,产率60.0%。
无氧氩气氛下,50mL三口瓶中加入2,6-二溴-9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))-9,10-二氢蒽-9,10-二醇0.10g,碘化钾0.076g,一水合次磷酸二氢钠0.073g和冰醋酸2mL。混合物加热至回流反应40分钟后停止。过滤得到得滤饼溶解在二氯甲烷中,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0.062g的2,6-二溴-9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))蒽,产率69.0%。
实施例9:2,6-二溴-9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入1.01g的1-十二烷基-4-乙炔基苯,20mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入1.40mL的2.50mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,反应1小时后,加入0.54g的2,6-二溴蒽醌,室温反应8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,去除溶剂后得到粘稠固体。将固体溶解于四氢呋喃30mL中,滴至1.66g氯化亚锡的乙酸溶液(乙酸体积浓度为50%)30mL中,搅拌12小时后停止。反应后的混合物中有大量沉淀,过滤,滤饼经1M盐酸,蒸馏水,乙醇洗涤后干燥。再经氯仿重结晶后得到2,6-二溴-9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽红色固体1.00g,产率78.1%。
实施例10:9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入1.38g的1,2-二辛氧基苯-4-乙炔,20mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入1.50mL的2.50mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,反应1小时后,加入0.64g的2,6-二溴蒽醌,室温反应8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,去除溶剂后得到粘稠固体。将固体溶解于四氢呋喃30mL中,滴至1.97g氯化亚锡的乙酸溶液(乙酸体积浓度为50%)30mL中,搅拌12小时后停止。反应后的混合物中有大量沉淀,过滤,滤饼经1M盐酸,蒸馏水,乙醇洗涤后干燥。再经正己烷∶氯仿=5∶1重结晶后得到9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽桔红色固体1.00g,产率54.3%。
实施例11:9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入4.16g的1,2-二(2-乙基-己氧基)-4-乙炔基苯,30mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入4.60mL的2.50mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,反应1小时后,加入1.93g的2,6-二溴蒽醌,室温反应7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,去除溶剂后得到粘稠固体。将固体溶解于四氢呋喃50mL中,滴至5.90g氯化亚锡的乙酸溶液(乙酸体积浓度为50%)100mL中,搅拌15小时后停止。反应后的混合物中有大量红色粘稠物,静至后倒出大部分的液体,反应器底部的粘稠物溶解于乙醚中,经1M盐酸,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶二氯甲烷=5∶1为淋洗剂色谱柱分离得到9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽红色粘稠物4.03g的,产率73.0%。
实施例12:9,10-二((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)-2,6-二溴蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入0.90g的4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯,15mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入0.80mL的2.50mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,反应30分钟后,加入0.33g的2,6-二溴蒽醌,室温反应6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,去除溶剂后得到粘稠固体。将固体溶解于四氢呋喃15mL中,滴至1.97g氯化亚锡的乙酸溶液(乙酸体积浓度为50%)15mL中,搅拌18小时后停止。反应后的混合物中有大量红色粘稠物,静至后倒出大部分的液体,反应器底部的粘稠物溶解于乙醚中,经1M盐酸,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,以石油醚∶二氯甲烷=4∶1为淋洗剂色谱柱分离得到9,10-二((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)-2,6-二溴蒽红色固体0.46g,产率40.0%。
实施例13:2,6-二溴-9,10-二(2-十二烷基-5-噻吩乙炔基)蒽的合成:
