[發明專利]苯并噻吩基吡咯并吡咯二酮聚合物及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510329530.5
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104927033B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 于貴;黃劍耀;劉曉彤;毛祖攀;張衛鋒;高冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種苯并噻吩基吡咯并吡咯二酮聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

有機/聚合物場效應晶體管(Organic/Polymer field-effect transistors,簡稱OFETs)是以一類含有π-共軛體系的有機/聚合物為半導體材料為傳輸層，通過電場來控制材料導電能力的有源器件。目前OFETs發展迅速，相比傳統的無機材料制備的場效應晶體管，其具有柔性、可大面積制備、能夠進行溶液法加工、成本低廉、和塑料襯底有良好的兼容性等諸多優良特性，受到科技界的廣泛關注，有望成為下一代光電子器件和電路的關鍵元器件，比如智能卡、電子商標、電子紙、存儲器、傳感器和有源矩陣顯示器等方面，具有極高的應用前景和開發價值。

在場效應晶體管器件中起關鍵作用的是有機/聚合物半導體材料，按載流子傳輸特性可分為p型(載流子為空穴)和n型材料(載流子為電子)。OFET最重要的性能指標包括遷移率、開關比等。遷移率是衡量材料性能最重要的參數。通過設計合成不同類型的有機聚合物半導體材料，可以有效調控晶體管的遷移率、開關比，并能制備相關電學器件。苯并噻吩是一類常見的共軛分子，具有高度的平面性，價格低廉，制備苯并噻吩衍生物并應用于有機/聚合物半導體材料中是十分有理論價值和實際意義的。

發明內容

本發明的目的是提供一種苯并噻吩基吡咯并吡咯二酮聚合物及其制備方法與應用。

本發明所提供的苯并噻吩基吡咯并吡咯二酮聚合物，其結構通式如式I所示：

所述式I中，R為C₁～C₆₀的直鏈或支鏈烷基；

式I所示聚合物中苯并噻吩基在主鏈上的鍵合位置為5,5’-位或6,6’-位；

n為5-100，具體的，n可為5-60，更具體可為15。

上述式I中，R為C₁₀-C₆₀的直鏈或支鏈烷基，具體為2-辛基十二烷基、4-癸基十四烷基或5-癸基十五烷基。

本發明提供的制備所述式I所示聚合物的方法，包括如下步驟：

將式V所示3,6-雙(溴代苯并[b]噻吩-2-基)-2,5-二(烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮與二噻吩乙烯錫試劑在催化劑和配體作用下進行聚合反應，反應完畢得到所述式I所示聚合物；

所述式V中，溴原子的取代位置為苯并噻吩的5-位或6-位；

R的定義與前述式I中R的定義相同。

上述方法中，所述二噻吩乙烯錫試劑為(E)-1,2-雙(5-(三甲基錫)噻吩-2-基)乙烯；

該(E)-1,2-雙(5-(三甲基錫)噻吩-2-基)乙烯化合物的結構式為

所述催化劑選自四(三苯基膦)鈀、二(三苯基膦)二氯化鈀、三(二亞芐基丙酮)二鈀和二(二亞芐基丙酮)鈀中的至少一種；

所述配體選自三苯基膦、三(鄰甲苯基)膦和三(呋喃基)膦中的至少一種。

所述二噻吩乙烯錫試劑的投料摩爾份數為0.95～1.05份；

所述式V所示3,6-雙(溴代苯并[b]噻吩-2-基)-2,5-二(烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮的投料摩爾份數為0.95～1.05份；

所述催化劑的投料摩爾份數為0.01～0.10份；

所述配體的投料摩爾份數為0.04～0.40份；

所述二噻吩乙烯錫試劑、式V所示3,6-雙(溴代苯并[b]噻吩-2-基)-2,5-二(烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮、催化劑和配體的投料摩爾用量比具體為1.0：1.0：0.05：0.4。

所述聚合反應步驟中，溫度為100℃～110℃；

時間為24小時～36小時；

所述聚合反應在溶劑中進行；所述溶劑具體選自甲苯和氯苯中的至少一種。

上述方法中，作為起始原料的式V所示化合物可按照如下步驟制備而得：

(1)2-氟溴代苯甲醛與巰基乙酸乙酯在碳酸鉀溶液中反應，反應完畢得到式II所示的溴代苯并[b]噻吩-2-甲酸乙酯；

上述式II中，溴取代位置為苯并噻吩的5-位或6-位。

(2)將步驟1)所得式II所示溴代苯并[b]噻吩-2-甲酸乙酯與氫化鋁鋰、氯鉻酸吡啶鎓鹽和碘/氨水混合物經三步連續反應，反應完畢得到式III所示溴代苯并[b]噻吩-2-腈；