一种氧氮磷杂环化合物及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种氧氮磷杂环化合物，该化合物具有下面的结构式，式中R1为氧；R2为氢和甲氧基中的一种，本发明专利技术还涉及本发明专利技术的氧氮磷杂环化合物的制备方法以及其用途。本发明专利技术利用三胺类三亚苯与苯基二氯化磷反应，后加入硫粉反应得到硫氮磷杂环化合物，再经氧化得到氧氮磷杂环化合物。本发明专利技术合成步骤短，反应条件温和，操作方便，收率良好，所得的氧氮磷杂环化合物具有良好的热稳定性和化学稳定性，可用于制备场效应晶体管、太阳能电池或发光二极管等。

【技术实现步骤摘要】
一种氧氮磷杂环化合物及制备方法和应用
本专利技术涉及一种多环芳烃类化合物及其制备方法和应用，特别是一种三氮磷杂环化合物及其制备方法和应用，更具体的，涉及一种氧氮磷杂环化合物及制备方法和应用。
技术介绍
多环芳烃分子作为一种重要的有机功能材料，具有独特且可调控的分子结构、光电性质和自组装行为，在场效应晶体管、有机半导体材料、太阳能电池和有机发光二极管等中广泛的应用。目前，多环芳烃的一个重要研究趋势是将杂原子如氮、硫、硒、磷等掺杂到稠环芳烃中，通过杂原子的引入改变分子的极性、结构和分子间的相互作用，从而调节其材料性质。将氮、磷原子掺杂到结构里的碳原子上时，不仅可以改变化合物的物理化学和光电性质，还可以增强电子输送能力，在电子材料领域(例如场效应晶体管，太阳能电池，发光二极管等)具有巨大的应用前景。尽管如此，现有的制备此类掺杂氮、磷等原子的化合物的方法原料难得，设计路线较长，步骤繁琐，条件苛刻，产率低，这些不利条件制约了该领域的发展。本专利技术旨在开发出一种步骤短，反应条件温和，操作方便，收率良好的合成方法，同时提供具有一种具有良好的热稳定性和化学稳定性的新型氮磷杂环化合物。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种氧氮磷杂环化合物。本专利技术的目的之二在于提供该氧氮磷杂环化合物的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供该氧氮磷杂环化合物的应用。本专利技术的目的之四在于提供由该氧氮磷杂环化合物制得的产品。本专利技术的目的通过下列技术方案实现。本专利技术提供的氧磷杂环化合物，在结构上含苯基、氮原子、磷原子、氧原子及三亚苯，其结构式如下：其中，R1为氧原子；R2为氢原子和甲氧基的一种。本专利技术特别提出以下两种氮磷杂环化合物：(1)中文名称：2,6,10-三苯基-1,5,9-三氮杂苯并菲[1,12-cde:5,4-c'd'e':9,8-c”d”e”]三([1,2]氮磷)2,6,10-三氧化物英文名称：2,6,10-triphenyl-1,5,9-trihydrotriphenyleno[1,12-cde:5,4-c'd'e':9,8-c”d”e”]tris([1,2]azaphosphinine)2,6,10-trioxide分子式为C36H24N3O3P3，化学结构式如下：(2)中文名称：3,4,7,8,11,12-六甲氧基-2,6,10-三苯基-1,5,9-三氮杂苯并菲[1,12-cde:5,4-c'd'e':9,8-c”d”e”]三([1,2]氮磷)2,6,10-三氧化物英文名称：3,4,7,8,11,12-hexamethoxy-2,6,10-triphenyl-1,5,9-trihydrotriphenyleno[1,12-cde:5,4-c'd'e':9,8-c”d”e”]tris([1,2]azaphosphinine)2,6,10-trioxide分子式为C42H36N3O9P3，化学结构式如下：本专利技术还提出了该新型氧氮磷杂环化合物的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤A：由3,4,7,8,11,12-六甲氧基-1,5,9-三氨基三亚苯或1,5,9-三氨基三亚苯为起始原料，加入苯基二氯化磷以及硫粉，通过一步法制备获得基于硫稳定的氮磷杂环化合物，反应方程式如下：步骤B：将步骤A得到的基于硫稳定的氮磷杂环化合物在间氯过氧苯甲酸的作用下进行氧化，以较高产率得到氧氮磷杂环化合物，反应方程式如下：具体合成步骤如下：在步骤A中：氮气保护下，将三氨基三亚苯溶于氢化钙处理过的邻二氯苯中，加入三乙胺和苯基二氯化磷，在140-200℃，优选地150-190℃、更优选地160-180℃、最优选地170℃反应0.5-5小时，优选地1-4小时，更优选地1.5-3小时，最优选地2小时，加入硫粉后恢复至室温，搅拌过夜，减压除去溶剂，柱层析分离得到硫氮磷杂环化合物。