專利名稱：蒽并[2,3-b:7,6-b’]二噻吩衍生物及其作為有機(jī)半導(dǎo)體的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型蒽并[2，3-b:7，6-b’] 二噻吩衍生物、其制備方法、其在有機(jī)電子 (OE)器件中作為半導(dǎo)體的用途，并涉及包含這些衍生物的OE器件。技術(shù)背景
線性稠合的并苯例如并五苯衍生物是一類有前途的分子半導(dǎo)體材料(J. E. Anthony, Angew. Chem.1nt. Ed. , 2008, 47，452 ; J. E. Anthony, Chem. Rev. , 2006, 106, 5028)。當(dāng)通過真空沉積為薄膜時(shí)，并五苯顯示具有超過IcmiW1的孔遷移率并具有非常高的大于IO6的電流開/關(guān)比率(S.F.Nelson，Y.Y. Lin, D. J. Gundlach, T. N. Jackson, App1. Phys. Lett.，1998，72，1854)。然而，真空沉積是昂貴的加工技術(shù)，不適合制造大面積的膜。通過向并五苯核引入可溶性基團(tuán)，即三烷基甲硅烷基乙炔基，使得通過溶液加工的器件制造成為可能，并得到高達(dá)O. 4cm2V^s^的遷移率(C.D. Sheraw, T. N. Jackson, D. L. Eaton, J. E. Anthony, Adv. Mater. , 2003, 15, 2009)。其后，已有報(bào)道并五苯核單元的其它取代，以改進(jìn)它在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)器件中的半導(dǎo)體性能。
已經(jīng)證明蒽并[2，3-b:7, 6-b’ ]雙噻吩(其是并五苯的等電子結(jié)構(gòu))是在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中(Μ. M. Payne, S. R. Parkin, J. E. Anthony, C. -C. Kuo and T. N. Jackson, J. Am. Chem. Soc. , 2005, 127 (14), 4986; S. Subramanian, S. K. Park, S. R. Parkin, V. Podzorov, T. N. Jackson, J. E. Anthony, J. Am. Chem. Soc.，2008，130 (9)，2706)和在有機(jī)光伏電池中(Μ. T. Lloyd, A. C. Mayer, S. Subramanian, D. A. Mourey, D. J. Herman, A. V. Bapat, J. E. Anthony, and G. G. Malliaras, J. Am. Chem. Soc. , 2007, 129 (29), 9144)具有改進(jìn)的性能的另一類分子半導(dǎo)體。甲硅烷基乙炔化的蒽并[2，3-b: 7，6-b’] 二噻吩及其在OFET和OPV器件中的用途也公開于W02008/107089A1和US7, 385，221B1中。
為了進(jìn)一步提高并苯的載流子遷移率，已經(jīng)嘗試通過稠合另外的芳族環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)線性增長(zhǎng)。然而，已經(jīng)證明該方法賦予不穩(wěn)定性并降低材料的溶解性(Μ. M. Payne, S. R. Parkin and J. E. Anthony, J. Am. Chem. Soc. , 2005, 127 (22), 8028. B. Purushothaman, S. R. Parkin and J. E. Anthony, Org. Lett. , 2010, 12 (9), 2060)。
然而，迄今已經(jīng)研究的現(xiàn)有技術(shù)的OSC材料以及包含它們的器件，的確仍然具有一些缺點(diǎn)，并且它們的性質(zhì)尤其是溶解度、可加工性、電荷載流子遷移率、開/關(guān)比和穩(wěn)定性仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。
因此，仍然需要顯示良好的電子性質(zhì)、尤其是高載流子遷移率和良好的可加工性、 尤其是在有機(jī)溶劑中的高溶解度的OSC材料。另外，對(duì)于在OFET中的應(yīng)用，需要允許改進(jìn)的從源-漏電極向半導(dǎo)體層的電荷注入的OSC材料。此外，對(duì)于應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)背板(backplan e) 用于選擇顯示技術(shù)的OTFT中的0FET，需要顯示改進(jìn)的熱穩(wěn)固性以與在制造中使用的退火過程相兼容的OSC材料。
