【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及有機光電材料，尤其是一種含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、近年來，有機太陽電池快速發展，能量轉換效率不斷突破。很大程度得益于非富勒烯小分子受體的發展。這類受體帶隙較窄，自身的吸收系數也特別高，與大多數寬帶給體能形成良好的互補吸收以及有著相匹配的能級。非富勒烯受體通常為a-d-a型的稠環結構，給電子d單元和封端的受體電子單元a通過分子內的推拉電子效應，調節材料的吸收范圍和帶隙，剛性的稠環結構能夠擴展共軛，提高分子平面性從而促進π電子的離域。端基a單元之間的π-π堆積為分子排列提供了主要電荷傳輸通道。除了a單元和d單元的調控之外，基于a-d-a型小分子合成的常用設計方法中側鏈的修飾也至關重要。其中，側鏈的修飾包括拓撲結構(線性或分支)、分支點、對稱性破缺和尺寸的變化，是最常用的精確調節分子的溶解性、分子結晶和堆積行為的方法。
2、在此，我們提出構建新型環己基-線性鏈復合側鏈的非富勒烯小分子受體材料策略。在小分子受體側鏈引入大體積環己基作為位阻結構，通過調節分子內和分子間相互作用影響分子平面度，分子排列，以及光電特性。柔性烷基單元與剛性環烷基單元相結合所產生的空間位阻效應可以優化分子間的結晶和相互作用，并進一步改善共混膜的形態和光物理性質。位阻誘導的最佳分子內和分子間相互作用可以增強分子的極化率，促進分子間電子軌道重疊，促進電荷轉移途徑的離域，進而降低能量損失，提高效率。“環烷基-直鏈”復合側鏈工程是一種有潛力的新型側鏈，能精細調控材料性質。
技術實現思路<
1、本申請的目的在于提供一種含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，為有機半導體新材料的合成開辟了一條可以選擇的新道。
2、本申請實施例提供了一種含環己基側鏈的受體材料，其結構式為y-c1或y-c2中的一種，如下式所示：
3、
4、所述含環己基側鏈的受體材料的制備方法，包括以下步驟：
5、步驟1：以反式對戊基環己基甲酸為原料，先與三溴噻吩經friedel-crafts酰化反應，然后用巰基乙酸乙酯進行環化水解反應，得到3-烷基-噻吩并[3,2-b]噻吩-2-羧酸；在銅粉催化進行高溫脫羧反應得到化合物a；
6、步驟2：通過pd(pph3)2cl2催化的stille偶聯反應得到化合物b；
7、步驟3：化合物b與亞磷酸三乙酯進行分子內cadogan環化反應，然后與2-乙基己基作為側鏈進行烷基化反應得到化合物c；
8、步驟4：化合物c通過vilsmeier?haack反應制得雙醛化合物d；
9、步驟5：化合物d與端基單元ic-2f通過knoevenagel縮聚反應得到化合物e，即含環己基側鏈的受體材料。
10、進一步地，所述步驟1具體操作為：在0℃下，向化合物反式對戊基環己基甲酸的二氯甲烷溶液中加入草酰氯，在室溫下攪拌5h，去除溶劑和剩余的草酰氯后，得到無色酰氯化物；隨后在鹵代噻吩和制備的酰氯化物的攪拌溶液中，分批加入無水alcl3，得到的溶液在室溫下攪拌4h,然后慢慢加入冷水淬滅反應，用二氯甲烷提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后，得到橙色油狀液體，該油狀液體和k2co3在dmf溶劑中混合,在氮氣氛圍中，60℃下滴加巰基乙酸乙酯，攪拌過夜，然后倒入水中，用二氯甲烷提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后加入naoh,在乙醇溶劑回流過夜，冷卻至室溫后，用濃鹽酸酸化液體，過濾收集黃色固體，用水洗滌過量鹽酸，之后用石油醚洗滌后，得到淡粉色固體后和銅粉混合物在喹啉溶劑中沙浴260℃加熱，攪拌回流3h后，待混合物冷卻至室溫，將正己烷添加到混合物中，然后用鹽酸清洗混合物，之后用石油醚萃取提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑，經硅膠層析柱純化得到無色油狀液體化合物a；上述操作中所述反式對戊基環己基甲酸和所述草酰氯的摩爾比為(1～1.2):3，優選為1:3；所述3-溴噻吩和所述酰氯化物的摩爾比為1:1；所述3-溴噻吩和無水alcl3的摩爾比為1：1；所述3-溴噻吩與k2co3的摩爾比為1:2；所述3-溴噻吩與巰基乙酸乙酯的摩爾比為1:1；所述3-溴噻吩與naoh的摩爾比為1:2。
