[发明专利][6,6]-苯基-C 61-丁酸甲酯（PCBM）及富勒烯衍生物合成方法

说明书

技术领域

本发明主题涉及[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）及富勒烯衍生物的合成方法。

背景

已在用于商业应用的薄膜有机电子装置例如光电池、晶体管、光电探测器、传感器及其他装置的开发方面取得重大的进展。许多这些装置利用了基于纯化形式富勒烯衍生物的可溶液加工的半导体（solution-processable semiconductor）。最常用的富勒烯衍生物是归类为亚甲基富勒烯（methanofullerene）的苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）。

PCMB是来自C₆₀富勒烯的[60]PCBM的类似物。[70]PCBM已在有机电子工业中用作半导体，特别用于聚合物太阳能装置（WIENK等, Angewadte Chemie, 2003, (115), 3493-3497）和晶体管（Anthopoulos等, Journal of Applied Physics, (98), 054503）。

以前制备PCBM的方法至多有35%的产率（Hummelen等, J. Org. Chem 1995, 60, 532）。在Yang等, Carbon 2007, 45, 2951的生产方法中，PCBM的产率至多只有33.6%。

由于PCBM广泛用作用于薄膜有机电子装置的可溶液加工的半导体，因此非常需要更高的PCBM产率。

概述

本发明主题涉及式I化合物或其立体异构体的合成方法。在一个实施方案中，该合成方法包括富勒烯和式II化合物之间的反应：

其中X为C_nH_2n+1，R为C_nH_2n+1，且n = 0-20；其中富勒烯选自C₆₀、C₇₀、C₇₆、C₇₈、C₈₄和C₉₀；其中富勒烯和式II化合物在反应中存在的摩尔比范围为1:2至2:1；和其中反应产生至少40%产率的式I化合物。

在一个实施方案中，式I化合物为[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）或[5,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（F1-OMe）。其化学结构分别显示如下。

在另一个实施方案中，本发明主题涉及式I化合物或其立体异构体的合成方法，所述方法包括第一反应和第二反应；第一反应包括将碱性试剂（basic reagent）与式II化合物混合以产生重氮烷；第二反应包括将第一反应产生的重氮烷与富勒烯混合；其中富勒烯选自C₆₀、C₇₀、C₇₆、C₇₈、C₈₄和C₉₀；其中式II化合物和碱性试剂在第一反应中的摩尔比范围为1:2至2:1；和其中第一反应和第二反应产生至少40%产率的式I化合物。

在另一个实施方案中，通过在o-二氯苯中加热F1-OMe合成PCBM。反应流程如下所示。

附图简述

图1显示式I化合物的化学结构。

图2显示式II化合物的化学结构。

图3显示F1-OMe的化学结构。

图4显示PCBM的化学结构。

图5显示MBT的化学结构。

图6显示1-苯基-1-(3-(甲氧羰基)丙基)重氮甲烷的化学结构。

图7显示合成式I化合物的反应流程。

图8显示合成重氮烷的第一反应的反应流程。

图9显示合成F1-OMe的第二反应的反应流程。

图10显示从F1-OMe合成PCBM的反应流程。

图11是阐述使用亲和色谱来纯化富勒烯和其衍生物的图。

详述

定义

本文所用的所有技术和科学术语的含义与本发明主题所属领域普通技术人员通常理解的含义相同。为理解本发明主题及构建所附专利权利要求的目的提供下述定义。

本文所用术语“重氮烷”是指具有通式R₂CN₂的任何重氮基化合物，其中R为羟基或任何饱和的有机基团。