摘要: 二噻吩并芳杂环衍生物因其良好的光电性能,在有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管(OLEDs)、有机太阳能电池(OSCs)等领域有广泛的应用。本文以简单高效的方法合成了三种β-溴代的非对称二噻吩并芳杂环化合物(DTHAs)和三种对称的DTHAs,并合成了[5]噻... 展开 二噻吩并芳杂环衍生物因其良好的光电性能,在有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管(OLEDs)、有机太阳能电池(OSCs)等领域有广泛的应用。本文以简单高效的方法合成了三种β-溴代的非对称二噻吩并芳杂环化合物(DTHAs)和三种对称的DTHAs,并合成了[5]噻吩螺烯及3-溴-二噻吩并[2,3-b:3',4'-d]噻吩(1)的一些衍生物。 具体研究工作分述如下: 第一部分:二噻吩并芳杂环化合物的合成及表征 溶剂体系会影响n-BuLi的聚集态形式,进而影响它进行溴锂交换的反应活性,即n-BuLi进行溴锂交换和去质子化反应的选择性,最终影响两种产物的产率分布。本部分以3,3'-二溴4-4'-联噻吩(7)为原料,以不同的关环试剂(二苯磺酰硫醚(22a)、N,N-二甲氨基甲酰氯(22b)和二甲基二氯硅烷(22c))为关环试剂,考察了不同的BuLi及溶剂体系对反应产物的影响。在n-BuLi/Et2O条件下,溴锂交换与去质子化反应同时进行,经不同的关环试剂关环后,高产率地得到β-溴代的不对称的DTHAs(1-3)(化合物1、2和3的产率分别为:57.3%、56.0%和58.6%),同时还得到了少量对称的DTHAs(4-6)(化合物4、5和6产率分别为:11.3%、9.6%和9.0%);在 n-BuLi/THF、s-BuLi/Et2O或t-BuLi/Et2O条件下都只进行溴锂交换反应,经不同的关环试剂关环后,都只生成对称的DTHAs(4-6)。对化合物1,2,3,4,5和6进行了1HNMR,13CNMR,MS,HRMS,IR表征,还对化合物1和2进行了X-射线单晶衍射分析。我们还通过单溴锂交换反应对反应机理进行了研究。 第二部分:[5]噻吩螺烯的合成 已报道的[5]噻吩螺烯的S原子都在同一侧,我们期望用第一部分工作中不对称DTHAs的形成机理,即n-BuLi与原料中β-Br进行溴锂交换反应,同时与α-H进行去质子化反应,来设计合成新结构的[5]噻吩螺烯。本部分通过引入Negishi反应探索出了合成[5]噻吩螺烯前驱体14的高效方法,希望通过化合物14与n-BuLi作用,溴锂交换与去质子化反应同时发生,进而在关环试剂(PhSO2)2S的作用下一锅法合成目标化合物[5]噻吩螺烯18。但是,在实施过程中,在n-BuLi/-78oC条件下,化合物14由于结构中并三噻吩上α位质子的活性较低,最终生成硫丁基化合物16(产率:39.3%)。基于该实验结果,合成路线回归到利用传统的溴锂交换的方法上来合成[5]噻吩螺烯18。通过LDA/BrCl2CCCl2Br将14结构中并三噻吩α位质子转变为Br原子,高产率地生成化合物15(产率:89.4-95.5%)。在-78oC条件下,化合物15与 t-BuLi发生双溴锂交换反应,经(PhSO2)2S作用后最终生成[5]噻吩螺烯18(产率:21.9-31.6%)。对化合物14,15,16,17和18进行了1HNMR,13CNMR,MS,HRMS,IR表征,还对化合物14,15,16和17进行了X-射线单晶衍射分析。 第三部分:二噻吩并[2,3-b:3',4'-d]噻吩衍生物的制备 二噻吩并噻吩由于存在多个活性位点,衍生物种类多样化,可应用于有机功能材料中。本部分围绕第一部分中合成的3-溴二噻吩并[2,3-b:3',4'-d]噻吩,进行了一部分衍生物的合成探索,为有机功能材料的制备提供了重要的中间体。3-溴-二噻吩并[2,3-b:3',4'-d]噻吩(1)由于存在三个活性α位质子,不容易进行单官能团化。本部分通过向化合物1中引入三个-TMS助溶保护基团,形成化合物19(产率:94.1-98.1%),避免了三个活性α位质子的竞争问题,再以19的β-Br作为活性位点向下衍生,合成了二噻吩并[2,3-b:3',4'-d]噻吩的衍生物。化合物19经过n-BuLi溴锂交换、CuCl2氧化偶联生成化合物21(产率:53-58%);化合物19经过n-BuLi溴锂交换、DMF或H2O淬灭,意外地得到了丁基化合物20(产率分别为:62-68%和47-50%)。对化合物19、20和21都进行了1HNMR,13CNMR,MS,HRMS,IR分析表征。 收起