本发明涉及一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物及其制备方法,具体为一种端基为-(C≡C)n-R2(n≥1,R2为烷基)的吡咯并吡咯二酮有机小分子半导体化合物(R1为烷基)及其制备方法,该化合物的分子结构如下:
背景技术:
有机半导体材料种类多、易于修饰功能化,器件具有制备工艺简单、成本低、重量轻、柔韧性好和塑料衬底相容性好等特点。在低成本、柔性的有源矩阵显示、有机射频电子商标、有机传感器/存储器、集成电路、电子纸等诸多方面有巨大的应用前景。
3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(简称DPP)是两个共轭的内酰胺环连接两个噻吩环,以其π共平面结构、强的吸电子能力、易修饰以及合成简单高效等优点深受科研人员的广泛关注。最近,基于DPP单元合成了一系列的大分子半导体,这些材料表现出良好的溶解加工能力,强紫外可见吸收、窄带隙,良好的光和热稳定性和良好的光电性能,研究重点大多放在DPP的内酰胺环中N上烷基链长的改变,共聚单元的选择上(Chen,Z.;Lee,M.J.;Ashraf,R.S.;Gu,Y.;Albert-Seifried,S.;Nielsen,M.M.;Schroeder,B.;Anthopoulos,T.D.;Heeney,M.;McCulloch,I.;Sirringhaus,H.Adv.Mater.,2012,24,647;Nielsen,C.B.;Turbiez,M.;McCulloch,I.Adv.Mater.,2013,25,1859;Park,J.H.;Jung,E.H.;Jung,J.W.;Jo,W.H.Adv.Mater.,2013,25,2583.He,Y.;Hong,W.;Li,Y.J.Mater.Chem.C,2014,2,8651;Kaura,M.;Dou,L.;Liu,Y.;Hong,Z.;Li,G.;Yang,Y.Chem.Rev.,2015,115(23),12633.)。有关DPP小分子化合物的合成报道相对较少,其研究主要着眼于DPP单元端基连接某些基团(烷基,芳香基等)的性构关系研究(Affiliations,RSC Adv.,2012,2,2232;S.A.;Burrezo,P.M.;M.J.;Timalsina,A.;Smith,J.;Facchetti,A.;Marks,T.J.;López Navarrete,J.T.;Segura,J.L.;Casadob,J.;Ortiz,R.P.J.Mater.Chem.C,2014,2,6376;Narayanaswamy,K;Venkateswararao,A.;Gupta,V.;Chand,S.;Singh,S.P.Chem.Commun.,2016,52,210.)。
1977年,黑格尔、麦克德尔米德、白川英树等人发现了卤素掺杂聚乙炔聚合物具有导电性能(Shirakawa,H.;Louis,E.J.;MacDiarmid,A.G.;Chiang,C.K.;Heeger,A.J.J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1977,578.),改变了人们对于有机功能性塑料的认识。其导电性能是由于聚乙炔分子具有单双键交替的连续共轭结构,链段呈“锯齿”构型。联[n]炔基团是单叁键交替的共轭片段,其分子刚性,呈直线结构,平面性更优。目前联[n]炔基团(n≥1)研究大多为n=1的单炔基团和其它芳香基团连接或者桥连两个芳香基团构筑小分子半导体化合物,其合成方法相对比较成熟(Huang,W,;Chen,H.Macromolecules,2013,46(5),2032;.Ruiz,C.;López Navarrete,J.T.;Delgado,M.C.R.;Gómez-Lor,B.Org.Lett.,2015,17(9),2258.)。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物及其制备方法。
本发明提供的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物(简称DPPDA[n]R1R2),其结构通式如式I所示,
所述式I中,所述R1均为碳原子总数为1-10的直链烷基或碳原子总数为10-24的支链烷基;R2为H原子、三甲基硅基、碳原子总数为4-16的直链烷基、碳原子总数为10-24的支链烷基;n为1-10的整数,优选1-5的整数。
优选的,所述R1中,所述碳原子总数为1-10的直链烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基;所述R1优选丁基(简称DPPDA[n]C4R2),己基(简称DPPDA[n]C6R2);
优选的,所述R2中,所述碳原子为4-16的直链烷基为丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基;所述R2优选R2为H原子(简称DPPDA[n]R1H),三甲基硅基(简称DPPDA[n]R1TMS),癸基(简称DPPDA[n]R1C10),十四烷基(简称DPPDA[n]R1C14);
所述n为1-5的整数,更优选n为2和3。
本发明提供了两种制备式I所述化合物的方法,具体技术方案分别如下。
一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一),包括如下步骤:
所有制备的最终产物都是经由DPP为原料,经过内酰胺的氮烷基化取代,再经噻吩α位溴取代为可溶性二溴代DPP衍生物;其溴基再与三甲基硅基乙炔发生碘化钯催化偶联反应,再经碳酸钾脱除三甲基硅基,得到单炔-DPP衍生物;再与1-炔烷烃发生格拉泽偶联反应,得到最终产物。
上述端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一)的合成路线如下:
(1)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
由丁二酸二乙酯和2-氰基噻吩制备得到3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP),DPP和溴(碘)代烷烃,碳酸钾在N,N’-二甲基甲酰胺溶剂中加热反应,得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮;
(2)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
由2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和N-溴代丁二酰亚胺在三氯甲烷溶剂中反应,得到可溶性二溴代DPP衍生物2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮;
(3)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和三甲基硅基乙炔反应,得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮;
(4)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[1]R1H)的制备
在四氢呋喃和甲醇混合溶液中,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和碳酸钾室温反应,得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮;
