專利名稱：一類并噻吩醌式化合物、其制備方法、中間體及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類并噻吩醌式化合物、其制備方法、中間體及其作為半導(dǎo)體活性層在有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管(OTFT)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
有機(jī)場效應(yīng)晶體管(Organicfield-effect transistor，簡稱 0FET)是一種利用電場調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的有源器件，在射頻識別商標(biāo)和柔性顯示方面有著廣闊的應(yīng)用前景。與無機(jī)場效應(yīng)晶體管相比，有機(jī)場效應(yīng)晶體管具有成本低廉、制備工藝簡單、柔韌性好、質(zhì)量輕、便于攜帶等優(yōu)勢(Specialissue :0rganic Electronics and Optoelectronics, Forrest, S. R. ；Thompson, Μ.Ε. ed. Chem. Rev. 2007,107,923-1386 ； Rogers, J. A. et al. Proc Natl AcadSci USA. 2009，106，10875—10876·)。要實(shí)現(xiàn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管的這些優(yōu)勢，其核心材料有機(jī)半導(dǎo)體必須滿足性能高、 可進(jìn)行溶液加工和空氣穩(wěn)定性好等條件。有機(jī)半導(dǎo)體材料按照傳輸載流子的種類可分為P-型有機(jī)半導(dǎo)體材料(空穴傳輸)和η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料(電子傳輸)。P-型有機(jī)半導(dǎo)體材料發(fā)展迅速，大量性能高、可進(jìn)行溶液加工和空氣穩(wěn)定好的小分子和高分子材料已被相繼報(bào)道(Ong, B. S. et al. Chem. sEur. J. 2008,14,4766-4778 ；McCulloch, I. et al. Nat. Mater. 2006，5，328-333 ；Gao, P. et al.Adv. Mater. 2009，21，213-216 ；Hamilton, R. et al. Adv. Mater. 2009，21，1166-1171 ；Payne, Μ. Μ. et. al. J. Am. Chem. Soc. 2005，127， 4986-4987 ；Ebata, H. et al. J. Am. Chem. Soc. 2007，129，15732-15733.)。而 η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料發(fā)展相對滯后，能同時(shí)滿足上述條件的材料很少(Yan，H. et al. Nature 2009， 457，679-686 ；Gao, X. et al. J. Am. Chem. Soc. 2010，132，3697-3699.)，許多 η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料盡管具有高遷移率，但空氣穩(wěn)定性差或者需要真空蒸鍍。此外，構(gòu)筑有機(jī)ρ-η結(jié)和邏輯互補(bǔ)電路也需要同時(shí)采用P-型和η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料(Mei jer，Ε. J. et al. Nat. Mater. 2003，2，678-682 ;Klauk，H. et al. Nature 2007，445，745-748.)。因此，具有優(yōu)異綜合性能的η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料對于OFET技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)重要。二腈亞甲基取代的醌類化合物是很強(qiáng)的電子受體并且具有較低的LUMO能級，這些特性使其作為η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料在OFET領(lǐng)域中被廣泛研究。Handa，S.等人采用溶液加工的方式處理二腈亞甲基取代的連三噻吩醌式化合物，制得薄膜的FET遷移率達(dá) 0. 16cm2V_1S_1 (Handa, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2007，129，11684-11685.)，然而該薄膜在空氣中放置兩周后，其遷移率急劇降至0. Olcm2V-1SA Takimiya等報(bào)道了并噻吩TT、DTT和 BDT 的醌式結(jié)構(gòu)的化合物(Yuki Suzuki. Et al. J. Am. Chem. Soc. 2010,132,10453-10466), 通過溶液處理的BDT醌式結(jié)構(gòu)化合物薄膜具有最高遷移率0. OUcm2V-1SA

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)中η-型有機(jī)半導(dǎo)體材料制得的場效應(yīng)晶體管器件遷移率低、空氣穩(wěn)定性差的缺陷，提供了一類并噻吩醌式化合物、其制備方法、中間體及其作為半導(dǎo)體活性層在有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管(OTFT)中的應(yīng)用，該化合物溶液加工性好，制得的OTFT器件具有很高的遷移率和空氣穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明涉及一類如式I所示的并噻吩醌式化合物；
