[发明专利]母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体及其制备方法

说明书

本发明公开了一类母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体及其制备方法。本发明合成了一系列以母核取代萘二酰亚胺为受体，以三苯胺或咔唑或噻吩等具有电化学聚合活性基元为供体的D‑π‑A(donor‑π‑acceptor)型有机染料分子。通过母核取代基的不同来调节萘二酰亚胺的电子云分布以及分子轨道能级分布。合成D‑π‑A(donor‑π‑acceptor)型有机染料分子具有优良的氧化还原活性，可通过电化学聚合形成薄膜而应用于光电领域。

技术领域

本发明属于光电功能材料技术领域，具体涉及母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体及其制备方法。

背景技术

萘二酰亚胺（NDI）作为芳基二亚胺的最小同系物，具有电子亲和性高、载流子迁移率好、热稳定性和氧化稳定性好等优点，其结构特点为具有较大的共轭体系和离域的π电子，容易因为外界条件的改变被激发，而且它的中心结构带有四个羰基，强拉电子中作用使得中心萘基母核处于缺电子状态。由于萘二酰亚胺中心母核缺电子的特性，通过在萘基母核处由电负性不同的原子取代可以有效改变其最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO），从而改变其光学及氧化还原性质。母核取代萘二亚胺（cNDIs）可通过单原子的改变实现可见光全波段的颜色吸收，母核取代萘二酰亚胺可能是当今已知最小，最具“原子效率”的叶绿素模拟物这一特性使得母核取代萘二酰亚胺成为近十年来的焦点。吡咯烷，硫醚，氧醚为三种供吸电子能力不同的取代基，由于取代基的不同，萘二酰亚胺的光电性质以及相应的合成方式也不同，由于不同母核取代萘二酰亚胺的合成难度大，限制了其在有机光电领域中的探索及应用。电化学聚合（EP）成膜具有无催化剂、膜厚可控、反应条件容易、与旋涂相比粗糙度大等特点，在光电薄膜器件的制造中得到了广泛的应用。结合母核取代萘二酰亚胺独特的光电性质开发一种理想的母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体合成方法，有利于扩展母核取代萘二酰亚胺在有机光电领域中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对目前母核取代萘二酰亚胺在有机光电领域应用的问题，提供了三类母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体的制备方法。由吡咯烷或氧醚或硫醚母核取代萘二酰亚胺具有不同的氧化还原特性，因此这三种母核取代的萘二酰亚胺材料在光电领域都具有很大的应用前景。本发明通过两种不同合成方法分别将三种不同的母核取代萘二酰亚胺单元制备成具有电化学聚合活性的电化学聚合单体。电化学聚合实验表明，所制备的单体能够通过电化学聚合的方式在导电玻璃上成膜，进一步扩展其应用范围。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的技术方案之一提供了一种母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体，其化学结构式为：

，

其中，R₁为萘二酰亚胺母核取代基或或；R₂为三苯胺或咔唑或噻吩等具有电化学聚合活性基元，包含但不限于以下基元：

。

本发明的技术方案之二提供了一种吡咯烷母核取代萘二酰亚胺电化学聚合单体的制备方法，以吡咯烷母核取代萘二酰亚胺与含电化学聚合活性基元的硼酸单体通过铜离子催化发生氮-芳基化反应得到吡咯烷母核取代萘二酰亚胺，其中，

吡咯烷母核取代萘二酰亚胺（PNDI）的化学结构式为，含电化学聚合活性基元的硼酸单体（R₂-B(OH)₂）化学式结构式为。

具体反应过程如下：

。

进一步的，该制备方法具体包括以下步骤：