(5)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基二炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]R1R2)的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂CuI(碘化亚铜)存在的情况下,DPPDA[1]R1H和1-炔烷基反应,得到端基含联[2]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物。
上述一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一)中,具体步骤包括:
(1)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
由丁二酸二乙酯和2-氰基噻吩制备得到3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)。氮气保护下,DPP分散在无水N,N’-二甲基甲酰胺溶剂中,加入碳酸钾,升温到120℃,加入溴(碘)代烷烃,升温至130℃搅拌过夜,反应完毕后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(红色粉末);
(2)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
在冰浴环境下,将2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮溶于三氯甲烷中,分批加入N-溴代丁二酰亚胺,室温搅拌6小时。反应完毕后,反应瓶中加水搅拌十分钟。三氯甲烷萃取,收集有机相,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(红色粉末);
(3)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备
在氮气保护下,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜),加入二异丙胺和三甲基硅基乙炔,升温至35℃,搅拌3小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(深红色粉末);
(4)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[1]R1H)的制备
2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮溶于四氢呋喃和甲醇混合溶液(体积比1∶1)中,加入碳酸钾,室温搅拌30分钟。反应完成后,反应瓶中加少量水,减压蒸去大部分溶剂,加入甲醇分散,过滤,甲醇洗,得到2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(深红色粉末);
(5)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基二炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]R1R2)的制备
2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂CuI(碘化亚铜)、NiCl·6H2O,加入TMEDA,室温搅拌5分钟后加入1-炔烷基,升温到35℃,搅拌24小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到端基含联[2]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物(紫红色粉末)。
用制备方法(一)能够得到一种端基含联[n]炔基(n=1,2)的吡咯并吡咯二酮化合物,由上述第(4)步得到的化合物DPPDA[1]R1H继续与三甲基硅基乙炔进行碘化钯催化偶联反应,没有得到化合物(DPPDA[2]R1H),因此,制备方法(一)不能进一步增加n(n≥3)的个数。且上述第(5)步反应的产率偏低,小于5%。
一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(二),包括如下步骤:
所有制备的最终产物都是经由二噻吩-吡咯并吡咯二酮(DPP)为原料,同制备方法(一)的步骤(1)和(2)同样得到可溶性二溴代DPP衍生物;1-炔烷烃和N-溴代丁二酰亚胺(NBS)反应,得到1-溴-烷基-1-炔,再与三甲基硅基乙炔发生碘化钯催化偶联反应得到1-联[2]炔烷烃;1-联[2]炔烷烃继续NBS上溴后与三甲基硅基乙炔发生碘化钯催化偶联反应得到1-联[3]炔烷烃;上述得到的可溶性二溴代DPP衍生物与1,3-联[2]炔烷烃或者1,3,5-联[3]炔烷烃发生Cadiot-Chodkiewicz偶联反应,得到最终产物。
上述端基含联[2]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(二)的合成路线如下:
上述一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(二),包括如下步骤:
(1)1-溴(碘)-烷基-1-炔的制备
在丙酮溶液中,在避光、催化剂硝酸银存在情况下,1-炔烷烃和N-溴(碘)代丁二酰亚胺反应,得到1-溴-烷基-1-炔;
(2)1,3-二炔-烷烃的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,1-溴-烷基-1-炔和三甲基硅基乙炔反应,再在碳酸钾弱碱环境下脱去硅烷基得到1,3-二炔-烷烃;
(3)1-溴(碘)-烷基-1,3-二炔的制备
在丙酮溶液中,在避光、催化剂硝酸银存在情况下,1,3-二炔-烷烃和N-溴(碘)代丁二酰亚胺反应,得到1-溴-烷基-1,3-二炔;
(4)1,3,5-联三炔-烷烃的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,1-溴-烷基-1,3-二炔和三甲基硅基乙炔反应,再在碳酸钾弱碱环境下脱去硅烷基得到1,3,5-联三炔-烷烃;
(5)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基二炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]R1R2)的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和1-溴-烷基-1-炔反应,得到端基含联[2]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物。
(6)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基联三炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[3]R1R2)的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,2,5-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和1,3,5-联三炔-烷烃反应,得到端基含联[3]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物。
上述一种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(二)中,具体步骤包括:
(1)1-溴(碘)-烷基-1-炔的制备
在避光条件下,1-炔烷烃溶于丙酮溶液中,加入催化剂硝酸银和N-溴(碘)代丁二酰亚胺,室温搅拌1小时。反应完成后,加入正己烷,过滤,收集滤液,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到1-溴(碘)-烷基-1-炔(无色液体);
