CN103421164A

CN103421164A - 梯形稠多环共轭半导体分子及聚合物的合成与应用

Info

Publication number: CN103421164A
Application number: CN2012101544865A
Authority: CN
Inventors: 周玉桐; 周剑波
Original assignee: HUNAN AOXINKE MATERIAL Co Ltd
Current assignee: HUNAN AOXINKE MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明涉及一类线形稠合在一起的多环共轭结构的小分子及聚合物、它们的合成方法、作为半导体活性材料在有机场效应三极管、有机太阳能电池以及其它有机电子器件中的应用。这种结构类型的化合物用2，5-二溴-1，4-苯二甲酸二乙酯以及稠杂环共轭分子为起始原料，先通过交叉偶联合成含四个酯基的共轭分子中间体。这些酯基再通过与有机锂试剂反应生成四醇中间体，然后在酸性条件下进行四重关环得到高度共轭的梯形多环结构。这种结构的分子可直接用作分子型有机半导体材料，也可以用作单体合成聚合物半导体材料。这类材料具有优秀的有机溶剂溶解性和溶液加工性能，高光、热、电压稳定性。用其制作的有机场效应三极管显示出0.8cm²/Vs以上的电荷迁移率，在有机电子领域有潜在的应用前景。

Description

梯形稠多环共轭半导体分子及聚合物的合成与应用

技术领域

本发明涉一类含有梯形稠合多环共轭结构的半导体小分子及聚合物，具体地讲涉及四种由含有10至17个线形稠合在一起的多环共轭结构的小分子衍生物及聚合物材料、它们的合成方法、作为半导体活性材料在有机场效应三极管、有机太阳能电池以及其它有机电子器件中的应用。

背景技术

与传统的硅半导体相比，有机半导体材料具有质量轻、成本低、柔韧性好、制造工艺简单、加工温度柔和等多种优点。因此，有机半导体材料在电子书、有机太阳能电池、有机传感器、有机射频电子标签(RFID)乃至柔韧显示屏等微电子领域的应用与研发引起了人们的高度关注(Forrest，Nature，2004，428，911)。由于有机半导体是制造有机驱动电路之基本单元——有机场效应三极管(OFET)的活性材料，设计与合成新型的具有高电荷迁移率、高光、热、电压稳定性、优秀溶液加工性的有机半导体体材料对于整个有机电子领域的发展至关重要。从分子结构角度来讲，半导体聚合物必须具有一个刚性共轭主链以及一种长短与结构适当的溶解性基团。前者的作用是用来保证电荷的有效注入与传输，后者则用来增加聚合物分子在有机溶剂中的溶解度以保证材料的溶剂加工性，同时还需要辅助共轭主链在固态时的堆积。这两个部分的化学结构在新材料分子设计与合成中均须认真优化。仅就主链设计而言，链中每个共轭的不饱和重复单元，即聚合物单体，达到最大限度的π-电子云重叠是保证电荷有效迁移的基本条件。因此，两个稠合在一起的芳香环要比两个由单键相连的独立芳香环更为有效。S.-H.Chen等在US2010168444A1中首先披露，将结构式1所示的小分子化合物用于染料敏化有机太阳能电池中。该结构是一个稠合的五环体系。W.Zhang等也报道将该结构用作单体合成了一种苯并噻二唑的半导体共聚物(Zhang et al.，J.Am.Chem.Soc.，2010，132(33)，11437)

这个聚合物的电荷迁移率据报道高达1cm²/Vs。稍迟于S.-H.Chen等，S.Tierney等人也披露了将该结构用于合成有机半导体聚合物(WO2010020329A1)，其电荷迁移率为0.05cm²/Vs。

Zuberi等还披露过一种如结构2所示的小分子稠合多环体系(GB2472413A，WO2012017184A1)，但并未给出该体系的电荷迁移率。含有该小分子体系的共轭聚合物至今也仍未有文献报道。

