[发明专利]螺芴氧杂蒽材料及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种螺芴氧杂蒽材料及其制备方法，并涉及这些材料在有机电致发光、光伏电池、有机电存储、有机非线性光学、化学与生物传感和有机激光等领域的应用。属于有机光电材料技术领域。

技术背景

自1987年美国柯达公司Tang研究小组[Tang，C.W.；Van Slyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913.]和1990年英国剑桥大学[Burroughes，J.H.；Bradley，D.D.C.；Brown，A.B.；Marks，R.N.；Mackay，K.；Friend，R.H.；Burn，P.L.；Holmes，A.B.Nature 1990，347,539.]分别发表了以有机和聚合物荧光材料制成薄膜型有机电致发光器件(Organic Light-emittingDiodes)和聚合物发光二极管(Polymeric Light-emitting Diodes)以来，有机平板显示成为继液晶显示之后的又一代市场化的显示产品。与此同时其他有机电子和光电子产业，包括有机场效应管、有机太阳能电池、非线性光学、生物传感和激光等领域以及非线性光学材料也正走向市场化。有机和塑料电子产品的优点在于材料制备成本低、工艺简单、具有通用高分子的柔韧性和可塑性。因此，开发具有实用性的市场潜力新型有机光电信息材料吸引了许多国内外大学不同学科的科学家以及研究机构和公司的关注和投入。到目前为止，开发新型高度稳定的载流子传输材料和发光材料成为提高有机电子、电光以及光电器件效率和寿命关键因素。

到目前为止，螺二芴以及氮杂螺二芴结构基元作为核构建光电材料表现出高的热稳定性和高的玻璃化温度，因此成为一类有希望的实用有机光电子材料，已经形成相当的文章和专利。实际上，螺芴氧杂蒽类螺环具有螺二芴类似的优点，然而相关的专利都是以含酚羟基的螺芴氧杂蒽内核的光电材料，纯螺芴氧杂蒽的光电材料未见报道。因此，本发明论述通过简单的一锅法以及结合金属催化偶联反应开发一系列封端的含稳定蓝光与空穴传输材料。该类材料将在有机电子、光电子、或光电材料中有广泛的应用空间。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出螺芴氧杂蒽材料具有高度的环境稳定性与形态稳定性，同时具有特殊的光电性质。另外，指出了该类材料在有机电致发光、有机激光、光伏电池和有机电存储器件等有机电子领域的应用。

技术方案：一种螺芴氧杂蒽材料是以芴氧杂蒽核的有机半导体材料，具有如下结构：

化合物材料I

式中：Ar为氢或多环芳烃共轭结构单元，具体为如下列结构中的一种：

在螺芴氧杂蒽材料中，所述的化合物材料I具有如下结构：

在螺芴氧杂蒽材料的制备方法中，首先，一锅法制备二溴螺芴氧杂蒽，然后通过金属催化的碳—碳、碳—氧、乌尔曼碳—氮键偶联反应获得化合物材料，具体制备如下：

(1)通过一锅法制备氧杂蒽：

步骤(1)反应条件具体是在反应器中，加入酮，再加入与酮摩尔比为1：1-20的强酸盐酸/冰醋酸、甲烷磺酸/五氧化二膦/四氯化碳、三氟甲烷磺酸/四氯化碳、或三氟化硼乙醚络合物/二氯甲烷作为催化剂，然后，加入与酮摩尔比为1：2-40的苯酚或其衍生物，维持反应温度80-200℃，反应时间为4-72小时。随后，水淬灭反应，乙酸乙酯重结晶得到初步的产物，进一步提纯通过硅胶柱分离得到相应的氧杂蒽类化合物。

(2)通过Suzuki偶联反应制备下列螺芴氧杂蒽材料：

步骤(2)采用的方法是Suzuki的反应，条件为Ph(PPh₃)₄/K₂CO₃/甲苯，或Ph(dba)₂/CsF/Ph₃P/1，2-二甲氧基乙烷，反应中加入相转移催化剂可以使产率提高。

(3)通过乌尔曼偶联反应制备下列螺芴氧杂蒽材料：

步骤(3)采用的方法是Ullmann偶联反应，条件为在CuI/K₂CO₃/18-冠-6/二氯苯。

有益效果：通过元素分析、红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、色质联机(GCMS)、基质辅助激光解析时间飞行质谱(MALDI-TOF-MS)、凝胶色谱(GPC)表征了螺芴氧杂蒽结构，通过热重分析和差热分析测试了材料的热稳定性，通过循环伏安法表征了它们的电化学性质。