(2)三甲基(烷基-1,3-二炔基)硅烷的制备
在氮气保护下,1-溴-烷基-1-炔溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂Pd(II)、CuI(碘化亚铜),加入二异丙胺和三甲基硅基乙炔,升温至35℃,搅拌1小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,得到三甲基(烷基-1,3-二炔基)硅烷(无色液体);
(3)1,3-二炔-烷烃的制备
将三甲基(烷基-1,3-二炔基)硅烷溶于四氢呋喃和甲醇(1∶1)混合溶液中,加入碳酸钾,常温搅拌3小时。反应完毕后,加入少量水使碳酸钾溶解。减压蒸出溶剂,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到产物1,3-二炔-烷烃(无色液体)。
(4)1-溴(碘)-烷基-1,3-二炔的制备
在避光条件下,1,3-二炔-烷烃溶于丙酮溶液中,加入催化剂硝酸银和N-溴(碘)代丁二酰亚胺,室温搅拌2小时。反应完成后,加入正己烷,过滤,收集滤液,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到1-溴(碘)-烷基-1,3-二炔(无色液体);
(5)1,3,5-联三炔-烷烃的制备
在氮气保护下,1-溴(碘)-烷基-1,3-二炔溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂Pd(II)、CuI(碘化亚铜),加入二异丙胺和三甲基硅基乙炔,升温至35℃,搅拌1.5小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,得到无色液体;将其溶于四氢呋喃和甲醇(1∶1)混合溶液中,加入碳酸钾,常温搅拌3小时。反应完毕后,加入少量水使碳酸钾溶解。减压蒸出溶剂,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到产物1,3,5-联三炔-烷烃(无色液体)。
(6)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基二炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]R1R2)的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和1,3-二炔-烷烃反应,得到端基含联[2]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物(紫红色粉末)。其中反应温度为20-45℃,优选35℃,时间为2-5小时,优选3小时。
(7)2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(烷基联三炔)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[3]R1R2)的制备
在四氢呋喃中,在氮气保护下、催化剂Pd(II)和CuI(碘化亚铜)存在的情况下,2,5-N,N’-双(烷基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮和1,3,5-联三炔-烷烃反应,得到端基含联[3]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物(紫红色粉末)。其中反应温度为20-45℃,优选35℃,时间为8-14小时,优选12小时。
上述端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一)和(二)中,所述的溴(碘)代烷烃可优选碳原子总数为1-10的直链烷基或碳原子总数为10-24的支链烷基,更优选丁基、己基。
上述端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一)和(二)中,所述的1-炔烷烃可优选碳原子总数为4-16的直链烷基、碳原子总数为10-24的支链烷基,更优选癸基、十四烷基。
上述端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(一)和(二)中,所述的催化剂Pd(II)为二氯二(三苯基膦)络钯。催化剂的用量均为催化剂量。
上述端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物在有机发光二极管、场效应管和太阳能电池中的应用。本发明的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的分子结构对称,联[n]炔基团与DPP直接相连,形成中心刚性平面、线形、大共轭芳香核,有利于相邻芳香环之间形成更大面积的相互叠加,获得更高的载流子迁移率。因此可以作为载流子传输化合物广泛地应用于电子器件中,如作为半导体材料,可作为有机发光二极管(OLED)、场效应管(FET)和太阳能电池的有效元件。
本发明中,以上合成的化合物已经通过1HNMR、13CNMR、UV-vis、Maldi-TOF等手段进行了结构表征,确认了结构。
本发明提供了两种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法,首次实现了这类化合物的制备;本发明的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法(二)可合成n≥2的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物,且方法简单,其收率相比于制备方法(一)的收率大大提高。本发明的化合物可作为载流子传输化合物广泛地应用于电子器件中,如作为半导体材料,可作为有机发光二极管(OLED)、场效应管(FET)和太阳能电池的有效元件。下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明,但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1-a至图1-d为系列化合物DPPDA[n]R1R2的热失重分析(TG),图1-a:DPPDA[1]C4H,图1-b:DPPDA[2]C4C10,图1-c:DPPDA[2]C4C14,图1-d:DPPDA[3]C4C14。
图2-a至图2-d为系列化合物DPPDA[n]R1R2的紫外可见吸收光谱(UV-vis)图,图2-a:DPPDA[1]C4H,图2-b:DPPDA[2]C4C10,图2-c:DPPDA[2]C4C14,图2-d:DPPDA[3]C4C14。
图3为DPP-C6的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图4为DPP-C6的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图5为DPP-C6的质谱(MS)图。
图6为DPPBr-C6的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图7为DPPBr-C6的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图8为DPPBr-C6的质谱(MS)图。
图9为DPPDA[1]C6TMS的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图10为DPPDA[1]C6TMS的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图11为DPPDA[1]C6TMS的质谱(MS)图。
图12为DPPDA[1]C6H的核磁共振氢谱(1H NMR)图.
