CN111423464A - 一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 - Google Patents
一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111423464A CN111423464A CN202010270825.0A CN202010270825A CN111423464A CN 111423464 A CN111423464 A CN 111423464A CN 202010270825 A CN202010270825 A CN 202010270825A CN 111423464 A CN111423464 A CN 111423464A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- formula
- compound
- alkyl
- alkoxy
- substituted aromatic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 title claims abstract description 56
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 66
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 38
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 34
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 32
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 23
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 18
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 claims description 16
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims description 15
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N N-Butyllithium Chemical compound [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical group [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 claims description 10
- 238000007336 electrophilic substitution reaction Methods 0.000 claims description 10
- 125000004404 heteroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 10
- OHZAHWOAMVVGEL-UHFFFAOYSA-N 2,2'-bithiophene Chemical compound C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1 OHZAHWOAMVVGEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JNGZXGGOCLZBFB-IVCQMTBJSA-N compound E Chemical compound N([C@@H](C)C(=O)N[C@@H]1C(N(C)C2=CC=CC=C2C(C=2C=CC=CC=2)=N1)=O)C(=O)CC1=CC(F)=CC(F)=C1 JNGZXGGOCLZBFB-IVCQMTBJSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 8
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 8
- MABNMNVCOAICNO-UHFFFAOYSA-N selenophene Chemical compound C=1C=C[se]C=1 MABNMNVCOAICNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 8
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 5
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims description 5
- SWGZAKPJNWCPRY-UHFFFAOYSA-N methyl-bis(trimethylsilyloxy)silicon Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)O[Si](C)(C)C SWGZAKPJNWCPRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N protoneodioscin Natural products O(C[C@@H](CC[C@]1(O)[C@H](C)[C@@H]2[C@]3(C)[C@H]([C@H]4[C@@H]([C@]5(C)C(=CC4)C[C@@H](O[C@@H]4[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@H](CO)O4)CC5)CC3)C[C@@H]2O1)C)[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N 0.000 claims description 5
- 229940126062 Compound A Drugs 0.000 claims description 4
- NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N Heterophylliin A Natural products O1C2COC(=O)C3=CC(O)=C(O)C(O)=C3C3=C(O)C(O)=C(O)C=C3C(=O)OC2C(OC(=O)C=2C=C(O)C(O)=C(O)C=2)C(O)C1OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006000 Knoevenagel condensation reaction Methods 0.000 claims description 4
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N Piperidine Chemical compound C1CCNCC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006619 Stille reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000006069 Suzuki reaction reaction Methods 0.000 claims description 4
- 150000002367 halogens Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000006459 hydrosilylation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 4
- CCZVEWRRAVASGL-UHFFFAOYSA-N lithium;2-methanidylpropane Chemical compound [Li+].CC(C)[CH2-] CCZVEWRRAVASGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 claims description 3
