[发明专利]一种二噻吩并苯二酰亚胺衍生物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二噻吩并苯二酰亚胺衍生物及其制备方法与应用。所述二噻吩并苯二酰亚胺衍生物具有如式I所示的通式结构，其中Ar₁、Ar₂为芳基，R为氢、烷基或芳基。本发明同时提供式I化合物的制备方法，该制备方法是一种简单、高效的碳氢(C‑H)键活化制备方法，具有合成成本低、合成方法具有普适性、反应产率高、易于规模化量产等优点。本发明的二噻吩并苯二酰亚胺衍生物具有可调节的宽吸收特征，可以实现能级结构和带隙的可控调节，获得较高的荧光量子效率；在电致发光器件、化学/生物传感器、有机太阳能电池、有机场效应晶体管等方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，特别涉及一种二噻吩并苯二酰亚胺衍生物及其制备方法与应用。

背景技术

有机共轭材料可广泛用于光电领域。有机共轭材料的合成目前大部分依赖于两个sp2碳之间有效的C-C键形成。为此，人们发展了多种过渡金属催化的交叉偶联反应，如Stille偶联、Suzuki偶联(钯催化)以及Kumada偶联(镍催化)等，用于杂芳基卤化物与有机金属杂芳烃的偶联。尽管这些的偶联方法对于大多数的π-共轭体系是有效的，但它们通常需要使用活泼的有机金属试剂(例如丁基锂)来制备中间体，往往包含不稳定的、高毒性的或较为繁琐的制备过程来完成C-C键偶联。

近年来，直接C-H芳基化(direct C-H arlytion,C-H活化)作为一种新兴的C-C键偶联合成方法，受到人们的广泛关注。它可以方便地将芳基卤与非取代的杂芳基直接偶合，而不需要预活化sp2 C-H键。这样，可以通过直接C-H键芳基化反应以更少的合成步骤合成得到各种共轭结构小分子或聚合物材料体系；而不涉及高度危险的活泼有机化学试剂，如高活性的丁基锂或高毒性的有机锡等化学试剂。尽管直接C-H芳基化的化学机理得到了广泛研究，但是其在构筑π共轭结构的有机光电材料方面的应用却依然非常有限。

由于C-H键的键能大于C-B键和C-Sn键，所以C-H键的直接活化需要能量大、条件较为苛刻；如，一般需要有引导基团来达到固定位置的脱氢。2006年，Marc Lafrance等，使用特戊酸(PivOH)/碳酸钾(K₂CO₃)作为具有引导性质的酸添加剂，组成钯–特戊酸(PivOH)共催化体系，特戊酸根阴离子作为使C-H键断裂的关键部分，降低了C-H断裂的能量，并加速质子从芳基上转移到相对应的碳酸盐。特戊酸共催化体系既可用于富电子的基团也可用于缺电子的基团，使芳基卤与非取代的杂芳C-H活化偶联的产率得到了很大提高。

这类共催化体系成功地应用在一些小分子π共轭有机光电材料体系，包括苯噻唑(BT)衍生物、吡咯吡咯二酮衍生物、萘酰亚二胺(NDI)系列衍生物、噻吩酰胺(TIIG)系列衍生物等。并非所有的小分子π共轭有机光电材料体系都适合使用C-H活化的方式偶联，这限制了其在π共轭有机光电材料制备方面的更广泛应用。

通过C-H活化合成π共轭有机光电材料，制备过程简单、适合于规模化量产。存在的主要问题是，缺乏能高效的适用于C-H活化合成π共轭有机光电材料的结构基元。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种二噻吩并苯二酰亚胺衍生物及其制备方法与应用，二噻吩并苯二酰亚胺结构基元可以采用直接C-H活化偶联反应，得到一系列二噻吩并苯二酰亚胺衍生物。该衍生物可以通过使用直接C-H活化偶联反应的方式合成，原料廉价、合成简便，有利于规模化量产；而且该衍生物光谱可调范围宽、能级结构可调控性好，在合成制备π共轭有机光电材料领域有很大应用潜力。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种二噻吩并苯二酰亚胺(DTI)衍生物材料，该衍生物以二噻吩并苯二酰亚胺为基本骨架，具有如下式I所示的通式结构：