图13为DPPDA[1]C6H的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图14为DPPDA[1]C6H的质谱(MS)图。
图15为DPPDA[2]C6C10的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图16为DPPDA[2]C6C10的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图17为DPPDA[2]C6C10的质谱(MS)图。
图18为DPP-C4的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图19为DPP-C4的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图20为DPP-C4的质谱(MS)图。
图21为DPPBr-C4的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图22为DPPBr-C4的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图23为DPPBr-C4的质谱(MS)图。
图24为DPPDA[1]C4H的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图25为DPPDA[1]C4H的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图26为DPPDA[1]C4TMS的质谱(MS)图。
图27为DPPDA[1]C4H的质谱(MS)图。
图28为DPPDA[2]C4C10的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图29为DPPDA[2]C4C10的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图30为DPPDA[2]C4C10的质谱(MS)图。
图31为1-溴-十二烷-1-炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图32为1-碘-十二烷-1-炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图33为1-碘-十二烷-1-炔的质谱(MS)图。
图34为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷硅烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图35为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷硅烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图36为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)的质谱(MS)图。
图37为1,3-二炔-十四烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图38为1,3-二炔-十四烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图39为1,3-二炔-十四烷的质谱(MS)图。
图40为1-溴-十六烷-1-炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图41为1-溴-十六烷-1-炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图42为1-溴-十六烷-1-炔的质谱(MS)图。
图43为1,3-二炔-十八烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图44为1,3-二炔-十八烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图45为1,3-二炔-十八烷的质谱(MS)图。
图46为1-溴-十八烷-1,3-二炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图47为1-溴-十八烷-1,3-二炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图48为1-溴-十八烷-1,3-二炔的质谱(MS)图。
图49为1,3,5-联三炔-二十烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图50为1,3,5-联三炔-二十烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图51为1,3,5-联三炔-二十烷的质谱(MS)图。
图52为DPPDA[2]C4C14的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图53为DPPDA[2]C4C14的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图54为DPPDA[2]C4C14的质谱(MS)图。
图55为DPPDA[3]C4C14的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图56为DPPDA[3]C4C14的核磁共振碳谱(13C NMR)图。
图57为DPPDA[3]C4C14的质谱(MS)图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述反应物如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1:
制备2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C6C10);
所述2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C6C10)具有如下结构:
(1)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP-C6)的制备
由丁二酸二乙酯和2-氰基噻吩制备得到3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)。氮气保护下,DPP(3g,10mmol)分散无水N,N’-二甲基甲酰胺溶剂(100ml)中,加入碳酸钾(4.14g,30mmol),升温到120℃,加入溴代正己烷(4.95g,30mmol),升温至130℃搅拌过夜,反应完毕后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,柱层析提纯得到DPP-C6(红色粉末)2.1g,产率46%;
通过核磁分析,得到的是DPP-C6,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.93(d,2H),7.64(d,2H),7.31(d,2H),4.07(t,4H),1.75-1.70(m,4H),1.42-1.32(m,12H),0.92-0.80(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.3,140.0,135.2,130.6,129.7,128.6,107.6,42.2,31.4,29.9,26.5,22.5,14.0。MS(MALDI-TOF):m/z=468.1[M+H]+(calcd.For C26H32N2O2S2:468.1)。图3为DPP-C6的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图4为DPP-C6的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图5为DPP-C6的质谱(MS)图。
(2)2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPBr-C6)的制备
在冰浴环境下,将DPP-C6(0.93g,2mmol)溶于三氯甲烷中(30ml),分批加入N-溴代丁二酰亚胺(0.89g,5mmol),室温搅拌6小时。反应完毕后,加入水(50ml)搅拌十分钟。三氯甲烷萃取,收集有机相,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,得到DPPBr-C6(红色粉末)1.08g,产率87%;