本發(fā)明的目的是提供用作有機(jī)半導(dǎo)體材料的化合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體材料不具有如上所述的現(xiàn)有技術(shù)材料的缺點(diǎn)并且尤其顯示良好的可加工性、在有機(jī)溶劑中的良好溶解性、高熔點(diǎn)和高電荷載流子遷移率。本發(fā)明的另一個(gè)目的是擴(kuò)展專業(yè)人員可獲得的有機(jī)半導(dǎo)體材料的可選擇范圍。本發(fā)明的其它目的對(duì)專業(yè)人員將由以下詳細(xì)說(shuō)明而立即變得明顯。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些目的可以通過提供本發(fā)明要求保護(hù)的化合物而實(shí)現(xiàn)。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用無(wú)空間位阻的雜芳基取代蒽并二噻吩(anthradithiophene)的末端位置將產(chǎn)生共平面的共軛結(jié)構(gòu)，如通過單晶X-射線結(jié)構(gòu)分析所證明的那樣。與現(xiàn)有技術(shù)建議的線性稠合技術(shù)相反，這類衍生物并不顯著影響材料的穩(wěn)定性和溶解性。然而，這類分子迄今在文獻(xiàn)中還沒有報(bào)道。
還發(fā)現(xiàn)包含新化合物作為半導(dǎo)體的OFET器件顯示良好的遷移率以及開/關(guān)比的值，并且可以使用溶液沉積制造方法和印刷技術(shù)容易地制備。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及式I的化合物
權(quán)利要求
1.式I的化合物
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，特征在于R1和R2表示-C= C-R3,其中R3是任選地取代的甲硅烷基或者甲鍺烷基，或者具有I至20個(gè)環(huán)原子的未取代的或者被一個(gè)或多個(gè)如在權(quán)利要求I中所定義的基團(tuán)L取代的芳基或者雜芳基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的化合物，特征在于R3選自式I1-AR，R，，R，，，II其中A是Si或者Ge,優(yōu)選Si,并且R’、R’ ’、R’ ’ ’是相同或不同的基團(tuán)，其選自H，具有I至20個(gè)C原子的直鏈、支化或者環(huán)狀的烷基或烷氧基，具有2至20個(gè)C原子的直鏈、支化或者環(huán)狀的烯基，具有2至20個(gè) C原子的直鏈、支化或者環(huán)狀的炔基，具有2至20個(gè)C原子的直鏈、支化或者環(huán)狀的烷基羰基，具有4至20個(gè)環(huán)原子的芳基或雜芳基，具有4至20個(gè)環(huán)原子的芳烷基或雜芳基烷基， 具有4至20個(gè)環(huán)原子的芳氧基或者雜芳氧基，或者具有4至20個(gè)環(huán)原子的芳基烷氧基或者雜芳基烷氧基，其中所有上述基團(tuán)任選地用一個(gè)或多個(gè)基團(tuán)L’取代，并且L’具有權(quán)利要求1中為L(zhǎng)給出的含義之一，其不同于甲硅烷基或者甲鍺烷基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物，特征在于Ar1和Ar2選自呋喃，噻吩， 硒吩，N-吡咯，嘧啶，噻唑，噻二唑，噁唑，噁二唑，硒唑，含有一個(gè)或多個(gè)上述的環(huán)并且任選地含有一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)的雙、三或四環(huán)基團(tuán)，其中各個(gè)環(huán)通過單鍵連接或相互稠合，噻吩并[3，2-b]噻吩，二噻吩并[3，2-b :2’，3’ -d]噻吩，硒吩并[3，2_b]硒吩-2，5- 二基， 硒吩并[2，3-b]硒吩-2，5- 二基，硒吩并[3，2-b]噻吩-2，5- 二基，硒吩并[2，3_b]噻吩-2，5- 二基，苯并[1，2-b:4, 5-b’ ] 二噻吩-2，6- 二基，2，2- 二噻吩，2，2- 二硒吩，二噻吩并[3，2-b: 2，，3，-d]噻咯-5，5-二基，4H-環(huán)戊[2，l-b:3，4_b’] 二噻吩-2，6-二基，苯并 [b]噻吩，苯并[b]硒吩，苯并噁唑，苯并噻唑，苯并硒唑，其中所有的上述基團(tuán)是未取代的或者用一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物，特征在于它們選自下式
6.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至5的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物和一種或多種有機(jī)溶劑的組合物。
