[发明专利]水溶性噻吩单体与水溶性聚噻吩衍生物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机高分子光电材料技术领域，具体涉及水溶性噻吩单体与水溶性聚噻吩衍生物及其制备方法。

背景技术

聚噻吩及其衍生物是一类重要的有机共轭高分子功能材料。一方面，从理论上说，聚噻吩可以成为研究非简并态导电高分子迁移的模型，由于噻吩芳杂环对氧气和湿度都有较高的稳定性，使其衍生物比其它芳杂环衍生物更容易合成，而且聚噻吩衍生物的结构也具有多样性；另一方面，聚噻吩掺杂态和去掺杂态都具有良好的环境稳定性。这些都引起了人们更多的研究兴趣。因此，聚噻吩及其衍生物被用作导电材料、发光二极管材料、轻质电池材料、电磁屏蔽材料、显示器材料、微波吸收材料、新型记忆材料等，成为人们研究有机电致变色、有机电致发光和有机光伏的热点材料。

鉴于聚噻吩衍生物是一类性能优异的π-电子系共轭光、电材料，因此，扩大聚噻吩衍生物的种类及其应用领域显得尤为重要。

目前，已开展研究的聚噻吩衍生物几乎都不是水溶性的，在有机光、电器件的加工制作过程中，利用旋涂等方法使非水溶性聚噻吩衍生物成膜时，所用有机溶剂有可能会破坏有机光、电器件中的其它的有机膜，这种情况势必会影响有机光、电器件的性能。

发明内容

为了解决上述相关技术中存在的不足，同时扩大聚噻吩衍生物的种类及其应用领域，本发明提供水溶性噻吩单体与水溶性聚噻吩衍生物及其制备方法。该水溶性聚噻吩衍生物不仅保持聚噻吩优异的光、电性能，而且具有水溶性，有利于有机光、电器件的加工制作。

水溶性噻吩单体，具体是n-(3-噻吩氧基)-烷基-三乙基溴化铵，具有如下分子结构： 

其中n = 2～6。

水溶性噻吩单体的制备方法包括如下步骤：

（1）N₂保护下，将N-甲基吡咯烷酮和金属钠混合后，得混合液；向混合液中缓慢滴加甲醇，室温下搅拌反应3h～5 h至金属钠消失，除去反应中残留的甲醇，得到甲醇钠的N-甲基吡咯烷酮溶液；

（2）N₂保护下，将步骤（1）甲醇钠的N-甲基吡咯烷酮溶液、溴化亚铜催化剂、3-溴噻吩混合，在100℃～110℃下搅拌反应4 h～8 h，得反应液；将反应液倒入二氯甲烷中，过滤得到红褐色滤液；向红褐色滤液中加入饱和氯化钠溶液后，用二氯甲烷萃取，提取有机相并用无水硫酸钠干燥，然后过滤除去硫酸钠，得到滤液；减压除去滤液中的二氯甲烷后，即得到3-甲氧基噻吩的粗产物；粗产物在78℃～80℃和8kPa下精馏，得到纯3-甲氧基噻吩；

（3）N₂保护下，将甲苯、步骤（2）得到的3-甲氧基噻吩、n-溴-1-烷醇、硫酸氢钠混合，在105℃～115℃下搅拌反应5h～8h，反应结束后用饱和氯化钠溶液萃取，提取有机层，并向有机层中加入无水硫酸钠干燥，然后过滤除去硫酸钠，得到滤液；减压除去滤液中的甲苯后，得到3-(n-溴-烷氧基)-噻吩的粗产物；然后用色谱柱对粗产物进行分离提纯，得到纯3-(n-溴-烷氧基)-噻吩；其中n = 2～6；

（4）N₂保护下，将步骤（3）所制备的3-(n-溴-烷氧基)-噻吩、乙腈、三乙胺混合，45℃～60℃搅拌反应40 h～45 h，得到反应液；反应结束后减压除去反应液中的乙腈和三乙胺后，得到粘稠液体，用石油醚洗涤所述粘稠液体，得到水溶性噻吩单体n-(3′-噻吩氧基)-烷基-三乙基溴化铵；其中n = 2～6。

所述3-(n-溴-烷氧基)-噻吩粗产物提纯的色谱柱分离采用的冲洗液是二氯甲烷和石油醚的混合溶剂。

由上述水溶性噻吩单体聚合而成的水溶性聚噻吩衍生物，具有如下分子结构：

其中n=2～6。

水溶性噻吩衍生物的制备方法步骤如下：

（1）N₂保护下，依次加入氯仿和n-(3′-噻吩氧基)-烷基-三乙基溴化铵，得混合溶液；向混合溶液中缓慢滴加无水三氯化铁的氯仿溶液，搅拌反应36 h～40h，得到反应液；减压除去反应液中的氯仿后，用甲醇快速洗涤剩余的反应液，真空干燥得到粗产物；n = 2～6；

（2）采用索氏提取器，以丙酮作为溶剂对上述粗产物进行抽提，直至抽提液无色为止；所得滤饼再用水合肼的甲醇溶液进行抽提，收集抽提液，减压除去抽提液中的水合肼的甲醇溶液后，剩余的固体产物再经真空干燥，即得到水溶性聚噻吩衍生物。

本发明所述水溶性噻吩单体制备的反应式表示如下：