通过核磁分析,得到的是DPPBr-C6,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.96(d,2H),7.25(d,2H),4.01(m,4H),1.72(m,4H),1.34-1.26(m,12H),0.89(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,138.9,135.3,131.6,131.0,119.1,42.2,31.3,29.9,26.5,22.5,14.0。MS(MALDI-TOF):m/z=626.0[M+H]+(calcd.For C26H30Br2N2O2S2:626.0)。图6为DPPBr-C6的核磁共振氢谱(1HNMR)图,图7为DPPBr-C6的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图8为DPPBr-C6的质谱(MS)图。
(3)2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(5-(三甲基硅基)炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[1]C6TMS)的制备
在氮气保护下,DPPBr-C6(0.31g,0.5mmol)溶于无水四氢呋喃中(20ml),加入双(三苯基磷)二氯化钯(18mg,0.025mmol)和CuI(碘化亚铜)(4.75mg,0.025mmol),加入二异丙胺(2ml)和三甲基硅基乙炔(O.12g,1.23mmol),升温至35℃,搅拌3小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[1]C6TMS(深红色粉末)0.26g,产率78%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[1]C6TMS,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.87(d,2H),7.34(d,2H),4.04(m,4H),1.72-1.70(m,4H),1.42-1.25(m,12H),0.89(t,6H),0.28(m,18H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.1,139.1,135.2,133.7,130.7,128.4,108.6,104.3,96.6,42.3,31.3,29.9,26.5,22.5,14.0。MS(MALDI-TOF):m/z=660.4[M+H]+(calcd.For C36H48N2O2S2Si2:660.2)。图9为DPPDA[1]C6TMS的核磁共振氢谱(1HNMR)图,图10为DPPDA[1]C6TMS的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图11为DPPDA[1]C6TMS的质谱(MS)图。
(4)2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[1]C6H)的制备
将DPPDA[1]C6TMS(1.6g,2.4mmol)溶于四氢呋喃(50ml)和甲醇混合溶液(50ml)中,加入碳酸钾(4g,29mmol),室温搅拌30分钟。反应完成后,加少量水(10ml),减压蒸去大部分溶剂,加入甲醇分散,过滤,甲醇洗,得到DPPDA[1]C6H(深红色粉末)1.1g,产率89%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[1]C6H,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.88(d,2H),7.40(d,2H),4.03(m,4H),3.61(s,2H),1.72(m,4H),1.42-1.25(m,12H),0.89(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,139.2,135.1,134.1,130.6,127.1,108.7,85.5,42.3,31.3,29.9,26.5,22.5,13.9。MS(MALDI-TOF):m/z=516.2[M+H]+(calcd.For C30H32N2O2S2:516.19)。图12为DPPDA[1]C6H的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图13为DPPDA[1]C6H的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图14为DPPDA[1]C6H的质谱(MS)图。
(5)2,5-N,N’-双(己基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十二烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C6C10)的制备
将DPPDA[1]C6H(0.51g,1mmol)溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂CuI(碘化亚铜)(0.019g,0.1mmol)、NiCl·6H2O(0.02g,0.1mmol),加入TMEDA(0.046g,0.4mmol),室温搅拌5分钟后加入1-炔十二烷(1.66g,10mmol),升温到35℃,搅拌24小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[2]C6C10(紫红色粉末)0.04g,产率5%。
通过核磁分析,得到的是DPPDA[2]C6C10,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.91(d,2H),7.38-7.31(d,2H),4.04(t,4H),2.43-2.39(m,4H),1.78-1.69(m,4H),1.66-1.43(m,8H),1.41-1.28(m,36H),1.00-0.95(t,6H),0.91-0.86(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,139.1,135.5,134.8,130.7,127.6,108.8,86.4,83.1,66.7,65.2,43.1,32.8,32.5,30.5,29.9,29.8,29.6,28.7,26.2,23.7,22.6,20.1,19.8,14.0,13.7。MS(MALDI-TOF):m/z=844.5[M+H]+(calcd.For C54H72N2O2S2:844.5)。图15为DPPDA[2]C6C10的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图16为DPPDA[2]C6C10的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图17为DPPDA[2]C6C10的质谱(MS)图。
实施例2:
制备2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1,,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)(用制备方法(一));
所述2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1,,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)具有如下的结构:
(1)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP-C4)的制备
由丁二酸二乙酯和2-氰基噻吩制备得到3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)。氮气保护下,DPP(3g,10mmol)分散无水N,N’-二甲基甲酰胺溶剂(100ml)中,加入碳酸钾(4.14g,30mmol),升温到120℃,加入溴代正丁烷(4.11g,30mmol),升温至130℃搅拌过夜,反应完毕后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,柱层析提纯得到DPP-C4(红色粉末)1.7g,产率41%;
通过核磁分析,得到的是DPP-C4,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.93(d,2H),7.65(m,2H),7.29(m,2H),4.09(t,4H),1.79-1.69(m,4H),1.59-1.39(m,4H),0.86(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.3,140.0,135.2,130.6,129.7,128.5,107.6,41.9,32.0,20.1,13.7。MS(MALDI-TOF):m/z=412.0[M+H]+(calcd.For C22H24N2O2S2:412.1)。图18为DPP-C4的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图19为DPP-C4的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图20为DPP-C4的质谱(MS)图。
