CN103554138B - 一种具有有机场效应晶体管性质的材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有有机场效应晶体管性质的材料及其制备方法，该材料为：并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮；该制备方法为：制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑；制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑；苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成；4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成；4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成；并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮的合成。本发明的并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮，具有有机场效应晶体管的性质，薄膜和晶体的迁移率较高，为种类繁多的有机半导体分子的性能提高提供了途径。

Description

一种具有有机场效应晶体管性质的材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工合成技术领域，尤其涉及一种具有有机场效应晶体管性质材料及其制备方法。
背景技术
自从第一个有机场效应晶体管报道以来，有机场效应晶体管由于其在有源矩阵显示，有机集成电路，电子商标等方面的潜在应用价值得到了人们的广泛关注，与无机晶体管相比，有机场效应晶体管具有成本低，重量轻，柔韧性好，易于大规模制备等特点，近年来，有机场效应晶体管取得了长足的发展，已经有应用于集成电路的尝试。
现有的制造有机场效应晶体管的材料限制使得晶体管的迁移率较低，限制了实际的应用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种具有有机场效应晶体管性质材料及其制备方法，旨在解决现有的制造有机场效应晶体管的材料限制使得晶体管的迁移率较低，限制了实际的应用的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种具有有机场效应晶体管性质材料，该具有有机场效应晶体管性质材料为：并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮。
本发明实施例的另一目的在于提供一种具有有机场效应晶体管性质材料的制备方法，该具有有机场效应晶体管性质材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：将4，5-二甲基-1，2-苯二胺和三乙胺溶于CH2Cl2中，在搅拌下逐滴加入二氯亚砜，将混合物回流5小时；在减压下除去溶剂，再加入水，用浓盐酸调节溶液pH值达到1；用CH2Cl2萃取混合物；有机相用饱和食盐水洗涤，然后干燥，浓缩。再用柱层析提纯产物；
步骤二，制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：在四氯化碳中加入4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、N-溴代丁二酰亚胺和过氧苯甲酰，并将所得混合溶液回流过夜，将悬浮液冷却，过滤，除去溶剂制备产物；
步骤三，苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成：将4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑和醋酸钠加入醋酸中搅拌回流过夜。然后冷却至室温，加入水，用乙酸乙酯萃取。有机相用饱和食盐水洗涤，然后干燥，浓缩。再用柱层析提纯产物；
步骤四，4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：将苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯和氢氧化钠加入甲醇中室温搅拌4小时。加入酸性离子交换树脂再搅拌1小时，然后过滤。滤液浓缩制备产物；
步骤五，4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：在干燥的双颈烧瓶中将草酰氯加入到氮气保护下的干燥CH2Cl2中，将溶液搅拌冷却至-78℃，再逐滴加入DMSO的CH2Cl2溶液，将溶液搅拌5分钟，然后将化合物4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的CH2Cl2和DMSO的混合物溶液逐滴地加入反应液中，继续反应0.5小时。然后在-78℃下缓慢地加入三乙胺；将反应混合物再搅拌10分钟，然后慢慢温热至室温，将冰水加入到反应混合物中，并用CH2Cl2萃取水层；合并的有机相用盐水洗涤、干燥，在真空下浓缩，再用柱层析提供产品4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑；
步骤六，并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮的合成：将化合物4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑和1，4-环己二酮加入乙醇中，并在60℃时逐滴加入氢氧化钾的乙醇溶液，在60℃下继续搅拌1小时后，将反应混合物冷却至室温，将固体滤出，并用乙醇洗涤、在空气中干燥，得到化合物并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮。
进一步，在步骤三中，苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯为白色固体。
进一步，在步骤四中，4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑为白色固体。
进一步，在步骤五中，4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑为淡黄色固体。
进一步，在步骤六中，并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮为棕红色粉末。
本发明提供的具有有机场效应晶体管性质材料及其制备方法，通过制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成、4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成、4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成来制备并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮。本发明的并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮，具有有机场效应晶体管的性质，具有较高的薄膜和晶体的迁移率，为种类繁多的有机半导体分子的性能提高提供了途径。本发明步骤较少，操作方便，较好的解决了现有的制造有机场效应晶体管的材料限制使得晶体管的迁移率较低，限制了实际的应用的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有有机场效应晶体管性质材料制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的具有有机场效应晶体管性质材料及其制备方法包括以下步骤：
S101：制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：将4，5-二甲基-1，2-苯二胺(1.00g，7.34mmol)和三乙胺(3.74g，36.96mmol)溶于CH2Cl2(50mL)中，在搅拌下逐滴加入二氯亚砜(1.75g，14.71mmol)，将混合物回流5小时；在减压下除去溶剂，再加入70mL水，用浓盐酸调节溶液pH值达到1；用CH2Cl2(3×20mL)萃取混合物；有机相用饱和食盐水洗涤，然后干燥(MgSO4)，浓缩。再用柱层析(己烷/乙酸乙酯，10∶1)提纯产物(0.37g，85％)；