7.有機(jī)半導(dǎo)體組合物，其包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至5的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物、 一種或多種在1，OOOHz具有3. 3或更低的介電常數(shù)ε的有機(jī)粘合劑或其前體以及任選地一種或多種溶劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物和組合物在光學(xué)、電光學(xué)、電子、電致發(fā)光或光致發(fā)光組件或器件中作為電荷傳輸、半導(dǎo)體、導(dǎo)電、光導(dǎo)或發(fā)光材料的用途。
9.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至7的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物或者組合物的電荷傳輸、半導(dǎo)體、導(dǎo)電、光導(dǎo)或者發(fā)光材料或者組件。
10.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至9的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物、組合物、材料或者組件的光學(xué)、電光、電子、電致發(fā)光或者光致發(fā)光組件或者器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的組件或者器件，特征在于它選自有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)、薄膜晶體管(TFT)、集成電路(1C)、邏輯電路、電容器、射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽、器件或元件、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)發(fā)光晶體管(OLET)、平板顯示器、顯示器背光照明、有機(jī)光伏器件 (OPV)、太陽(yáng)能電池、激光二極管、光導(dǎo)體、光檢測(cè)器、電子照相器件、電子照相記錄器件、生物記憶器件、感應(yīng)器件、電荷注入層、聚合物發(fā)光二極管(PLED)中的電荷傳輸層或夾層、有機(jī)等離子體激元發(fā)射二極管(OPED)、肖特基二極管、平坦化層、抗靜電膜、聚合物電解質(zhì)膜 (PEM)、導(dǎo)電基材、導(dǎo)電圖案、電池中的電極材料、配向?qū)?、生物傳感器、生物芯片、安全?biāo)記、 安全器件以及用于檢測(cè)和區(qū)別DNA序列的組件或器件。
12.制備根據(jù)權(quán)利要求1至5的一項(xiàng)或多項(xiàng)的化合物的方法，包含a)通過用烷基鋰、LDA或者其他鋰化試劑鋰化，然后與包括但不限于N-氯代琥珀酰亞胺、四氯化碳、N-溴代琥珀酰亞胺、四溴化碳、N-碘代琥珀酰亞胺、氯化碘或單質(zhì)碘的鹵化劑反應(yīng)，從而將2，3-噻吩二甲醛二縮醛鹵化，得到5-鹵代的2，3-噻吩二甲醛二縮醛；b)所述鹵代二縮醛在酸性條件下脫保護(hù)得到相應(yīng)的二醛，其然后與環(huán)狀1，4_二酮例如1，4-環(huán)己二酮、1，4- 二羥基萘或它的更高級(jí)類似物縮合，得到二鹵代的并苯二噻吩的c)用甲硅烷基乙炔基鋰處理二鹵代的并苯二噻吩的醌，接著例如用稀釋的HCl來(lái)水解，得到二鹵代二醇中間體；d)在鎳或鈀配合物作為催化劑的存在下，通過與相應(yīng)的雜芳基硼酸、硼酸酯、錫烷、鹵化鋅或鹵化鎂交叉偶聯(lián)將雜芳基引入到二鹵代二醇中間體中，得到雜芳基擴(kuò)展的二醇；e)在酸性條件下使用還原劑芳香化雜芳基擴(kuò)展的二醇，以提供末端取代的雜芳基并苯二噻吩；f)代替步驟b)_e)地，在鎳或鈀配合物作為催化劑存在下，將通過步驟a)得到的5-鹵代的2，3-噻吩二甲醛二縮醛在交叉偶聯(lián)反應(yīng)中與相應(yīng)的雜芳基硼酸、硼酸酯、錫烷、鹵化鋅或鹵化鎂反應(yīng)，將得到的產(chǎn)品脫保護(hù)并與如在步驟b)中描述的環(huán)狀1，4-二酮縮合，接著如在步驟c)中描述的那樣用甲硅烷基乙炔基鋰處理并水解，并且按照在步驟e)中描述地那樣芳香化得到的雜芳基擴(kuò)展的二醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型蒽并[2,3-b:7,6-b']二噻吩衍生物、它們的制備方法、它們?cè)谟袡C(jī)電子(OE)器件中作為半導(dǎo)體的用途，和涉及包含這些衍生物的OE器件。
文檔編號(hào)C07F7/08GK103068811SQ201180040131
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者王常勝, S·蒂爾尼, W·米切爾, N·布勞因, M·德拉瓦里 申請(qǐng)人:默克專利股份有限公司