在步骤B中：将步骤A得到的硫氮磷杂环化合物和间氯过氧苯甲酸加入烧瓶中，在-50～-10℃，优选地，-40～-20℃，最优选地-30℃加入二氯甲烷，反应0.5-1.5h，优选地1h，加入饱和亚硫酸钠溶液，二氯甲烷萃取，无水硫酸钠干燥，浓缩溶剂，柱层析分离，得到氧氮磷杂环化合物。本专利技术还提出了本专利技术所得的氧氮磷杂环化合物在制备场效应晶体管、太阳能电池或发光二极管中的应用。本专利技术还提出了一种由本专利技术的氧氮磷杂环化合物制备的场效应晶体管。“场效应晶体管(FieldEffectTransistor缩写(FET))”简称场效应管，主要有两种类型：结型场效应晶体管(junctionFET-JFET)和金属-氧化物半导体场效应管(metal-oxidesemiconductorFET，简称MOS-FET)。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高(107～1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。本专利技术还提出了一种由本专利技术的氧氮磷杂环化合物制备的太阳能电池。“太阳能电池”又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。本专利技术还提出了一种由本专利技术的氧氮磷杂环化合物制备的发光二极管。“发光二极管”简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光，因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。“顺反异构”也称几何异构，属于立体异构中的一种。这种异构一般是由有机化合物结构中，如C＝C双键、C≡C叁键、C＝N双键、N＝N双键或脂环等不能自由旋转的官能团所引起的。本专利技术的化合物也具有顺式结构和反式结构两种，这两种结构具有相似的理化性质，都可以用于制备场效应晶体管、太阳能电池或发光二极管等有机光电器件。因此，本专利技术的保护对象不限于反式结构，也包括顺式结构及其制备方法和应用。本专利技术具有显著技术效果：(1)本专利技术的制备方法合成步骤短，反应条件温和，操作方便，环境污染小，收率良好。(2)本专利技术的氧氮磷杂环化合物具有良好的热稳定性和化学稳定性。(3)本专利技术的氧氮磷杂环化合物可用于制备场效应晶体管、太阳能电池或发光二极管中，由此制备得到的场效应晶体管、太阳能电池或发光二极管性能优异、稳定、耐热、使用寿命长。具体实施方式下面结合实施例，更详细地描述本专利技术的具体实施方式。以下实施例仅用于说明目的而不限制本专利技术的范围。本专利技术所用的原料、仪器设备和试剂均有商品化的产品可供选用，并可从市场上购买得到。实施例1以合成2,6,10-三苯基-1,5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧氮磷杂环化合物，其特征在于，该化合物的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种氧氮磷杂环化合物，其特征在于，该化合物的结构式为：式中R1为氧；R2为氢原子和甲氧基的一种。2.根据权利要求1所述的氧氮磷杂环化合物，其特征在于：R2为氢原子，分子式为C36H24N3O3P3，化学结构式如下：3.根据权利要求1所述的氧氮磷杂环化合物，其特征在于：R2为甲氧基，分子式为C42H36N3O9P3，化学结构式如下：4.一种如权利要求1～3中任一项所述的氧氮磷杂环化合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤A：由1,5,9-三氨基三亚苯、苯基二氯化磷以及硫粉为起始原料，通过一步法制备获得硫氮磷杂环化合物，反应方程式如下：步骤B：步骤A中所得的硫氮磷杂环化合物在间氯过氧苯甲酸的作用下进行氧化，得到氧氮磷杂环化合物，反应方程式如下：5.根据权利要求4所述的氧氮磷杂环化合物的制备方法，其特征在于，在步骤A中，氮气保护下，将三氨基三亚苯溶于氢化钙处理过的邻二氯苯中，加入三乙胺和苯基二氯化磷，170℃反应2小时，加入硫粉后恢复至室温，搅拌过夜，减压除去溶剂，柱层析分离得到硫氮磷杂环化合物。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学香，李志浩，王娇，田威，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61