Y.Miyata等也曾披露过一类如结构式(3)所示的稠环小分子有机半导体材料(US2011166362A1)，但这类稠环分子材料的结构特征之一是W、X、Y和Z四基团中至少有一个必须是N原子。同样，这类小分子至今也没有被用于合成聚合物。

鉴于稠合是芳香环之间最有效的共轭连接方式，使用含2-3个环的杂原子稠环基本单元为起始原料，在过渡金属催化下先与2，5-二溴-1，4-苯二甲酸二烷基酯发生交叉偶联，生成2-溴-5-稠杂环取代的1，4-苯二甲酸二烷基酯中间体。该溴代1，4-苯二甲酸二酯又可进一步与稠环结构交叉偶联，生成四酯中间体。该中间体经与有机锂或格氏(Grignard)试剂反应后再同步双向四重关环，以合成含有10-14个环的稠环结构。

发明的目

本发明的目的是：1)提供一类新型的小分子p-型半导体活性材料。这类材料是含有上述多稠环梯形结构的共轭分子本身，或是这类分子通过末端取代用后所得到的共轭衍生物；2)提供一类新型的低带宽小分子有机半导体材料。这类材料是将上述多稠环梯形结构的分子末端与电子受体结构交叉偶联所得；3)提供一类新型的电荷迁移率高、溶剂加工性优秀、光、热、电稳定性好的半导体聚合物材料。这类聚合物材料是用上述多稠环梯形结构作单体，通过已知反应均聚或与其它类型共轭单体共聚所得。4)提供一类新型的低带宽聚合物有机半导体材料。这类材料是将上述多稠环梯形结构的单体与电子受体结构发生共聚所得；

发明内容

本发明提供一类含有符合结构通式(4)所示的梯形稠合多环共轭结构的半导体分子和聚合物。它们的合成方法以及它们在有机电子器件，特别是在有机场效应三极管，有机太阳能电池以及有机传感器中的应用。

式中的Ar¹-Ar⁴是稠合在一起的含有0-2个杂原子的芳香环如噻吩和苯环等，n是0-2的整数；m是0-3的整数；式中的R是氢原子或者含有1个至30个碳原子的链状或环状的、饱和与不饱和的脂肪基团，以及带有这类脂肪基团的苯基或其他杂环芳香基团，它们可以相同也可以不相同。这些基团中的一个或多个CH₂和CH₃基团上的氢原子则可能会被F原子取代，链中也会含有N、O、S、Si原子及其衍生物。Ar¹-Ar⁴是稠合在一起的含有0-1个杂原子的不饱和五元环，n是0-2的整数，m是0-3的整数。

本发明首选含有由下列四种但又不限于该四种符合通式(4)的梯形稠多环共轭结构的半导体小分子和聚合物。它们的具体结构描述如下：

结构种类1

式中的R如前所述。环中的X、Y代表下列原子或基团：O、S、Se、Te、NR’。端基T可以是：H、F、Cl、Br、I原子；烷基与各种取代烷基其中包括全部或部分氟代的烷基；取代与未取代、含有与不含有杂原子的单环、多环和稠环芳香结构；也可以是各种有机金属衍生物，包括硼酸和硼酸酯、格氏试剂、Zn、Sn、Si的衍生物。

结构种类2

结构种类3

式中的R如前所述；X、Y和Z则代表O、S、Se、Te原子和NR¹基团；Z还可以是C(R²R³)、C＝C(R²R³)、Si(R²R³)、Ge(R²R³)基团。端基T可以是：H、F、Cl、Br、I原子；烷基与各种取代烷基其中包括全部或部分氟代的烷基；取代与未取代、含有与不含有杂原子的单环、多环和稠环芳香结构；也可以是各种有机金属衍生物，包括硼酸和硼酸酯、格氏试剂、Zn、Sn、Si的衍生物。

