[发明专利]1,2,7,8-四腈基苝的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池电子受体材料领域，具体涉及1,2,7,8-四腈基苝及其制备方法。

背景技术

相对于硅光伏电池，有机光伏电池具有成本低、重量轻、体积小、易加工、柔韧性好、适宜加工成大面积的平板器件的特点。提高光电转化率是当前有机光伏电池所面临的最主要课题。按照目前的能源供应情况，如果有机光伏电池的光电转化率提高到10%，将具有价格比较优势，和广阔的应用市场。因此，开发成本低廉的有机光伏电池具有现实的意义。

加州大学圣芭芭拉分校的Wudl教授研究组设计合成的C60衍生物PCBM（[6,6]- phenyl C61-butyric acid methyl ester）是使用最普遍的电子受体材料。它的最高占据轨道能级为：-6.1 eV，最低空轨道能级为：-4.1 eV。该能级对于平面π共轭的电子给体化合物四苯并卟啉（TBP (Tetrabenzylporphrine)）来说，最低空轨道能级太低。从空间结构来说，PCBM与TBP的接触面积小，导致研制的光伏电池短路电流偏低，进而导致有机/聚合物光伏电池的光电转换率偏低，阻碍了TBP的大规模应用。

1,2,7,8-四腈基苝是一种性质优良的半导体材料，可以用作电子受体材料，与电子给体材料TBP能级匹配好；它具有共轭平面性，空间结构合适。德国化学家Iden等使用苝溴代，再与CuCN反应，两次腈基化制备1,2,7,8-四腈基苝（US4618694）。原料苝的价格较贵，而且在溴化反应中使用毒性很大的液溴和致癌物硝基苯，在腈基取代反应中使用剧毒的CuCN为原料，过量的含CuCN废液处理较难，稍有不慎会产生环境危害。

发明内容

本发明的目的是提供1,2,7,8-四腈基苝的制备方法，该方法工艺过程简单、合成效率高、对环境友好、成本低廉。

1,2,7,8-四腈基苝的制备方法，包括如下步骤：在溶剂中，加入1,2,7,8-苝四甲酸和氨基甲酸乙酯，滴加SOCl₂，在搅拌条件下反应，得到反应混合物；将反应混合物纯化后得到1,2,7,8-四腈基苝。

所述反应温度为65～79 ^oC，反应时间为2～8小时。反应温度低于65 ^oC 反应速度慢，高于79 ^oC，大量SOCl₂被蒸出。反应时间2-8小时，反应时间小于2小时，反应不充分，产率低，高于8小时，反应产率没有明显提高。

所述溶剂为乙腈。

所述纯化方法为：将反应混合物在常压、65 - 130 ^oC条件下蒸馏，取残留物A；将所述蒸馏残留物A在2.5-3.5毫米汞柱、80-120 ^oC下减压蒸馏，取残留物B；将所述残留物B，使用乙腈重结晶，即得1,2,7,8-四腈基苝。

1,2,7,8-苝四甲酸、氨基甲酸乙酯和SOCl₂的摩尔比为1：（4～7）：（4～7）。

将3,4,9,10-苝四甲酸二酐水解得到1,2,7,8-苝四甲酸。

本发明提供合成1,2,7,8-四腈基苝的方法。该方法使用价格便宜的3,4,9,10-苝四甲酸二酐为初始原料，工艺过程简单、合成效率高、环境友好、成本低廉，有利于光伏电池电子受体材料1,2,7,8-四腈基苝在有机光伏电池中的应用。

附图说明

图1是本发明反应方程式。

图2. 1,2,7,8-四腈基苝的红外光谱。IR（cm^-1）: 2222 (CN);1531、1621(苯环)。

具体实施方式

实施例中的室温是20-30 ^oC。

以下通过实施例进一步说明本发明：

1,2,7,8-苝四甲酸的制备实施例

由3,4,9,10-苝四甲酸二酐按照常规方法水解得到1,2,7,8-苝四甲酸。将3,4,9,10-苝四甲酸二酐加入到NaOH水溶液中，加热回流3小时，冷却到室温，加入盐酸酸化，蒸发溶剂浓缩，降温至室温，析出1,2,7,8-苝四甲酸晶体。

实施例1