[發(fā)明專利]一種N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410664601.2
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104447507A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮萊;周祎;梁雨嵐;劉曉東;郝亞娟
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: C07D209/96
• 分類號: C07D209/96;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種富勒烯吡咯烷衍生物，具體涉及一種N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物，其制備方法，及其作為受體材料在制備光伏器件中的用途。

背景技術(shù)

富勒烯C60具有三維的大π電子體系，因此具有良好的接受電子的性質(zhì)以及較高的電子遷移率，是一種良好的n-型半導(dǎo)體材料。此外，富勒烯具有缺電子烯烴的特征，易于發(fā)生加成反應(yīng)，因此可以通過加成反應(yīng)來制備各種富勒烯衍生物。通過選擇加成類型和加成基團還可以進(jìn)一步調(diào)控富勒烯的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、溶解度以及與其他材料的兼容性等。近年來，富勒烯及其衍生物已被廣泛應(yīng)用于聚合物太陽能電池、場效應(yīng)晶體管等有機光電子器件，并表現(xiàn)出良好的性能及廣闊的應(yīng)用前景。

C60衍生物中的(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）是一種最為典型的富勒烯基電子受體材料，目前已實現(xiàn)商品化。PCBM不但具有良好的電學(xué)性能，而且可以與多種聚合物給體材料混溶并表現(xiàn)出良好的兼容性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于聚合物太陽電池。PCBM最早由Fred?Wudl等人合成，是在C60的6,6鍵上加成以生成環(huán)丙烷衍生物。但是，由于在合成過程中會同時產(chǎn)生在5,6鍵上加成的產(chǎn)物，并且兩種產(chǎn)物的極性相近，因此，對后續(xù)的分離工作要求也較高。

富勒烯吡咯烷衍生物也是一類較為常見的富勒烯6,6鍵加成產(chǎn)物，其合成路線簡單且沒有5,6鍵加成產(chǎn)物生成，后續(xù)分離工作相對簡單。由于吡咯烷基團的加成會在一定程度上提高富勒烯C60的最低未占有軌道（LUMO）能級，因此以這類衍生物作為聚合物電池的受體材料有望獲得更高的開路電壓（Voc）。作為受體材料使用的富勒烯吡咯烷衍生物已有報道，其吡咯烷基的2位多為苯基、噻吩基或芴基等芳基或雜芳基取代基，N位多為甲基和乙基等烷基取代基。在相同實驗條件下，基于這類衍生物的光伏器件與基于PCBM的器件的性能差異主要與其吡咯環(huán)上的取代基種類相關(guān)。因此，通過從種類繁多的取代基中為C60衍生物的吡咯環(huán)選取合適的取代基，進(jìn)而合成性能接近于或優(yōu)于PCBM的受體材料已成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述情況，本發(fā)明設(shè)計并成功制備出一系列N位為苯基取代基的富勒烯吡咯烷衍生物（FP1、FP2、FP3和FP4），其中FP1的光伏性能與PCBM非常接近，F(xiàn)P2、FP3和FP4也均表現(xiàn)出良好的光伏性能。

本發(fā)明的目的在于提供一種如式（I）所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物：

其中：R₁為C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈烯氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基；R₂為氫、C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈烯氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基。

優(yōu)選的，式（I）中R₁為C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基，R₂為氫或C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基。

優(yōu)選的，式（I）中R₁為甲氧基、己氧基或2-乙基己氧基，R₂為氫或己氧基。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物的制備方法，其包括如下步驟：

1）在惰性氣氛下，向無水溶劑中加入富勒烯C60、N-苯基甘氨酸和取代的苯甲醛，其摩爾比為1:3~4:1.5~2，攪拌并加熱回流6~12個小時，冷卻至室溫后得到混合液；

2）將步驟1）中獲得的混合液減壓蒸餾，通過硅膠柱色譜法分離得到N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物粗品，其中淋洗劑是體積比為10:1~1:1的正己烷/甲苯混合溶劑；

3）將步驟2）中獲得的粗品通過高效液相色譜法進(jìn)行純化，減壓蒸餾后依次使用正己烷、甲醇清洗2次，真空干燥12小時，即得N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟1）中所述惰性氣體為N₂或Ar，優(yōu)選Ar。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟1）中所述無水溶劑為無水甲苯或無水氯苯，優(yōu)選無水甲苯。