11、進一步地，所述步驟2具體為：氮氣氛圍下，無水四氫呋喃作為溶劑，化合物a作為原料，在-78℃下滴加2.4m正丁基鋰，-78℃下攪拌1h后，加入三丁基氯化錫，隨后逐漸升至室溫，攪拌過夜，反應結束后，加入去離子水淬滅，石油醚萃取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后，加入無水甲苯溶液，隨后加入4,7-二溴-5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑和催化劑pd(pph3)cl2，攪拌回流12h，反應結束后，待冷卻至室溫，減壓除去溶劑，硅膠層析柱純化得到紅色固體化合物b；上述操作中所述化合物a和正丁基鋰的摩爾比為1:1；所述化合物a和三丁基氯化錫的摩爾比為1:1。所述化合物a和4,7-二溴-5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑的摩爾比為3:1。
12、進一步地，所述步驟3具體為：在氮氣氛圍下，化合物b的亞磷酸三乙酯和鄰二氯苯混合溶劑加熱180℃反應過夜，反應結束后，減壓蒸餾除去溶劑，得到黃色固體用于下一步，向所得黃色固體中加入1-溴-2-乙基己烷，碳酸鉀，碘化鉀和dmf，在氮氣氛圍下80℃反應12h，反應結束后加水淬滅，用飽和食鹽水洗滌并用二氯甲烷萃取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑，用硅膠層析柱純化得到橙色固體化合物c；上述操作中所述化合物b和1-溴-2-乙基己烷的摩爾比為1:10；所述化合物b和碳酸鉀的摩爾比為1:10；所述化合物b和碘化鉀的摩爾比為3:1。
13、進一步地，所述步驟4具體為：在氮氣氛圍下，于0℃向無水dmf中加入三氯氧磷，反應0.5h，隨后向混合體系中加入化合物c的1,2二氯乙烷的溶液，80℃回流反應過夜，反應結束后，用飽和碳酸鈉水溶液淬滅，并攪拌1h使產物充分水解，隨后用二氯甲烷萃取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后，用硅膠層析柱純化得到橙色固體化合物d；其中所述化合物c和三氯氧磷的摩爾比為1:3。
14、進一步地，所述步驟5具體為：向化合物d中加入端基5,6-二氟-3-(二氰基亞甲基)靛酮，在氮氣氛圍下，在混合體系中加入無水三氯甲烷和吡啶攪拌回流12h，反應結束后，將混合體系倒入甲醇中溶解過量的端基反應物，將沉淀物過濾后用硅膠層析柱純化得到黑紫色固體化合物e；其中所述化合物d和5,6-二氟-3-(二氰基亞甲基)靛酮為1:7。
15、所述含環己基側鏈的受體材料在有機太陽能電池器件的制備中的應用。
16、進一步地，所述有機太陽能電池器件的制備中選用的給體材料為pm6；所述pm6和所述含環己基側鏈小分子受體材料的質量比為1:1.2。
17、本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術在傳統的以y系列類似物為核心的a-d-a結構基礎上，引入大體積位阻側鏈，設計不同的小分子受體材料，在側鏈引入了一種大體積的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種含環己基側鏈的受體材料，其特征在于，其結構式為Y-C1或Y-C2中的一種，如下式所示：
2.一種含環己基側鏈的受體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟1具體操作為：在0℃下，向化合物反式對戊基環己基甲酸的二氯甲烷溶液中加入草酰氯，在室溫下攪拌5h，去除溶劑和剩余的草酰氯后，得到無色酰氯化物；隨后在鹵代噻吩和制備的酰氯化物的攪拌溶液中，分批加入無水AlCl3，得到的溶液在室溫下攪拌4h,然后慢慢加入冷水淬滅反應，用二氯甲烷提取有機相，無水Na2SO4干燥，減壓除去溶劑后，得到橙色油狀液體，該油狀液體和K2CO3在DMF溶劑中混合,在氮氣氛圍中，60℃下滴加巰基乙酸乙酯，攪拌過夜，然后倒入水中，用二氯甲烷提取有機相，無水Na2SO4干燥，減壓除去溶劑后加入NaOH,在乙醇溶劑回流過夜，冷卻至室溫后，用濃鹽酸酸化液體，過濾收集黃色固體，用水洗滌過量鹽酸，之后用石油醚洗滌后，得到淡粉色固體后和銅粉混合物在喹啉溶劑中沙浴260℃加熱，攪拌回流3h后，待混合物冷卻至室
4.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟2具體為：氮氣氛圍下，無水四氫呋喃作為溶劑，化合物A作為原料，在-78℃下滴加2.4M正丁基鋰，-78℃下攪拌1h后，加入三丁基氯化錫，隨后逐漸升至室溫，攪拌過夜，反應結束后，加入去離子水淬滅，石油醚萃取有機相，無水Na2SO4干燥，減壓除去溶劑后，加入無水甲苯溶液，隨后加入4,7-二溴-5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑和催化劑Pd(PPh3)Cl2，攪拌回流12h，反應結束后，待冷卻至室溫，減壓除去溶劑，硅膠層析柱純化得到紅色固體化合物B；上述操作中所述化合物A和正丁基鋰的摩爾比為1:1；所述化合物A和三丁基氯化錫的摩爾比為1:1。所述化合物A和4,7-二溴-5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑的摩爾比為3:1。
