硼氮杂稠环化合物的合成与电子学应用

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1、硼氮杂稠环化合物的合成与电子学应用王婕妤北京大学化学与分子工程学院有机半导体材料的开发为有机电子学的发展提供了材料基础。杂原子的引入进一步丰富了材料的种类和数量。作为CC单元的等电子体，BN单元对有机半导体材料的性能调节受到丫科学家们的关注。本文主要介绍丫有机共轭体系屮BN单键的构筑方法，以及这类硼氮杂稠环分子在有机电子学领域的应用。关键词：奋机半导体;硼氮杂稠环分了;光电了器件;王嫱妤，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背景介绍有机半异体材料具

4、有结构多样易调、质量轻、柔軔、可低温大面积成膜等特点，有望成为新一代电子元件的材料基础，在有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)和有机太阳能电池(OPV)等领域得到广泛的应用U1。设计和合成具有新颖结构的有机半导体材料对有机电子学器件性能的提升具有十分重要的意义，从源头上推动了有机电子学的发展。有机半导体材料大多是具有。共轭结构的小分子或者聚合物。通过调整分子结构以及分子间相互作用可以实现对材料电子结构及空间立体结构的调控。最常见的方法之一是在基于sp杂化的碳原子骨架上选择性引入杂原子，如0、S、N、B等，利用杂原子与n共轭

5、体系间的轨道相互作用以及杂原子价键数不同的结构特点，对整个分子的能级结构和电荷传输性质进行调节，从而获得所期望的电学性质m。BN单元是CC单元的等电子体，以BN单元取代有机半导体材料中的CC单元为有机材料的性能调节提供了广阔的空间。B的空轨道以及N的孤对电子可以参与整个J：共轭骨架的电子离域，同时BN偶极会对分子的it电子分布以及分子排列产生影响，可能促进分子更有序地堆积以提高其载流子传输性能。不同的CC成键形式对应不同的BN单元，考虑到有机II共轭体系屮CC双键广泛存在，本文重点关注BN单键与CC双键这对等电子体，主要介绍有机it共轭体系中

6、BN单键的构筑，及这类硼氮杂稠环化合物的电子学应用。2硼氮杂稠环化合物的合成硼氮榮芳香稠环化合物最早由Dewar等［3］于1958年合成(图1),他们利用芳香亲电取代反应合成了5,6-硼氮杂菲。该反应首先由2-氨基联苯与三氯化硼反应得到中间体2，分子2在三氯化铝的催化下发生芳香亲电取代反应得到氯代硼氮杂菲3。随后利用亲核试剂进攻硼原子，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还原得到分子4b,以及与格氏试剂反应得到分子4c-4e。在此基础上，Dewar等M使用类似的合成方法合成了一系列硼氮杂芳香稠环化合物。随后，Pe

7、repichka课题组以及Nakamura课题组也用类似的方法合成了一系列新的硼氮杂稠环化合物并表现出一些特殊的性质。2010年，Perepichka课题组M首次在噻吩环上实现芳香亲电取代反应，合成了一类硼氮杂稠环分子，基于这类分子对氟离子的荧光响应，有望发展出一类新的氟离子传感器。Nakamura课题组£虹在前期工作的棊础上进一步扩大分子的JI平面,在路易斯酸的催化下同时在三个芳环上发生芳香亲电取代反应，一步关上4个六元环，成功合成了更大的硼氮杂稠环分子。这类亲电反应还可以发生在非芳香环上。1959年，Dewar课题组m使用邻乙烯基苯胺与三

8、氯化硼反应，通过亲电环化反应制备了硼氮杂萘。2015年，Liu课题组M也利用同样的方法合成了硼氮杂蔥以及双硼氮杂蔥。这类棊于芳香亲电取代反应的方法是FI前合成硼氮杂