无水、无氧氩气氛下,100mL Schlech瓶中加入1.22g的2-十二烷基-5-乙炔基噻吩,20mL四氢呋喃,冰水浴冷却,缓慢加入1.80mL的2.50mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,反应1小时后,加入0.70g的2,6-二溴蒽醌,室温反应8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,去除溶剂后得到粘稠固体。将固体溶解于四氢呋喃20mL中,滴至2.16g氯化亚锡的乙酸溶液(乙酸体积浓度为50%)30mL中,搅拌12小时后停止。反应后的混合物中有大量沉淀,过滤,滤饼经1M盐酸,蒸馏水,乙醇洗涤后干燥。再经氯仿重结晶后得到2,6-二溴-9,10-二(2-十二烷基-5-噻吩乙炔基)蒽的合成蒽红色固体1.10g,产率64.7%。
实施例14:2,6-(9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二硼烷的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,将2,6-二溴-9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽0.900g,乙酸钾0.606g,频哪醇酯合二硼0.576g,二三苯基磷二氯化钯45mg和甲苯23mL,N,N-二甲基甲酰胺46mL加入反应瓶中。于80℃反应24小时后停止。反应后的混合物至于冰箱内冷冻后,析出大量固体,过滤,收集滤饼,经大量蒸馏水洗涤后干燥。再经丙酮∶氯仿=1∶1重结晶后得到目标产物0.50g,产率50.2%。
实施例15:2,6-(9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二硼烷的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,将9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽1.30g,乙酸钾0.730g,频哪醇酯合二硼0.692g,二三苯基磷二氯化钯61mg和甲苯20mL,N,N-二甲基甲酰胺40mL加入反应瓶中。于80℃反应24小时后停止。反应后的混合物至于冰箱内冷冻后,析出大量固体,过滤,收集滤饼,经大量蒸馏水洗涤后干燥。再经丙酮重结晶后得到目标产物0.950g,产率66.9%。
实施例16:2,6-(9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二硼烷的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,将9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽0.900g,乙酸钾0.624g,频哪醇酯合二硼0.592g,二三苯基磷二氯化钯52mg和甲苯14mL,N,N-二甲基甲酰胺28mL加入反应瓶中。于80℃反应24小时后停止。反应后的混合物倒入水中,石油醚萃取,有机层经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥后,去除溶剂。再经丙酮重结晶后得到目标产物0.720g,产率59.5%。
实施例17:聚(9,10-二(4-十二烷基)苯)蒽的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,反应器中加入0.30g Ni(COD)2,环辛二烯0.12g,2,2’-联吡啶0.17g和经无水、无氧处理的N,N-二甲基甲酰胺3mL,混合物加热至80℃反应30分钟。将2,6-二溴-9,10-二(4-十二烷基苯基)蒽0.400g溶解于经无水、无氧处理的甲苯9mL中,加入到反应器中,混合物在80℃反应36小时。将8mg对溴甲苯溶解于无水、无氧处理的甲苯2mL中,注入反应器,混合物在80℃继续反应12小时。反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液中沉降,过滤得固体,再经氯仿抽提后再次甲醇中沉降得到最终聚合物0.200g,产率62.5%。
实施例18:聚(9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))蒽)的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,反应器中加入0.326g Ni(COD)2,环辛二烯0.13g,2,2’-联吡啶0.19g和经无水、无氧处理的N,N-二甲基甲酰胺5mL,混合物加热至80℃反应30分钟。将2,6-二溴-9,10-二(2-(5-十二烷基噻吩))蒽0.500g溶解于经无水、无氧处理的甲苯10mL中,加入到反应器中,混合物在80℃反应36小时。将8mg对溴甲苯溶解于无水、无氧处理的甲苯2mL中,注入反应器,混合物在80℃继续反应12小时。反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液中沉降,过滤得固体聚合物,由于难溶解于有机溶剂,所以未进一步提纯。
实施例19:聚(9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽)的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,2,6-二溴-9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽0.15g,2,6-(9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷0.18g,四氢呋喃17mL,四(三苯基膦)合钯2mg,碳酸氢钠0.71g,经脱氧处理的水7mL加入反应瓶中85℃反应24小时后,再将封端剂4mg对溴甲苯溶解于四氢呋喃2mL中加入反应器中,继续反应12小时后停止。反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液中沉降,过滤得固体,再经氯仿抽提后再次甲醇中沉降得到最终聚合物0.20g,产率80%。
