[发明专利]一种碘原子取代含甲基的氟代苯并杂环化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精细有机化学技术领域，具体涉及一种碘原子取代含甲基的氟代苯并杂环化 合物的制备方法。

背景技术

有机太阳电池(OrganicPhotovoltaic)相比传统的硅基太阳电池因具有低成本、大面积、 柔性、轻薄、可溶液加工等优点而成为科学家们新的重点研究对象[AdvancedMaterials，26 (2014)，10-28]。20多年来，研究人员通过合成大量有机给电子材料，并与富勒烯(Fullerene) 衍生物共混作为光活性层制备成太阳电池器件，目前单层有机太阳电池的实验室效率已经达 到10.3％[NatureCommunications,5(2014),5293]，而叠层有机太阳电池的能量转化率也达到 10.6％[NatureCommunications,4(2013),1446]，因而有机太阳电池有着光明的商业前景。然 而，富勒烯衍生物的缺点主要体现在(1)在光活性层的质量含量一般在50％以上，但在500-900 nm的波长范围内吸收非常弱，不利于进一步提高有机太阳电池的短路电流密度；(2)容易 自发形成微观晶区，不利于光活性层的微观形貌长期稳定，导致有机太阳电池的能量转化率 衰减快速；(3)非常高的合成与改性成本，以及昂贵的价格，不利于进一步降低有机太阳电 池的生产成本。所以近几年来，有机太阳电池领域逐渐将研究方向转向非富勒烯受体材料， 通过选择适合的给电子材料与非富勒烯受体材料共混并优化，非富勒烯受体材料已经逐渐表 现出比富勒烯衍生物更具优异的受电子性能，目前基于非富勒烯受体材料的有机太阳电池的 能量转化率已经达到8.27％[NatureCommunications,6(2015),8242]。

在众多非富勒烯受体中，含有苯并噻二唑单元的小分子作为受体材料也逐渐受到广泛关 注，使用聚(3-己基噻吩)与之共混的光活性层制备的器件比与富勒烯衍生物共混的表现出 更高的能量转化率[JournalofAmericanChemistrySociety,137(2015),898-904][Energy& EnvironmentalScience,8(2015),3215-3221]。与苯并噻二唑相比，若将其苯环上5位或6位碳 原子上的氢取代为氟原子可以增强分子间的堆积同时提升分子内的电子推拉作用，从而提高 聚合物的载流子传输性能[JournalofAmericanChemistrySociety,134(2012),14932-14944]，所 以，进一步提升这种含苯并噻二唑单元的受体材料的性能，氟取代是一种十分有效的手段。

然而目前并没有报道出含氟代苯并噻二唑单元的非富勒烯受体材料，这是由于合成含甲 基的氟代苯并杂环中间产物的溴化反应生成的产物产率较低，难提纯，而且液溴毒性高，易 挥发，不利于规模化生产操作人员的健康安全。本发明报道的制备方法则可以先使用二异丙 基氨基锂(LDA)与含甲基的氟代苯并杂环化合物的苯环上一个氢原子发生反应，随后在反 应体系中加入单质碘，从而在含甲基的氟代苯并杂环化合物的苯环上引入碘原子。反应过程 无需使用液溴、氢溴酸等有毒危险的试剂，实验操作安全可靠，而且大大提高了合成收率。 反应生成的碘原子取代含甲基的氟代苯并杂环化合物可以进一步通过金属催化偶联反应合 成基于含氟代苯并杂环单元的小分子。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种操作安全可靠的碘原子取代含甲 基的氟代苯并杂环化合物的制备方法，具体技术方案如下。

一种碘原子取代含甲基的氟代苯并杂环化合物的制备方法，包括以下步骤：二异丙基氨 基锂(LDA)先与含甲基的氟代苯并杂环化合物(1)中苯环上的氢原子反应，随后在反应 体系中加入单质碘，从而在含甲基的氟代苯并杂环化合物的苯环上引入碘原子，即产物(2)， 合成路线如下所示：

其中，Ar为具有芳香性的共轭结构；R为氢、1-30个碳原子数的烷基、或1-30个碳 原子数烷基的其中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、 羧基、硝基、苯基、噻吩基取代，或氢原子被卤素原子取代。

进一步地，所述Ar具有大π共轭刚性平面结构，为以下结构式中的任意一种：