CN110590791A - 一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，所述六氮杂苯并菲苯酰亚胺的结构通式如式Ⅰ所示：其合成方法是先将2,3,6,7,10,11‑六甲基‑1,4,5,8,9,12‑六氮杂苯并菲置于乙腈与水的混合溶液中溶解，然后缓慢滴加液溴和乙腈的混合溶液，滴加完毕后保温反应后再降温至室温，滴加亚硫酸氢钠溶液淬灭反应，制备得到2,3,6,7,10,11‑六(二溴甲基)‑1,4,5,8,9,12‑六氮杂苯并菲；在无氧状态和惰性气体氛围下，2,3,6,7,10,11‑六(二溴甲基)‑1,4,5,8,9,12‑六氮杂苯并菲和 在催化剂和有机溶剂的作用下，反应得到六氮杂苯并菲苯酰亚胺；其中，上述式Ⅰ和式Ⅱ中R为C6～C40碳氢链烷基、C6～C40碳氟链烷基或C6～C40芳香族取代基。该合成方法的合成路线简短、产率较高，操作简便，反应条件温和易控制，经济效益明显。

Description

一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法。
背景技术
盘状液晶在发光二极管、光电导、光伏器件、场效应晶体管和光存储等物理器件中具有广泛应用。
近年来，越来越多的苯并菲盘状液晶材料被合成出来，但是由于合成方法的局限，诸多苯并菲类盘状液晶材料的柔性侧链多为-OR或-SR等供电子基团，电荷的富集使大部分苯并菲衍生物成为潜在的P型半导体材料(空穴传输材料)，而具有电子传输功能的盘状液晶N型半导体材料极为稀少。近年来，N型半导体材料在有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管、集成电路等技术领域的新型器件研发中，发挥着举足轻重的作用。随着光电子产业的高速发展，对N型半导体材料的需求与日俱增。
Org.Biomol.Chem.2012,10,7045-7052 Linear and star-shaped pyrazine-containing acene dicarboximides with high electron-affinity中公开了氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，需要经历对甲苯磺酸基保护、溴化、水解、噻二唑化、酰亚胺化、烷基取代、还原反应、缩合反应等多步反应，反应步骤较长、产率较低，严重制约了材料的应用。
所以，提供一种简单的合成方法合成氮杂苯并菲苯酰亚胺，提高产率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，该合成方法的合成路线简短、综合产率高，操作简便，反应条件温和易控制，经济效益显著。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，所述六氮杂苯并菲苯酰亚胺的结构通式如式Ⅰ所示：
其合成方法具体包括以下步骤：
(1)合成2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲
1.1)将2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲置于乙腈与水的混合溶液中，然后升温至80～90℃，并搅拌至2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲完全溶解；
1.2)向2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲溶解溶液中缓慢滴加过量液溴和乙腈的混合溶液，滴加完毕后在80～90℃温度条件下，反应体系继续反应24～72h；
1.3)将上述反应体系冷却至室温，滴加亚硫酸氢钠溶液淬灭反应以除去过量的液溴，然后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液为中性，收集滤饼；
1.4)加入四氯化碳溶解步骤1.3)得到的滤饼，然后过滤，收集滤液，蒸干四氯化碳得到绿色固体；最后用乙醇多次洗涤绿色固体至滤液为无色透明的液体，得到浅黄色固体，该浅黄色固体即为2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲。
(2)合成六氮杂苯并菲苯酰亚胺
2.1)在无氧状态和惰性气体氛围下，将步骤1.4)得到的2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲和化合物A加入有机溶剂中，并加入催化剂，升温至70～100℃反应12～72h；所述化合物A的结构通式如式Ⅱ所示：
其中，上述式Ⅰ和式Ⅱ中R为C6～C40碳氢链烷基、C6～C40碳氟链烷基或C6～C40芳香族取代基；
2.2)将步骤2.1)得到的反应混合液冷却至室温，然后向反应混合液中加入丙酮，经搅拌、过滤，再用去离子水和丙酮洗涤至滤液为无色，收集滤饼，干燥后柱层析得到棕黄色固体，该棕黄色固体六氮杂苯并菲苯酰亚胺。
进一步地，步骤1.1)中乙腈与水的混合溶液中乙腈与水的体积比为95～99:1～5。
进一步地，步骤1.2)中2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲与液溴的摩尔比为1:25～200。
进一步地，步骤1.3)中亚硫酸氢钠溶液的摩尔浓度为0.5～2mol/L。
进一步地，步骤1.4)中加入四氯化碳后在超声波条件下振荡0.5～1h使步骤1.3)收集得到的滤饼完全溶解分散。
进一步地，步骤2.1)中2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲和化合物A的摩尔比为1:3～4。
进一步地，步骤2.1)中的催化剂为碘化钠或碘化钾，其加入量与2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲的摩尔比为10～25:1。
进一步地，步骤2.1)中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或甲基磷酸二甲酯。
进一步地，步骤2.1)中，所述惰性气体为氮气或氩气。
本发明中2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲合成六氮杂苯并菲苯酰亚胺的反应历程如下：
上式中R为C6～C40碳氢链烷基、C6～C40碳氟链烷基或C6～C40芳香族取代基。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的合成路线简短、产率高，最高产率可以达到60％，操作简便，反应条件温和易控制，大大节省了经济成本，从而有利于工业化应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明合成方法的主要反应式如下：
(1)合成2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲
(2)合成上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺
反应式中R为C6～C40碳氢链烷基、C6～C40碳氟链烷基或C6～C40芳香族取代基。
实施例1
化合物A为N-辛基马来酰亚胺，R为碳氢链烷基-C8H17。
一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺，其结构式如下：
上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，具体包括以下步骤：
(1)合成2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲
往1000mL圆底单口瓶中加入2.00g 2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲和320mL CH3CN/H2O混合溶液(其中CH3CN与H2O的体积比为99:1)，升温至85℃，搅拌至2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲完全溶解后，向反应体系中缓慢滴加48mLBr2和80mL CH3CN的混合溶液，滴加完毕后维持85℃，回流反应72h。降至室温，滴加300mL 0.50mol/LNaHSO3溶液淬灭反应以除去过量的液溴，过滤，以蒸馏水洗涤至滤液约为中性。收集滤饼，加入200mL CCl4，超声波振荡分散0.5h，过滤，收集滤液，蒸干溶剂得到绿色固体，用乙醇多次洗涤所得绿色固体至滤液为无色透明，得到5.80g浅黄色固体即为产物，产率为73％。
(2)合成上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺
100mL三口瓶抽真空-通氮气三个循环，依次加入0.70g N-辛基马来酰亚胺、1.27g六(二溴甲基)六氮杂苯并菲、2.25g碘化钠(NaI)和40mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，升温至90℃，氮气保护下反应48h。冷却至室温，将所得混合液与100mL丙酮混合后搅拌30min，过滤，以去离子水和丙酮洗涤至滤液为无色，收集滤饼，干燥后柱层析得到0.54g棕绿色固体，该棕绿色固体即为上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺，产率58％。
实施例2
化合物A为N-(1H,1H-全氟辛基)马来酰亚胺，R为碳氟链烷基-C7F15。
一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺，其结构式如下：
采用实施例1合成得到的2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲合成上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺。
100mL三口瓶抽真空-通氮气三个循环，依次加入1.58g N-(1H,1H-全氟辛基)马来酰亚胺、1.27g六(二溴甲基)六氮杂苯并菲、2.25g碘化钠(NaI)和40mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，升温至90℃，氮气保护下反应48h。冷却至室温，将所得混合液与100mL丙酮混合后搅拌30min，过滤，以去离子水和丙酮洗涤至滤液为无色，收集滤饼，干燥后柱层析得到0.94g棕绿色固体，该棕绿色固体即为上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺，产率54％。
实施例3
化合物A为N-[4-(二苯基氨基)苯基]马来酰亚胺，R为
一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺，其结构式如下：
采用实施例1合成得到的2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲合成上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺。
100mL三口瓶抽真空-通氮气三个循环，依次加入1.12g N-[4-(二苯基氨基)苯基]马来酰亚胺、1.27g六(二溴甲基)六氮杂苯并菲、2.25g碘化钠(NaI)和40mLN,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，升温至90℃，氮气保护下反应48h。冷却至室温，将所得混合液与100mL丙酮混合后搅拌30min，过滤，以去离子水和丙酮洗涤至滤液为无色，收集滤饼，干燥后柱层析得到0.79g棕绿色固体，该棕绿色固体即为上述六氮杂苯并菲苯酰亚胺，产率60％。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，所述六氮杂苯并菲苯酰亚胺的结构通式如式Ⅰ所示：
其合成方法具体包括以下步骤：
(1)合成2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲
1.1)将2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲置于乙腈与水的混合溶液中，然后升温至80～90℃，并搅拌至2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲完全溶解；
1.2)向2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲溶解溶液中缓慢滴加过量液溴和乙腈的混合溶液，滴加完毕后在80～90℃温度条件下，反应体系继续反应24～72h；
1.3)将上述反应体系冷却至室温，滴加亚硫酸氢钠溶液淬灭反应以除去过量的液溴，然后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液为中性，收集滤饼；
1.4)加入四氯化碳溶解步骤1.3)得到的滤饼，然后过滤，收集滤液，蒸干四氯化碳得到绿色固体；最后用乙醇多次洗涤绿色固体至滤液为无色透明的液体，得到浅黄色固体，该浅黄色固体即为2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；
(2)合成六氮杂苯并菲苯酰亚胺
2.1)在无氧状态和惰性气体氛围下，将步骤1.4)得到的2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲和化合物A加入有机溶剂中，并加入催化剂，升温至70～100℃反应12～72h；所述化合物A的结构通式如式Ⅱ所示：
其中，上述式Ⅰ和式Ⅱ中R为C6～C40碳氢链烷基、C6～C40碳氟链烷基或C6～C40芳香族取代基；
2.2)将步骤2.1)得到的反应混合液冷却至室温，然后向反应混合液中加入丙酮，经搅拌、过滤，再用去离子水和丙酮洗涤至滤液为无色，收集滤饼，干燥后柱层析得到棕黄色固体，该棕黄色固体六氮杂苯并菲苯酰亚胺。
2.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤1.1)中乙腈与水的混合溶液中乙腈与水的体积比为95～99:1～5。
3.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤1.2)中2,3,6,7,10,11-六甲基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲与液溴的摩尔比为1:25～200。
4.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤1.3)中亚硫酸氢钠溶液的摩尔浓度为0.5～2mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤1.4)中加入四氯化碳后在超声波条件下振荡0.5～1h使步骤1.3)收集得到的滤饼完全溶解分散。
6.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤2.1)中2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲和化合物A的摩尔比为1:3～4。
7.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤2.1)中的催化剂为碘化钠或碘化钾，其加入量与2,3,6,7,10,11-六(二溴甲基)-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲的摩尔比为10～25:1。
8.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤2.1)中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或甲基磷酸二甲酯。
9.根据权利要求1所述的一种六氮杂苯并菲苯酰亚胺的合成方法，其特征在于，步骤2.1)中，所述惰性气体为氮气或氩气。
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