实施例20:聚(9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)蒽)的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽0.300g,2,6-(9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷0.343g,四氢呋喃20mL,四(三苯基膦)合钯3mg,碳酸氢钠1.20g,经脱氧处理的水10mL加入反应瓶中85℃反应24小时后,再将封端剂7mg对溴甲苯溶解于四氢呋喃2mL中加入反应器中,继续反应12小时后停止。反应后的混合物中加入氯仿稀释后经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥。有机液浓缩后,在甲醇中沉降,过滤得到红色固体。固体经正己烷,氯仿抽提后再次在甲醇中沉降,得到红色固体产物0.300g,产率57.7%。
实施例21:[9,10-二(2-(4-十二烷基苯)乙炔基)蒽]-[9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯)乙炔基)蒽]共聚物的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)-2,6-二溴蒽0.24g,2,6-(9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷0.24g,四氢呋喃16mL,四(三苯基膦)合钯3mg,碳酸氢钠1.00g,经脱氧处理的水8mL加入反应瓶中85℃反应24小时后,再将封端剂2-萘硼酸10mg溶解于四氢呋喃2mL中加入反应器中,继续反应12小时后停止。反应后的混合物中加入氯仿稀释后经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥。有机液浓缩后,在甲醇中沉降,过滤得到红色固体。固体经正己烷,氯仿抽提后再次在甲醇中沉降,得到红色固体产物0.280g,产率71.8%。
实施例22:[9,10-二(2-(3,4-二(2-乙基-己氧基)苯)乙炔基)蒽]-[9,10-二((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)蒽]共聚物的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,9,10-二((反)-4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-二(2-乙基-己氧基)苯)-2,6-二溴蒽0.28g,2,6-(9,10-二(2-(3,4-二辛氧基苯)乙炔基)蒽-双-4,4,5,5-四甲基-[1,3,2]二噁硼烷0.28g,四氢呋喃14mL,四(三苯基膦)合钯2.5mg,碳酸氢钠0.936g,经脱氧处理的水7mL加入反应瓶中85℃反应24小时后,再将封端剂11mg对溴甲苯溶解于四氢呋喃2mL中加入反应器中,继续反应12小时后停止。反应后的混合物中加入氯仿稀释后经饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥。有机液浓缩后,在甲醇中沉降,过滤得到红色固体。固体经正己烷,氯仿抽提后再次在甲醇中沉降,得到红色固体产物0.370g,产率74.7%。
实施例23:聚(9,10-二(2-十二烷基-5-噻吩乙炔基)蒽)的合成:
无水、无氧的惰性气氛下,反应器中加入0.313g Ni(COD)2,环辛二烯0.12g,2,2’-联吡啶0.18g和经无水、无氧处理的N,N-二甲基甲酰胺6mL,混合物加热至80℃反应30分钟。将2,6-二溴-9,10-二(2-十二烷基-5-噻吩乙炔基)蒽0.500g溶解于经无水、无氧处理的甲苯15mL中,加入到反应器中,混合物在80℃反应36小时。将8mg对溴甲苯溶解于无水、无氧处理的甲苯2mL中,注入反应器,混合物在80℃继续反应12小时。反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液中沉降,过滤得固体聚合物,由于难溶解于有机溶剂,所以未进一步提纯。
Claims (2)
2.如权利要求1所述的以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物的制备方法,其步骤和条件如下:
I.聚合单体的制备
1)、单体取代基的制备
③合成烷基苯乙炔和烷氧基苯乙炔:
首先,1-溴-4-烷基苯和1-溴-3,4-二烷氧基苯分别在是各自溴原子摩尔数3%的碘化亚铜,各自溴原子摩尔数6%的二三苯基磷二氯化钯共同作用下,通过Sonogashira反应分别和各自溴原子摩尔数1.2-1.5倍的2-甲基-3-丁炔-2-醇偶联,然后分别在是炔醇摩尔数的5倍氢氧化钠作用下脱掉羟基,分别得到目标物烷基苯乙炔和烷氧基苯乙炔;
④合成4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯乙炔:
将1-溴乙基-4-碘苯转变为二乙基,4-碘苯基磷酸酯;
另外,1-溴-4-烷氧基苯,在-40℃--78℃下,滴加正丁基锂摩尔数是1-溴-4-烷氧基苯溴原子摩尔数1.10倍的正丁基锂的正己烷溶液,正丁基锂的正己烷溶液的浓度为2.5mol/L,搅拌1小时,在此温度范围内滴加1-溴-4-烷氧基苯溴原子摩尔量1.2倍的N,N-二甲基甲酰胺,反应得到3,4-二烷氧基苯甲醛;
3,4-二烷氧基苯甲醛与摩尔数是3,4-二烷氧基苯甲醛的1.0-1.2倍的3,4-二烷氧基苯甲醛的二乙基,4-碘苯基磷酸酯通过Homer反应得到4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯;4-(4-碘苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯通过Sonogashira反应和是碘原子摩尔数的1.2倍的三甲基硅乙炔偶联,然后在是硅炔基摩尔数2倍的碳酸钾作用下脱去三甲基硅后,得到4-(4-乙炔基苯乙烯基)-1,2-烷氧基苯乙炔;