- LPNYRYFBWFDTMA-UHFFFAOYSA-N potassium tert-butoxide Chemical compound [K+].CC(C)(C)[O-] LPNYRYFBWFDTMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 3
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- IPWKHHSGDUIRAH-UHFFFAOYSA-N bis(pinacolato)diboron Chemical compound O1C(C)(C)C(C)(C)OB1B1OC(C)(C)C(C)(C)O1 IPWKHHSGDUIRAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UNXISIRQWPTTSN-UHFFFAOYSA-N boron;2,3-dimethylbutane-2,3-diol Chemical compound [B].[B].CC(C)(O)C(C)(C)O UNXISIRQWPTTSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 2
- 125000006575 electron-withdrawing group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910000103 lithium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- YJVFFLUZDVXJQI-UHFFFAOYSA-L palladium(ii) acetate Chemical compound [Pd+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O YJVFFLUZDVXJQI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 125000004469 siloxy group Chemical group [SiH3]O* 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 6
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 6
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 238000010898 silica gel chromatography Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000001644 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1C FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxy-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]-N-(3-nitrophenyl)naphthalene-2-carboxamide Chemical compound Cc1ccc(N=Nc2c(O)c(cc3ccccc23)C(=O)Nc2cccc(c2)[N+]([O-])=O)c(c1)[N+]([O-])=O MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 2
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Inorganic materials O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- -1 siloxane side chains Chemical group 0.000 description 2
- HEAUFJZALFKPBA-JPQUDPSNSA-N (3s)-3-[[(2s,3r)-2-[[(2s)-6-amino-2-[[(2s)-2-amino-3-(1h-imidazol-5-yl)propanoyl]amino]hexanoyl]amino]-3-hydroxybutanoyl]amino]-4-[[(2s)-1-[[(2s)-1-[[(2s)-1-[[2-[[(2s)-1-[[(2s)-1-amino-4-methylsulfanyl-1-oxobutan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@H](C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(N)=O)C(C)C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@@H](N)CC=1NC=NC=1)[C@@H](C)O)C1=CC=CC=C1 HEAUFJZALFKPBA-JPQUDPSNSA-N 0.000 description 1
- RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC(Cl)=C1Cl RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LPNANKDXVBMDKE-UHFFFAOYSA-N 5-bromopent-1-ene Chemical compound BrCCCC=C LPNANKDXVBMDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 101800000399 Neurokinin A Proteins 0.000 description 1
- 102100024304 Protachykinin-1 Human genes 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- KWTSZCJMWHGPOS-UHFFFAOYSA-M chloro(trimethyl)stannane Chemical compound C[Sn](C)(C)Cl KWTSZCJMWHGPOS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005401 siloxanyl group Chemical group 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/0834—Compounds having one or more O-Si linkage
- C07F7/0838—Compounds with one or more Si-O-Si sequences
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/0834—Compounds having one or more O-Si linkage
- C07F7/0838—Compounds with one or more Si-O-Si sequences
- C07F7/0872—Preparation and treatment thereof
- C07F7/0889—Reactions not involving the Si atom of the Si-O-Si sequence
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
- H10K85/626—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/655—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
- H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用。硅烷氧基取代芳香稠环结构如式
所示，基于硅氧烷基取代芳香稠环的共轭小分子结构如式
