[发明专利]一种含硼有机自由基化合物及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种含硼有机自由基化合物及其制备方法与应用，属于有机自由基化合物技术领域。解决了现有技术中稳定的有机自由基化合物数量较少、合成难度大、调节自由基特性的手段有限等技术问题。本发明的含硼有机自由基化合物，化学结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示，式(Ⅰ)和式(Ⅱ)中，n分别独立的为1～6的整数。该含硼有机自由基化合物，具有近红外光吸收性质，有制备近红外染料的潜力；具有窄带隙特征，且能级分布可以提供双极性传输性质，有制备双极性有机场效应晶体管器件的潜力；该含硼有机自由基化合物显现出明显的顺磁性质，有制备有机电子自旋器件的潜力。

技术领域

本发明属于有机自由基化合物技术领域，具体涉及一种含硼有机自由基化合物及其制备方法与应用。

背景技术

有机自由基化合物是指存在一个或多个未成对电子的分子或离子。由于未成对电子的存在，这类化合物往往展现出独特的电子结构和物理化学性质。一方面，分子轨道中的未成对电子使其具有红外/近红外吸光性质、自旋磁性、电荷传输能力等，赋予其作为光、电、磁功能材料的巨大潜力；另一方面，未成对电子带来的高反应活性，使自由基易分解或与环境中的水、氧等发生反应，降低其化学稳定性。因此，有机自由基化合物的稳定策略、合成方法和功能材料一直是领域研究的热点。

有机双自由基化合物，是指存在两个未成对电子的分子或离子，未配对的两个电子也可以通过电子离域进行成键，在双自由基态和完全成键态之间形成“共振混合”态。因此，有机双自由基分子不仅有基于自由基的物化性质，而且在实现化学稳定性方面具有显著优势，使得其在有机电子材料、有机自旋材料等领域备受关注。在分子设计层面，为获得稳定的双自由基分子，通常采用大的共轭骨架使自由基充分离域，采用大空间位阻基团对电子自旋密度集中处加以保护。但是，此类策略带来了诸多合成上的挑战，限制了有机双自由基化合物的新功能探索和新材料构建，成为领域发展的瓶颈问题。

我们设计并合成了一种含硼有机双自由基化合物，即在稠合茚并芴共轭骨架上引入硼原子并进行结构拓展，通过引入硼原子进行稳定双自由基，并且调控分子的电子结构和性质。我们制备的这种含硼有机双自由基分子具有良好的化学稳定性，展现出低单-三线态能差、近红外光吸收、磁学性能等性质，在有机自旋电子器件、双极性有机场效应晶体管、近红外染料等领域具有良好的应用潜力。

发明内容

有鉴于此，为解决现有技术中稳定的有机自由基化合物数量较少、合成难度大、调节自由基特性的手段有限等技术问题，本发明提供一种含硼有机自由基化合物及其制备方法与应用。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明提供一种含硼有机自由基化合物，化学结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：

所述式(Ⅰ)和式(Ⅱ)中，n分别独立的为1～6的整数。

本发明还提供上述含硼有机自由基化合物的制备方法：惰性气氛保护下，将待氧化前体溶解在有机溶剂中，再加入2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌，在加热条件下发生氧化反应，反应结束后，冷却，经柱层析、重结晶提纯，得到含硼有机自由基化合物；

所述待氧化前体的化学结构式如式(III)或式(IV)所示：

所述式(III)和式(IV)中，n分别独立的为1～6的整数。

优选的是，所述有机溶剂为甲苯或二甲苯。

优选的是，所述待氧化前体、2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌的物质的量比为1:(1～2)。

优选的是，所述氧化反应的反应温度为50～100℃，反应时间为0.5～1.5h。

本发明还提供上述含硼有机自由基化合物在制备有机电子自旋器件、双极性有机场效应晶体管或近红外染料中的应用。