2)、单体的制备
③2,6-二溴代蒽醌的9,10位引入二芳基基团,得到2,6-二溴-9,10-二芳基蒽:
反应分两步进行,第一步,无水无氧氩气氛下,把溴代芳基以溴原子为配比标准,芳基乙炔基以炔基摩尔数为配比标准,分别配制成摩尔浓度均为0.1-0.4mol/L的四氢呋喃溶液,冷却至-78℃-0℃,低温下分别滴加正丁基锂的摩尔数为溴代芳基的溴原子或芳基乙炔基的炔基摩尔数的0.9-1.0倍的正丁基锂的正己烷溶液,正丁基锂的正己烷溶液的浓度为2.5mol/L,搅拌0.5-1小时后,低温下分别加入是溴代芳基的溴原子或芳基乙炔基的炔基摩尔数的1/2.5-1/2.2倍的2,6-二溴蒽醌,撤去低温浴,室温反应6-8小时后,分别倒入水中,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,分别得到2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇和2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的粗产物;
2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的还原:将2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇粗产物溶解于四氢呋喃中,再滴到摩尔浓度为0.2-0.5mol/L的氯化亚锡的乙酸溶液中,其中乙酸体积浓度为50%,搅拌12-24小时后停止,经提纯后得到2,6-二溴-9,10-二芳基乙炔基蒽;
2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇的还原:2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇和是2,6-二溴蒽醌摩尔数4-10倍的碘化钾,是2,6-二溴蒽醌摩尔数6-15倍的一水合次磷酸二氢钠均加入反应器,配制成2,6-二溴-9,10-二芳基-9,10-二氢蒽-9,10-二醇摩尔浓度为0.1mol/L冰醋酸溶液,将该溶液加热至回流反应40分钟后停止,经提纯后得到2,6-二溴-9,10-二芳基蒽;
④在无水、无氧的惰性气氛下,将2,6-二溴-9,10-二芳基蒽,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数3倍的乙酸钾,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数1.2倍的频哪醇酯合二硼,是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数3%的二三苯基磷二氯化钯均加入反应器,配制成2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔浓度为0.03-0.05mol/L的甲苯/N,N-二甲基甲酰胺溶液,其中甲苯和N,N-二甲基甲酰胺的体积比是1∶2,该溶液于80℃反应24小时后冷却,过滤得滤饼,滤饼经重结晶后,得到聚合反应的单体9,10-二芳基蒽的双硼酸酯衍生物;
II.聚合物的制备
采用Suzuki聚合:在无氧的惰性气氛下,反应器中加入2,6-二溴-9,10-二芳基蒽和是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽的溴原子摩尔数的0.5-0.6倍的9,10-二芳基蒽双硼酸酯衍生物,配制成溴原子的摩尔浓度为0.01-0.05mol/L的四氢呋喃溶液,加入是溴原子摩尔数0.5-1%倍的四(三苯基膦)合钯和是溴原子摩尔数20-30倍的碳酸氢钠,加入体积为四氢呋喃体积的1/2的经脱氧处理的水,回流12-24小时,将是9,10-二芳基蒽双硼酸酯衍生物的摩尔数的2倍的封端剂溶解于无水无氧处理的四氢呋喃中,再注入反应器,继续反应12小时,反应后的混合物倒入水中,氯仿萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,去除溶剂后,甲醇中沉降,过滤得固体,经氯仿抽提后,用甲醇中沉降,过滤干燥,得到以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物;或者采用
Yamamoto聚合:在无水、无氧的惰性气氛下,反应器中加入是2,6-二溴-9,10-二芳基蒽溴原子的摩尔数是溴原子的摩尔数1.1倍的Ni(COD)2,是溴原子的摩尔数1.1倍的环辛二烯,是溴原子的摩尔数1.1倍的2,2’-联吡啶均加入反应器,配制成溴原子摩尔浓度为0.2-0.5mol/L N,N-二甲基甲酰胺溶液,该溶液加热至80℃反应30分钟,将步骤I中的步骤2单体制备中步骤①中得到的2,6-二溴-9,10-二芳基蒽配制成溴原子的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L的甲苯溶液,加入到反应器中,在80℃反应36小时,把溴原子摩尔数4%的封端剂溶解于无水无氧处理的甲苯中,再注入反应器,在80℃继续反应12小时,反应后的混合物滴入体积比为1∶1∶1的浓盐酸∶丙酮∶甲醇的混合溶液沉降,所述的浓盐酸质量浓度为36%-38%,过滤得到固体物,固体物再经氯仿抽提后甲醇中沉降,得到以9,10-二芳基蒽为重复单元的可溶性共轭聚合物。
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- 2007-12-29 CN CNA2007103066532A patent/CN101230126A/zh active Pending
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