氟代呋喃噻吩齐聚物的合成与表征

有机光电材料在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的重要研究课题。单分散共轭齐聚物是研究分子结构与光电性能的理想模型。其中，噻吩呋喃齐聚物具有优异的性质，但是相关研究较少，且主要采用stille交叉偶联合成。在本项目深入发展的合成的单氟呋喃类化合物的新方法的基础上，运用偶联反应，金属催化以及成环反应等合成策略，设计合成多种不同结构的氟代呋喃噻吩齐聚物，包括直线型，支化型，环型等，通过改变共轭链的结构、长度、取代基种类以及氟原子的数量等，进而调控材料的光谱吸收范围、发光波长和效率等。利用循环伏安法来研究材料的能级，确定材料的 p型和 n型，研究材料的结构与性能的关系。

噻吩类齐聚物场效应晶体管器件的性能与非晶硅器件接近。将呋喃环引入到噻吩齐聚物中，能明显改善噻吩齐聚物的溶解性，并且引起更低的接触电阻，有利于光电器件性能的提高。呋喃噻吩齐聚物具有优异的性质，主要采用stille交叉偶联合成。有机氟化合物在各个应用领域都显示出独特的性能，目前合成氟代呋喃环的方法非常有限。由于氟原子较强的电负性，将氟原子引入芳香环使得邻位的C-H键易于接受亲核试剂的进攻，从而使简单的氟代化合物能够转变成较为复杂的结构。我们发展了合成单氟呋喃类化合物的方法。以2-噻吩乙炔为起始原料，在碱的作用下合成单氟呋喃环骨架。以单氟呋喃环骨架为出发点，通过不同的合成策略，设计合成了多种不同结构的氟代呋喃－噻吩齐聚物。探索了共轭链的结构、长度、取代基种类以及氟原子的数量等因素对于材料的光谱吸收范围、发光波长、热稳定性能、材料的p-n传输性能和自组装性质等的影响及规律。主要通过三大类齐聚物实现：(1)氟代呋喃－噻吩齐聚物M01- M03，其中M03具有最大紫外可见吸收波长，M02具有最大发射波长，带有长链状基团的化合物M04的热稳定性最佳，而且具有向列型液晶性能。此外，在直线型氟代呋喃－噻吩齐聚物的设计和合成基础上，合成更为复杂支化结构的噻吩-氟代呋喃-噻吩偶联二聚体。通过改变氟代呋喃－噻吩齐聚物共轭链的结构以及封端基团能够改变材料的光谱、热稳定性和自组装性质。这部分研究工作已经发表。(2)五氟苯和五氟溴苯是一类公认的代表性的含氟化合物。咔唑和吲哚是具有空穴传输性能、在紫外光范围有很强的吸收并且具有发可贵的蓝光等特性。以咔唑为侧基的聚合物具有很好的光学性能和空穴传输性能。我们发展了合成咔唑-呋喃-噻吩以及吲哚-呋喃-噻吩齐聚物的方法。以自制的五氟苯代吲哚和五氟苯代咔唑为起始原料，与硼试剂制备相应的硼酸酯。通过溴封端的噻吩-氟代呋喃-噻吩中间体与硼酸酯反应制备咔唑-呋喃噻吩以及吲哚-呋喃-噻吩齐聚物。这部分研究工作已经接到了稿件录用通知。（3）通过咔唑类其它齐聚物（P01，P02）的合成及性能研究，考察了氟的引入对于材料的光谱吸收范围和材料的p-n传输性能的影响，这部分工作正在整理投稿。我们严格按照项目的研究计划要点，认真执行，实现了项目的研究目标。