结构种类4

式中的R和T如前所述；R’的含义与R相同但不一定同时相等。X和Y则代表O、S、Se、Te原子。

本发明所述符合结构通式(4)所示的梯形稠合多环共轭结构的半导体分子均可遵照类似方法经过相同反应步骤来合成。合成路线如图1所示。

具体地讲，这种合成方法可分为五步：1)末端芳环的单金属化反应。该步反应包括先用有机锂试剂脱质子化然后与三烷基氯化锡反应得到其三烷基锡中间体；或者与硼酸酯反应制备其硼酸或其硼酸酯中间体；或者与无水二氯化锌反应制备其氯化锌中间体等。也包括将单溴代或单氯代的末端芳环在无水溶剂中与金属镁反应制备其格氏(Grignard)试剂。2)单金属化的末端芳环中间体在过渡金属催化下与2，5-二溴-1，4-对苯二甲酸二烷基酯发生单交叉偶联生成2-溴-5-芳香环取代的1，4-苯二甲酸二烷基酯。3)上步所得产物与双金属化的双环以上的稠环芳香结构(简称中间芳环，如噻吩并[3，2-b]噻吩等)进行双重交叉偶联，制得含有两个1，4-苯二甲酸二烷基酯的四酯共轭结构。4)四酯结构在无水溶剂中与烃基锂或烃基格氏试剂反应生成四叔醇中间体。5)酸性关环。四酯中间体在如：甲酸、乙酸、三氟乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸，三氯化铝，三氟化硼等，酸性条件下发生四重脱水环化生成梯形稠合多环结构。

应用本发明中的合成方法，下列稠环结构都可用作中间芳环，合成首选结构种类(5)-(8)以外的其它稠合多环共轭结构。这几种稠环结构是：

式中的V和W代表下列原子或基团：O、S、Se、Te；W还可以是C(R³R⁴)、C＝C(R³R⁴)、Si(R³R⁴)、Ge(R³R⁴)、NR基团。G代表SnR₃，B(OH)₂，B(OR)₂，

MgX，或ZnX。R’、R³、RW含义均与R相同，但不一定同时相等。

这些结构类型的合成与应用至今均未见诸文献报道。

本发明所述稠合多环共轭结构也均可用作和成其他分子结构的起始原料，通过末端芳香环上的卤代、金属化等反应发生进一步的轴向扩展和延伸，合成更高度扩展的梯形共轭小分子以及聚合物半导体材料。本发明衍生反应的首选特例如下：

溴代反应：

金属化反应：

上述金属化反应同样适用于式(6)到式(8)三种结构类型。

本发明制备聚合物材料所采用的聚合反应类型主要由发生均聚或共聚所用单体的活性官能团来决定，但通常不外乎下列几种常见反应：1)由Pd(0)催化的Suzuki多重缩合反应(A.D.Schlüter，J.PolymerSci.，PartA，2001，39(10)，1533-1556)；2)由Pd(0)或Pd(II)催化的Stelle多重缩合反应(B.Carsten，et al.，Chem.Rev.，2011，111(3)，1493-1528)；3)由Ni催化的Yamamoto反应(Yamamoto et al.，Macromolecules，1992，25(4)， 1214)以及其他类型的Pd/Ni催化的交叉偶联反应。

本发明推荐使用的聚合反应及首选聚合物结构如下：

本发明也包括由上述三类单体结构组成的均聚物。

本发明共聚物结构式中Ar首选下列基团：

其中，R’与梯形结构中的R基团含意相同，但在聚合物分子中不一定同时相等。它们都代表氢原子或者含有1个至30个碳原子的链状或环状的脂肪基团，以及带有这类基团的苯基或其他杂环芳香基团。这些基团中的一个或多个CH₂和CH₃基团上的氢原子也可能会被F原子取代，链中CH₂也可能被N、O、S、Si原子或集团所取代。Z可以是R’或是-(CO)R’，-COOR’，-OR’.