(2)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(5-溴噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPBr-C4)的制备
在冰浴环境下,将DPP-C4(0.824g,2mmol)溶于三氯甲烷中(30ml),分批加入N-溴代丁二酰亚胺(0.89g,5mmol),室温搅拌6小时。反应完毕后,加入水(50ml)搅拌十分钟。三氯甲烷萃取,收集有机相,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,得到DPPBr-C4(红色粉末)0.98,产率86%;
通过核磁分析,得到的是DPPBr-C4,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.69(d,2H),7.25(d,2H),4.11-3.98(m,4H),1.76-1.66(m,4H),1.51-1.39(m,4H),0.89(m,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,139.0,135.3,131.6,131.0,119.1,107.7,42.0,32.0,20.1,13.7。MS(MALDI-TOF):m/z=569.8[M+H]+(calcd.For C22H22Br2N2O2S2:569.9)。图21为DPPBr-C4的核磁共振氢谱(1HNMR)图,图22为DPPBr-C4的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图23为DPPBr-C4的质谱(MS)图。
(3)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(5-炔-噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[1]C4H)的制备
在氮气保护下,DPPBr-C4(1.75g,3mmol)溶于无水四氢呋喃中(100ml),加入双(三苯基磷)二氯化钯(112mg,0.15mmol)和CuI(碘化亚铜)(29.6mg,0.15mmol),加入二异丙胺(12.5ml)和三甲基硅基乙炔(0.75g,7.7mmol),升温至35℃,搅拌3小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[1]C4TMS(深红色粉末);将其溶于四氢呋喃(50ml)和甲醇混合溶液(50ml)中,加入碳酸钾(4g,29mmol),室温搅拌30分钟。反应完成后,加少量水(10ml),减压蒸去大部分溶剂,加入甲醇分散,过滤,甲醇洗,得到DPPDA[1]C4H(深红色粉末)1g,产率73.8%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[1]C4H,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.89(d,2H),7.39(d,2H),4.08-4.03(m,4H),3.616(s,2H),1.77-1.67(m,4H),1.56-1.39(m,4H),0.98(m,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.1,139.2,135.1,134.1,130.6,127.1,108.7,42.1,32.0,20.1,13.7。MS(MALDI-TOF):m/z=604.1[M+H]+(calcd.For C32H40N2O2S2Si2:604.2)。MS(MALDI-TOF):m/z=460.0[M+H]+(calcd.For C26H24N2O2S2:460.1)。图24为DPPDA[1]C4H的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图25为DPPDA[1]C4H的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图26为DPPDA[1]C4TMS的质谱(MS)图。图27为DPPDA[1]C4H的质谱(MS)图。
(4)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)的制备
将DPPDA[1]C4H(0.58g,1mmol)溶于无水四氢呋喃中,加入催化剂CuI(碘化亚铜)(0.019g,0.1mmol)、NiCl·6H2O(0.02g,0.1mmol),加入TMEDA(0.046g,0.4mmol),室温搅拌5分钟后加入1-炔十四烷(1.66g,10mmol),升温到35℃,搅拌24小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[2]C4C10(紫红色粉末)0.03g,产率4%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[2]C4C10,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.91(d,2H),7.45-7.26(m,2H),4.06-4.01(t,4H),2.43-2.39(t,4H),1.56-1.53(t,4H),1.51-1.41(m,8H),1.41-1.28(m,28H),1.00-0.95(t,6H),0.91-0.86(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,139.0,135.4,134.8,130.7,127.8,108.9,90.2,83.1,66.9,64.9,42.1,32.1,31.8,29.5,29.4,29.2,29.0,28.8,22.6,20.1,19.8,14.0,13.7。MS(MALDI-TOF):m/z=788.3[M+H]+(calcd.For C50H64N2O2S2:788.4)。图28为DPPDA[2]C4C10的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图29为DPPDA[2]C4C10的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图30为DPPDA[2]C4C10的质谱(MS)图。
实施例3:
制备2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)(用制备方法(二))
所述2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)具有如下的结构:
(1)1-碘-十二烷-1-炔的制备
在避光条件下,1-炔十二烷烃(1.66g,10mmol)溶于丙酮(50ml)中,加入催化剂硝酸银(0.17g,1mmol)和N-碘代丁二酰亚胺(1.96g,11mmol),室温搅拌1小时。反应完成后,加入正己烷,过滤,收集滤液,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到1-碘-十二烷-1-炔(无色液体)2.4g,产率98%;
通过核磁分析,得到的是1-碘-十二烷-1-炔,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.22-2.16(m,2H),1.55-1.46(m,2H),1.27(m,14H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=80.4,37.3,31.9,29.6,29.6,29.4,29.3,29.0,28.7,28.2,22.7,19.6,14.1。MS(EI-MS):m/z=293[M+H]+(calcd.For C12H21I:292.0)。图31为1-溴-十二烷-1-炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图32为1-碘-十二烷-1-炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图33为1-碘-十二烷-1-炔的质谱(MS)图。
(2)三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷的制备
在氮气保护下,1-碘-十二烷-1-炔(2.9g,10mmol)溶于无水四氢呋喃(100ml)中,加入催化剂双(三苯基磷)二氯化钯(175mg,0.25mmol)、CuI(47.5mg,0.25mmol),加入二异丙胺(20ml)和三甲基硅基乙炔(1.47g,15mmol),升温至35℃,搅拌3小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,得到三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷(无色液体)1.6g,产率62%;
