[发明专利]一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料，其特征在于：所述电子给体材料以氮杂碗烯为内核，内核边缘对称连接4或5个芳环并芘结构单元，相邻的芳环并芘结构单元与内核边缘构成单重[n]螺烯，总共包含三或五重[n]螺烯，其化学结构式如下：

其中，n为邻位稠合芳香环的个数，m为芳环并芘结构单元的个数，Q为芳环或并芳环单元，选自芳香环及其衍生物；R1和R2分别选自H原子、芳基、胺基、卤素原子或碳原子数为1-10直链或支链烷基、碳原子数为1-10直链或支链烷氧基、碳原子数为1-10直链或支链烷硫基以及碳原子数为1-10直链或支链的胺中的任意一种。

2.如权利要求1所述的一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料，其特征在于：所述Q的化学结构式为以下任意一种：

其中，X为氧原子、硫原子、硒原子或氮原子中的任意一种；R1-R8分别选自H原子、芳基、胺基、卤素原子或碳原子数为1-10直链或支链烷基、碳原子数为1-10直链或支链烷氧基、碳原子数为1-10直链或支链烷硫基以及碳原子数为1-10直链或支链的胺中的任意一种。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种五重杂[7]螺烯电子给体材料，其特征在于：当所述内核边缘对称连接5个苯并芘结构单元，Q为苯基、R1为丙氧基、R2为H原子、m等于5时，所述电子给体材料为氮杂五重[7]螺烯基有机太阳能电池给体材料，即N-Q7H，所述N-Q7H的化学结构式为：

4.如权利要求1-2任一项所述的一种五重杂[9]螺烯电子给体材料，其特征在于：当所述内核边缘对称连接5个芳环并芘结构单元，Q为萘基、R1为二甲基-苯基、R2为叔丁基、m等于5时，所述电子给体材料为氮杂五重[9]螺烯基有机太阳能电池给体材料，即N-Q9H，所述N-Q9H的化学结构式为：

5.如权利要求1-2任一项所述的一种五重氮、硫杂[9]螺烯电子给体材料，其特征在于：当所述内核边缘对称连接5个芳环并芘结构单元，Q为苯并噻吩、R1为H原子、R2为叔丁基、m等于5时，所述电子给体材料为硫、氮杂五重[9]螺烯基有机太阳能电池给体材料，即SNQ9H，所述SNQ9H的化学结构式为：

6.如权利要求1-2任一项所述的一种五重氮、硫杂[7]螺烯电子给体材料，其特征在于：当所述内核边缘对称连接5个芳环并芘结构单元，Q为噻吩、R1为甲基、R2为叔丁基、m等于5时，所述电子给体材料为硫、氮杂五重[7]螺烯基有机太阳能电池给体材料，即SNQ7H，所述SNQ7H的化学结构式为：

7.如权利要求1-2任一项所述的一种三重氮、硫杂[7]螺烯电子给体材料，其特征在于：当所述内核边缘对称连接4个芳环并芘结构单元，Q为噻吩、R1为甲基、R2为叔丁基、m等于4时，所述电子给体材料为硫、氮杂三重[7]螺烯基有机太阳能电池给体材料，即SNT7H，所述SNT7H的化学结构式为：

8.如权利要求1所述的一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、五苯并氮杂碗烯与双联频哪醇硼酸酯在铱催化剂的作用下实现碳-氢键硼酯化，得到五苯并氮杂碗烯-五硼酯和五苯并氮杂碗烯-四硼酯反应合成子；

S2、将步骤S1中的五苯并氮杂碗烯的四或五硼酯化合物与碘代的三联苯或衍生物溶于130℃的有机溶剂中，在碱和钯催化剂的作用下加热反应12h，进行Suzuki-Miyaura偶联反应，然后通过Scholl反应进行分子内脱氢环化反应得到三或五重杂[n]螺烯分子用作有机太阳能电池给体材料。

9.如权利要求8所述的一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料的制备方法，其特征在于：所述Suzuki-Miyaura偶联反应采用的碱为碳酸钾、磷酸钾和碳酸铯中的任意一种或多种；所述Suzuki-Miyaura偶联反应采用的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

10.如权利要求1所述的一种三或五重杂[n]螺烯电子给体材料的应用，其特征在于：所述电子给体材料应用于有机太阳能电池。