本发明所合成的聚合物在常见有机溶剂中具有极好的溶解度，因而特别适合用各种类型的溶剂加工工艺，如：旋转甩膜、喷墨打印、胶版印刷等方法制备有机电子器件。这些聚合物还具有优秀的光和热稳定性。图3给出了聚合物2的差式扫描量热(DSC)图谱。

附图说明

图1、梯形稠合多环共轭结构的合成步骤。

图2、顶栅底接触有机薄膜场效应三极管结构图。

图3、聚合物2的差式扫描量热(DSC)图谱。吸热向上。

图4、有机薄膜场效应三极管转移曲线图。所用有机半导体材料为聚合物1。该转移曲线在源漏电压为60伏条件下测得。

图5、有机薄膜场效应三极管输出曲线图。所用有机半导体材料为聚合物1。

具体实施方式

下述实施例将有助于进一步理解本发明，但不能限制本发明的内容。

实施例1-3的合成路线如下式所示：

式中R为4-正己至正二十烷基苯基。

实施例1

2-溴-5-噻吩并[3，2-b]噻吩基对苯二甲酸二己酯(中间体4)的合成：

具体步骤是：

在-70℃的噻吩并[3，2-b]噻吩(3.51g，25mmol)的无水四氢呋喃(50ml)溶液中搅拌滴加2.5M的正丁基锂己烷溶液(10.5ml，26.5mmol)，滴加时间为15分钟。所得混合物冷却下继续搅拌1小时。再用注射器一次性加入氯化三丁基锡(7.42ml，26.5mmol)，所得黄色溶液再于低温下搅拌10分钟。将冷浴撤去，室温下继续反应1小时。所得混合物用旋蒸仪除去溶剂，所余液体溶于石油醚中。溶液用微孔薄膜过滤器过滤，滤液再真空旋干。所余油状液体溶于甲苯(30ml)中，在依次加入2，5-二溴对苯二甲酸二己酯(9.50g，25mmol)，双三苯基膦二氯化钯(176mg，0.25mmol)。所得混合物加热至回流后搅拌2小时。反应液先冷却再旋蒸除去溶剂，残余棕色油状物经硅胶色谱柱纯化(1∶1己烷-二氯甲烷淋洗)，即得黄色固体状2-溴-5-噻吩并[3，2-b]噻吩基对苯二甲酸二己酯(中间体4)(5.20克，47％)。核磁共振谱：¹H NMR(250MHz，CDCl₃)δ＝8.00(s，1H)，7.89(s，1H)，7.34(d，J＝5.3Hz，1H)，7.28(dd，J1＝5.2Hz，J2＝0.6Hz，1H)， 7.30(d，J＝0.6Hz，1H)，4.43(q，J＝7.2Hz，2H)，4.24(q，J＝7.1Hz，2H)，1.41(t，J＝7.2Hz，3H)，1.16(t，J＝7.1Hz，3H).

实施例2

中间体5的合成

具体步骤是：

依照与中间体4相似的合成方法，于-70℃下，在噻吩并[3，2-b]噻吩(0.673g，4.8mmol)的无水四氢呋喃(20ml)溶液中搅拌滴加正丁基锂的己烷溶液(2.5M，3.90ml，9.75mmol)，滴加时间为5分钟。所得混合物冷却下继续搅拌1小时。用注射器一次性加入氯化三丁基锡(2.65ml，9.77mmol)，所得黄色溶液再于低温下搅拌10分钟。将冷浴撤去，室温下继续反应1小时。所得混合物用旋蒸仪除去溶剂，所余液体溶于石油醚中。溶液用微孔薄膜过滤器过滤，滤液再真空旋干。所余油状液体(此为中间体3)溶于甲苯(50ml)中，再依次加入2-溴-5-噻吩并[3，2-b]噻吩基对苯二甲酸二己酯(中间体4)(4.39g，10mmol)，双三苯基膦二氯化钯(105mg，1.5％)。所得混合物加热回流搅拌2小时。深黄色反应混合物先冷却后倒入甲醇(500ml)中，生成的黄色固体沉淀用抽滤法收集并用甲醇洗涤后干燥即得化合物5(3.78g，92％)。该固体基本不溶于常见有机溶剂中，无法进行核磁共振谱测试，但可直接用作下步反应的原料。