’所示。本发明提供的制备上述硅氧烷基取代芳香稠环以及基于这种结构的有机小分子受体的方法，合成工艺简单，操作方便、产物产率高，经仪器检测所得化合物结构正确，稳定性好。本发明所制备的基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子在可见光区和近红外区对太阳光有较强吸收，具有合适的电子能级，作为n‑型窄带隙电子受体材料，可与宽、中等带隙P型聚合物或小分子给体搭配，应用于有机太阳电池。
Description
技术领域
本发明属于有机光伏材料领域，具体涉及一类硅氧烷基取代的芳香稠环结构单元及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，新能源诸如风能、水能、潮汐能、太阳能由于其资源丰富、清洁无污染的特点，越来越受到人类社会的欢迎和重视。有机太阳电池作为一种新兴的太阳能技术受到了科研工作者的广泛关注。与传统的无机太阳能电池相比，有机太阳电池具有生产成本低、质量轻、可制作柔性器件并可通过卷对卷快速加工方式制备大面积器件等一系列优势。在过去的二十多年里，经过科研工作者们坚持不懈的努力，特别是在活性层材料、制备工艺以及器件结构等方面不断探索，使得有机太阳能电池技术取得了巨大进步，目前基于p-型聚合物给体和n-型有机小分子受体的电池转换效率已突破16％，这显示出有机太阳电池巨大的商业化应用前景。然而，现阶段有机太阳电池在稳定性、器件效率和大面积加工性等诸多方面仍存在问题。活性层作为有机太阳电池的重要组成，活性层材料的创新是解决上述难题的关键所在。近年来，科研工作者设计合成了一系列新型稠环有机小分子受体，通过对分子进行精细设计和修改，实现对吸收能级和活性层形貌的调控。
发明内容
本发明的目的在于提供一类硅氧烷基取代的芳香稠环结构单元及其制备方法与应用。本发明涉及的基于含硅氧烷基取代芳香稠环的有机共轭小分子作为有机太阳电池活性层受体材料时，表现出了优异的光伏性能。
本发明公开了一种硅氧烷基取代的芳香稠环，其具有以下结构：
式I中，R1为烷基、烷氧基、共轭芳环或取代芳环中任一种，所述烷基为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；所述烷氧基为碳原子数为1～30的直链或支链烷氧基；所述共轭芳环为噻吩、并噻吩、苯环、呋喃、硒吩；所述取代共轭芳环为包含至少一个碳原子数为1～30的烷基和/或碳原子数为1～20的烷氧基的噻吩、并噻吩、苯环、呋喃、硒吩。
本发明进一步公开了上述硅氧烷基取代芳香稠环的制备方法，包括以下步骤：
1)将化合物A和化合物B通过亲电取代反应得到化合物C；
式B中，R1的定义同式I；
式C中，R1的定义同式A。
2)化合物C与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷通过硅氢加成反应，即可得到式I所示的硅氧烷基取代芳香稠环。
优选的方案，所述亲电取代反应的条件为：以二甲基亚砜为溶剂，叔丁醇钾为中和剂，化合物A和化合物B的摩尔比为1:6～8，在85～90℃温度下反应12～16小时。
优选的方案，所述硅氢加成反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，催化剂为卡斯特催化剂，催化剂加入量为3～6滴，化合物B与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的摩尔比为1:6～8，在55～60℃温度下反应12～14小时。
本发明还公开了一种基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子，其具有以下结构：
式I’中，R1可为烷基、烷氧基、共轭芳环或取代芳环中任一种，所述烷基为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；所述烷氧基为碳原子数为1～30的直链或支链烷氧基；所述共轭芳环为噻吩、并噻吩、苯环、呋喃或硒吩；所述取代共轭芳环为包含至少一个碳原子数为1～20的烷基和/或碳原子数为1～20的烷氧基的噻吩、并噻吩、苯环、呋喃或硒吩。
Ar1为式II和式III所示基团：
式II和式III所示基团中，EG表示吸电子基团，可为以下结构中的任意一种：
其中，R2可为氢原子、卤素取代基、烷基、环烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、所述烷氧基、所述烷硫基、所述芳烷基和所述杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基。
Ar2表示共轭π桥，可具有如下所示结构，但不局限于以下结构：
其中，X和Y可为氢原子、卤素、烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、环烷基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基和杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基；R3可为烷基、烷氧基、烷硫基，所述烷基、烷氧基、烷硫基中的烷基均为碳原子为1～30的直链或支链烷基；R4可为氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、环烷基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基和杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基。
上述基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子中，Ar1可为式IV、式V、式VI、式VII、式VIII或式IX。
其中，R5为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；R6为碳原子数为1～30的直链或支链烷基、烷氧基或烷硫基。
本发明公开的硅氧烷基取代的芳香稠环以及基于该结构单元的有机小分子具体可为式M1、M2、M3所示结构。
本发明进一步公开了式I’所示基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子的制备方法，包括以下步骤：
1)将式I所示化合物和正丁基锂进行氢锂交换反应，随后与三烷基氯化锡或联硼酸频哪醇酯通过亲电取代反应得到化合物D；
2)将化合物D与式II中所示的化合物Ar2在催化剂作用下通过Suzuki偶联反应或Stille偶联反应得到化合物E；
3)将式I所示化合物和正丁基锂进行氢锂交换反应，随后与N,N-二甲基甲酰胺通过亲电取代反应得到化合物F；
4)将化合物F或化合物E与式III中所示的化合物EG通过Knoevenagel缩合反应得到式I’所示化合物。
式II中，Ar2和EG的定义同式I’。
式III中，EG的定义同式I’。
式D中，R1的定义同式I，X1为三烷基基团、硼酸基团、硼酸酯基团或卤素基团。
式E中，R1的定义同式I，Ar2的定义同式II。
式F中，R1的定义同式I，X2为醛基。
优选的方案，所述氢锂交换反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，式I所示化合物与正丁基锂的摩尔比为1:3～6，在-70～-80℃温度下反应1～3小时，得到氢锂交换中间产物。
优选的方案，所述亲电取代反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，三烷基氯化锡、联硼酸频哪醇酯或N,N-二甲基甲酰胺与氢锂交换反应所得中间产物的摩尔比为3～8:1。
优选的方案，所述Suzuki偶联反应的条件为：以四氢呋喃或甲苯为溶剂，催化剂为四(三苯基膦)钯(0)，催化剂加入量为化合物D摩尔量的1％～10％，化合物D和化合物Ar2的摩尔比为1:2～3，在50℃～120℃温度下反应10～24小时。优选的方案，所述Stille偶联反应的条件为：以甲苯或二甲苯作为溶剂，催化剂为四(三苯基膦)钯(0)、氯化钯或醋酸钯，催化剂加入量为化合物D摩尔量的1％～10％，化合物D和化合物Ar2的摩尔比为1:2～3，在50℃～120℃温度下反应12～48小时。
优选的方案，所述Knoevenagel缩合反应的条件为：以氯仿、二氯甲烷或1,2-二氯乙烷为溶剂，催化剂为吡啶、哌啶或三乙胺，催化剂加入量为化合物E或化合物F摩尔量的0.1％～10％，化合物E或化合物F和化合物EG的摩尔比为1:3～8，在40℃～100℃温度下反应3～15小时。