通过核磁分析,得到的是三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.29-2.22(m,2H),1.54-1.47(m,2H),1.37-1.26(t,14H),0.90-0.86(t,3H),0.188(s,9H);13C NMR(75MHz,CDC13):δ(ppm)=88.4,82.9,80.2,65.3,31.8,29.5,29.4,29.2,29.0,28.8,28.8,28.3,28.0,22.6,19.2,14.1。MS(EI-MS):m/z=262[M+H]+(calcd.For C17H30Si:262.2)。图34为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷硅烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图35为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷硅烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图36为三甲基(十二碳-1,3-二炔基)的质谱(MS)图。
(3)1,3-二炔-十四烷的制备
将三甲基(十二碳-1,3-二炔基)硅烷(0.66g,2.5mmol)溶于四氢呋喃(10ml)和甲醇(10ml)混合溶液中,加入碳酸钾(2g),常温搅拌0.5小时。反应完毕后,加入少量水使碳酸钾溶解。减压蒸出溶剂,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到产物1,3-二炔-十四烷(无色液体)0.42g,产率89%;
通过核磁分析,得到的是1,3-二炔-十四烷,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.28-2.16(m,2H),1.96-1.94(m,1H),1.56-1.38(m,2H),1.27(s,14H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):6(ppm)=82.9,80.2,65.3,65.2,31.8,29.2,29.0,29.0,28.8,28.3,28.0,22.6,19.2,19.0,14.1。MS(EI-MS):m/z=189[M]+(calcd.For C14H22:190.1)。图37为1,3-二炔-十四烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图38为1,3-二炔-十四烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图39为1,3-二炔-十四烷的质谱(MS)图。
(4)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十四烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C10)的制备
在氮气保护下、向瓶中依次加入DPP-C4(0.28g,0.49mmol)、催化剂双(三苯基磷)二氯化钯(18mg,0.025mmol)和CuI(4.75mg,0.025mmol)溶于四氢呋喃中,加入1,3-二炔-十四烷(0.23g,1.2mmol),升温至35℃,3小时点板确定反应完全。加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[2]C4C10(紫红色粉末)0.17g,产率45%;
通过核磁和质谱分析,数据与上述制备方法(一)得到DPPDA[2]C4C10一致,得到的是DPPDA[2]C4C10。图28为DPPDA[2]C4C10的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图29为DPPDA[2]C4C10的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图30为DPPDA[2]C4C10的质谱(MS)图。
实施例4:
制备2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1,,3’-二炔-十八烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C14)和2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’,5’-联三炔-二十烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[3]C4C14);
所述2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十八烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C14)和2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’,5’-联三炔-二十烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[3]C4C14)分别具有如下的结构:
(1)1-溴-十六烷-1-炔的制备
在避光条件下,1-炔十六烷烃(2.2g,10mmol)溶于丙酮(50ml)中,加入催化剂硝酸银(0.17g,1mmol)和N-溴代丁二酰亚胺(1.96g,11mmol),室温搅拌1小时。反应完成后,加入正己烷,过滤,收集滤液,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到1-溴-十六烷-1-炔(无色液体)2.9g,产率97%;
通过核磁分析,得到的是1-溴-十六烷-1-炔,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.22-2.18(m,2H),1.56-1.46(m,2H),1.26(m,22H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=80.4,68.0,37.3,31.8,29.5,29.4,29.3,29.0,28.7,28.5,28.2,22.7,19.6,18.3,14.1。MS(EI-MS):m/z=300[M]+(calcd.For C16H29Br:300.1)。图40为1-溴-十六烷-1-炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图41为1-溴-十六烷-1-炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图42为1-溴-十六烷-1-炔的质谱(MS)图。
(2)1,3-二炔-十八烷的制备
在氮气保护下,1-溴-十六烷-1-炔(3g,10mmol)溶于无水四氢呋喃(100ml)中,加入催化剂双(三苯基磷)二氯化钯(175mg,0.25mmol)、CuI(47.5mg,0.25mmol),加入二异丙胺(20ml)和三甲基硅基乙炔(1.47g,15mmol),升温至35℃,搅拌3小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,得到三甲基(十六碳-1,3-二炔基)硅烷;将其溶于四氢呋喃(20ml)和甲醇(20ml)混合溶液中,加入碳酸钾(5g),常温搅拌0.5小时。反应完毕后,加入少量水使碳酸钾溶解。减压蒸出溶剂,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到产物1,3-二炔-十八烷(无色液体)0.57g,产率42%;
通过核磁分析,得到的是1,3-二炔-十八烷,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.26-2.16(m,2H),1.96-1.94(m,1H),1.53-1.51(m,2H,),1.26-1.07(t,22H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=78.5,68.5,64.6,64.3,31.9,29.6,29.5,29.4,29.3,29.1,29.0,28.8,28.3,28.0,22.6,19.2,18.3,14.1。MS(EI-MS):m/z=246[M]+(calcd.For C18H30:246.2)。图43为1,3-二炔-十八烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图44为1,3-二炔-十八烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图45为1,3-二炔-十八烷的质谱(MS)图。
(3)1-溴-十八烷-1,3-二炔的制备
在避光条件下,1,3-二炔-十八烷(3.8g,20mmol)溶于丙酮(80ml)中,加入催化剂硝酸银(0.34g,2mmol)和N-溴代丁二酰亚胺(5.3g,30mmol),室温搅拌2小时。反应完成后,加入正己烷,过滤,收集滤液,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到1-溴-十四烷-1,3-二炔(无色液体)4.8g,产率75%;
