[发明专利]一种2,1,3-苯并噻二唑并二噻吩衍生物及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及含碳、氢、氮、硫的杂环化合物，具体属于一种2,1,3-苯并噻二唑并二噻吩衍生物及其合成方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着石油资源的日益匮乏，新的资源急需得到开发。潮汐能、风能、水能、太阳能、核能、低热能等资源是目前应用得较广的能源，其中太阳能以其清洁无污染、来源稳定、取之不竭等优势成为其中最有前景的能源。

太阳能电池是太阳能应用的一个重要方面。硅太阳能电池是目前应用的最为广泛的太阳能电池，但是其本身具有制造麻烦、成本高等缺点，基于此，具有易制造、成本低等优点的有机太阳能电池成为当今世界较为热门的太阳能电池之一。

基于苯并噻二唑的有机太阳能电池是目前研究的较多的。苯并噻二唑基团具有一定的刚性平面结构和良好的载流子传输特性，同时可以与给电子基团形成给体-受体（D-A）共轭结构，从而获得较低的能带隙、拓宽和增强材料的光谱吸收而被广泛用于构建高效率的有机太阳能电池材料。

发明内容

本发明的目的旨在合成一种2,1,3-苯并噻二唑并二噻吩衍生物。在噻吩基团的2号位引入烷基或烷氧基有利于提高其在有机溶剂中的溶解性，该类衍生物具有较为规整的平面结构，热稳定性好，制备方法较为简单。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种2,1,3-苯并噻二唑并二噻吩衍生物，是5,8-二烷基二噻吩并[2',3':3,4;3'',2'':5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑，其结构式为：

式中，R代表氢原子、取代或未取代的C_1-20的烷基。

一种2,1,3-苯并噻二唑并二噻吩衍生物的合成方法，具体包括以下步骤：

（1）5,5'-二烷基-3,3'-二联噻吩的制备：取3-溴噻吩，加入乙醚，冷却至-78℃后，滴加正丁基锂，保持-78℃的条件0.25～0.5h，再升温至-55℃，加入氯化铜后，-55℃保持1～2h，然后常温过夜，对反应液进行提纯处理后，得到5,5'-二烷基-3,3'-二联噻吩；

（2）2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']-二噻吩-4,5-二酮的制备：将1,2-二氯甲烷和草酰氯加入到5,5'-二烷基-3,3'-二联噻吩中，加热到40～45℃，回流4～6天，再一次加入草酰氯，回流4～6天，将反应液降至室温，进行提纯处理后，得到2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']-二噻吩-4,5-二酮；

（3）2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-4,5-二酮二肟的制备：将2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']-二噻吩-4,5-二酮、及碳酸钠加入到吡啶和乙醇的混合溶液中，加热至80～90℃，再滴加羟胺的乙醇溶液，加热回流4～6h，将反应液降至室温，进行提纯处理后，得到2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-4,5-二酮二肟；

（4）2,7-二烷基-4,5-二氢苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-2,5-二胺的制备：将二氯化锡溶于浓盐酸中，加入到2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-4,5-二酮二肟的乙醇溶液中，10～15min后，加热至80～85℃，回流3～5h，将反应液降至室温，进行提纯处理后，得到2,7-二烷基-4,5-二氢苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-2,5-二胺；

（5）5,8-二烷基二噻吩并[2',3':3,4;3'',2'':5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑的制备：将亚硫酰氯滴加到2,7-二烷基-4,5-二氢苯并[1,2-b:4,3-b']二噻吩-2,5-二胺、三乙胺和二氯甲烷的混合物中，常温下反应1～2h，再加热至40～45℃，回流5～6h，加水停止反应，对反应液进行提纯处理后，得到较纯的5,8-二烷基二噻吩并[2',3':3,4;3'',2'':5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑。

上述方案中，步骤（1）所述3-溴噻吩：氯化铜：正丁基锂的摩尔数比为1:1:1～1:1.05:1.1。

上述方案中，步骤（2）所述5,5'-二烷基-3,3'-二联噻吩：草酰氯的摩尔数比为1:2.5～1:3；所述草酰氯分两次加入，第一次与第二次加入的质量相同。

上述方案中，步骤（3）所述吡啶和乙醇的体积比为1:4，所述2,7-二烷基苯并[1,2-b:4,3-b']-二噻吩-4,5-二酮：羟胺：碳酸钠的摩尔数比为1:1:1～1:1.2:1.5。