本发明公开了一种活性层，由上述基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子和p-型电子给体组成。
所述p-型电子给体为p-型聚合物或p-型有机小分子，具体为如图1所示的PTB7-Th和PBZ-C7Si。
所述活性层中p-型电子给体与所述小分子受体的摩尔比可为1:0.1～10，如1:1.5。
所述活性层可采用氯仿、甲苯、二甲苯、三甲苯、氯苯、二氯苯和三氯苯等溶剂进行溶解，得到所述p-型电子给体和所述小分子受体的混合物。
本发明还公开了一种光伏器件，由两个修饰层以及位于所述两个修饰层之间的半导体层组成；所述两个修饰层分别为电子和空穴的传输层；所述半导体为所述活性层。
所述基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子或所述活性层在制备薄膜半导体器件、电化学器件、光电探测器、有机光伏器件、场效应晶体管、传感器和电容器中任意一种中的应用，都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种硅氧烷基取代的芳香稠环，以及基于该结构的共轭小分子材料的制备方法及其应用。硅烷氧基取代芳香稠环结构如式I所示，基于硅氧烷基取代芳香稠环的共轭小分子结构如式I’所示。本发明提供的制备上述硅氧烷基取代芳香稠环以及基于这种结构的有机小分子受体的方法，合成工艺简单，操作方便、产物产率高，经仪器检测所得化合物结构正确，稳定性好。本发明所制备的基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子在可见光区和近红外区对太阳光有较强吸收，具有合适的电子能级，作为n-型窄带隙电子受体材料，可与宽、中等带隙P型聚合物或小分子给体搭配，应用于有机太阳电池。
相对于现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明公开了一种硅氧烷基取代的芳香稠环以及基于该结构的共轭小分子材料的制备方法及其应用；通过引入硅氧烷侧链来调控分子的吸收能级以及薄膜状态下的分子堆积，在可见光区和近红外区对太阳光有较强吸收，具有合适的电子能级。作为n-型窄带隙电子受体材料，可与宽、中等带隙p-型聚合物或小分子给体搭配，应用于有机太阳电池。
附图说明
图1为本发明实施例2、3、4中所用的聚合物给体PTB7-Th和PBZ-C7Si的结构式；
图2为本发明实施例1制备M1的合成路线；
图3为本发明实施例2制备M2的合成路线；
图4为本发明实施例3制备M3的合成路线；
图5为本发明实施例2、3制备所得产物M2、M3在溶液和薄膜状态下的吸收光谱；
图6为本发明实施例2、3制备所得产物M2、M3的循环伏安曲线；
图7为本发明实施例2、3制备所得产物M2、M3的热失重曲线；
图8为本发明实施例2制备所得产物M2与PTB7-Th共混、实施例3制备所得产物M3与PBZ-C7Si共混制成有机太阳电池器件的J-V曲线。
具体实施方式
下述实施例中用到的原料、试剂，若无特殊说明，均可从商业途径购得。
在下述实施例中，努力确保所有数字(包括量、温度、时间等的准确性)，但应考虑到一些实验误差和偏差。若无特殊说明，在下述实施例中，所用的压力为大气压或接近大气压，所进行反应在惰性气体保护下进行。
实施例1：硅氧烷基取代的芳香稠环化合物M1的合成
M1的合成路线如图2所示。具体反应步骤和反应条件如下：
在氮气保护下，将A(2.66g，10mmol)溶于无水二甲基亚砜(50ml)中，分三次加入叔丁醇钾(8.98g，80mmol)，并于80℃下反应1小时。随后逐滴加入5-溴戊-1-烯(11.92，80mmol)，于85～90℃反应12小时。加水淬灭反应，用乙酸乙酯萃取三次，用蒸馏水洗涤多次。以石油醚作为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行进一步提纯，得到浅黄色固体(3.23g，产率60％)即为化合物C。
在氮气保护下，将C(3.23g，6mmol)和1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(10.68g，48mmol)溶于无水四氢呋喃(50ml)中，加入卡斯特催化剂5滴，于50～60℃下反应过夜。随后，直接用旋转蒸发仪将混合物中的溶剂抽干，以石油醚/二氯甲烷混合液为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行提纯，得到浅黄色油状液体M1(7.89g，产率为92％)。
结构确认数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.28(s,2H),7.25(d,2H),6.97(d,2H),1.96(t,4H),1.82(t,4H),1.21-1.08(m,16H),0.94-0.82(m,8H),0.32(t,8H),0.05(s,72H),-0.06(s,12H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ155.31,153.53,141.83,135.69,126.29,121.99,113.37,53.72,39.13,33.82,24.13,22.92,17.71,1.94,-0.17.
实施例2：式M2所示有机小分子(即式I’所示具体化合物)的合成
M2的合成路线如图3所示。具体反应步骤和反应条件如下：
在氮气保护下，将化合物M1(7.89g，5.52mmol)溶于无水四氢呋喃(100ml)中，在-78℃下滴加正丁基锂(16.56mmol，2.5M己烷溶液)并在该温度下反应2小时，随后加入三甲基氯化锡(17mmol，1M四氢呋喃溶液)，回到室温后反应过夜。加水淬灭反应，用乙酸乙酯萃取三次，用蒸馏水洗涤三次。用无水硫酸镁进行干燥，过滤后旋干，放入真空干燥箱进行干燥。得到黄色油状液体D(9.29g，产率96％)。
在氮气保护下，将化合物D(2.32g，1.32mmol)和化合物J(1.69g，5.30mmol)置于两口烧瓶中，并溶解于无水邻二甲苯(30ml)中，随后加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(76.5mg，0.067mmol)，于120℃下反应过夜。将反应物冷却至室温，用旋转蒸发仪抽干溶剂。以石油醚/二氯甲烷混合液为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行提纯，得到深红色固体G(1.01g，产率为40％)。
在氮气保护下，将化合物G(500mg，0.26mmol)和化合物H(483mg，2.10mmol)溶于氯仿(30ml)中，加入吡啶(1ml)，加热回流，反应过夜。随后，将混合物倒入甲醇中，过滤后取滤渣。以石油醚/二氯甲烷混合液为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行提纯。随后用异丙醇进行重结晶，得到蓝黑色的纯化合物M2(251mg，产率为41％)。
结构确认数据如下：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.72(s,2H),8.52(s,2H),7.65(s,4H),7.51(s,2H),7.33(s,2H),4.17(d,4H),2.06-2.02(m,2H),1.93(t,8H),1.67(q,4H),2.02-1.84(m,4H),1.47-1.40(m,8H),1.23-1.14(m,16H),1.04(t,6H),0.98(t,6H),0.97-0.79(m,8H),0.34(t,8H),0.03(s,72H),-0.06(s,12H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ186.36,158.33,157.37,155.80,155.66,155.03,154.94,148.74,138.91,136.79,136.47,136.30,134.59,134.52,131.56,130.01,122.76,120.54,115.15,114.96,114.86,114.22,74.89,68.31,54.29,39.88,39.34,33.97,30.76,29.34,24.41,24.16,23.27,23.06,17.91,14.40,11.39,2.07,-0.01.
