2-取代噻吩并[3,4-b]噻吩类小分子光伏给体材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及2‑取代噻吩并[3,4‑b]噻吩类小分子光伏给体材料化合物及其制备方法与其在光电方面的应用。该类化合物的结构具有噻吩并噻吩的醌式化效应，使得分子具有更好的平面性；同时，可以扩展分子的π共轭平面，使得分子具有更好的电荷分离能力。该类化合物能够作为有机太阳能光伏给体材料应用，具有广阔的应用前景。本发明专利技术还提供可一种制备2‑取代噻吩并[3,4‑b]噻吩类小分子光伏给体材料化合物的中间体化合物。

2- substituted thiophene [3,4-b] thiophene small molecule photovoltaic donor material, preparation method and application thereof

The present invention relates to substituted thiophene and 2 application material compound and preparation method and photoelectric to [3,4 b] thiophene small molecule photovoltaic. The effect of structure of the quinone compounds with thiophene and thiophene, the molecular plane is better; at the same time, the plane can be extended PI conjugated molecules, the molecule has better charge separation ability. These compounds can be used as organic solar photovoltaic materials and have broad application prospects. The invention also provides a preparation of 2 substituted thieno [3,4 thiophene b] small molecule photovoltaic materials for intermediate compound compounds.

【技术实现步骤摘要】
2-取代噻吩并[3,4-b]噻吩类小分子光伏给体材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及2-取代噻吩并[3,4-b]噻吩类小分子光伏给体材料及其制备方法与其在光电方面的应用。
技术介绍
能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展是全世界、全人类共同关心的问题，也是社会经济发展的重要问题。太阳能作为取之不尽用之不竭的绿色能源，受到了人们的广泛关注，如何高效率的将太阳能转化为电能成为一项热门的研究课题。近年来，有机光伏器件具有制造面积大、无污染、廉价、良好柔韧性等突出优点，成为太阳能电池的热点。其中，有机给体聚合物太阳能电池的效率目前为止已经达到了11.7％(Zhao,J.B.；Li,Y.K.；Yang,G.F.；Jiang,K.；Lin,H.R.；Ade,H.；Ma,W.；Yan,H.Natureenergy2016,doi:10.1038/nenergy.2015.27.)，有机给体小分子太阳能电池目前最高效率为10.08％(Kan,B.；Li,M.；Zhang,Q.；Liu,F.；Wang,X.；Wang,Y.；Ni,W.；Long,G.；Yang,X.；Feng,H.；Zuo,Y.；Zhang,M.；Huang,F.；Cao,Y.；Russell,T.P.；Chen,Y.J.Am.Chem.Soc.2015,137,3886.)，但有机小分子光伏给体材料体系相对聚合物较少。想要推动有机小分子太阳电池的发展，高效率的新材料的发现非常必要。酯基或羰基取代的噻吩并[3,4-b]噻吩作为受体片段已经成功的运用于有机给体聚合物太阳能电池，代表性的如PDB7、PTB7-TH已经是商业化的产品。但在小分子体系中，引入噻吩并噻吩作为主链的报道较少，且最高效率只能达到5％(Liu,F.；Fan,H.；Zhang,Z.；Zhu,X.ACSAppl.Mater.Interfaces,2016,8,3661；Yan,W.；Zhang,Q.；Qin,Q.；Ye,S.；Lin,Y.；Liu,Z.；Bian,Z.；Chen,Y.；Huang,C.DyesPigments,2015,121,99)。为此，有必要开发高效率的噻吩并[3,4-b]噻吩类小分子光伏给体新材料。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种2-取代噻吩并[3,4-b]噻吩类有机小分子光伏给体材料、其制备方法及用途。具体而言，本专利技术所提供如下式I或式II所示的化合物：其中，R1、R2、R3彼此独立地选自氢、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、或者任选取代的以下基团：烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-C(＝O)Rd、-OC(＝O)Rd、-S(＝O)Rd、-S(＝O)2Rd；优选地，R1、R2、R3彼此独立地选自羟基、巯基、或者任选取代的以下基团：烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-OC(＝O)Rd。其中，Ra、Rb、Rc、Rd彼此独立地选自氢、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、羰基，或者任选取代的以下基团：烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基；任选取代的取代基可以选自：卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、羰基、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-C(＝O)Rd、-OC(＝O)Rd、-S(＝O)Rd、-S(＝O)2Rd；X、Z代表下述基团中的任意一种：氧、硫、硒；Y代表硫。优选地，烷基为C1-30烷基，烯基为C2-30烯基，炔基为C2-30炔基，环烷基为C3-30环烷基，杂环烷基为C3-30杂环烷基，芳基为C6-30芳基，杂芳基为C3-30杂芳基、三烷基取代硅乙炔基为三(C1-30烷基)取代硅乙炔基。优选地，R1代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、C1-30烷氧基、C1-30烷硫基、三(C1-30烷基)取代硅乙炔基、C1-30烷基取代噻吩基、C1-30烷氧基取代噻吩基、C1-30烷硫基取代噻吩基、C1-30烷基取代呋喃基、C1-30烷氧基取代呋喃基、C1-30烷硫基取代呋喃基、芳基；R2代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、C1-30烷氧基、C1-30烷硫基；R3代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、芳基；X代表下述基团中的任意一种：氧、硫、硒；Y代表下述基团中的任意一种：硫；Z代表下述基团中的任意一种：氧、硫；作为实例，R1可代表下述基团中的任意一种：氢、C1-15烷基、C1-15烷氧基、C1-15烷硫基、三(C1-15烷基)取代硅乙炔基、C1-15烷基取代噻吩基、C1-15烷氧基取代噻吩基、C1-15烷硫基取代噻吩基、C1-15烷基取代呋喃基、C1-15烷氧基取代呋喃基、C1-15烷硫基取代呋喃基、芳基；R2代表下述基团中的任意一种：氢、C1-15烷基、C1-15烷氧基、C1-15烷硫基；R3代表下述基团中的任意一种：氢、C1-15烷基、芳基；X代表下述基团中的任意一种：氧、硫、硒；Y代表硫；Z代表下述基团中的任意一种：氧、硫。作为具体的实例，所述化合物可以选自下列具体化合物：本专利技术还提供式I所示化合物的制备方法，包括下述步骤：1)式III所示化合物与烷基氯化锡试剂反应，得式IV所示的化合物；其中，R2、Y具有上文所述的定义；2)在惰性气体环境下，式IV所示化合物和式V所示化合物在催化剂条件下反应，再通过醛基化反应，得式VI所示的化合物；其中，R1、R2、X、Y具有上文所述的定义；3)式VI所示化合物和R3取代的绕丹宁反应得式I所示的化合物。根据本专利技术，优选地，所述制备方法可以在以下条件下进行：在步骤1)中，优选地，烷基氯化锡试剂为三甲基基氯化锡、三乙基氯化锡、三丙基氯化锡、三丁基氯化锡，更优选为三正丁基氯化锡。优选地，在RLi的存在下进行，其中R为直链或支链的烷基、环烷基或芳基。作为实例，RLi可以为例如甲基锂、乙基锂、丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、戊基锂、己基锂、环己基锂、叔辛基锂、正二十烷基锂、苯基锂、甲基苯基锂、丁基苯基锂、萘基锂、丁基环己基锂等或其中任意两种或更多种的混合物。在步骤2)中，优选地，惰性气体为氮气，反应在有机溶剂中进行；优选地，醛基化反应在RLi的存在下进行，其中R为直链或支链的烷基、环烷基或芳基。作为实例，RLi可以为例如甲基锂、乙基锂、丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、戊基锂、己基锂、环己基锂、叔辛基锂、正二十烷基锂、苯基锂、甲基苯基锂、丁基苯基锂、萘基锂、丁基环己基锂等或其中任意两种或更多种的混合物；优选地，醛基化反应在DMF的存在下进行；优选地，催化剂为钯催化剂；优选地，钯催化剂选为包含有机磷配体的钯催化剂，更优选为四(三苯基膦)钯本文档来自技高网...