实施例3

化合物7(R＝4-正十六烷基苯基)的合成

具体步骤是：

先将4-正十六烷基-1-溴苯(9.76g，25mmol)的无水四氢呋喃(150ml)溶液冷却至-25℃，然后在搅拌下于30分钟内向其中滴加2.5M的正丁基锂己烷溶液(10ml，25mmol)。所得微黄色乳状混合液再于该温度下恒温搅拌1小时，然后再加入化合物5(2.14g，2.5mmol)的固体。混合物先冷却搅拌4小时，再室温搅拌4小时至固体全部溶解。向反应瓶中加入蒸馏水(50ml)，再于室温下剧烈搅拌20分钟。混合物转入分液漏斗中，上层橙色有机相分出，下层水相用乙醚(50ml)提取后将有机相合并，用无水硫酸镁干燥后过滤。滤液经旋蒸仪旋干得一橙色油状物。该油状物经硅胶柱色谱纯化，用1∶1己烷-二氯甲烷混合溶剂淋洗，得一黄色胶状固体。

将上步胶状固体产物溶于无水二氯甲烷(100ml)中，再加入三氟乙酸(1.0ml，13.0mmol)。所得混合物于室温下连续搅拌2小时，得一黄色悬浮液。搅拌下向反应瓶中加入乙醇(100ml)，黄色沉淀物用抽滤法提出并用大量乙醇洗涤后干燥。固体加热熔于高沸(100-120℃)石油醚中，再用硅胶柱色谱纯化，热高沸石油醚淋洗即得纯化合物7的鲜黄色固体(4.90g，65％)。核磁共振谱：¹H NMR(250MHz，CDCl₃)δ＝7.46(s，1H)，7.38(s，1H)，7.20-7.01(m，18H)，2.53(t，J＝9.7Hz，8H)，1.64-1.41(m，8H)，1.24(s，104H)，0.94-0.82(m，12H)。MALDI-ToF质谱(m/z)：3020.2。

实施例4

化合物7(R＝4-正十六烷基苯基)的端基溴代反应，单体化合物8的合成

具体反应步骤如下：

先将化合物7的固体(4.90g，1.62mmol)溶于无水四氢呋喃(100ml)中，再一次性加入N-溴代琥玻酰亚胺固体(0.582g，3.27mmol)。混合物于室温下连续搅拌12小时后再缓慢加入乙醇(50ml)。所得沉淀用抽滤法提出，固体用大量乙醇洗涤后干燥得一黄色固体。固体再溶于热石油醚(80-100)中，经硅胶柱色谱纯化，热石油醚淋洗即得纯化合物7的末端二溴代物(化合物8)(4.89g，95％)。核磁共振谱： ¹H NMR(250MHz，CDCl₃)δ＝7.45(s，1H)，7.36(s，1H)，7.19-7.10(m，4H)，7.09-7.03(m，13H)，2.53(t，J＝7.6Hz，8H)，1.57(m，8H)，1.24(m，104H)，0.94-0.82(m，12H)。MALDI-ToF质谱(m/z)：3177.0。

实施例5

聚合物1(化合物8与噻吩并[3，2-b]噻吩的共聚物)的合成

具体实验步骤如下：

在单口圆底烧瓶中依次加入化合物8(635.8mg，0.2mmol)，2，5-双三甲基锡烷基噻吩并[3，2-b]噻吩(93.2mg，0.2mmol)，双三苯基膦二氯化钯(2.8mg，0.004mmol)，无水甲苯(5ml)。混合物于搅拌下鼓入氩气30分钟，然后在氩气保护下于100摄氏度加热搅拌24小时得一深红色粘稠液体。用微量注射器加入溴苯(0.01mol)，再继续加热搅拌1小时。然后加入三丁基锡烷基苯(0.05ml)并继续加热搅拌1小时。所得混合物先用甲苯(5ml)稀释后趁热倒入剧烈搅拌的甲醇(250ml)中。聚合物固体用抽滤法收集，经甲醇和丙酮洗涤，再用索氏提取器分别用甲醇、丙酮、和己烷提取，最后用氯仿溶解。溶液再用丙酮沉积，经过滤和真空干燥即得聚合物1的深红色共聚物588mg(93％).该聚合物的分子量经凝胶色谱测定(氯仿淋洗剂，聚苯乙烯标定)为：M_n(kDa)[PDI]＝125.5[2.65]。

