七种非对称苯并四噻吩同分异构体的制备及其OFETs性能研究

• 作 者: 张燕鸣
• 出 处: 河南大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 苯并四噻吩 同分异构体 非对称 有机场效应晶体管

苯并噻吩类衍生物是一类典型的具有较好场效应性能的有机半导体材料。通常这类材料分子在其晶体中的堆积方式有利于载流子的传输,且噻吩结构单元中的硫原子会在相邻分子间产生多种作用力,有利于分子间轨道的重叠,因此受到人们的广泛关注。根据高性能的并五苯和高稳定性的并五噻吩之间的分子结构的不同,研究者设计合成了多种结构的苯并噻吩类衍生物,但很少涉及到母核结构的变化,尤其是S原子位置异构对其OFETs性能影响的研究还缺乏系统性。本论文针对五元稠合苯并噻吩衍生物的母核结构,设计合成了S原子位置不同的七种非对称的苯并四噻吩同分异构体,并对其OFETs性能展开研究,从分子结构微观变化的角度来系统研究S原子位置不同对其分子间作用力及其OFETs性能的影响规律。主要研究内容如下:（1）母体苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩（BDT-1）的合成路线优化。以3,3′-二溴-2,2′-二噻吩为起始原料,通过引入TMS为助溶基团对合成路线进行优化,经DMF醛基化、McMurry偶联及NBS溴代等一系列的反应,以64%的总产率成功合成7-溴-2-三甲基硅基-苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩,为后期进行非对称苯并四噻吩化合物的制备提供基础。（2）利用苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩（BDT-1）不同活性位点与单噻吩进行碳碳偶联（α-β、α-α、β-β偶联）形成多种偶联产物,再经硫代试剂关环及脱TMS保护基得到四种非对称苯并四噻吩同分异构体（TM-1、TM-2、TM-3、TM-4）。TM-1、TM-2、TM-3、TM-4的总产率分别为:20%、24%、27%、19%。所有中间体及目标化合物都经过¹H NMR、¹³C NMR、HRMS、IR等手段进行了结构的鉴定,并得到了TM-3和TM-4的单晶。同时对目标化合物进行了OFETs器件的性能研究,其中TM-1、TM-4的迁移率达到10^-2数量级,TM-2和TM-3未表现出场效应性质。结合单晶结构、理论计算、和薄膜形貌分析,结果表明S原子位置变化对其吸收、薄膜的形貌及薄膜内的分子排列会产生巨大的影响,从而直接影响其OFETs性能。（3）对苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（BDT-2）进行不同活性位点与单噻吩进行碳碳偶联（α-α、α-β以及β-β碳碳偶联）,后经硫代试剂关环及脱保护基得到三种硫原子位置不同的非对称苯并四噻吩同分异构体（TM-5、TM-6、TM-7）,总产率分别为:19%、10%和32%。所有中间体及目标化合物都经过¹H NMR、¹³C NMR、HRMS、IR等手段进行了结构的鉴定,并得到了TM-7的单晶。对目标化合物TM-5进行了理论计算、吸收、薄膜形貌和OFETs器件的性能研究,其迁移率为3.17×10^-3 cm^-22 V^-1 s^-1。