CN101709109A - 一类梯形共轭聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一类梯形共轭聚合物及其制备方法，属于有机化工和精细化工技术领域。让原料(单键相连的含苝酰亚胺的聚合物)在催化量的碘存在下、太阳光照下、空气条件下和一定温度下，在有机溶剂中原料发生光催化脱氢闭环反应，高效地得到了梯形共轭聚合物，与原料相比，梯形聚合物单体之间的共轭明显增加，光学稳定性明显增加。
Description
技术领域
本发明涉及一类梯形共轭聚合物及其制备方法，将单键相连的含苝酰亚胺的聚合物，在光照条件下，光催化脱氢闭环生成梯形共轭聚合物，属于有机化工和精细化工技术领域。
背景技术
有机半导体现在已经成为人们研究的热点之一。有机半导体之所以受到重视，是因为和传统无机半导体相比，它有如下显著特点：
1有机分子种类繁多，化学结构易于改变，有利于材料和器件的设计。
2.有机半导体易于大面积成膜，对大规模生产很有好处。
3.有机高分子既能导电，又能发光，便于光电集成。
4.成本低廉。
5.成膜工艺多，制备简便，可通过化学反应进行制备。
6.可制成大面积、完全柔性的器件。
3，4，9，10-苝双二亚胺和双苯并咪唑苝最初作为一种着色剂在染料工业中受到广泛关注，由于它优异的平面性、较高的稳定性，近年来被广泛应用于有机半导体材料的设计合成中，它是现在最好的n型有机半导体之一(CN1980791A)。文献(J.Am.Chem.Soc.2007，129：7246)将并三噻吩和苝酰亚胺的港湾位相连，合成的聚合物C’-1作为一种优良有机半导体，可以用溶液旋涂的方法处理，它的电子迁移率达到0.013；并且以它为n型半导体制作的全聚合物太阳能电池的转化率达到1.5％。因此苝酰亚胺是构筑有机半导体的优良的结构单元。
与单键相连的共轭聚合物相比，梯形共轭聚合物消除了由于空间位阻或构型转变引起的电子离域或共轭程度大幅下降的现象，可以提供更加稳定有效的共轭。梯形共轭聚合物像BBL(J.Am.Chem.Soc.2003，125：13656)和LPPP(Makromol.Chem.，RapidCommun.1991，12：489)都表现出优良的有机半导体性质。
虽然梯形共轭聚合物和含苝酰亚胺的聚合物表现出优良的光电性能，然而，A’、B’、C’、D’和E’这些含苝酰亚胺单元通过单键相连的聚合物的光学稳定性很差，光照条件下，发生部分脱氢闭环反应，这影响了这类聚合物作为光电材料的应用。虽然梯形共轭聚合物中能够提供聚合物单元之间稳定有效的共轭，但是由于合成方法的限制，目前，尚未有苝酰亚胺参与主链共轭的梯形共轭聚合物。
发明内容
本发明的目的是为了得到苝酰亚胺参与主链共轭的梯形共轭聚合物，增加聚合物单元之间的有效共轭，增加含苝酰亚胺的共轭聚合物的光学稳定性。
本发明采用的技术方案是：一类梯形共轭聚合物的结构通式P为：
其中：R1＝C12～C40的直链或支链烷基，Ar为噻吩、并二噻吩、并三噻吩、二烷基苯或二烷氧基苯，对应的结构式如下：
噻吩 并二噻吩 并三噻吩 二烷基苯 二烷氧基苯
所述的一类梯形共轭聚合物的制备方法：
(a)所述梯形共轭聚合物中：当Ar为噻吩时，所选用的原料为A’；当Ar为并二噻吩时，所选用的原料为B’；当Ar为并三噻吩时，所选用的原料为C’；当Ar为二烷基苯时，所选用的原料为D’；当Ar为二烷氧基苯时，所选用的原料为E’；它们的结构式分别为：
其中：R2～R3＝C1～C20的直链或支链烷基。
(b)所述原料选自A’、B’、C’、D’或E’，在催化量的碘存在下、太阳光照下、空气条件下和一定温度下，在有机溶剂中原料发生光催化脱氢闭环反应生成梯形共轭聚合物。
所述有机溶剂选自四氢呋喃、1，4-二氧杂六环、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯或氯苯。
本发明中用到的原料C’以1，7-二溴苝酰亚胺(F)和并三噻吩的双锡试剂(L)为原料，通过Stille偶联聚合制备，原料A’、B’、D’、E’按照类似方法合成，用F分别与双锡试剂G、K、M、N通过Stille偶联聚合得到，G、K、L、M、N的结构式如下，它们都能按文献方法方便地合成。
本发明的有益效果是：让原料在催化量的碘存在下、太阳光照下、空气条件下和一定温度下，在有机溶剂中原料发生光催化脱氢闭环反应，高效地得到了梯形共轭聚合物，与原料相比，梯形聚合物单体之间的共轭明显增加，光学稳定性明显增加
具体实施方式
实施例1原料A’-1的制备
在50mL烧瓶中，加885mg F-1(1mmol)，409mg G(1mmol)，20mL甲苯，20mgPd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应48h。反应混合物加入正己烷中，析出墨色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体780mg，收率96％，即为聚合物A’-1。数均分子量11200，分散指数1.35(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例2梯形共轭聚合物A-1的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物A’-1，100mL甲苯，10mg碘，空气存在下，太阳光照下，回流8h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体296mg，收率99％，即为梯形聚合物A-1。数均分子量12100，分散指数1.30(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例3原料B’-1的制备
在50mL烧瓶中，加1665mg F-2(1mmol)，465mg K(1mmol)，30mL甲苯，25mgPd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应72h。反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体1545mg，收率94％，即为聚合物B’-1。数均分子量18500，分散指数1.27(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例4梯形共轭聚合物B-1的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物B’-1，100mL氯仿，20mg碘，空气存在下，太阳光照下，室温反应24h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体293mg，收率98％，即为梯形聚合物B-1。数均分子量19100，分散指数1.26(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例5原料C’-1的制备