5.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟3具體為：在氮氣氛圍下，化合物B的亞磷酸三乙酯和鄰二氯苯混合溶劑加熱180℃反應過夜，反應結束后，減壓蒸餾除去溶劑，得到黃色固體用于下一步，向所得黃色固體中加入1-溴-2-乙基己烷，碳酸鉀，碘化鉀和DMF，在氮氣氛圍下80℃反應12h，反應結束后加水淬滅，用飽和食鹽水洗滌并用二氯甲烷萃取有機相，無水Na2SO4干燥，減壓除去溶劑，用硅膠層析柱純化得到橙色固體化合物C；上述操作中所述化合物B和1-溴-2-乙基己烷的摩爾比為1:10；所述化合物B和碳酸鉀的摩爾比為1:10；所述化合物B和碘化鉀的摩爾比為3:1。
6.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟4具體為：在氮氣氛圍下，于0℃向無水DMF中加入三氯氧磷，反應0.5h，隨后向混合體系中加入化合物C的1,2二氯乙烷的溶液，80℃回流反應過夜，反應結束后，用飽和碳酸鈉水溶液淬滅，并攪拌1h使產物充分水解，隨后用二氯甲烷萃取有機相，無水Na2SO4干燥，減壓除去溶劑后，用硅膠層析柱純化得到橙色固體化合物D；其中所述化合物C和三氯氧磷的摩爾比為1:3。
7.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟5具體為：向化合物D中加入端基5,6-二氟-3-(二氰基亞甲基)靛酮，在氮氣氛圍下，在混合體系中加入無水三氯甲烷和吡啶攪拌回流12h，反應結束后，將混合體系倒入甲醇中溶解過量的端基反應物，將沉淀物過濾后用硅膠層析柱純化得到黑紫色固體化合物E；其中所述化合物D和5,6-二氟-3-(二氰基亞甲基)靛酮為1:7。
8.一種權利要求1所述的含環己基側鏈的受體材料或權利要求2-7中所述的制備方法得到的含環己基側鏈的受體材料在有機太陽能電池器件的制備中的應用。
9.根據權利要求8中所述應用，其特征在于，所述有機太陽能電池器件的制備中選用的給體材料為PM6；所述PM6和所述含環己基側鏈小分子受體材料的質量...
【技術特征摘要】
1.一種含環己基側鏈的受體材料，其特征在于，其結構式為y-c1或y-c2中的一種，如下式所示：
2.一種含環己基側鏈的受體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟1具體操作為：在0℃下，向化合物反式對戊基環己基甲酸的二氯甲烷溶液中加入草酰氯，在室溫下攪拌5h，去除溶劑和剩余的草酰氯后，得到無色酰氯化物；隨后在鹵代噻吩和制備的酰氯化物的攪拌溶液中，分批加入無水alcl3，得到的溶液在室溫下攪拌4h,然后慢慢加入冷水淬滅反應，用二氯甲烷提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后，得到橙色油狀液體，該油狀液體和k2co3在dmf溶劑中混合,在氮氣氛圍中，60℃下滴加巰基乙酸乙酯，攪拌過夜，然后倒入水中，用二氯甲烷提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后加入naoh,在乙醇溶劑回流過夜，冷卻至室溫后，用濃鹽酸酸化液體，過濾收集黃色固體，用水洗滌過量鹽酸，之后用石油醚洗滌后，得到淡粉色固體后和銅粉混合物在喹啉溶劑中沙浴260℃加熱，攪拌回流3h后，待混合物冷卻至室溫，將正己烷添加到混合物中，然后用鹽酸清洗混合物，之后用石油醚萃取提取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑，經硅膠層析柱純化得到無色油狀液體化合物a；上述操作中所述反式對戊基環己基甲酸和所述草酰氯的摩爾比為(1～1.2):3，優選為1:3；所述3-溴噻吩和所述酰氯化物的摩爾比為1:1；所述3-溴噻吩和無水alcl3的摩爾比為1：1；所述3-溴噻吩與k2co3的摩爾比為1:2；所述3-溴噻吩與巰基乙酸乙酯的摩爾比為1:1；所述3-溴噻吩與naoh的摩爾比為1:2。
4.根據權利要求2所述的含環己基側鏈的受體材料及其制備方法和應用，其特征在于，所述步驟2具體為：氮氣氛圍下，無水四氫呋喃作為溶劑，化合物a作為原料，在-78℃下滴加2.4m正丁基鋰，-78℃下攪拌1h后，加入三丁基氯化錫，隨后逐漸升至室溫，攪拌過夜，反應結束后，加入去離子水淬滅，石油醚萃取有機相，無水na2so4干燥，減壓除去溶劑后，加入無水甲苯溶液，隨后加入4,7-二溴-5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑和催化劑pd(pph3)cl2，攪拌回流12h，反應結束后，待冷卻至室溫，減壓除去溶劑，硅膠層析柱純化得到...
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