[发明专利]吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种吡咯并吡咯二酮‑苯并噻二唑基共轭衍生物及其制备方法和应用，其结构式为：其制备方法为：在氮气保护下，将4,7‑二(噻吩‑2‑基)苯并[c][1,2,5]噻二唑与吡咯并吡咯二酮联双噻吩类化合物投入醋酸钯催化的反应体系中，发生碳‑氢活化直接偶联反应，将得到的粗产物经分离提纯后得到吡咯并吡咯二酮‑苯并噻二唑基共轭衍生物。本发明通过二噻吩基吡咯并吡咯二酮与苯并噻二唑基衍生物的偶联，使得所制备的材料具有良好的可见‑近红外光的吸收性能、较高的空穴迁移率、溶解性和光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种吡咯并吡咯二酮类有机小分子光电材料及其制备方法，该吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物能够应用于有机太阳能电池和有机薄膜场效应晶体管，属于有机光电材料领域。

背景技术

溶液加工型有机半导体具有制备工艺简单、成本低、可制成柔性器件和实现大面积生产等优点，近年来受到广泛关注。其中有机小分子材料具有固定的结构、材料批次差异小等优点，成为有机半导体研究的热点。

吡咯并吡咯二酮(DPP)是一种常用的染料，DPP核心具有良好的平面性和强大的分子间相互作用，包括氢键和π-π相互作用，促进电荷传输性能。通过灵活的分子设计已经获得了基于DPP衍生物的溶液加工有机半导体的巨大成就。在已经研究的各种DPP衍生物中，基于噻吩官能化DPP的有机半导体的性能特别突出。这是因为富电子噻吩单元与缺电子的DPP核结合形成强分子内电荷转移和π-π堆叠共轭，从而改善了电化学性质。

DPP和苯并噻二唑(BT)是合成半导体有机材料的有吸引力的单元，因为它们具有优异的光电性能，例如共轭共面结构和高光吸收，以及良好的电化学稳定性。

通常，这些噻吩-DPP衍生物通常由Suzuki，Negishi或Stille交叉偶联反应合成，其中一个芳烃含有官能团(Br，I，OTf等)，另一个是有机硼，有机锌或有机锡试剂。然而，这些官能团的接枝需要额外的合成步骤，并且有机金属试剂的制备通常不容易并且产品不稳定或具有潜在毒性。然而，噻吩-DPP是与芳基卤直接芳基化的理想候选物，但关于通过直接芳基化合成DPP衍生物的信息有限。与传统的交叉偶联反应相比，直接芳基化具有许多优点，例如，避免使用有机金属试剂，从而避免使用有毒试剂，减少合成步骤，从而产生更高的产率和更高的原子经济性，以及更简单的无膦配体的催化系统。目前，这种高效环保的直接芳基化合成DPP衍生物仍具有许多合成挑战，另外吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物在有机太阳能电池和有机场效应晶体管的研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物及其制备方法和应用，以丰富吡咯并吡咯二酮类有机小分子半导体材料的研究范围，为推进高效半导体材料吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物的研究奠定一定的理论和实验基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物，其结构式为：

一种吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物的制备方法，其步骤为：在氮气保护下，将4,7-二(噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑与吡咯并吡咯二酮联双噻吩类化合物投入钯催化的反应体系中，发生碳-氢活化直接偶联反应，将得到的粗产物经分离提纯后得到吡咯并吡咯二酮-苯并噻二唑基共轭衍生物。

优选的，所述吡咯并吡咯二酮联双噻吩类化合物为BrDPPT₂。

优选的，所述4,7-二(噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑与吡咯并吡咯二酮联双噻吩类化合物的摩尔比为1:2。

优选的，所述反应体系中，以醋酸钯为催化剂，并加入碳酸钾和叔戊酸。