含薁稠环芳烃材料及其合成方法、荧光元器件技术

本发明专利技术公开一种含薁稠环芳烃材料的合成方法、含薁稠环芳烃材料和荧光元器件，该含薁稠环芳烃材料的合成方法包括以下步骤：将邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱加入第一无水溶剂中加热，进行脱水缩合反应制得中间产物；提纯所述中间产物；将提纯后的所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂加入第二无水溶剂中加热，所述中间产物发生自身脱卤素偶联反应制得含薁稠环芳烃材料。本发明专利技术简化了含薁稠环芳烃材料的合成步骤，降低了合成成本且提高了合成效率。本且提高了合成效率。本且提高了合成效率。

【技术实现步骤摘要】
含薁稠环芳烃材料及其合成方法、荧光元器件


[0001]本专利技术涉及有机化学领域，具体涉及一种含薁稠环芳烃材料的合成方法、含薁稠环芳烃材料和应用该含薁稠环芳烃材料的荧光元器件。

技术介绍

[0002]稠环芳烃是有机半导体材料的结构基础，当其尺寸达到纳米尺度(1
‑
100nm)时，可被认为是结构精确的纳米石墨烯。非苯型稠环芳烃因其独特的电子结构和物理性质，近年来引起了广泛关注。薁是萘的非交替同分异构体，属于石墨烯片段中常见的缺陷形式。薁作为一种典型的非交替稠环芳烃(PAHs)，具有独特的物理化学性质，包括1.08D的分子偶极矩、较低的HOMO
‑
LUMO(前线轨道)能隙和反Kasha规则(卡莎规则)的荧光发射性质。这些独特的物理化学性质促使化学家开发了多种以薁为结构单元的功能材料，如多重刺激响应材料、近红外检测分子及半导体器件等。薁单元还被广泛引入到PAHs中，用来调节它们的电子结构及构象，并影响PAHs的化学稳定性，为进一步理解石墨烯缺陷的性质提供理论与实验基础。
[0003]由于合成方法的限制，已公开的含薁稠环芳烃材料的数量非常有限，实际生产合成过程中存在如下问题：
[0004]1)高成本，现有合成含薁稠环芳烃材料的方法主要以酚酮，吡啶，重氮酮，环庚三烯为原料合成，其分离步骤繁琐，导致商品化薁单元修饰的功能基团原料比较贵，直接导致实际生产过程过高的成本；
[0005]2)合成存在不确定性，如果薁单元是在合成后期形成的，现有的构建含含薁稠环芳烃材料的方法具有一定的不确定性，不能精准控制，生成薁单元往往伴随着苯环的迁移和碳碳键的重排；
[0006]3)合成步骤繁琐，现有报道的合成含薁稠环芳烃材料涉及了大量的合成步骤，往往步骤繁琐且分离困难，产率不高，限制了含薁稠环芳烃材料进一步在生产中的应用。
[0007]如何找到步骤简单、成本低、产率高的含薁稠环芳烃材料合成方法是本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的是提供一种含薁稠环芳烃材料的合成方法，旨在简化含薁稠环芳烃材料的合成步骤，降低合成成本且提高合成效率。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提出的含薁稠环芳烃材料的合成方法，包括以下步骤：
[0010]将邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱加入第一无水溶剂中加热，进行脱水缩合反应制得中间产物；
[0011]提纯所述中间产物；
[0012]将提纯后的所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂加入第二无水溶剂中加热，所述中间产物发生自身脱卤素偶联反应制得含薁稠环芳烃材料。
[0013]在一些实施例中，所述邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱的用量以物质的量计算时，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶0.2
‑
30∶1
‑
5；和/或，
[0014]所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂的用量以物质的量计算时，所述中间产物的用量：所述第二固体碱的用量：所述钯金属催化剂的用量为1∶3
‑
8∶0.05
‑
0.4。
[0015]在一些实施例中，所述邻卤代芳醛具有两个醛基和两个卤素官能团，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶15
‑
25∶2
‑
2.5；或，
[0016]所述邻卤代芳醛具有一个醛基和一个卤素官能团，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶0.2
‑
0.4∶1
‑
2。
[0017]在一些实施例中，所述芳基取代环戊二烯衍生物的结构通式为：
[0018]其中R3为氢或官能团，Ar1选自以下结构：
[0019][0020][0020]其中n为正整数；和/或，
[0021]所述邻卤代芳醛的结构通式为：
[0022][0023]选自以下结构：