在50mL烧瓶中，加1220mg F-3(1mmol)，520mg L(1mmol)，25mL甲苯，28mgPd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应72h。反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体1150mg，收率92％，即为聚合物C’-1。数均分子量14700，分散指数1.38(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例6梯形共轭聚合物C-1的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物C’-1，100mL二甲苯，20mg碘，空气存在下，太阳光照下，回流8h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体290mg，收率97％，即为梯形聚合物C-1。数均分子量15300，分散指数1.35(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例7原料D’-1的制备
在150mL烧瓶中，加1670mg F-4(1mmol)，430mg M-1(1mmol)，120mL甲苯，80mgPd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应24h。反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体1540mg，收率95％，即为聚合物D’-1。数均分子量9700，分散指数1.45(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例8梯形共轭聚合物D-1的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物D’-1，100mL氯仿，20mg碘，空气存在下，太阳光照下，回流12h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体270mg，收率90％，即为梯形聚合物D-1。数均分子量11200，分散指数1.41(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例9原料E’-1的制备
在250mL烧瓶中，加1050mg F-5(1mmol)，995mg N-1(1mmol)，200mL甲苯，100mg Pd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应24h。反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体1540mg，收率99％，即为聚合物E’-1。数均分子量10300，分散指数1.40(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例10梯形共轭聚合物E-1的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物E’-1，100mL四氢呋喃，20mg碘，空气存在下，太阳光照下，回流8h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体285mg，收率95％，即为梯形聚合物E-1。数均分子量11500，分散指数1.36(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例11原料D’-2的制备
在150mL烧瓶中，加1670mg F-4(1mmol)，963mg M-2(1mmol)，120mL甲苯，100mg Pd(PPh3)4，100℃，氩气气氛，搅拌条件下反应48h。反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体1780mg，收率83％，即为聚合物D’-2。数均分子量10900，分散指数1.29(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
实施例12聚合物D-2的制备
在250mL烧瓶中，加300mg聚合物D’-2，100mL甲苯，20mg碘，空气存在下，太阳光照下，回流8h，反应混合物加入正己烷中，析出黑色固体，过滤，滤饼干燥，得黑色固体297mg，收率99％，即为梯形聚合物D-2。数均分子量11400，分散指数1.27(氯仿为流动相，聚苯乙烯为标准)。
Claims (4)
1.一类梯形共轭聚合物，其特征在于该类梯形共轭聚合物的结构通式P为：
其中：R1＝C12～C40的直链或支链烷基，Ar为噻吩、并二噻吩、并三噻吩、二烷基苯或二烷氧基苯，对应的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一类梯形共轭聚合物的制备方法，其特征在于：
(a)所述梯形共轭聚合物中：当Ar为噻吩时，所选用的原料为A’；当Ar为并二噻吩时，所选用的原料为B’；当Ar为并三噻吩时，所选用的原料为C’；当Ar为二烷基苯时，所选用的原料为D’；当Ar为二烷氧基苯时，所选用的原料为E’；它们的结构式分别为：
其中：R2～R3＝C1～C20的直链或支链烷基；
(b)所述原料选自A’、B’、C’、D’或E’，在催化量的碘存在下、太阳光照下、空气条件下和一定温度下，在有机溶剂中原料发生光催化脱氢闭环反应生成梯形共轭聚合物。
3.根据权利要求2所述的一类梯形共轭聚合物的制备方法，其特征在于：所述一定温度是指室温到所用溶剂的回流温度。
4.根据权利要求2所述的一类梯形共轭聚合物的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自四氢呋喃、1，4-二氧杂六环、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯或氯苯。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20100519 |