[发明专利]菲并咪唑并异喹啉及其衍生物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于精细化工产品催化合成领域，涉及一种菲并咪唑并异喹啉及其衍生物及其制备方法与应用。

背景技术

菲并咪唑（1H-phenanthro[9,10-d]imidazole，简称phenanthroimidazole）是一个刚性的、共轭的杂环骨架，它由咪唑环和菲环通过共用两个碳原子和一根碳碳双键而形成。咪唑的两个氮原子和菲的共轭作用赋予菲并咪唑很好的电子注入和传递性质，同时菲并咪唑衍生物具有很好的热稳定性和电化学稳定性，使其成为有机半导体设计和合成中一个有用的结构单元。

最近几年，菲并咪唑衍生物作为一种结构新颖的有机半导体，广泛应用于制备各种有机光电材料和相应的器件。在2007年，一系列的菲并咪唑衍生物被用于和二氧化钛一起制备染料敏化太阳能电池，最高能达到4.68%的效率（Tsai,M.-S.;Lin,J.T.;Hsu,C.P.;et al.J.Phys.Chem.C2007,111,18785.）。从2011年开始，菲并咪唑衍生物开始逐步应用到制备有机发光二极管（OLED）中[(a)Zhang,Y.;Tong,Q.-X.;Lee,C.-S.;et al.J.Mater.Chem.2011,21,8206.(b)Yuan,Y.;Liu,Y.;Wang,Y.;et al.New J.Chem.2011,35,1534.(c)Eseola,A.O.;Adepitan,O.;H.;et al.New J.Chem.2012,36,891.(d)Zhuang,S.;Wang,L.;Chen,J.;Zhu,X.;et al.Org.Electron.2012,13,3050.]。某些与三苯胺相连的菲并咪唑衍生物是一种高效率的蓝光发射材料，用于制备蓝光OLED中（Zhang,Y.;Tong,Q.-X.;Lee,C.-S.;et al.Chem.Mater.2012,24,61.）。一些与咔唑相连的菲并咪唑衍生物能作为磷光OLED的双极性主体材料，通过应用咔唑与菲并咪唑不同连接方式的分子，可调控OLED发出的光为绿光或黄光（Huang,H.;Wang,L.;Yang,C.;et al.J.Phys.Chem.C2012,116,19458.）。一个含两个菲并咪唑单元的分子被应用于白光OLED中，这种器件仅需双层结构就能实现颜色稳定的白光发射（Chen,S.;Zhao,Z.;Kwok,H.-S.;et al.J.Phys.D:Appl.Phys.2011,44,145101.）。菲并咪唑衍生物也被用于合成荧光探针，例如一种含醛基的衍生物是一种定量检测半胱氨酸的比率荧光探针（Lin,W.;Long,L.;Yuan,L.;et al.Org.Lett.2008,10,5577.）。此外，一些人工受体分子也包含菲并咪唑单元[(a)Krebs,F.C.;M.J.Org.Chem.2001,66,6169.(b)Botana,E.;Rissanen,K.;Mendoza,J.Org.Lett.2004,6,1091.]。

由于菲并咪唑上述突出的性质和广泛的应用，我们开始对以菲并咪唑为母体进行新型大共轭杂环的设计和合成感兴趣。以往的菲并咪唑的衍生化都是在菲并咪唑的2位或N上通过单键连接其他分子片段，而母体结构没有改变。这样得到的衍生物结构单一，相应的光电性质的可调控性也有限，难以满足新材料研发中对多样化分子日益增长的需求。在对另一个有机光电材料常用的其他母体分子萘酰亚胺的调研中，我们发现对母体分子进行并环是一种高效的延伸π体系的手段[(a)Gao,X.;Di,C.;Hu,Y.;et al.J.Am.Chem.Soc.2010,132,3697.(b)Yue,W.;Li,Y.;Negri,F.et al.J.Am.Chem.Soc.2011,133,18054.]。而π体系得到延伸之后，相应的π电子分布、前线轨道能级和π–π堆积能力也受到影响，进而可以有效地调控与之相关的光电性质，如紫外–可见吸收、荧光发射和电子迁移率等。因此，我们期望将这一策略应用在菲并咪唑母体上，通过并环反应来实现π体系的延伸。