權(quán)利要求
1.一類如式I所示的并噻吩醌式化合物；
2.如權(quán)利要求1所述的并噻吩醌式化合物，其特征在于，所述的C1 C3tl的正烷基為 C2 Cltl的正烷基；所述的C3 C3tl的支鏈烷基為Cltl C25的支鏈烷基。
3.如權(quán)利要求2所述的并噻吩醌式化合物，其特征在于，所述的C2 Cltl的正烷基為 C4 C8的正烷基；所述的Cltl C25的支鏈烷基為C15 C2tl的支鏈烷基。
4.如權(quán)利要求3所述的并噻吩醌式化合物，其特征在于，所述的C4 C8的正烷基為正己基；所述的C15 C2tl的支鏈烷基為3-己基十一烷基。
5.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的式I化合物的制備方法，其特征在于包含下列步驟(1)將化合物II與丙二腈負(fù)離子進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，制得化合物III；(2)將化合物III進(jìn)行氧化反應(yīng)，即可；
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的偶聯(lián)反應(yīng)包含下列步驟有機(jī)溶劑中，將化合物II在膦配體配位的零價(jià)鈀試劑的催化下與丙二腈負(fù)離子進(jìn)行反應(yīng)，即可；其中，所述的有機(jī)溶劑為烷氧醚類溶劑；所述的膦配體配位的零價(jià)鈀試劑為四 (三苯基膦)鈀(0)；所述的膦配體配位的零價(jià)鈀試劑與化合物II的摩爾比為0.01 1 0.5 1;所述的丙二腈負(fù)離子與化合物II的摩爾比為2 1 6 1;所述的反應(yīng)的溫度為60 100°C ；所述的反應(yīng)的時(shí)間以檢測反應(yīng)完成為止。
7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的丙二腈負(fù)離子由丙二腈與強(qiáng)堿在有機(jī)溶劑中反應(yīng)制得；其中，所述的有機(jī)溶劑為烷氧醚類溶劑；所述的強(qiáng)堿為活潑金屬氫化物；所述的強(qiáng)堿與丙二腈的摩爾比為2 1 4 1;所述的反應(yīng)的溫度為-20 20°C。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的氧化反應(yīng)包含下列步驟方法(1)，在有機(jī)溶劑中或在無溶劑條件下，將化合物III與溴水反應(yīng)，即可；其中，所述的有機(jī)溶劑為烷氧醚類溶劑；所述的溴水為飽和溴水；所述的溴水中的Br2與化合物III 的摩爾比為2 1 10 1 ；所述的反應(yīng)的溫度為15 35°C;所述的反應(yīng)的時(shí)間以檢測反應(yīng)完成為止；或者，方法O)，將化合物III與空氣反應(yīng)，即可。
9.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的化合物I由下述方法制得有機(jī)溶劑中，將化合物II在膦配體配位的零價(jià)鈀試劑的催化下與丙二腈負(fù)離子進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)， 再將所得反應(yīng)混合物直接與溴水進(jìn)行氧化反應(yīng)，即可；其中，所述的有機(jī)溶劑為烷氧醚類溶齊U，所述的膦配體配位的零價(jià)鈀試劑為四(三苯基膦)鈀(0)；所述的膦配體配位的零價(jià)鈀試劑與化合物II的摩爾比為0.01 1 0.5 1 ；所述的丙二腈負(fù)離子與化合物II的摩爾比為2 1 6 1 ；所述的偶聯(lián)反應(yīng)的溫度為60 100°C ；所述的溴水為飽和溴水； 所述的溴水中的Br2與化合物III的摩爾比為2 1 10 1 ；所述的氧化反應(yīng)的溫度為 15 35 。
10.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的式II化合物由下述方法制得 將化合物IV進(jìn)行溴代反應(yīng)，即可；
11.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述的式II化合物由下述方法制得 有機(jī)溶劑中，將化合物IV與N-溴代丁二酰亞胺反應(yīng)，即可；其中，所述的有機(jī)溶劑為N-烷基取代的酰胺；所述的N-溴代丁二酰亞胺與化合物IV的摩爾比為2 1 5 1;所述的反應(yīng)的溫度為15 35°C ；所述的反應(yīng)的時(shí)間以檢測反應(yīng)完成為止。
12.如式VIIa、VIa、Va、IVa、IIa、VIb、Vb、IVb、nb或III所示的制備式I化合物的中間體化合物；
13.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的式I化合物作為半導(dǎo)體活性層在有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類如式I所示的并噻吩醌式化合物、其制備方法、中間體及其作為半導(dǎo)體活性層在有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用；該化合物具有較低的LUMO能級、共軛體系范圍大且具有很好的平面性、自組裝能力強(qiáng)、溶解性好、有利于溶液加工，用其制備的有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管器件不僅遷移率高而且空氣穩(wěn)定性強(qiáng)；其中，R為H、C1～C30的正烷基或C3～C30的支鏈烷基。
文檔編號C07D495/22GK102477045SQ20101056630
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者朱道本, 李洪祥, 李榮金, 武慶賀, 高希珂 申請人:中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所