实施例3：式M3所示有机小分子(即式I’所示具体化合物)的合成M3的合成路线如图4所示。具体反应步骤和反应条件如下：
在氮气保护下，将化合物D(2.32g，1.32mmol)和化合物N(1.69g，5.30mmol)置于两口烧瓶中，并溶解于无水邻二甲苯(30ml)中，随后加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(76.5mg，0.067mmol)，于120℃下反应过夜。将反应物冷却至室温，用旋转蒸发仪抽干溶剂。以石油醚/二氯甲烷混合液为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行提纯，得到深红色固体N(1.11g，44％)。
在氮气保护下，将化合物K(500mg，0.26mmol)和化合物H(483mg，2.10mmol)溶于氯仿(30ml)中，加入吡啶(1ml)，加热回流，反应过夜。随后，将混合物倒入甲醇中，过滤后取滤渣。以石油醚/二氯甲烷混合液为洗脱剂，通过硅胶层析柱进行提纯。随后用异丙醇进行重结晶，得到蓝黑色的纯化合物M3(274mg，45％)。结构确认数据如下：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.15(s,2H),8.50(s,2H),7.61(s,2H),7.56(s,2H),7.36(s,2H),6.96(s,2H),4.18(d,4H),2.05-2.02(m,2H),2.02-1.84(m,8H),1.62(q,4H),1.54-1.49(m,4H),1.47-1.40(m,8H),1.19(d,16H),0.98(t,6H),0.95(d,6H),0.94-0.82(m,8H),0.34(t,8H),0.04(s,72H),-0.06(s,12H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ186.83,170.36,158.95,157.98,155.12,154.94,153.15,147.27,138.63,136.87,136.43,134.44,132.93,122.86,117.52,117.12,115.47,114.91,114.42,112.28,112.14,109.02,76.01,67.25,54.64,39.54,39.10,33.79,30.27,29.20,24.34,23.69,23.23,22.99,17.84,14.34,11.15,2.10,0.02.
实施例4：利用紫外可见光谱仪测定分子的紫外-可见吸收
对实施例2、3制备的小分子M2、M3进行氯仿溶液和薄膜吸收测试。紫外-可见吸收光谱如图5所示。
M2、M3的光学吸收数据如表1所示。其中，a)是氯仿溶液中测得；b)是薄膜状态下测得，
从表中可以看出，小分子M2的溶液吸收在600～900nm，最大摩尔消光系数为1.86×105M-1cm-1；薄膜状态下吸收红移，范围在600～1000nm，薄膜吸收边达1022nm，相应的光学带隙为1.21eV，是典型的近红外小分子，可作为窄带隙受体应用于光伏器件中。小分子M3的溶液吸收范围在550～770nm范围内，最大摩尔消光系数较高，可达2.20×105M-1cm-1；在纯膜状态下，M3的薄膜吸收在550～800nm，吸收峰红移36nm，薄膜吸收边为822nm，光学带隙为1.51eV，属于中等带隙小分子。
实施例5：采用循环伏安法测定分子的最高占有分子轨道(HOMO)以及最低未占有分子轨道(LUMO)
分别将小分子M2(5mg)、M3(5mg)溶于氯仿(0.5ml)中。以玻碳电极为工作电极、铂丝为辅助电极、Ag/AgCl电极为参比电极，以浓度为0.1mol/L的四丁基六氟磷酸铵/无水乙腈溶液作为电解质溶液。采用循环伏安法测定分子相对于二茂铁的氧化还原电位，通过公式HOMO＝-(Eox+4.8eV)和LUMO＝-(Ered+4.8eV)进一步得到分子的能级。本发明实施例2、3制备所得产物M2、M3的循环伏安曲线如图6所示。
M2、M3的HOMO和LUMO能级如表2所示。与结构相似的小分子受体IEICO-4F(LUMO：-4.19eV/HOMO：-5.44eV)和i-IEICO-4F(LUMO：-3.85eV/HOMO：-5.52eV)相比，本发明公开的用硅氧烷基修饰的方法会对稠环小分子的电子能级产生影响，特别是会抬高分子的LUMO能级。
| Acceptor | LUMO[eV] | HOMO[eV] | Eg[eV] |
| M<sub>2</sub> | -3.97 | -5.37 | 1.40 |
| M<sub>3</sub> | -3.71 | -5.53 | 1.82 |
实施例6：利用热重分析仪测定分子的热稳定性
采用TG209热重分析仪对实施例2、3制备所得产物M2、M3进行热稳定测试，温度范围为0～600℃。热重分析曲线如图7所示。结果显示，小分子M2、M3的分解温度(以5％热重损失计算)分别为336.2℃和337.63℃，这说明其具有良好的热稳定性。
实施例7：有机太阳电池器件的制备和光伏性能
对方块电阻为15～20Ω/m2的ITO玻璃进行超声清洗和真空干燥后，将其作为有机太阳电池的阴极。在ITO玻璃上旋涂一层ZnO薄膜，随后在ZnO薄膜上旋涂一层PFN-Br薄膜。
将聚合物PTB7-Th和小分子M2以1:1.5的比例溶于二氯苯溶液中，并添加2％的CN作为添加剂，旋涂在PFN-Br薄膜上形成活性层薄膜。将MoO3和Al相继蒸镀到活性层上，作为有机太阳电池器件的阳极。最终得到结构为ITO/ZnO/PFN-Br/PTB7-Th:M2/MoO3/Al的光伏器件。
将聚合物PBZ-C7Si和小分子M3以1:1.5的比例溶于氯苯溶液中，旋涂在PFN-Br薄膜上，随后在110℃下退火5分钟，形成活性层薄膜。将MoO3和Al相继蒸镀到活性层上，作为有机太阳电池器件的阳极。最终得到结构为ITO/ZnO/PFN-Br/PBZ-C7Si:M3/MoO3/Al的光伏器件。
以上所有器件制备过程都在充满氮气的手套箱中进行。
采用AM 1.5G太阳模拟灯，在一个标准太阳光下，通过J-V曲线法测定有机太阳电池的能量转化效率。M2、M3的J-V曲线如图8所示，器件的光伏性能如表3所示。
| D:A | V<sub>OC</sub>[V] | J<sub>SC</sub>[mA cm<sup>-2</sup>] | FF[％] | PCE[％] |
