[发明专利]一种新型苯并[b]噻吩并[3,2‑b]苯并[b]噻吩二砜单体及其共聚物和用途

说明书

技术领域

本发明属于有机化合物合成领域，发明涉及一种应用于有机半导体材料领域的新型聚合物，具体的是涉及一种新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜单体及其共聚物。

背景技术

有机半导体光电子器件，包括有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机光伏电池、有机静电复印、有机激光器和有机生物传感器等，因具有价格低廉、体轻便携、易于大面积加工等优点而得到了广泛的发展并逐步向产业化迈进。在过去十年，通过对材料的分子结构设计和器件的优化，有机半导体器件也得到了飞速的发展，但是与无机半导体材料相比，其在转换效率、光谱响应范围以及稳定性等方面，有机半导体材料还有待提高。因此设计合成具有窄带隙结构、具有高载流子迁移率和具有良好的溶解性能的聚合物半导体材料是当前材料研究领域的重要任务。

目前，高效的共轭聚合物中高效的给体单元已经有好多种，但由于受体单元的种类很少，很大程度上限制了共轭聚合物的发展。而且现有的受体单元存在一些缺点，例如窄的光吸带、高的LUMO和低的溶解性，因此发掘高效的受体单元前景是非常有意义的。苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩类共轭聚合物由于强的π-π相互作用、平面性以及高的电离能这些优点，使得它具好的稳定性和高的迁移率，在场效应晶体管和发光二级管中得到了广泛的应用。但苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩在聚合物或者小分子太阳能电池中鲜有报道，然而我们在研究中发现砜基是一种强的吸电子基团，因此，我们提出将苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩与砜基团结合，通过合理的设计、逐步的优化合成了一种新的受体分子苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜，将此类受体分子用于合成聚合物和小分子中，由于具有良好的溶解性、低的带隙、高的迁移率和宽的吸收，在本体异质结太阳能电池中与优良的给体材料结合形成的共轭聚合物，不仅可以提升光电转换效率，因而，在有机太阳能电池中也有很好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯[b]噻吩二砜单体及其共聚物，基于这种平面性结构非常对称的噻吩砜类小分子单元显示出了良好的光电性质，具有较好的热稳定性、可调的光学带隙和能级结构、较高的载流子迁移率以及良好的溶液可加工性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜单体，其分子结构通式如式Ⅰ所示，其中R¹选自H或者C₁～C₂₀的烷基。

上述新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜共聚物，其其分子结构通式如式Ⅱ所示，其中R¹选自H或者C₁～C₂₀的烷基，Ar为含噻吩或者苯单元基团，n＝1～200中的整数。

优选地，所述Ar选自式下述基团a-f中的任意一种或几种，其中，R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶选自H、C₁～C₂₀的烷基或烷氧基；Y选自H、F、Cl、Br、I中任一种原子。

上述新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜单体的合成方法，主要包括如下三步：

步骤(1)：由为原料以甲苯和水为溶剂，在有机碱二氮杂二环(DBU)、催化剂双三苯基磷二氯化钯(Pd(PPh₃)₂Cl₂)和碘化亚铜(CuI)共同作用下合成

步骤(2)：以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂、碘化亚铜(CuI)为催化剂与硫化钠和碘单质共同作用合成

步骤(3)：以二氯乙烷为溶剂，被间氯过氧苯甲酸(MCPBA)氧化得到

步骤(4)：以三氟乙酸为溶剂，通过液溴进行溴代得到即新型苯并[b]噻吩并[3,2-b]苯并[b]噻吩二砜单体。各步骤中的化合物中R¹选自H或者C₁～C₂₀的烷基。