CN103450240B - 一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法 - Google Patents

一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于分子电子材料领域，具体涉及一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法。本发明提出的分子电子材料在结构上含有含芘基及吡啶基硼烷；该材料的优点有两个方面：(1)具有平面共轭大Π结构；(2)B原子具有外层空轨道，N原子具有外层孤对电子，二者结合，可使电子在材料中的运动速度加快、势垒降低，即具有较高的载流子迁移率。该材料由2,7-二溴芘、4-吡啶基溴硼烷、正丁基锂以及钯炭为起始原料，通过一步法制备获得，制备工艺简单。

Description

一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法
技术领域
本发明属于分子电子材料领域，具体涉及一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法。
背景技术
当电子器件朝着越来越小的尺度进军时，依赖光刻、掺杂原理工作的传统整流器却面临不可克服的缺陷。因为根据瑞利判据，光刻下限为所用光线波长的一半。光刻技术所用光源的波长的可降空间毕竟是有限的，光刻的线宽因此受限；而从统计学角度来看，在纳米尺度，掺杂原子分布的涨落问题凸现，必将导致整流器件的有效性无法保证。如果，一个有机分子具备p-n结的性能，可以分别实现得电子(受体)和给电子(给体)的功能，而且给体、受体之间有效绝缘，电子只允许从阴极到受体或从给体到阴极，那么就有望得到具整流特性的分子了。从化学合成上说，这不是不可能的，利用芳香体系上不同的取代基可以增加或降低有机化合物π电子云的密度，可以产生相对来说贫电子(p型)或富电子(n型)的分子次单元。吸电子取代基将使芳香次单元成为相对贫的π电子云密度，从而提高电子亲和能，使其成为一个好的电子给体.
本发明制备的材料含有芘基、硼烷、吡啶环以及烷基链等基团，是一种新型分子电子材料，其优点如下：(1)具有平面共轭大π结构；(2)B原子具有外层空轨道，N原子具有外层孤对电子，二者结合，可使电子在材料中的运动速度加快、势垒降低，即具有较高的载流子迁移率。(3)通过调节烷基的链长来控制材料在溶液中的溶解度，使材料适合于分子自组装或LB工艺，提高分子电子器件成品率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种芘基硼烷分子电子材料及其制备方法。
本发明提出的芘基硼烷分子电子材料，在结构上含芘基、硼烷、吡啶环以及烷基链等基团，其结构式如下所示：：
其中R为甲基、正丁基、正己基、正十二烷基、正十六烷基之一种。
本发明特别提出以下几种分子电子材料：
(1)中文名称：2,7-双(甲基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称：2,7-bis(methyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
分子式为C28H22B2N2，化学结构式如下：
(2)中文名称：2,7-双(正丁基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称：2,7-bis(butyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
分子式为C34H34B2N2，化学结构式如下：
(3)中文名称：2,7-双(正己基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称：2,7-bis(butyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
分子式为C38H42B2N2，化学结构式如下：
(4)中文名称：2,7-双(正十二烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称：2,7-bis(dodecyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
分子式为C50H66B2N2，化学结构式如下：
(5)中文名称：2,7-双(正十六烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称：2,7-bis(hexadecyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
分子式为C50H66B2N2，化学结构式如下：
本发明还提出了该类分子电子材料的制备方法，该材料由2,7-二溴芘、4-吡啶基溴硼烷、正丁基锂以及钯炭为起始原料，通过一步法制备获得，反应方程式如下：
具体步骤如下：
氮气保护下，在三颈瓶中加入2,7-二溴芘、4-吡啶基溴硼烷、钯炭及无水四氢呋喃，冷却至0℃，滴加正丁基锂己烷溶液，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水，减压浓缩，加入乙酸乙酯，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得目标分子电子材料。
附图说明
图1为芘基硼烷分子电子材料结构式。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明
实施例1
氮气保护下，在500mL三颈瓶中加入2,7-二溴芘0.01mol、4-吡啶基甲基溴硼烷0.021mol、5％钯炭0.1g及无水四氢呋喃100mL，冷却至0℃，滴加1M的正丁基锂己烷溶液33mL，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水100mL，减压浓缩，加入乙酸乙酯300mL，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得2,7-双(甲基(4-吡啶基)硼烷基)芘(A)，收率：79％，熔点：>300℃，元素分析：C,82.44；H,5.41；B,5.35；N,6.80，计算值C,82.40；H,5.43；B,5.30；N,6.86，质谱测试：m/z:408(100.0％)。
实施例2
氮气保护下，在500mL三颈瓶中加入2,7-二溴芘0.01mol、4-吡啶基正丁基溴硼烷0.021mol、5％钯炭0.1g及无水四氢呋喃100mL，冷却至0℃，滴加1M的正丁基锂己烷溶液33mL，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水100mL，减压浓缩，加入乙酸乙酯300mL，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得2,7-双(正丁基(4-吡啶基)硼烷基)芘(B)，收率：62％，熔点：>300℃，元素分析：C,82.91；H,6.98；B,4.41；N,5.72，计算值C,82.96；H,6.96；B,4.39；N,5.69，质谱测试：m/z:492(100.0％)。
实施例3
氮气保护下，在500mL三颈瓶中加入2,7-二溴芘0.01mol、4-吡啶基正己基溴硼烷0.021mol、5％钯炭0.1g及无水四氢呋喃100mL，冷却至0℃，滴加1M的正丁基锂己烷溶液33mL，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水100mL，减压浓缩，加入乙酸乙酯300mL，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得2,7-双(正己基(4-吡啶基)硼烷基)芘(C)，收率：54％，熔点：>300℃，元素分析：C,83.21；H,7.74；B,3.91；N,5.14，计算值C,83.23；H,7.72；B,3.94；N,5.11，质谱测试：m/z:548(100.0％)。
实施例4
氮气保护下，在500mL三颈瓶中加入2,7-二溴芘0.01mol、4-吡啶基正十二烷基溴硼烷0.021mol、5％钯炭0.1g及无水四氢呋喃100mL，冷却至0℃，滴加1M的正丁基锂己烷溶液33mL，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水100mL，减压浓缩，加入乙酸乙酯300mL，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得2,7-双(正十二烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘(D)，收率：48％，熔点：>300℃，元素分析：C,83.75；H,9.25；B,3.06；N,3.94，计算值C,83.79；H,9.28；B,3.02；N,3.91，质谱测试：m/z:716(100.0％)。
实施例5
氮气保护下，在500mL三颈瓶中加入2,7-二溴芘0.01mol、4-吡啶基正十六烷基溴硼烷0.021mol、5％钯炭0.1g及无水四氢呋喃100mL，冷却至0℃，滴加1M的正丁基锂己烷溶液33mL，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水100mL，减压浓缩，加入乙酸乙酯300mL，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得2,7-双(正十六烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘(E)，收率：43％，熔点：>300℃，元素分析：C,84.01；H,9.94；B,2.67；N,3.38，计算值C,84.04；H,9.97；B,2.61；N,3.38，质谱测试：m/z:828(100.0％)。

Claims (7)

1.一种芘基硼烷分子电子材料，其特征在于该材料在结构上含芘基及吡啶基硼烷，其结构式如下所示：
其中R为甲基、正丁基、正己基、正十二烷基、正十六烷基之一种。
2.根据权利要求1所述的分子电子材料，其特征在于R为甲基，材料的分子式为C28H22B2N2，化学结构式如下：
该化合物的名称为：2,7-双(甲基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称为：2,7-bis(methyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
3.根据权利要求1所述的分子电子材料，其特征在于R为正丁基，材料的分子式为C34H34B2N2，化学结构式如下：
该化合物的名称为：2,7-双(正丁基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称为：2,7-bis(butyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
4.根据权利要求1所述的分子电子材料，其特征在于R为正己基，材料的分子式为C38H42B2N2，化学结构式如下：
该化合物的名称为：2,7-双(正己基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称为：2,7-bis(butyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
5.根据权利要求1所述的分子电子材料，其特征在于R为正十二烷基，材料的分子式为C50H66B2N2，化学结构式如下：
该化合物的名称为：2,7-双(正十二烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称为：2,7-bis(dodecyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
6.根据权利要求1所述的分子电子材料，其特征在于R为正十六烷基，材料的分子式为C50H66B2N2，化学结构式如下：
该化合物的名称为：2,7-双(正十六烷基(4-吡啶基)硼烷基)芘
英文名称为：2,7-bis(hexadecyl(pyridin-4-yl)boryl)pyrene。
7.一种如权利要求1所述的分子电子材料的制备方法，其特征在于该材料由2,7-二溴芘、4-吡啶基溴硼烷、正丁基锂以及钯炭为起始原料，通过一步法制备获得，反应方程式如下：
其中R为甲基、正丁基、正己基、正十二烷基、正十六烷基之一种；
具体步骤如下：
氮气保护下，在三颈瓶中加入2,7-二溴芘、4-吡啶基溴硼烷、钯炭及无水四氢呋喃，冷却至0℃，滴加正丁基锂己烷溶液，滴毕，搅拌，继续反应24小时，升温至25℃，加入水，减压浓缩，加入乙酸乙酯，分液，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，固体用真空升华法纯化，得目标分子电子材料。
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