[发明专利]含五元杂环的硼氮掺杂稠环芳香烃及其合成方法及应用

说明书

本发明涉及一种含五元杂环的硼氮掺杂稠环芳香烃及其合成方法及应用，并对其进行光电物理性质的测试，进一步研究该类有机材料在有机电化学方面的潜在应用价值，本发明采用改进的合成方法使得反应原料价低易得，反应过程避免使用有毒试剂，合成方法简单易行，化合物在有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机激光器、有机传感器、分子开关、生物成像以及毒素检测等领域具有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及含硼多环芳香杂环有机化合物及其合成方法，以及光电物理性质的基础研究，合成方法涉及亲电取代、亲核取代、Suzuki偶联反应、金属化反应及催化反应等，光电物理性质研究设计吸收、发射以及CV测试。

背景技术

近年来，由于多环芳烃(PAHs)及其衍生物的模块化合成以及特殊的光电物理性质使得它们在有机光电材料方面受到越来越多的关注(Wang,C.；Dong,H.；Hu,W.；Liu,Y.；Zhu,D. Chem.Rev.2012,112,2208-2267.)，该类化合物的应用广泛，可用于发光材料，像有机发光二极管(OLED)(Sato,Y.；Ichinosawa,S.；Kanai,H.Operation Characteristicsand Degradation of Organic Electroluminescent Devices.IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics 4: 1998,40-48.)、薄膜晶体管，也可用于有机太阳能电池(OPVs)(Dou,L.；You,J.；Hong,Z.； Xu,Z.；Li,G.；Street,R.A.；Yang,Y.25thAnniversary Article:A Decade of Organic/Polymeric PhotovoltaicResearch.Adv.Mater.2013,25,6642-6671.)。在多环芳烃衍生物的研究当中，对于B-N/C＝C这对等电子体的研究较为广泛。实验中，将B-N键引入代替C＝C键合成带有硼氮掺杂的多环芳烃类衍生物。BN键的引入几乎保留了全碳化合物空间构象，但其光物理性质发生明显的变化(Bosdet,M.J.D.；Piers,W.E.Can.J.Chem.2009,87,8-29.)。因此，在多环芳烃内引入杂原子，会对分子的能级和光物理性质产生影响。同时也为我们调节多环芳烃的光电物理性质提供了一种简便高效的方法。(Bunz,U.H.F.；Egelhart,J.U.；Lindner,B.D.；Schaffroth, M.Large N-Heteroacenes:New Tricks for Very Old DogsAngew.Chem.Int.Ed.2013,52, 3810-3821.)常见掺杂到多环芳香烃中的杂原子有：氮、硫、磷、氧和硅等原子。杂原子的引入不仅可以改变多环芳香烃的物理性质，也可以有效的改变其化学性质(Gu,P.；Zhou,F.；Gao, J.；Li,G.；Wang,C.；Xu,Q.；Zhang,Q.；Lu,J.Synthesis,Characterization,and Nonvolatile Ternary Memory Behavior of a LargerHeteroacene with Nine Linearly Fused Rings and Two DifferentHeteroatoms.J.Am.Chem.Soc.,2013,135,14086–14089.)。

近些年，研究者们不断创新，在前人的基础上，从将一种杂原子引入到共轭芳烃体系中发展到现在将两种或两种以上不同的杂原子掺杂到共轭芳烃体系中。各种掺有杂原子的共轭芳烃层出不穷。在掺杂的杂原子中，硼原子由于是唯一一个缺电子的原子而比较特殊。众所周知，硼原子有一个空的p轨道，这使得硼原子可以与其他富电子的杂原子结合，能够在分子内产生电荷的移动。因此，就会产生与全碳的共轭体系完全不同的光电物理性质。这也使得研究者为进一步研究它们的产生兴趣。但是硼原子不稳定，它的空的p轨道也极易受到亲核试剂的进攻，因此，再设计合成硼类的共轭芳烃时，常常引入空间位阻较大的基团来稳定硼原子。化合物Ullazine就是合成的一种多环芳烃，通过Ullazine及其衍生物的合成，探究其光电物理性质，并对其应用进行探索。