实施例6

聚合物2(化合物8与2，2’-二连噻吩的共聚物)的合成

具体实验步骤如下：

在单口圆底烧瓶中依次加入化合物8(635.8mg，0.2mmol)，4，4’-双三甲基锡烷基-2，2’-二连噻吩(98.4mg，0.2mmol)，双三苯基膦二氯化钯(2.8mg，0.004mmol)，无水甲苯(5ml)。混合物于搅拌下鼓入氩气30分钟，然后在氩气保护下于100摄氏度加热搅拌24小时得一深红色粘稠液体。用微量注射器加入溴苯(0.01mol)，再继续加热搅拌1小时。然后加入三丁基锡烷基苯(0.05ml)并继续加热搅拌1小时。所得混合物先用甲苯(5ml)稀释后趁热倒入剧烈搅拌的甲醇(250ml)中。聚合物固体用抽滤法收集，经甲醇和丙酮洗涤，再用索氏提取器分别用甲醇、丙酮、和己烷提取，最后用氯仿溶解。溶液再用丙酮沉积，经过滤和真空干燥即得聚合物2的深红色共聚物605mg(95％).该聚合物的分子量经凝胶色谱测定(氯仿淋洗剂，聚苯乙烯标定)为：M_n(kDa)[PDI]＝132.0[2.80]。

实施例7

本发明的聚合物在氯仿、甲苯、二甲苯、三甲苯、氯苯、邻-二氯苯等多种有机溶剂中均有很高的溶解度。其溶液可通过旋涂法制备空穴型有机场效应三极管(OTFT)。

本发明中OTFT的制备方法为：在玻璃基片上利用掩盖板沉积金或银源漏电极。用浓度为5-15mg/毫升的聚合物在1-甲基萘中的溶液，在渡有电极的玻璃基片上甩上一层约10-100nm厚的有机半导体膜。待半导体膜干燥后，再将介电常数为2-6的有机绝缘体用甩膜法覆盖在有机半导体膜上，膜厚500nm-1mm。最后，在有机绝缘膜上用掩盖板沉积栅电极，从而制得顶栅结构的OTFT器件。器件的半导体沟道长度为30μm，沟道宽度为1.5mm。OTFT的性能用Keithely 4200半导体测试仪在室温空气中测得。

基于上述方使用聚合物1溶液制备的20个OTFT器件，电荷迁移率在0.8-1.5cm²/Vs之间，开关电流比为10⁵-10⁶。

Claims

1.一类具有梯形稠合多环结构的化合物，和含有以该结构为单体的共轭聚合物，其特征是具有如下结构通式。确切地说，这种结构是通过中间2-5个芳香环稠合在一起的两个反式苯并双环戊二烯(s-indacene)单元，其两侧又分别线性对称地稠合了1至3个芳香环状结构。

式中的R是氢原子或者含有1个至30个碳原子的链状或环状的、饱和与不饱和的脂肪基团，以及带有这类脂肪基团的苯基或其他杂环芳香基团，它们可以相同也可以不相同。这些基团中的一个或多个CH₂和CH₃基团上的氢原子则可能会被F原子取代，链中也会含有N、O、S、Si原子及其衍生物。Ar¹-Ar⁴是稠合在一起的含有0-1个杂原子的不饱和五元环，n是0-2的整数，m是0-3的整数。

2.根据权利要求1所述的具有梯形稠合多环单体的共轭小分子化合物，其特征是具有如下结构通式的分子。

T-(Ar)_x-T

式中：Ar为权利要求1所述的梯形稠合多环结构；T为权利要求1所述的R基团，或者任何取代、未取代的芳香烃类与芳香杂环；也可以是：F、Cl、Br、I原子；x是≥1的整数。