| PTB7-Th:M<sub>2</sub> | 0.73 | 22.94 | 61.55 | 10.31(9.53) |
| PBZ-C7Si:M<sub>3</sub> | 0.87 | 22.55 | 74.03 | 14.54(14.20) |
M2、M3作为小分子受体，与聚合物给体搭配，应用于有机太阳电池，均表现出较好的光伏性能。其中，PBZ-C7Si与M3搭配的有机太阳电池获得了最高14.54％的能量转换效率，具有优异的器件光伏性能。
上述实施例中，制备活性层时的给体不局限于PTB7-Th和PBZ-C7Si，还可以替换为其他能级匹配、吸收互补的聚合物或小分子给体，在有机太阳电池中同样具有良好的光伏性能。
以上所述的实施例是本发明的优选实施方案，并不是用来限定权利要求的。任何本领域的普通技术人员在不脱离本发明技术原理的前提下，都可以做出若干修改和变动，因此这些修改和变动也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅氧烷基取代的芳香稠环，其特征在于，具有以下结构：
式I中，R1可为烷基、烷氧基、共轭芳环或取代芳环中任一种，所述烷基为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；所述烷氧基为碳原子数为1～30的直链或支链烷氧基；所述共轭芳环为噻吩、并噻吩、苯环、呋喃、硒吩；所述取代共轭芳环为包含至少一个碳原子数为1～30的烷基和/或碳原子数为1～20的烷氧基的噻吩、并噻吩、苯环、呋喃、硒吩。
2.一种权利要求1所述的硅氧烷基取代芳香稠环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将化合物A和化合物B通过亲电取代反应得到化合物C；
式B中，R1的定义同式I；
式C中，R1的定义同式B；
2)化合物C与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷通过硅氢加成反应，即可得到式I所示的硅氧烷基取代芳香稠环。
3.根据权利要求2所述的硅氧烷基取代芳香稠环的制备方法，其特征在于，所述亲电取代反应的条件为：以二甲基亚砜为溶剂，叔丁醇钾为中和剂，化合物A和化合物B的摩尔比为1:6～8，在85～90℃温度下反应12～16小时；所述硅氢加成反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，催化剂为卡斯特催化剂，催化剂加入量为3～6滴，化合物B与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷的摩尔比为1:6～8，在55～60℃温度下反应12～14小时。
4.一种基于式I所示硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子，其特征在于，具有以下结构：
式I’中，R1可为烷基、烷氧基、共轭芳环或取代芳环中任一种，所述烷基为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；所述烷氧基为碳原子数为1～30的直链或支链烷氧基；所述共轭芳环为噻吩、并噻吩、苯环、呋喃或硒吩；所述取代共轭芳环为包含至少一个碳原子数为1～20的烷基和/或碳原子数为1～20的烷氧基的噻吩、并噻吩、苯环、呋喃或硒吩；
Ar1为式II和式III所示基团：
式II和式III所示基团中，EG表示吸电子基团，可为以下结构中的任意一种：
其中，R2可为氢原子、卤素取代基、烷基、环烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、所述烷氧基、所述烷硫基、所述芳烷基和所述杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基；
Ar2表示共轭π桥，具有如下所示结构：
其中，X和Y可为氢原子、卤素、烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、环烷基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基和杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基；R3可为烷基、烷氧基、烷硫基，所述烷基、烷氧基、烷硫基中的烷基均为碳原子为1～30的直链或支链烷基；R4可为氢原子、烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、环烷基、芳烷基或杂烷基，所述烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基和杂烷基中的烷基均为碳原子数为1～30的直链或支链烷基，所述环烷基为碳原子数为3～30的环烷基。
5.根据权利要求4所述的基于式I所示硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子，其特征在于，式I’中的Ar1为式IV、式V、式VI、式VII、式VIII或式IX；
其中，R5为碳原子数为1～30的直链或支链烷基；R6为碳原子数为1～30的直链或支链烷基、烷氧基或烷硫基。
6.一种权利要求4或5所述的基于式I所示硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将式I所示化合物和正丁基锂进行氢锂交换反应，随后与三烷基氯化锡或联硼酸频哪醇酯通过亲电取代反应得到化合物D；
2)将化合物D与式II中所示的化合物Ar2在催化剂作用下通过Suzuki偶联反应或Stille偶联反应得到化合物E；
3)将式I所示化合物和正丁基锂进行氢锂交换反应，随后与N，N-二甲基甲酰胺通过亲电取代反应得到化合物F；
4)将化合物F或化合物E与式III中所示的化合物EG通过Knoevenagel缩合反应得到式I’所示硅氧烷基取代的芳香稠环；
其中，
式II中，Ar2和EG的定义同式I’；
式III中，EG的定义同式I’；
式D中，R1的定义同式I，X1为三烷基基团、硼酸基团、硼酸酯基团或卤素基团；
式F中，R1的定义同式I，Ar2的定义同式II；
式E中，R1的定义同式I，X2为醛基。