通过核磁分析,得到的是1-溴-十八烷-1,3-二炔,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.26-2.16(m,2H),1.53-1.51(m,2H,),1.26-1.07(t,22H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=78.5,68.5,64.6,37.6,31.9,29.6,29.5,29.4,29.3,29.1,29.0,28.8,28.8,28.3,28.0,22.6,19.2,14.1。MS(EI-MS):m/z=324[M+H]+(calcd.For C18H29Br:324.1)。图46为1-溴-十八烷-1,3-二炔的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图47为1-溴-十八烷-1,3-二炔的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图48为1-溴-十八烷-1,3-二炔的质谱(MS)图。
(4)1,3,5-联三炔-二十烷的制备
在氮气保护下,1-溴-十八烷-1,3-二炔(3.24g,10mmol)溶于无水四氢呋喃(100ml)中,加入双(三苯基磷)二氯化钯(175mg,0.25mmol)、CuI(47.5mg,0.25mmol),加入二异丙胺(20ml)和三甲基硅基乙炔(1.47g,15mmol),升温至35℃,搅拌1.5小时。反应完成后,加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,得到无色液体;将其溶于四氢呋喃(20ml)和甲醇(20ml)混合溶液中,加入碳酸钾(5g),常温搅拌3小时。反应完毕后,加入少量水使碳酸钾溶解。减压蒸出溶剂,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到产物1,3,5-联三炔-二十烷(无色液体)0.97g,产率36%;
通过核磁分析,得到的是1,3,5-联三炔-二十烷,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=2.38-2.35(m,2H),2.16-2.03(m,1H),1.54-1.51(m,2H,),1.26-1.07(t,22H),0.90-0.86(t,3H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=78.5,76.5,68.5,65.2,64.6,64.3,31.9,29.6,29.6,29.5,29.4,29.3,29.1,29.0,28.8,28.8,28.3,28.0,22.6,19.2,19.0,18.3,14.1。MS(EI-MS):m/z=270[M]+(calcd.For C20H30:270.2)。图49为1,3,5-联三炔-二十烷的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图50为1,3,5-联三炔-二十烷的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图51为1,3,5-联三炔-二十烷的质谱(MS)图。
(5)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’-二炔-十八烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[2]C4C14)的制备
在氮气保护下,向瓶中依次加入DPP-C4(0.28g,0.49mmol)、催化剂双(三苯基磷)二氯化钯(18mg,0.025mmol)和CuI(4.75mg,0.025mmol)溶于四氢呋喃中,加入1,3-二炔-十八烷(0.23g,1.2mmol),升温至35℃,3小时点板确定反应完全。加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[2]C4C14(紫红色粉末)0.17g,产率45%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[2]C4C14,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.91(m,2H),7.38(d,2H),4.04(m,4H),2.50-2.31(m,4H),1.74-1.63(m,8H),1.61-1.41(m,8H),1.26(m,40H),1.00-0.95(t,6H),0.91-0.86(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,138.9,135.5,134.8,130.7,127.8,108.8,90.1,83.2,83.1,66.9,64.9,42.1,32.1,31.9,29.6,29.6,29.6,29.4,2932,29.0,28.8,28.1,22.6,20.1,19.8,14.0,13.7。HRMS(MALDI-TOF):m/z=900.56487[M+H]+(calcd.For C58H80N2O2S2:900.5661)。图52为DPPDA[2]C4C14的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图53为DPPDA[2]C4C14的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图54为DPPDA[2]C4C14的质谱(MS)图。
(6)2,5-N,N’-双(丁基)-3,6-二(1’,3’,5’-联三炔-二十烷基)噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPPDA[3]C4C14)的制备
在氮气保护下、向瓶中依次加入DPP-C4(0.17g,0.4mmol)、催化剂双(三苯基磷)二氯化钯(18mg,0.025mmol)和CuI(4.75mg,0.025mmol)溶于四氢呋喃中,加入1,3,5-联三炔-二十烷(0.4g,1.5mmol),升温至35℃,12小时点板确定反应完全。加入二氯甲烷萃取,水洗,收集有机相,无水硫酸钠干燥,过滤,减压蒸去溶剂,通过柱层析提纯得到DPPDA[3]C4C14(紫红色粉末)0.12g,产率33%;
通过核磁分析,得到的是DPPDA[3]C4C14,具体数据为:1H NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.88(d,2H),7.34(d,2H),4.02-9.97(t,4H),2.39-2.34(m,4H),1.69-1.63(m,4H),1.55-1.26(m,24H),1.26-1.22(m,28H),0.95-0.90(t,6H),0.86-0.81(t,6H);13C NMR(75MHz,CDCl3):δ(ppm)=161.0,139.0,135.5,134.8,130.8,127.8,108.9,90.2,89.3,83.2,83.2,67.0,64.9,,64.2,42.1,32.1,31.9,29.7,29.6,29.6,29.4,29.3,29.1,28.9,28.1,22.7,20.1,19.8,13.8,14.1,13.7;HRMS(MALDI-TOF):m/z=948.6[M+H]+(calcd.For C62H80N2O2S2:948.5661)。图55为DPPDA[3]C4C14的核磁共振氢谱(1H NMR)图,图56为DPPDA[3]C4C14的核磁共振碳谱(13C NMR)图。图57为DPPDA[3]C4C14的质谱(MS)图。
本发明提供了两种端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的制备方法。本发明的制备方法(一)可成功合成n=1,2的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物,其中,上述制备方法(一)的步骤(5)产率低(5%);本发明的制备方法(二)可合成n≥2的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物,且收率相比于制备方法(一)的收率大大提高。本发明的端基含联[n]炔基的吡咯并吡咯二酮化合物的分子结构对称,联[n]炔基团与DPP直接相连,形成中心刚性平面、线形、大共轭芳香核,有利于相邻芳香环之间形成更大面积的相互叠加,获得更高的载流子迁移率;DPP的N上的柔性烷基链(R1)和联[n]炔基末端的烷基链(R2)使化合物具有良好的溶解性和可加工性。因此可以作为载流子传输化合物广泛地应用于电子器件中,如作为半导体材料,可作为有机发光二极管(OLED)、场效应管(FET)和太阳能电池的有效元件。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。