S102：制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：在四氯化碳(125ml)中加入4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑(1.0g，6.10mmol)、N-溴代丁二酰亚胺(2.17g，12.19mmol)和过氧苯甲酰(30mg，0.12mmol)，并将所得混合溶液回流过夜，将悬浮液冷却，过滤，除去溶剂制备产物(1.53g，78％)；
S103：苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成：将4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑(0.50g，1.55mmol)和醋酸钠(1g，12.19mmol)加入醋酸(5mL)中搅拌回流过夜。然后冷却至室温，加入30mL水，用乙酸乙酯(3×20mL)萃取。有机相用饱和食盐水洗涤，然后干燥(MgSO4)，浓缩。再用柱层析(己烷/乙酸乙酯，10∶1)制备产物(0.37g，85％)；
S104：4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：将苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯(1.10g，3.92mmol)和氢氧化钠(16mg，0.39mmol)加入甲醇(100mL)中室温搅拌4小时。加入2g酸性离子交换树脂再搅拌1小时，然后过滤。滤液浓缩制备产物(0.62g，81％)；
S105：4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：在干燥的双颈烧瓶中将草酰氯(0.78g，6.14mmol)加入到氮气保护下的干燥CH2Cl2(20mL)中，将溶液搅拌冷却至-78℃，再逐滴加入DMSO(0.62g，12.38mmol)的CH2Cl2(2mL)溶液，将溶液搅拌5分钟，然后将化合物4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑(0.5g，2.55mmol)的CH2Cl2(1mL)和DMSO(1mL)的混合物溶液逐滴地加入反应液中，继续反应0.5小时。然后在-78℃下缓慢地加入三乙胺(10mL)；将反应混合物再搅拌10分钟，然后慢慢温热至室温，将冰水30mL加入到反应混合物中，并用CH2Cl2(3×20mL)萃取水层；合并的有机相用盐水洗涤、干燥，在真空下浓缩，再用柱层析(己烷/乙酸乙酯，1∶1)提供产品4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑(0.37g，85％)；
S106：并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮的合成：将化合物4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑(0.20g，1.04mmol)和1，4-环己二酮(58mg，0.52mmol)加入乙醇(50mL)中，并在60℃时逐滴加入氢氧化钾(32mg)的乙醇溶液，在60℃下继续搅拌1小时后，将反应混合物冷却至室温，将固体滤出，并用乙醇洗涤、在空气中干燥，得到化合物并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮(0.15g，68％)。
本发明的工作原理：本发明提供了制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成、4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成、4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成、并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮的合成的方法和步骤。
本发明提供的化合物并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮具有有机场效应晶体管的性质，薄膜和晶体的迁移率都比较高。正是由于易于构筑高迁移率场效应晶体管，在高迁移率场效应晶体管的制备和高性能有机半导体逻辑门和集成电路中有应用价值。并且用本发明提供的材料制造的有机场效应晶体管，对不同的有机半导体都有普适性，这为种类繁多的有机半导体分子的性能提高提供了一种新途径。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有有机场效应晶体管性质材料，其特征在于，该具有有机场效应晶体管性质材料为：并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮。
2.一种具有有机场效应晶体管性质材料的制备方法，其特征在于，该具有有机场效应晶体管性质材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，制取4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：将4，5-二甲基-1，2-苯二胺和三乙胺溶于CH2Cl2中，在搅拌下逐滴加入二氯亚砜，将混合物回流5小时；在减压下除去溶剂，再加入水，用浓盐酸调节溶液pH值达到1；用CH2Cl2萃取混合物；有机相用饱和食盐水洗涤，然后干燥，浓缩，再用柱层析提纯产物；
步骤二，制取4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑：在四氯化碳中加入4，5-二甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑、N-溴代丁二酰亚胺和过氧苯甲酰，并将所得混合液回流过夜，将悬浮液冷却，过滤，除去溶剂制备产物；
步骤三，苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯的合成：将4，5-二溴甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑和醋酸钠加入醋酸中搅拌回流过夜，然后冷却至室温，加入水，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和食盐水洗涤，干燥，浓缩，再用柱层析提纯产物；
步骤四，4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：将苯并[c][1，2，5]噻二唑-4，5-二亚甲基二乙酸酯和氢氧化钠加入甲醇中室温搅拌4小时，加入酸性离子交换树脂搅拌1小时，然后过滤，滤液浓缩制备产物；
步骤五，4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑的合成：在干燥的双颈烧瓶中将草酰氯加入到氮气保护下的干燥CH2Cl2中，将溶液搅拌冷却至-78℃，再逐滴加入DMSO的CH2Cl2溶液，将溶液搅拌5分钟，然后将化合物4，5-二羟甲基苯并[c][1，2，5]噻二唑的CH2Cl2和DMSO的混合物溶液逐滴地加入反应液中，继续反应0.5小时，然后在-78℃下缓慢地加入三乙胺；将反应混合物再搅拌10分钟，慢慢温热至室温，将冰水加入到反应混合物中，并用CH2Cl2萃取水层；合并的有机相用盐水洗涤、干燥，在真空下浓缩，再用柱层析提供产品4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑；
步骤六，并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮的合成：将化合物4，5-二甲醛基苯并[c][1，2，5]噻二唑和1，4-环己二酮加入乙醇中，并在60℃时逐滴加入氢氧化钾的乙醇溶液，在60℃下继续搅拌1小时后，将反应混合物冷却至室温，将固体滤出，并用乙醇洗涤、在空气中干燥，得到化合物并五苯[2，3-c：9，10-c′]二([1，2，5]噻二唑)-6，13-二酮。
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