【技术保护点】
如下式I或式II所示的化合物：

【技术特征摘要】
1.如下式I或式II所示的化合物：其中，R1、R2、R3彼此独立地选自氢、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、或者任选取代的以下基团：烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-C(＝O)Rd、-OC(＝O)Rd、-S(＝O)Rd、-S(＝O)2Rd；优选地，R1、R2、R3彼此独立地选自羟基、巯基、或者任选取代的以下基团：烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-OC(＝O)Rd。其中，Ra、Rb、Rc、Rd彼此独立地选自氢、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、羰基，或者任选取代的以下基团：烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基；任选取代的取代基可以选自：卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、羰基、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基取代硅乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NRaRbRc、-C(＝O)Rd、-OC(＝O)Rd、-S(＝O)Rd、-S(＝O)2Rd；X、Z代表下述基团中的任意一种：氧、硫、硒；Y代表硫。2.根据权利要求1所述的化合物，其中：烷基为C1-30烷基，烯基为C2-30烯基，炔基为C2-30炔基，环烷基为C3-30环烷基，杂环烷基为C3-30杂环烷基，芳基为C6-30芳基，杂芳基为C3-30杂芳基、三烷基取代硅乙炔基为三(C1-30烷基)取代硅乙炔基。3.权利要求1或2所述的化合物，其中：R1代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、C1-30烷氧基、C1-30烷硫基、三(C1-30烷基)取代硅乙炔基、C1-30烷基取代噻吩基、C1-30烷氧基取代噻吩基、C1-30烷硫基取代噻吩基、C1-30烷基取代呋喃基、C1-30烷氧基取代呋喃基、C1-30烷硫基取代呋喃基、芳基；R2代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、C1-30烷氧基、C1-30烷硫基；R3代表下述基团中的任意一种：氢、C1-30烷基、芳基；X代表下述基团中的任意一种：氧、硫、硒；Y代表硫；Z代表下述基团中的任意一种：氧、硫。4.权利要求1-3任一项所述的化合物，其中：R1可代表下述基团中的任意一种：氢、C1-15烷基、C1-15烷氧基、C1-15烷硫基、三(C1-15烷基)取代硅乙炔基、C1-15烷基取代噻吩基、C1-15烷氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓张，许胜杰，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11