[发明专利]利用微波反应制备茚-C60单加成物的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机化工领域的制备，具体为一种利用微波反应制备茚-C₆₀单加成物的方法。

背景技术

自从1995年，Yu Gang发现了聚对苯乙炔衍生物与富勒烯（C₆₀）之间的超快电荷传输以来，C₆₀及其衍生物由于具有高的电子迁移率和电子亲和能，而被确认为聚合物本体异质结薄膜光伏电池中理想的电子受体材料。但是C₆₀在有机溶剂中较差的溶解性制约了本体异质结薄膜的制备。为了改善C₆₀在有机溶剂中的溶解性，在其表面引入取代基得到的C₆₀衍生物，如[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PC₆₁BM）和[6,6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯（PC₇₁BM），在氯仿、四氢呋喃、甲苯、氯苯、邻二氯苯等中具有良好的溶解性，是目前应用的最为广泛的电子受体材料。但是这两种材料的LUMO能较低，这制约了聚合物本体异质结光伏电池开路电压的提高；此外PC₆₁BM和PC₇₁BM在可见光区的吸收不佳，这会影响到聚合物本体异质结光伏电池的短路电流；更为严重的是，PC₆₁BM和PC₇₁BM需要5步化学反应合成，操作复杂、收率低、价格昂贵，这些问题都限制了聚合物光伏电池的进一步发展。因此，一种高效、低成本的新型受体材料的开发迫在眉睫。

将具有共轭特性的茚引入C₆₀的表面，能够获得改进的LUMO能以及增强的可见光区吸收。Puplovskis等（Tetrahedron Lett.，1997，38，285-288）通过[4+2]环加成反应，一步反应将茚单加成于C₆₀上，得到了茚-C₆₀单加成物。为保证茚-C₆₀单加成物含量达到最高，在C₆₀仅反应掉2/3时即终止反应，收率为20-23%；中国发明专利（CN 101529610A）描述了通过Puplovskis等报道的方法合成了茚-C₆₀单加成物，并用于有机光伏器件研究，与基于PC₆₁BM的器件相比，以茚-C₆₀单加成物作为电子受体材料时，短路电流密度、开路电压、填充因子均有提升，使器件光电转换效率由3.3%增至3.9%。；李永舫等（J. Am. Chem. Soc.,，2010，132，5532-5537）对Puplovskis等的合成工艺进行了一定改变，使茚-C₆₀单加成物收率增加到25%，并且以茚-C₆₀单加成物与聚（3-己基）噻吩制作的光伏器件性能优于以PC₆₁BM作为电子受体的器件性能。通过光谱分析，证实在可见光区，茚-C₆₀单加成物的吸收强度大于PC₆₁BM。茚-C₆₀单加成物的结构式如下：

但是，这些现有技术中合成茚-C₆₀单加成物的方法较少，且存在一些缺点，例如，Puplovskis等以邻二氯苯作溶剂，需要在大于180℃的温度下反应12小时；李永舫等以1,2,4-三氯苯作溶剂，需要在大于214℃的温度下反应12小时，且茚-C₆₀单加成物的最高收率只有25%。这些技术中，反应周期较长以及反应选择性过低，不利于茚-C₆₀单加成物的成本的降低，限制了其规模化生产。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种利用微波反应制备茚-C₆₀单加成物的方法，该方法耗能少、反应迅速、能够缩短反应时间，有更高的反应转化率和收率。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案如下：

一种利用微波反应制备茚-C₆₀单加成物的方法，其特征在于，该方法将C₆₀、茚放入带有搅拌器、冷凝管和温度计的三口瓶中，加入溶剂混合均匀，置于微波反应器中，其中，C₆₀和茚的摩尔比为1：5～1：50；在氮气保护下，在功率为300～1000W的微波辐射下搅拌反应2分钟到30分钟，经甲醇沉降后提纯，得到茚-C₆₀单加成物。