环戊联噻吩的应用

2023/11/7 8:51:42

环戊联噻吩(4H-cyclopenta[1,2-b:5,4-b]bisthiophene)是一种分子式为C9H6S2、熔点为71.0-75.0°C,沸点为307.8±22.0°C的米白色粉末。在不同的合成和结晶条件下,其也以绿色或浅黄色粉末形式存在。在溶解度方面,环戊联噻吩易溶于甲苯,不溶于水[1]。环戊联噻吩在工业上是一种重要的有机合成中间体。它常被用来合成多种D-A型共轭聚合物。因此,其在太阳能电池及热电性方面具有不可替代的作用[2]

环戊联噻吩

图一.环戊联噻吩

应用

合成D-A型共轭聚合物

太阳能电池的功率转换效率是目前急需攻克的能源问题之一。而以环戊联噻吩为单元的共轭聚合物,使太阳能电池的功率转换效率有1%提高到了9%。由交替的供体-受体单元组成是这类共轭聚合物的特点,目前已经得到了广泛的发展[3]

以环戊联噻吩为单元的聚合物具有大量的窄带隙。CPDT单元可以考虑为2,2-二噻吩连着一个桥接碳。由于它的平面性,环戊联噻吩基聚合物被发现具有低氧化电位,因此,这些窄带隙具有良好的导电性[4]。CPDT的4-碳可以很容易被烷基侧链功能化,以增加所得聚合物的溶解性。最近发现CPDT的4-碳原子被杂原子取代(如Si或Ge),可以提高光伏效率[5]。由此后续开发出各种基于环戊联噻吩的新型太阳能电池材料。其不仅在电池功率转换效率方面有了显著提高,而且在很大程度上改善了D-A型共轭聚合物的溶解性[6]

合成

在环戊联噻吩的合成中,关键化合物是4H-环戊基-[2,1-b:3,4-b′]二噻吩-4-酮(3)。制备酮3的第一步是由3-溴噻吩通过与正丁基锂的锂化反应,以89%的产率一锅合成双(2-碘-3-噻吩基)甲醇。然后与甲酸乙酯反应,进一步脱锂,最后与二碘乙烷反应。通过PCC铅对双(2-碘-3-噻吩基)甲醇的氧化合成了双(2-碘-3-噻吩基)酮(2),收率为94%。

在碱性条件下和热乙二醇中,通过水合肼将酮3还原为环戊联噻吩(Kizhner反应),产率为90%[7,8]

References

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[7] Y. Ie , M. Nitani , M. Ishikawa , K.-I. Nakayama , H. Tada , T. Kaneda , Y. Aso , Org. Lett. 2007 , 9 , 2115 .

[8] P. Buerle , F. Würthner , G. Gtz , F. Effenberger , Synthesis 1993 , 1099

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