3.根据权利要求1所述的含具有梯形稠合多环单体的共轭聚合物，其特征是具有如下结构式的均聚物和共聚物。该结构式并不排除经封端处理的这类聚合物。

式中：Ar^a为权利要求1所述的梯形聚合物单体；Ar^b为任何取代、未取代的芳香烃类与芳香杂环，以及链状的共轭不饱和单元；x是≥1的整数；y≥0的整数；n是整数。下列结构式均为本要求中Ar^b的特例：

4.根据权利要求1所述的梯形稠合多环结构，其特征是稠合在结构两侧的各是一个至三个五元芳香环。其具体结构通式(I)-(IV)如下所示：

式中的R和T均如权利要求1所述。X、Y和Z则代表O、S、Se、Te原子和NR基团；Z还可以是C(R²R³)、C＝C(R²R³)、Si(R²R³)、Ge(R²R³)基团。它们可以相同，也可以不相同。R’的含义与R相同但不一定同时相等。

5.一种根据权利要求4所述的梯形稠合多环结构的合成方法，其特征是通过步骤：1)将末端芳香环用烷基锂但锂化然后再与三烷基氯化锡反应得到其三烷基锡中间体；或者与硼酸酯反应制备其硼酸或其硼酸酯中间体；或者与无水二氯化锌反应制备其氯化锌中间体；或是将单溴代或单氯代的末端芳香环在无水溶剂中与金属镁反应制备其格氏(Grignard)试剂。2)步骤1所得到的锡、锌、硼或镁中间体在过渡金属催化下与2，5-二溴-1，4-对苯二甲酸二烷基酯发生单交叉偶联生成2-溴-5-芳香环取代的1，4-苯二甲酸二烷基酯。3)步骤2所得到的产物与双金属化的双环以上的稠环芳香结构(如噻吩并[3，2-b]噻吩)进行双重交叉偶联，制得含有两个1，4-苯二甲酸二烷基酯的四酯共轭结构。4)步骤3所得到的四酯结构在无水溶剂中与烃基锂或烃基格氏试剂反应生成四叔醇中间体。5)步骤4所得到中间体在四酯中间体在如：甲酸、乙酸、三氟乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸，三氯化铝，三氟化硼等，酸性条件下发生四重脱水环化生成梯形稠合多环结构。6)梯形稠合多环结构经过二溴代即得到可用作聚合反应的单体，也可通过交叉偶联进行进一步的衍生反应，或者将其直接锂化用步骤1所述的反应制备其含锡、硼、锌的有机金属中间体或聚合物单体。

6.根据权利要求5所述的梯形稠合多环结构的合成方法，其特征是在步骤1中使用下列结构的化合物为反应原料，合成这类结构的末端稠环：

式中的R’如权利要求1所述。V和W代表下列原子或基团：O、S、Se、Te；W还可以是C＝O、C(R³R⁴)、C＝C(R³R⁴)、Si(R³R⁴)、Ge(R³R⁴)、NR基团。G¹和G²代表H或者卤素原子，即F、Cl、Br或I；或者其中的一个代表SiR₃。

7.根据权利要求5所述的梯形稠合多环结构的合成方法，其特征是在步骤3中使用下列结构的化合物为反应原料，合成梯形结构的中间部分：

MgX，或ZnX。R’、R³、R⁴含义均与R相同，但并非同时相等。

8.一种如权利要求1至4所述梯形稠合多杂环结构的分子与聚合物的用途，其特征是用作半导体活性材料用真空镀膜，旋转涂膜、及各种印刷技术制作有机场效应三极管以及各种传感器。

9.一种如权利要求1至4所述梯形稠合多杂环结构的分子与聚合物的用途，其特征是用作电子给体与富勒分子(fullerenes)衍生物混合制作有机太阳能电池的活性层。