7.根据权利要求6所述的基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子制备方法，其特征在于：所述氢锂交换反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，式I所示化合物与正丁基锂的摩尔比为1:3～6，在-70～-80℃温度下反应1～3小时，得到氢锂交换中间产物；所述亲电取代反应的条件为：以四氢呋喃为溶剂，三烷基氯化锡、联硼酸频哪醇酯或N,N-二甲基甲酰胺与氢锂交换反应所得中间产物的摩尔比为3～8:1；
所述Suzuki偶联反应的条件为：以四氢呋喃或甲苯为溶剂，催化剂为四(三苯基膦)钯(0)，催化剂加入量为化合物D摩尔量的1％～10％，化合物D和化合物Ar2的摩尔比为1:2～3，在50℃～120℃温度下反应10～24小时；
所述Stille偶联反应的条件为：以甲苯或二甲苯作为溶剂，催化剂为四(三苯基膦)钯(0)、氯化钯或醋酸钯，催化剂加入量为化合物D摩尔量的1％～10％，化合物D和化合物Ar2的摩尔比为1:2～3，在50℃～120℃温度下反应12～48小时；
所述Knoevenagel缩合反应的条件为：以氯仿、二氯甲烷或1,2-二氯乙烷为溶剂，催化剂为吡啶、哌啶或三乙胺，催化剂加入量为化合物E或化合物F摩尔量的0.1％～10％，化合物E或化合物F和化合物EG的摩尔比为1:3～8，在40℃～100℃温度下反应3～15小时。
8.一种活性层，由权利要求4或5中任一项所述的如式I’所示的基于硅氧烷基取代芳香稠环的有机小分子和p-型电子给体组成；所述p-型电子给体为p-型聚合物或p-型有机小分子。
9.一种光伏器件，其特征在于：所述器件结构包括两个修饰层以及位于所述两个修饰层之间的半导体层；所述两个修饰层分别为电子和空穴的传输层；所述半导体层为权利要求8所述的活性层。
10.权利要求4或5任一所述的式I’所示化合物或权利要求8所述的活性层在制备薄膜半导体器件、电化学器件、光电探测器、有机光伏器件、场效应晶体管、传感器和电容器中任意一种中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010270825.0A CN111423464B (zh) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010270825.0A CN111423464B (zh) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111423464A true CN111423464A (zh) | 2020-07-17 |
| CN111423464B CN111423464B (zh) | 2021-11-23 |
Family
ID=71555919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010270825.0A Active CN111423464B (zh) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111423464B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116289225A (zh) * | 2021-12-20 | 2023-06-23 | 四川大学 | 一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106046328A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-10-26 | 中国科学院化学研究所 | 一种硅烷取代的二维共轭聚合物及其制备方法与在光伏器件中的应用 |
| WO2017191466A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Imperial Innovations Limited | Organic ternary blends |
| KR20180035505A (ko) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 주식회사 엘지화학 | 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 |
| CN109293693A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-02-01 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种新型的二噻吩并硅杂环戊二烯有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用 |
| CN109748925A (zh) * | 2017-11-03 | 2019-05-14 | 中国科学院化学研究所 | 一类烷氧基取代的芳香稠环结构单元及其合成方法与应用 |
-
2020
- 2020-04-08 CN CN202010270825.0A patent/CN111423464B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106046328A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-10-26 | 中国科学院化学研究所 | 一种硅烷取代的二维共轭聚合物及其制备方法与在光伏器件中的应用 |
| WO2017191466A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Imperial Innovations Limited | Organic ternary blends |
| KR20180035505A (ko) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 주식회사 엘지화학 | 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 |
| CN109748925A (zh) * | 2017-11-03 | 2019-05-14 | 中国科学院化学研究所 | 一类烷氧基取代的芳香稠环结构单元及其合成方法与应用 |
