萘二酰亚胺的甲锡烷基衍生物以及相关组合物和方法
【专利摘要】萘二酰亚胺(NDI)化合物可以用锡试剂进行官能化，以提供一种有用的、多用途的合成工具。一个实施例提供，例如，一种组合物，该组合物包括至少一种NDI化合物，该NDI化合物包括至少一个被键合到该NDI化合物的萘部分上的甲锡烷基取代基。应用包括有机电子装置，包括OLED、OPV、OFET和传感装置。
【专利说明】萘二酰亚胺的甲锡烷基衍生物以及相关组合物和方法
【背景技术】
[0001]有机电子设备是一个重要商业发展领域，包括，例如，先进的晶体管、显示器、照明装置、光电装置、和传感装置。有机化合物和材料的广泛多样性提供了用于有机电子设备的优点。但在可用于有机电子设备的多方面的化学和材料科学的一个实例中，萘嵌苯(rylenes)的四羧酸二酰亚胺衍生物，具体地萘和二萘嵌苯(对应地，NDI和TOI)表示在有机电子学领域中官能性材料的最广泛研究类别之一。热稳定性、化学稳定性和光化学稳定性以及它们的高电子亲合性和电荷载流子迁移率使得这些材料对于有机场效应晶体管(OFET)以及有机光伏电池(OPV)中的应用具有吸引力。又由于它们的氧化还原电势，以及这些相对应的基团阴离子的稳定性和特有的吸收光谱，它们还被广泛地用作光诱导电子转移的瞬时吸收研究中的受体。
[0002]通常，PDI以及NDI的N，N'-取代基对分离的分子的光学和电子特性仅仅具有极小的影响，尽管它们可用于控制溶解度、聚集作用以及固态情况下的分子间堆积。相比之下，这些种类(species)的核心取代(core substitution)典型地对氧化还原电势(使得,在某些情况下，电子亲合性能够在可实现空气稳定的OFET操作的范围内)和这些种类的光学光谱具有更加显著的影响。此外，核心取代可以用作一种构造更加复杂的结构的方式，例如共轭低聚物或聚合物和供体或受体官能化产物。[0003]通过萘_1，4:5,8-四羧酸二酐(NDA)与二溴异氰尿酸(DBI)在浓硫酸或发烟硫酸中的选择性溴化作用，接着通过与选择的伯胺在回流的乙酸中进行酰亚胺化反应，最有效地获得官能化NDI。还可以使用Br2使NDA在浓硫酸或发烟硫酸中进行溴化。该溴化的NDI然后可以用作一种用于进一步官能化作用的中间体，通过亲核取代以提供氨基、硫醇或烷氧基取代的衍生物，亦或通过钯-催化的偶联反应以产生氰基、苯基、炔基和噻吩基官能化的产物。然而，可以通过钯-催化的方法获得的共轭种类的范围通过适当候选偶联物的可获得性来确定。具体地，金属化试剂(如锡烷)对于贫电子(受体)结构单元是很难获得的。
[0004]此外，单溴化的NDI (对于各种NDI衍生的化合物是有用的)通常仅能够通过操作溴化试剂的等效物和/或操作反应条件而获得；然而，结果是难以分离非溴化的、单溴化的和二溴化混合物，这使得大规模生产不切实际。
[0005]因此，单-或二 -金属化的金属化NDI种类均将是用于新类型的共轭NDI衍生物(其中受体基团直接被共轭至该NDI核心上)的有价值的结构单元。
[0006]概述
[0007]在此描述的实施例包括组合物和化合物，连同其制造方法、使用方法、以及包含这些组合物和化合物的油墨和装置。
[0008]一个实施例提供一种萘二酰亚胺(NDI)化合物，该萘二酰亚胺(NDI)化合物包括至少一个被键合到该NDI化合物的萘核心上的甲锡烷基取代基。
[0009]另一个实施例提供由以下结构表示的化合物:
[0010]
【权利要求】
1.一种萘二酰亚胺(NDI)化合物，其包括至少一个键合到该NDI化合物的萘核心上的甲锡烷基取代基。
2.如权利要求1所述的化合物，该化合物由以下结构表示:
3.如权利要求2所述的化合物，其中R2、和R4独立地选自氢、氟和氰基；并且R3独立地选自氢，卤素，或独立地选自以下各项的C1-C30有机基团:氰基，正、支链、或环状烷基，全氟烷基，芳基，杂芳基，烷基-芳基，以及烷基-杂芳基基团，任选地由一个或多个氟、氰基、烷基、烷氧基基团取代，以及Sn (R5)3，其中R5是如先前所定义。
4.如权利要求1所述的化合物，其是由以下结构表示的单甲锡烷基NDI化合物:
5.如权利要求1所述的化合物，其是由以下结构表示的双甲锡烷基NDI化合物:
6.一种组合物，其包括至少一种如权利要求1至5中任一项定义的萘二酰亚胺(NDI)化合物。
7.一种方法，包括: 使至少一种第一萘二酰亚胺(NDI)前体化合物与至少一种锡试剂发生反应，以形成至少一种第一 NDI反应产物化合物，该第一 NDI反应产物化合物包括至少一个键合到该NDI化合物的萘核心上的甲锡烷基取代基。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该锡试剂是有机锡试剂。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中，该锡试剂包括六烷基二锡试剂、或六芳基二锡试剂中的一种或多种。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，该锡试剂不是卤化的锡试剂。
11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，在该反应步骤中只有一种NDI前体化合物与该至少一种锡试剂反应。
12.如权利要求7至11中任一项所述的方法，其中，该第一NDI反应产物化合物包括一个或两个甲锡烷基取代基。
13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其中，该第一NDI反应产物包括以下结构:
14.如权利要求7至13中任一项所述的方法，其中，该第一NDI反应产物包括具有以下结构的混合物
15.如权利要求7至14中任一项所述的方法，其中，该反应步骤在至少一种金属催化剂的存在下进行。
16.如权利要求7至15中任一项所述的方法，该方法进一步包括通过色谱法分离所述甲锡烷基NDI反应产物。
17.如权利要求7至16中任一项所述的方法，所述方法是用于制备权利要求1至5中任一项所述的化合物或权利要求6所述的组合物的方法，并且所述方法包括以下步骤:(a)提供或获得由以下结构表示的单体萘二酰亚胺前体化合物:
18.根据权利要求1至5中任一项所述的有机锡化合物或根据权利要求6所述的组合物或通过根据权利要求17所述的方法制备的化合物或组合物的用途，其中该用途是用于形成低聚物或聚合物。
19.根据权利要求18形成的低聚物或聚合物在OLED、OPV、OFET、或传感装置中作为半导体低聚物或聚合物 的用途。
【文档编号】C07F7/22GK103596966SQ201280029314
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】L.E.波兰德, S.马德 申请人:乔治亚州技术研究公司