CN107011318B - 齐聚噻吩衍生物电致变色材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了齐聚噻吩衍生物电致变色材料及其制备方法;齐聚噻吩衍生物电致变色材料具有如下的分子结构:
Description
技术领域
本发明涉及光电材料的技术领域,具体涉及一种齐聚三噻吩衍生物作为电致变色材料及其制备方法。
背景技术
自1977年日本科学家白川英树、美国科学家A.J.Heeger、A.G.MacDirmid通过掺杂的方法使得聚乙烯导电,彻底打破了有机材料只能当作绝缘材料的传统观点,使得有机导电材料成为一个新兴的研究领域。因而,衍生出了各种具有光电性能的材料。电致变色是指材料的光学属性(透过率、吸收率等)在外加电场的作用下通过电荷的注入或抽出,而发生稳定的、可逆变化的现象。
Garnier,Druy和Seymour等人(BeaujugePM,Reynolds J R.Color Control inπ-Congjugated Organic Polymers for Use in Electrochromic Devices[J].ChemicalReviews.2010,110(1):268-320;Garnier F,Tourillon G.organic conducting polymersderived from substituted thiophenes as electrochromic material[J].J.Electroanal.Chem.1983,148(2):299-303.)制备了聚噻吩及其衍生物,并对聚噻吩、聚-(3,4-二甲基)噻吩、聚-(3-甲基)噻吩和聚-(2,2’)二噻吩的电致变色性能进行了测试。制备液态电致变色器件的结构为:ITO玻璃/电致变色材料/电解液/ITO玻璃。具体的器件制备方式如下:通过旋涂成膜的方法分别将所制备的聚噻吩及其衍生物在ITO玻璃上成膜,此ITO玻璃为一电极,另一片ITO玻璃为另一电极,通过密封胶将两片ITO玻璃粘合,其中间空隙约0.5mm,再将电解液注入在两片ITO玻璃的空隙中。按照以上文献所制备的电致变色器件有两个特点:一是电致变色材料必须成膜,二是器件中存在液态部分。但这样带来的问题有两个,一是材料必须成膜。这无疑增加了制备器件的难度以及成本,二是若器件封装的不够好或者使用过程造成密封胶损伤都会带来漏夜的风险,影响器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供了新的可作为电致变色材料的齐聚噻吩衍生物;本发明所设计的齐聚噻吩衍生物分子结构包含噻吩结构单元,共轭性好,其末端带有酰胺基,易产生分子之间的相互作用;同时本发明所制备的齐聚噻吩衍生物可以形成凝胶,用凝胶作为电致变色材料所制备的器件,不需要成膜的工艺,而且还可能解决由于使用液体电解质而容易使器件发生漏夜的问题。
本发明的另一目的还在于提供可作为电致变色材料的齐聚噻吩衍生物的制备方法。
共轭有机分子具有独特的单双键间隔排列的结构。通过对其分子结构的修饰,可以调控其能带结构,从而改变其光吸收特征。噻吩是五元环结构,符合休克儿规则。其在掺杂与脱掺杂过程中表现出良好的环境稳定性和热稳定性及结构的多样性。本发明所设计的分子结构包含噻吩结构单元,共轭性好,其末端带有氰基酰胺,易产生分子之间的相互作用。
本发明所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的反应过程如下:
本发明目的通过如下技术方案实现:
齐聚噻吩衍生物电致变色材料,具有如下的分子结构:
n=1-3,m=5-18。
所述齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将氰基乙酸、乙醇和氯化亚砜混合,回流3-5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入NaHCO3溶液;加入石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤,然后干燥、过滤;将得到的粗产物通过柱层析分离提纯,以石油醚与乙酸乙酯为洗脱液洗脱,得淡黄色液体;加入烷基胺,回流10-12h;过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到2-氰基乙酰辛烷基胺;
2)将N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二氯乙烷混合,置于0-5℃冰水浴中;然后,滴加催化剂POCl3,搅拌1-2h;将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到35-40℃直到溶液变为淡黄色;将噻吩齐聚物溶于二氯乙烷,然后加入到所述淡黄色溶液中,室温下反应10-12h;调节pH值为8-9,然后,在85-90℃下搅拌1-2h;用CH2Cl2萃取、水洗、干燥、过滤;接着用柱层析分离,洗脱剂为正己烷和二氯甲烷,蒸干溶剂,得到固体产物二醛基噻吩齐聚物;
3)取步骤1)所得2-氰基乙酰辛烷基胺和步骤2)所得二醛基噻吩齐聚物溶解在三氯甲烷中,加入三乙胺,加热80-85℃,回流12-15h;有机层用盐水洗,干燥,柱层析分离,洗脱液为正己烷与二氯甲烷,旋蒸,得到齐聚噻吩衍生物。
为进一步实现本发明目的,优选地,步骤1)中,所述氰基乙酸和氯化亚砜质量比为15-70:1;每克氯化亚砜加入乙醇100-600ml和50-400mlNaHCO3溶液;NaHCO3溶液的浓度为0.2-0.6M。
优选地,步骤1)中,所述干燥用无水MgSO4干燥;所述有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤分别洗涤2-4次;所述石油醚与乙酸乙酯的体积比为3-4:1-2。
优选地,步骤1)中,每克淡黄色液体加入6-15mmol烷基胺。
优选地,步骤2)中,所述N,N-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合和催化剂POCl3的体积比为1:2-10:0.8-3;每ml N,N-二甲基甲酰胺加入2-10mmol的噻吩齐聚物;所述噻吩齐聚物为三噻吩、六噻吩或九噻吩。
优选地,步骤2)中,每mmol的噻吩齐聚物加入1-3ml二氯乙烷;所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1-3:1-2;所述干燥用无水MgSO4干燥;所述调节pH值为8-9是通过NaOH溶液调节,NaOH溶液的浓度为1-2M。
优选地,步骤3)中,二醛基噻吩齐聚物与2-氰基乙酰辛烷基胺的摩尔比为1:3-10;每mmol二醛基噻吩齐聚物加入0.06-0.2mmol催化剂三乙胺。
优选地,步骤3)中,所述干燥用无水MgSO4干燥;所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1-2:2-4。
本发明与现有技术相比具有以下有优点:
1)本发明所设计的齐聚噻吩衍生物分子结构包含噻吩结构单元,共轭性好,其末端带有酰胺基,易产生分子之间的相互作用。
2)本发明制备的齐聚噻吩衍生物可以形成凝胶,用凝胶作为电致变色材料所制备的器件,不需要成膜的工艺,而且还可能解决由于使用液体电解质而容易使器件发生漏夜的问题。
具体实施方式
为更好地理解本发明,下面结合实施例对本发明做进一步的说明,但本发明的实施方式不限如此。
实施例1一种齐聚噻吩衍生物电致变色材料3T-DCNC8的制备方法,包括如下步骤:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,5ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺2.34g,产率48.4%。
MS:m/z=195.3
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.03(br,1H),3.36(s,2H),3.29(qr,2H),1.53(q,2H),1.28(m,10H),0.87(t,3H)。
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入0.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、3ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.2ml催化剂POCl3,搅拌1h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的三噻吩溶于4ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入20ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在85℃下搅拌2h。用20mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物5,5-二醛基-2,2':5',2”-三噻吩0.876g,产率87%。
MS:m/z=304.1
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.90(s,2H),8.02(d,2H,J=3.9Hz),7.66(s,2H),7.63(d,2H,J=3.9Hz)。
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物10mmol、2)反应的产物2mmol溶解在5ml三氯甲烷中,加入0.2mmol催化剂三乙胺(TEA),加热80℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;4(体积比),得到最终产物3T-DCNC81.184g,产率91%。
MS:m/z=658.4
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.20(s,2H),7.60(s,2H),7.59(s,2H)7.30(d,2H),7.13(m,4H),7.01(s,2H),0.89-0.78(m,30H)。
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
本实施例产物的分子结构包含噻吩结构单元,共轭性好,其末端带有氰基酰胺,易产生分子之间的相互作用,在室温下可形成凝胶。用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:40的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由黄色变成浅绿色;施加负电压时,颜色由浅绿色变为黄色,具有可逆性。
实施例2齐聚噻吩衍生物电致变色材料3T-DCNC8及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入10g氰基乙酸、40ml乙醇、0.3g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入40ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入35ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入3.7g上述产物,12ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺4.13g,产率45.1%。
MS:m/z=195.6
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.12(br,1H),3.31(s,2H),3.26(qr,2H),1.59(q,2H),1.31(m,10H),0.81(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入1mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加2.5ml催化剂POCl3,搅拌1h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将5.5mmol的三噻吩溶于10ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入40ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在85℃下搅拌2h。用30mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物5,5-二醛基-2,2':5',2”-三噻吩1.714g,产率84.3%。
MS:m/z=304.1
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.87(s,2H),8.06(d,2H,J=3.9Hz),7.661(s,2H),7.73(d,2H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物20mmol、2)反应的产物4mmol溶解在10ml三氯甲烷中,加入0.2mmol催化剂三乙胺(TEA),加热80℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;3(体积比),得到最终产物3T-DCNC82.144g,产率88.7%。
MS:m/z=658.4
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.16(s,2H),7.62(s,2H),7.51(s,2H)7.34(d,2H),7.23(m,4H),7.09(s,2H),0.89-0.78(m,30H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:43的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。
器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由黄色变成浅绿色;施加负电压时,颜色由浅绿色变为黄色,具有可逆性。
实施例3齐聚噻吩衍生物电致变色材料6T-DCNC8及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,5ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺2.11g,产率46.7%。
MS:m/z=195.4
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.01(br,1H),3.34(s,2H),3.31(qr,2H),1.54(q,2H),1.22(m,10H),0.871(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入0.7mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、5ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.5ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的六噻吩溶于6ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入30ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用20mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物1.475g,产率84.1%。
MS:m/z=550.1
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.71(s,2H),7.12(d,2H,J=3.9Hz),7.76(s,2H),6.91(d,8H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物10mmol、2)反应的产物2mmol溶解在5ml三氯甲烷中,加入0.3mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;5(体积比),得到最终产物6T-DCNC82.392g,产率88%。
MS:m/z=906.2
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.17(s,2H)8.0(s,2H),7.61(s,2H),7.3(s,2H),6.91(d,8H),2.91(t,2H),1.55(m,4H),1.29-1.33(m,20H),0.97(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:45的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为红色,具有可逆性。
实施例4齐聚噻吩衍生物电致变色材料6T-DCNC8及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入10g氰基乙、,50ml乙醇、0.3g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入40ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入3.6g上述产物,10ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺4.08g,产率47.1%。
MS:m/z=195.6
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.11(br,1H),3.40(s,2H),3.26(qr,2H),1.54(q,2H),1.1(m,10H),0.81(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入1.2mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加2.5ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将5.7mmol的六噻吩溶于15ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入50ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用30mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:2(体积比),蒸干溶剂得到固体产物2.914g,产率86.3%。
MS:m/z=550.2
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.59(s,2H),7.17(d,2H,J=3.9Hz),7.70(s,2H),7.10(d,8H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物18mmol、2)反应的产物3mmol溶解在10ml三氯甲烷中,加入0.6mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=2;5(体积比),得到最终产物6T-DCNC84.11g,产率86.3%。
MS:m/z=906.8
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.15(s,2H)8.0(s,2H),7.67(s,2H),7.34(s,2H),7.04(d,8H),2.87(t,2H),1.57(m,4H),1.30-1.33(m,20H),0.91(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:44的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为红色,具有可逆性。
实施例5齐聚噻吩衍生物电致变色材料9T-DCNC8及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,5ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺2.11g,产率46.7%。
MS:m/z=195.7
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.13(br,1H),3.66(s,2H),3.33(qr,2H),1.51(q,2H),1.31(m,10H),0.97(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入1.0mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.0ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的九噻吩溶于10ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入45ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用25mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物1.815g,产率76.1%。
MS:m/z=796.3
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.67(s,2H),7.21(d,2H,J=3.9Hz),7.76(s,2H),7.20(d,14H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物15mmol、2)反应的产物2mmol溶解在10ml三氯甲烷中,加入0.5mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1:5(体积比),得到最终产物9T-DCNC81.89g,产率82%。
MS:m/z=1152.6
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.1(s,2H)8.10(s,2H),7.59(s,2H),7.13(s,2H),7.30(d,14H),2.96(t,2H),1.55(m,4H),1.28-1.43(m,20H),0.89(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:40的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由橘红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为橘红色,具有可逆性。
实施例6齐聚噻吩衍生物电致变色材料9T-DCNC8及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入15g氰基乙酸、40ml乙醇、0.4g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入40ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入50ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=3:2(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入8g上述产物,15ml辛胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰辛胺3.41g,产率44.7%。
MS:m/z=195.8
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.22(br,1H),3.19(s,2H),3.42(qr,2H),1.61(q,2H),1.25(m,10H),0.59(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入1.8mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.0ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将5mmol的九噻吩溶于15ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入50ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用20mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物2.82g,产率71.4%。
MS:m/z=796.4
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.94(s,2H),7.43(d,2H,J=3.9Hz),7.91(s,2H),7.40(d,14H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物20mmol、2)反应的产物3mmol溶解在10ml三氯甲烷中,加入0.7mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;4(体积比),得到最终产物9T-DCNC82.36g,产率68.4%。
MS:m/z=1152.2
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.13(s,2H)8.0(s,2H),7.96(s,2H),7.43(s,2H),7.07(d,14H),2.91(t,2H),1.41(m,4H),1.21-1.29(m,20H),0.99(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:40的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。
器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由橘红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为橘红色,具有可逆性。
实施例7齐聚噻吩衍生物电致变色材料3T-DCNC5及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,26mmol戊胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰戊胺2.09g,产率53.1%。
MS:m/z=153.4
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.88(br,1H),3.44(s,2H),3.71(qr,2H),1.61(q,2H),1.41(m,4H),0.89(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入0.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、3ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.2ml催化剂POCl3,搅拌1h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的三噻吩溶于4ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入20ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在85℃下搅拌2h。用20mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物5,5-二醛基-2,2':5',2”-三噻吩0.876g,产率87%。
MS:m/z=304.7
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.97(s,2H),8.41(d,2H,J=3.9Hz),7.49(s,2H),7.71(d,2H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物10mmol、2)反应的产物2mmol溶解在5ml三氯甲烷中,加入0.2mmol催化剂三乙胺(TEA),加热80℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;4(体积比),得到最终产物3T-DCNC51.184g,产率91%。
MS:m/z=616.7
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.24(s,2H),7.67(s,2H),7.51(s,2H)7.57(d,2H),7.41(m,4H),7.16(s,2H),0.81-0.98(m,18H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:40的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由黄色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为黄色,具有可逆性。
实施例8齐聚噻吩衍生物电致变色材料6T-DCNC12及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,27mmol十二胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰十二胺2.86g,产率44.3%。
MS:m/z=251.1
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.41(br,1H),3.44(s,2H),3.21(qr,2H),1.63(q,2H),1.21(m,18H),0.90(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入0.7mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、5ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.5ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的六噻吩溶于6ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入30ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用20mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物1.475g,产率84.1%。
MS:m/z=550.4
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.67(s,2H),7.1 3(d,2H,J=3.9Hz),7.64(s,2H),7.20(d,8H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物10mmol、2)反应的产物2mmol溶解在5ml三氯甲烷中,加入0.3mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1;5(体积比),得到最终产物6T-DCNC122.671g,产率81.3%。
MS:m/z=1018.1
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.14(s,2H)8.0(s,2H),7.67(s,2H),7.23(s,2H),7.40(d,8H),2.86(t,2H),1.55(m,4H),1.27-1.43(m,36H),0.86(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先用无水高氯酸四正丁基铵、乙醇和电致变色化合物以质量比3:11:40的比例制得电致变色凝胶,将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为红色,具有可逆性。
实施例9齐聚噻吩衍生物电致变色材料9T-DCNC18及其制备方法:
1)在250ml三口烧瓶中加入5g氰基乙酸、40ml乙醇、0.1g氯化亚砜,回流5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入20ml,0.5MNaHCO3溶液。然后,加入20ml石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤3次,然后用无水MgSO4干燥、过滤。将上述操作得到的粗产物通过柱层析分离提纯,所使用的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=4:1(体积比),产物是一种淡黄色液体。在250ml三口烧瓶中加入2g上述产物,28mmol十八胺,回流12h。过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到的产物为针状白色固体2-氰基乙酰十八胺3.06g,产率41.4%。
MS:m/z=335.7
1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.43(br,1H),3.31(s,2H),3.21(qr,2H),1.57(q,2H),1.28-1.307(m,30H),0.79(t,3H).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
2)向250ml三口烧瓶中加入1.0mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10ml二氯乙烷,将三口烧瓶置于0℃冰水浴中。然后,向其中滴加1.0ml催化剂POCl3,搅拌2h。将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到40℃直到溶液变为淡黄色。将3mmol的九噻吩溶于10ml二氯乙烷,然后加入到上述淡黄色溶液中,室温下反应12h。加入45ml,1MNaOH溶液调节pH=8-9,然后,在90℃下搅拌2h。用25mlCH2Cl2萃取、水洗、无水MgSO4干燥、过滤。接着用柱层析法分离,洗脱剂为正己烷:二氯甲烷=3:1(体积比),蒸干溶剂得到固体产物1.815g,产率76.1%。
MS:m/z=796.1
1H NMR(DMSO-d6,ppm):9.67(s,2H),7.11(d,2H,J=3.9Hz),7.76(s,2H),7.70(d,14H,J=3.9Hz).
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
3)取1)反应的产物15mmol、2)反应的产物2mmol溶解在10ml三氯甲烷中,加入0.5mmol催化剂三乙胺(TEA),加热85℃,回流12h;有机层用盐水洗,无水MgSO4干燥,柱层析分离洗脱液为正己烷:二氯甲烷=1:5(体积比),得到最终产物9T-DCNC183.03g,产率74.1%。
MS:m/z=1432.7
1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.11(s,2H)8.08(s,2H),7.606(s,2H),7.35(s,2H),7.40(d,14H),2.46(t,2H),1.59(m,4H),1.19-1.43(m,40H),1.11-1.17(m,20H),0.97(t,6H)
所使用仪器:质谱(MS)液相色谱质谱联用仪,规格Agilent1100,产地德国Bruker公司;氢谱(1H NMR)核磁共振谱仪,规格AVANCE III HD400,产地德国Bruker公司。
用该产物制备的凝胶组装成固态电致变色器件,器件结构为:ITO玻璃/凝胶电致变色层/ITO玻璃。器件制备过程:首先将液态电解质与凝胶电致变色化合物混合,凝胶会将液体吸收包裹在其中,然后把包含有电解质的凝胶均匀涂在一块ITO玻璃上,盖上另一块ITO玻璃,最后用密封胶封好。器件的制备工艺简单,不需要旋涂成膜。由于没有液体电解质,器件不易发生漏夜,施加正电压时,器件颜色由红色变成蓝色;施加负电压时,颜色由蓝色变为红色,具有可逆性。
Claims (9)
1.齐聚噻吩衍生物电致变色材料,其特征在于,具有如下的分子结构:
2.权利要求1所述齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将氰基乙酸、乙醇和氯化亚砜混合,回流3-5h;反应完成后,将混合物冷却至室温,加入NaHCO3溶液;加入石油醚萃取有机物,有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤,然后干燥、过滤;将得到的粗产物通过柱层析分离提纯,以石油醚与乙酸乙酯为洗脱液洗脱,得淡黄色液体;加入烷基胺,回流10-12h;过滤,沉淀物再用乙醇重结晶,得到2-氰基乙酰辛烷基胺;
2)将N,N-二甲基甲酰胺和二氯乙烷混合,置于0-5℃冰水浴中;然后,滴加催化剂POCl3,搅拌1-2h;将混合物从冰浴中移出,逐渐升温到35-40℃直到溶液变为淡黄色;将噻吩齐聚物溶于二氯乙烷,然后加入到所述淡黄色溶液中,室温下反应10-12h;调节pH值为8-9,然后,在85-90℃下搅拌1-2h;用CH2Cl2萃取、水洗、干燥、过滤;接着用柱层析分离,洗脱剂为正己烷和二氯甲烷,蒸干溶剂,得到固体产物二醛基噻吩齐聚物;
3)取步骤1)所得2-氰基乙酰辛烷基胺和步骤2)所得二醛基噻吩齐聚物溶解在三氯甲烷中,加入三乙胺,加热80-85℃,回流12-15h;有机层用盐水洗,干燥,柱层析分离,洗脱液为正己烷与二氯甲烷,旋蒸,得到齐聚噻吩衍生物。
3.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述氰基乙酸和氯化亚砜质量比为15-70:1;每克氯化亚砜加入乙醇100-600ml和50-400mlNaHCO3溶液;NaHCO3溶液的浓度为0.2-0.6M。
4.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述干燥用无水MgSO4干燥;所述有机层用饱和NaCl溶液和水洗涤分别洗涤2-4次;所述石油醚与乙酸乙酯的体积比为3-4:1-2。
5.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,每克淡黄色液体加入6-15mmol烷基胺。
6.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述N,N-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合和催化剂POCl3的体积比为1:2-10:0.8-3;每ml N,N-二甲基甲酰胺加入2-10mmol的噻吩齐聚物;所述噻吩齐聚物为三噻吩、六噻吩或九噻吩。
7.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,每mmol的噻吩齐聚物加入1-3ml二氯乙烷;所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1-3:1-2;所述干燥用无水MgSO4干燥;所述调节pH值为8-9是通过NaOH溶液调节,NaOH溶液的浓度为1-2M。
8.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,二醛基噻吩齐聚物与2-氰基乙酰辛烷基胺的摩尔比为1:3-10;每mmol二醛基噻吩齐聚物加入0.06-0.2mmol催化剂三乙胺。
9.根据权利要求1所述的齐聚噻吩衍生物电致变色材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述干燥用无水MgSO4干燥;所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1-2:2-4。
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