| CN109293693A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-02-01 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种新型的二噻吩并硅杂环戊二烯有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HU CHEN 等: "The Effect of Ring Expansion in Thienobenzo[b] indacenodithiophene Polymers for Organic Field-Effect Transistors", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
| HYE WON CHO 等: "Thermally Durable Nonfullerene Acceptor with Nonplanar Conjugated Backbone for High-Performance Organic Solar Cells", 《ADV. ENERGY MATER.》 * |
| SHIZHEN FENG 等: "Siloxane-Terminated Side Chain Engineering of Acceptor Polymers Leading to Over 7% Power Conversion Efficiencies in All-Polymer Solar Cells", 《ACS MACRO LETT.》 * |
| YAOWEN NIAN 等: "Benzoxadiazole and Benzoselenadiazole as π-Bridges in Nonfullerene Acceptors for Efficient Polymer Solar Cells", 《ASIAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116289225A (zh) * | 2021-12-20 | 2023-06-23 | 四川大学 | 一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法 |
| CN116289225B (zh) * | 2021-12-20 | 2024-04-02 | 四川大学 | 一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111423464B (zh) | 2021-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108948327B (zh) | 一种喹喔啉类共轭聚合物及其制备方法与其在聚合物太阳电池中的应用 | |
| CN112375079B (zh) | 一类基于萘二酰亚胺单元衍生物的小分子受体材料及制备方法与应用 | |
| CN109748925A (zh) | 一类烷氧基取代的芳香稠环结构单元及其合成方法与应用 | |
| CN109970768A (zh) | 基于咔唑十一元稠环平面核D(A-Ar)2型有机光电化合物及制备方法和应用 | |
| JP2013529227A (ja) | アントラセンとピアセレノール類とを含有する共重合体、その製造方法及びその応用 | |
| CN108409944A (zh) | 一种含氯取代共轭侧链的共轭聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN105753851A (zh) | 四氟化苯并喹喔啉化合物与四氟化苯并喹喔啉基聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN110041508B (zh) | 一种星型共轭结构聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN106349252A (zh) | 基于并引达省并二噻吩的化合物及其应用 | |
| CN108192083B (zh) | 含三氟甲基的共轭聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN111423464B (zh) | 一类硅氧烷基取代的芳香稠环及其制备方法与应用 | |
| KR101828012B1 (ko) | 유기 태양전지용 공액 고분자 및 이의 제조방법 | |
| CN116375732B (zh) | 一种非富勒烯受体材料及其制备方法和应用 | |
| CN110256460B (zh) | 一种有机小分子受体材料及其制备方法和应用 | |
| CN116715682A (zh) | 一种非富勒烯受体材料及其制备方法与应用 | |
| CN114479019B (zh) | 一种三嗪类聚合物材料及其制备方法和在光电器件中的应用 | |
| CN114349771B (zh) | 一种六苯并蔻基非富勒烯受体材料及其制备和应用 | |
| Liu et al. | Tuning terminal units to improve the photovoltaic performance of small molecules based on a large planar fused-ring core in solution-processed organic solar cells | |
| Wang et al. | Alkoxyphenyl or alkylphenyl side-chained Thieno [2, 3-f] benzofuran polymer for efficient non-fullerene solar cells | |
| CN111171287A (zh) | 一种二噻并苯并二噻吩类聚合物、其制备方法与应用 | |
| CN109880065B (zh) | 含三氟甲基共轭聚合物及其制备方法与应用 | |
| CN112961326A (zh) | 一种萘并二呋喃共轭聚合物及其制备方法与应用 | |
| CN113801115B (zh) | 一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用 | |
| CN109337046A (zh) | 含二苯并噻吩亚砜单元的聚合物给体材料及其制备 | |
| CN116063278B (zh) | 一种近红外有机电子受体及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |