[發明專利]一種氟取代苝酰亞胺衍生物的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202210692240.7
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115073455A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 張志國;姚嘉;丁詩雨;白陽
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C07D471/06
• 分類號: C07D471/06;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種氟取代修飾的苝酰亞胺衍生物的制備方法與應用。本發明提供了一種簡單宜行、可大規模制備的氟取代苝酰亞胺類陰極修飾層的合成方法，且所得陰極修飾層性能優異，本發明將對其應用的推廣具有重要意義，這種陰極修飾層材料在半導體器件尤其是光伏電池等方面有可能得到應用。在薄膜光伏電池中，尤其是有機/聚合物太陽能電池中，使用這種氟取代的苝酰亞胺衍生物作為陰極修飾層，器件性能優異，更為重要的是這類氟取代的苝酰亞胺類陰極修飾層材料具有較低的分子能級，能夠更好地與非富勒烯受體的能級匹配，加快電子抽取過程，提高有機太陽能電池效率。

技術領域

本發明屬于有機半導體領域，具體涉及一種氟代苝酰亞胺衍生物的合成以及應用。

背景技術

近年來有機光伏的飛速發展主要得益于窄帶隙非富勒烯受體材料的研發，然而這些材料都具有較低的LUMO能級，為了提高器件的性能，需要發展與之能級相匹配的陰極修飾層材料，這也是這個領域迫切需要解決的問題。研究表明由于氟原子的電負性強且體積小，為此引入氟原子是一種降低有機分子能級的有效策略。

苝酰亞胺類材料是一種具有廣闊發展前景的有機光電材料，具有較大的共軛平面、較強的結晶性能、較高的電子遷移率、良好的穩定性等特點，作為有機太陽能電池的陰極修飾層也有優異的表現。對苝酰亞胺的芳香核進行氟取代修飾可以有效降低其分子能級，從而制備得到低能級的陰極修飾層，更好地與這些窄帶隙非富勒烯受體相匹配，提高有機太陽能電池效率。目前，文獻報道的苝酰亞胺芳環的灣位上引入氟原子的方法通常為“Helax”反應，即通過氟陰離子(氟化鉀或氟化銨)取代芳香環上的鹵素原子(氯或溴)。然而，這種方法在合成上具有一定的缺點，例如反應速率緩慢、鹵化前驅體難以獲得、分離困難等問題。針對上述難題，本發明設計了一條低成本、高效的氟化路線，利用此方法成功合成了多種氟原子取代的苝酰亞胺類陰極修飾層材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種在苝酰亞胺芳香環灣位上引入氟原子的合成方法，此條路線具有反應快速、簡便高效、原料價格低廉等優點，對于新型苝酰亞胺類材料的制備及能級調控具有重要意義。

本發明所提供的苝酰亞胺陰極修飾層材料由共軛骨架和胺基極性側鏈構成，具有如下通式：

式Ⅰ中，R1和R2均獨立地選自H或F；

R3選自C1-C10的烷基；R4和R5均獨立地選自H，C1-C10的烷基，C1-C10的烷氧基，C1-C10的脂肪胺基。

本發明所提供的氟取代苝酰亞胺衍生物具體為式Ⅱ所示化合物中任一種，但并不局限于此：

本發明還進一步提供了式Ⅰ所示氟取代苝酰亞胺衍生物的制備方法，包括如下步驟：

(1)式Ⅲ所示的氟取代苝四甲酸酐與式Ⅳ所示的伯胺衍生物進行縮合反應，即得到式Ⅰ所示氟取代芳香酰亞胺衍生物；

式Ⅲ中，R1和R2的定義與式Ⅰ相同；

所述伯胺衍生物的結構式如式Ⅳ所示：

式Ⅳ中，R3，R4和R5的定義與式Ⅰ相同；

式Ⅳ所示伯胺衍生物具體為式Ⅴ所示化合物中任一種，但并不局限于此：

上述的制備方法中，反應溶劑為甲醇、正丁醇、乙醇、異丙醇、異丁醇、三氯甲烷中的一種；

所述反應溶劑中需加入乙酸，乙酸與甲醇的體積比為1:10-50，優選為1:25；

所述反應時間為1小時-48小時；