[发明专利]一种meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种meso‑位乙炔基桥联的D‑π‑A型BODIPY类染料及其制备方法。该类染料是通过先在芴、苯并二噻吩、吩噻嗪等基团上引入乙炔基，然后再与合成的meso‑位Cl取代的BODIPY单元通过Sonogashira偶联反应得到meso‑位乙炔基桥联的D‑π‑A型BODIPY类染料I。该类染料的合成方法简单，反应条件易于控制，产率较高，具有普遍适用性，可以高效合成；并可被广泛应用于能源、生命、分析、材料等科学领域，尤其适合作为有机小分子太阳能电池给体材料。

技术领域：

本发明涉及一种meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料及其制备方法，该类染料可广泛应用于能源、环境、生命、分析、材料等科学领域，尤其适合作为有机小分子太阳能电池给体材料。

背景技术：

氟化硼络合二吡咯甲川(BODIPY)类化合物是近几十年才兴起并被广泛研究的一种新型荧光染料。它具有良好的稳定性、灵活的可修饰性、高的摩尔消光系数(1×10⁵M^-1cm^-1)和较高的氧化电位。鉴于BODIPY类染料独特的光物理性质、化学性质以及可修饰性，可以通过在不同的活性位点引入不同的取代基或者改变共轭链长度等手段调节其光谱性质，增强其应用性。近几十年来，BODIPY类染料的飞速发展积累了深厚的研究基础，并被广泛应用于生物及化学分析检测、医药、太阳能电池等领域。尤其是长波长BODIPY类染料不但应用于荧光分析的前沿领域，而且在激光材料、化学传感器、小分子及聚合物太阳能电池等领域也有非常乐观的应用前景。

然而目前已开发的BODIPY类染料合成步骤冗长、种类有限、产率较低、分离提纯难度大，缺乏对分子光电性能的优化。因此使用较为简单的原料，通过简洁的合成路线，制备出不同优异性能的BODIPY类染料，都是亟需解决的难点。相关文献报道，在BODIPY母核的meso-位引入多种官能团后，由于空间位阻的影响，很难和氟硼核心平面形成有效的共轭，对染料分子的光谱性能影响很小，很难得到性能优异的meso-位取代的BODIPY染料，因而对于meso-位修饰的BODIPY类染料的研究报道比较少。本发明通过在给体单元与BODIPY单元的meso-位之间引入乙炔基作为桥联基团来改善分子的平面性以及拓宽分子的共轭长度，这更加有利于分子内的电荷传输和能量转移。

本发明通过Sonogashira偶联反应设计合成了一系列结构新颖的meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料，对该类染料的合成方法进行了优化，丰富了meso-位修饰的BODIPY类染料的种类，通过研究它们的光物理性质以及电化学行为，揭示了这类分子结构与性质之间的关系，这些目标分子的给体单元都具有良好的平面性以及较强的给电子能力，再加上以直线型乙炔基为桥联基团使得这些分子具有较宽较强的紫外吸收、较高的摩尔消光系数、比较稳定的光化学性质，为构建有机太阳能电池材料提供了新的思路。

发明内容：

本发明的目的在于从结构设计的角度出发，以直线型结构的乙炔基作为桥联基团，芴、苯并二噻吩和吩噻嗪等作为给体单元，设计合成出一种meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料，通过在给体单元与受体单元之间加入乙炔基作为桥联基团，使目标分子的平面性更好，有利于分子内的电荷传输，使其具有优良的光电性能，而且，目标分子具有新颖的分子结构、较宽的紫外吸收范围，可作为有机太阳能电池材料。

本发明的另一个目的是提供一种meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料的制备方法，其反应条件易于控制、产物纯化简单、产率较高、具有普适性。

为更好的实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种meso-位乙炔基桥联的D-π-A型BODIPY类染料，具有通式I的化学结构：

式I中，D是给体单元，为以下几种结构单元中的一种：

n为1-20的自然数。