硼氮雜稠環(huán)化合物的合成與電子學(xué)應(yīng)用

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1、硼氮雜稠環(huán)化合物的合成與電子學(xué)應(yīng)用王婕妤北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院有機(jī)半導(dǎo)體材料的開發(fā)為有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展提供了材料基礎(chǔ)。雜原子的引入進(jìn)一步豐富了材料的種類和數(shù)量。作為CC單元的等電子體，BN單元對有機(jī)半導(dǎo)體材料的性能調(diào)節(jié)受到丫科學(xué)家們的關(guān)注。本文主要介紹丫有機(jī)共軛體系屮BN單鍵的構(gòu)筑方法，以及這類硼氮雜稠環(huán)分子在有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：奮機(jī)半導(dǎo)體;硼氮雜稠環(huán)分了;光電了器件;王嬙妤，Email:jieyuwang@pku.edu.cnBN-EmbeddedPolycyclicAromaticHydrocarbons:Synthesisa

2、ndElectronicApplicationWANGJie-YuCollegeofChemistryandMolecularEngineering,PekingUniversity;Abstract：Organicsemiconductorsarethebasisoforganicelectronicsandtheintroductionofheteroatomshasgreatlydiversifiedthesematerials.BNunitisisoelectrictoCCunit,whichhasattractedmuchatten

3、tionofchemistsduetoitseffectonthematerialproperties.ThisshortreviewsummarizestheprogressofthesynthesisandelectronicapplicationofBN-embeddedpolycyclicaromatichydrocarbons.Keyword：Organicsemiconductor;BN-embeddedpolycyclicaromatichydrocarbon;Optoelectronicdevice;1背景介紹有機(jī)半異體材料具

4、有結(jié)構(gòu)多樣易調(diào)、質(zhì)量輕、柔軔、可低溫大面積成膜等特點(diǎn)，有望成為新一代電子元件的材料基礎(chǔ)，在有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和有機(jī)太陽能電池(OPV)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用U1。設(shè)計(jì)和合成具有新穎結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體材料對有機(jī)電子學(xué)器件性能的提升具有十分重要的意義，從源頭上推動(dòng)了有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展。有機(jī)半導(dǎo)體材料大多是具有。共軛結(jié)構(gòu)的小分子或者聚合物。通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)以及分子間相互作用可以實(shí)現(xiàn)對材料電子結(jié)構(gòu)及空間立體結(jié)構(gòu)的調(diào)控。最常見的方法之一是在基于sp雜化的碳原子骨架上選擇性引入雜原子，如0、S、N、B等，利用雜原子與n共軛

5、體系間的軌道相互作用以及雜原子價(jià)鍵數(shù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對整個(gè)分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和電荷傳輸性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得所期望的電學(xué)性質(zhì)m。BN單元是CC單元的等電子體，以BN單元取代有機(jī)半導(dǎo)體材料中的CC單元為有機(jī)材料的性能調(diào)節(jié)提供了廣闊的空間。B的空軌道以及N的孤對電子可以參與整個(gè)J：共軛骨架的電子離域，同時(shí)BN偶極會(huì)對分子的it電子分布以及分子排列產(chǎn)生影響，可能促進(jìn)分子更有序地堆積以提高其載流子傳輸性能。不同的CC成鍵形式對應(yīng)不同的BN單元，考慮到有機(jī)II共軛體系屮CC雙鍵廣泛存在，本文重點(diǎn)關(guān)注BN單鍵與CC雙鍵這對等電子體，主要介紹有機(jī)it共軛體系中

6、BN單鍵的構(gòu)筑，及這類硼氮雜稠環(huán)化合物的電子學(xué)應(yīng)用。2硼氮雜稠環(huán)化合物的合成硼氮榮芳香稠環(huán)化合物最早由Dewar等［3］于1958年合成(圖1),他們利用芳香親電取代反應(yīng)合成了5,6-硼氮雜菲。該反應(yīng)首先由2-氨基聯(lián)苯與三氯化硼反應(yīng)得到中間體2，分子2在三氯化鋁的催化下發(fā)生芳香親電取代反應(yīng)得到氯代硼氮雜菲3。隨后利用親核試劑進(jìn)攻硼原子，可以合成一系列衍生物。比如可以水解得到分子4a，或者用LiA1H4還原得到分子4b,以及與格氏試劑反應(yīng)得到分子4c-4e。在此基礎(chǔ)上，Dewar等M使用類似的合成方法合成了一系列硼氮雜芳香稠環(huán)化合物。隨后，Pe

7、repichka課題組以及Nakamura課題組也用類似的方法合成了一系列新的硼氮雜稠環(huán)化合物并表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)。2010年，Perepichka課題組M首次在噻吩環(huán)上實(shí)現(xiàn)芳香親電取代反應(yīng)，合成了一類硼氮雜稠環(huán)分子，基于這類分子對氟離子的熒光響應(yīng)，有望發(fā)展出一類新的氟離子傳感器。Nakamura課題組￡虹在前期工作的棊礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大分子的JI平面,在路易斯酸的催化下同時(shí)在三個(gè)芳環(huán)上發(fā)生芳香親電取代反應(yīng)，一步關(guān)上4個(gè)六元環(huán)，成功合成了更大的硼氮雜稠環(huán)分子。這類親電反應(yīng)還可以發(fā)生在非芳香環(huán)上。1959年，Dewar課題組m使用鄰乙烯基苯胺與三

8、氯化硼反應(yīng)，通過親電環(huán)化反應(yīng)制備了硼氮雜萘。2015年，Liu課題組M也利用同樣的方法合成了硼氮雜蔥以及雙硼氮雜蔥。這類棊于芳香親電取代反應(yīng)的方法是FI前合成硼氮雜