[发明专利]一种氮杂奥林匹克烯染料分子的制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机光、电、磁功能材料领域，具体为一种氮杂奥林匹克烯染料分子的制备方法和应用，结构式中X为氢、氟、氯或溴；A和B单元为乙烯或多环芳烃，二者或相同，或不同，本发明的分子具有不对称共轭结构，故而这类分子的偶极矩较大，有利于在固态下形成良好的分子堆积，如π‑π二聚体的形式，同时，可以通过在蒽醌结构上引入卤素原子，或对奥林匹克烯结构进行共轭拓展，进一步调控分子的物化性质，如HOMO和LUMO能级、吸收光谱等，从而使材料可用于有机薄膜晶体管、有机自旋器件和有机太阳能电池等领域。

技术领域

本发明涉及有机光、电、磁功能材料领域，具体为一种氮杂奥林匹克烯染料分子的制备方法和应用。

背景技术

根据载流子传输类型的不同，有机半导体材料可分为p型和n型半导体材料，分别具有空穴和电子传输特性。具有平面型共轭结构的染料分子是一类非常重要的有机半导体材料，如酞菁、靛蓝、异靛蓝、吡咯并吡咯二酮、苝酰亚胺和酰亚胺类材料已经被广泛开发为高迁移率半导体材料(Adv.Mater.2016,28,3615，Adv.Mater.2020,32,1903882)。但目前染料类有机半导体材料的种类有限，尤其是适合作为溶液加工的n型半导体的材料的开发相对落后，因此，新型染料类有机半导体材料仍待开发。

从化学结构来看，基于染料分子的有机半导体材料大多由具有平面共轭结构的多环芳烃和发色基团构成，发色基团大多为偶氮、羰基、蒽醌、酰亚胺等基团(Chem.Rev.2022,122,565)。其中，具有酰亚胺基团的化合物不仅可以通过羰基的缺电子作用调控分子前沿轨道的能级水平，也可以通过酰亚胺基团上的氮原子引入合适的致溶取代基。同时，可以通过引入不同类型的致溶取代基，系统调控分子固态的堆积方式，从而实现有机染料分子的最佳性能(New J.Chem.2021,45,21001)。例如，四氮杂蔻(J.Mater.Chem.C 2018,6,1334)可被看做侧翼共轭延长的萘酰亚胺结构，该结构以9,10-二氢-9,10-双(次甲基)蒽为核连接了四个酰亚胺基团，是一种红色染料。但目前报道的该化合物只能引入含苯基的取代基，单晶结构显示苯环的平面几乎垂直于四氮杂蔻的共轭平面，故而影响了分子间的有效堆积。因此，如何设计新的有机染料类分子，并通过引入合适的取代基实现分子堆积方式的有效调控，是制备新型染料类有机半导体材料的关键。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮杂奥林匹克烯染料分子的制备方法和应用。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明的一种氮杂奥林匹克烯染料分子，包括以下(I)或(II)结构式：

进一步的，本发明改进有，其中A和B单元为乙烯、苯、萘、菲、噻吩或硫茚，二者或相同，或不同，具体结构式如下：

进一步的，本发明改进有，包括如下结构中的任意一种：

其中R为直烷基链、支化烷基链或4-烷基苯基，直烷基链、支化烷基链结构通式如下：C_nH_2n+1，其中n为1-20的自然整数；4-烷基苯基结构通式如下：C₆H₄C_mH_2m+1，其中m为1-20的自然整数。

一种氮杂奥林匹克烯染料分子的制备方法，包括原料，所述原料包括卤代蒽醌和卤代奥林匹克烯酮衍生物中的任意一种，所述原料采用C-N偶联反应引入两个取代基，进一步通过Knoevenagel缩合反应可以制备得到：

其中Y为氟、氯或溴：