[发明专利]一种基于苝酰亚胺C3对称的螺浆烷及其合成与应用

说明书

本发明提供了一种基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷及其合成与应用。本发明首次设计合成了具有C₃对称的苝酰亚胺类化合物，以TNP为骨架构建了基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷。这类化合物具有较大的分子内自由体积，为三维立体结构材料的电子结构、聚集状态和有机半导体的性能提供了分子模型。

技术领域

本发明涉及有机材料技术领域，一种基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷及其合成与应用。

背景技术

C₃对称的三维材料因其在传感器、光电转换、能量存储、超分子自组装等方面的具有重要的意义，近期备受关注。这类材料的一个显著的特点是分子结构中含有三个互成120°的结构单元，因此这类分子一般具有较大的分子内自由体积(intramolecular freevolume)，是制备分子笼、二维聚合物(2D polymers)的重要结构单元。这类结构独特的化合物通常含有较多的活性位点，通过化合物的活性位点进行适当的化学修饰，可以赋予化合物一些特殊的性能。例如，可以引入共轭π体系，增加化合物的共轭长度、提高化合物的结晶性能及分子间作用力，提高载流子的传输能力。其中，分子中三个互成120°共轭结构的π电子有一定的相互影响，这些空间弱相互作用(through-space interactions)对有机器件(有机场效应晶体管、有机太阳能电池等)的性能有很重要的影响。

苝酰亚胺类衍生物是一类常见的工业颜料，这类特殊的稠环化合物通常具有优异的光稳定性、热稳定性和化学稳定性。同时，化合物中共轭的大π体系赋予了它较强的荧光性能和光电性能，使这类化合物作为光电材料广泛应用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池、光导体、电致发光、自组装及生物荧光探针等领域。特别是近几年，随着有机电子学的不断发展，苝酰亚胺类化合物因其较高的电子传输效率和光电转化效率成为最重要的n 型半导体之一，受到了学术界和工业界的广泛关注。其中，二维结构的苝酰亚胺类化合物具有较大的分子间作用力，易于结晶与组装，该类化合物通常具有较高的电子传输效率，而作为电池的受体材料，其电荷转化效率相对较低。而具有三维立体结构的苝酰亚胺类衍生物的研究相对较少，其电子结构、聚集状态和作为光电材料的性能很少为人所知。由鉴于此，本发明特设计合成具有C₃对称的苝酰亚胺类化合物，并研究其在有机光电器件中的应用。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷及其合成与应用。本发明首次以TNP为骨架设计合成了基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷，并研究了其在有机光电器件中的应用。

所述TNP为三萘[3.3.3]螺桨烷(trinaphtho[3.3.3]propellane)，具有C₃对称轴，结构式如下式：

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种基于苝酰亚胺C₃对称的螺浆烷，其具有以下结构式：

其中，R选自：C_2-60烷基、含取代基的C_2-60烷基、C_2-60烷氧基、含取代基的C_2-60烷氧基、芳香基、含取代基的芳香基、烷基芳香基、含取代基的烷基芳香基、烷基杂芳香基、含取代基的烷基杂芳香基、烷基杂环基和含取代基的烷基杂环基。

优选地，所述取代基选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、羟基、巯基、氟原子，氯原子，溴原子、碘原子、氰基、醛基、脂基、磺基、亚磺基、硝基、氨基、亚氨基、羧基和肼基中的至少一种。