[0024][0025][0025]其中R1为卤素或OTf基团，R2为醛基，m为大于等于2的正整数；和/或，
[0026]所述第一固体碱为甲醇钠固体、甲醇钾固体或氢氧化铯固体；和/或，
[0027]所述第一无水溶剂为四氢呋喃、乙醚或甲苯；和/或，
[0028]所述第二固体碱为碳酸铯或1，8
‑
二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑
烯；和/或，
[0029]所述第二无水溶剂为甲苯、N，N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲苯；如/或，
[0030]所述钯金属催化剂为二(苯腈)二氯化钯、四(三苯基膦)钯或三(二亚苄基丙酮)二钯。
[0031]在一些实施例中，所述将邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱加入第一无水溶剂中加热，进行脱水缩合反应制得中间产物的步骤中，反应温度为50℃
‑
120℃，反应时间为12
‑
48小时。
[0032]在一些实施例中，所述提纯所述中间产物的步骤中，所用到的提纯方法为萃取、柱层析或重结晶中的一种或多种。
[0033]在一些实施例中，所述将提纯后的所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂加入第二无水溶剂中加热，所述中间产物发生自身脱卤素偶联反应制得含薁稠环芳烃材料的步骤中，反应温度为120
‑
200℃，反应时间为12
‑
48小时。
[0034]本专利技术进一步提出一种含薁稠环芳烃材料，由上述含薁稠环芳烃材料的合成方法制备得到。
[0035]本专利技术进一步还提出一种荧光元器件，包括上述的含薁稠环芳烃材料。
[0036]在一些实施例中，所述荧光元器件为化学荧光传感器、荧光分子开关或有机场效应晶体管器件。
[0037]本专利技术技术方案通过采用邻卤代芳醛和芳基取代环戊二烯衍生物作为原材料在第一固体碱的作用下进行脱水缩合，形成含有双键和芳基卤素的中间产物，待反应停止后进行分离纯化，比如采用柱层析的方式，随后将中间产物在钯催化剂和第二固体碱作用下发生自身脱卤素偶联反应制得含薁稠环芳烃材料。该制备方法原材料简单易得，制备方法步骤较少，合成成本降低且合成效率提高，经济性好，具有大规模生产的潜力，且对环境友好。制备得到的含薁稠环芳烃材料具独特的有机调控发光性能，能对酸等外界条件进行响应性的荧光反馈，表现为近红外的荧光发射并使溶液颜色发生明显改变，这类响应型的荧光分子的光谱性能在光电信息领域有非常重要的作用，可用于制备化学荧光传感器、荧光分子开关和有机场效应晶体管器件等荧光元器件。
附图说明
[0038]图1为本专利技术含薁稠环芳烃材料的合成方法的流程图；
[0039]图2为实施例一的中间产物在氘代氯仿中核磁氢谱图；
[0040]图3为实施例一的中间产物在氘代氯仿中核磁碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含薁稠环芳烃材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱加入第一无水溶剂中加热，进行脱水缩合反应制得中间产物；提纯所述中间产物；将提纯后的所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂加入第二无水溶剂中加热，所述中间产物发生自身脱卤素偶联反应制得含薁稠环芳烃材料。2.根据权利要求1所述的含薁稠环芳烃材料的合成方法，其特征在于，所述邻卤代芳醛、芳基取代环戊二烯衍生物和第一固体碱的用量以物质的量计算时，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶0.2
‑
30∶1
‑
5；和/或，所述中间产物、第二固体碱和钯金属催化剂的用量以物质的量计算时，所述中间产物的用量：所述第二固体碱的用量：所述钯金属催化剂的用量为1∶3
‑
8∶0.05
‑
0.4。3.根据权利要求1所述的含薁稠环芳烃材料的合成方法，所述邻卤代芳醛具有两个醛基和两个卤素官能团，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶15
‑
25∶2
‑
2.5；或，所述邻卤代芳醛具有一个醛基和一个卤素官能团，所述邻卤代芳醛的用量：所述芳基取代环戊二烯衍生物的用量：所述第一固体碱的用量为1∶0.2
‑
0.4∶1
‑
2。4.根据权利要求1所述的含薁稠环芳烃材料的合成方法，其特征在于，所述芳基取代环戊二烯衍生物的结构通式为：其中R3为氢或官能团，Ar1选自以下结构中的一种或多种：
其中n为正整数；和/或，所述邻卤代芳醛的结构通式为：所述邻卤代芳醛的结构通式为：选自以下结构：
其中，R1为卤素或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志常，王上上，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：