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联苯醌型电子传输材料的合成与性能研究

作　者: 武永光
导　师: 王世荣
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 电子传输材料联苯醌合成光电性能
分类号: O621.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

联苯醌化合物是一类重要的电子传输材料,具有稳定的电子传输性能、优良的感光性、较低的暗衰电位以及好的耐久性和重复性,但目前品种中存在的溶解性差及与树脂的相溶性差等缺点限制了材料的实际应用,同时,产品合成工艺尚不成熟,收率较低,不能实现规模化生产。本论文研究开发了3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌和3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌两种联苯醌型电子传输材料的合成工艺,对3,3’,5,5’-四甲基联苯醌的合成工艺进行了放大研究,并对材料的光电性能进行了测试和比较。研究了加料方式、反应时间、反应温度、物料配比等对2,6-二甲基苯酚和2,6-二叔丁基苯酚氧化偶合反应制备3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌的影响,确定了适宜合成工艺条件为:两种原料在氯仿中的混合溶液滴加时间为2h,反应温度为50℃,反应时间为4h,高锰酸钾与两种反应物的摩尔比为8:1:1。产品HPLC纯度99.53%,收率48.99%。探索了3,3’,5,5’-四叔丁基联苯醌经脱叔丁基氯代反应制备2-氯-2’,6,6’-三叔丁基联苯酚,再经氧化合成3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌的工艺路线,系统研究了脱叔丁基氯代和氧化反应的影响因素。确定了脱叔丁基氯代反应的最佳工艺为:在氮气保护下通入HCl气体,溶剂四氯化碳用量为25mL/g原料,催化剂三氯化铝与反应物的摩尔比为0.77:1,反应时间为10h,反应温度为15～20℃。氧化反应最佳工艺条件为:溶剂氯仿用量为50 mL/g原料,氧化剂二氧化铅与反应物的摩尔比为20:1,反应温度为50℃,反应时间为3h。两步反应产品收率分别为62.47%和84.02%,产品HPLC纯度分别为90.80%和99.13%,经熔点、红外、质谱和核磁共振氢谱分析结构正确。对以2,6-二甲基苯酚为原料合成3,3’,5,5’-四甲基联苯醌的工艺进行了放大研究,在1L的反应瓶中,0.30mol原料、1.5mol高锰酸钾、0.45L氯仿作溶剂、反应温度55℃、反应时间8h的条件下,产品收率为90.78%,纯度99.42%,实现了每批32.68g的制备规模。对3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌、3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌、3,3’,5,5’-四甲基联苯醌和3,3’,5,5’-四叔丁基联苯醌等四种材料进行了光电性能研究和比较。结果表明,3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌和3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌与树脂有较好的相溶性,充电电位高,残余电位低,具有较好的光敏性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
前言  8-9
第一章文献综述  9-22
  1.1 电子传输材料的种类  9-14
    1.1.1 噁二唑类衍生物  9-10
    1.1.2 苝类衍生物  10
    1.1.3 萘系衍生物  10-11
    1.1.4 苯并杂环衍生物  11-12
    1.1.5 醌类化合物  12
    1.1.6 金属有机配合物  12-13
    1.1.7 其它化合物  13-14
  1.2 电子传输材料的分子特点和设计原则  14-16
  1.3 联苯醌类电子传输材料  16-21
    1.3.1 联苯醌类电子传输材料的研究进展  16-18
    1.3.2 联苯醌化合物的合成  18-21
  1.4 本文的研究内容  21-22
第二章实验部分  22-28
  2.1 主要试剂和仪器  22-23
  2.2 3,3’,5,5’-四甲基联苯醌的合成与提纯  23
  2.3 3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌的合成与提纯  23-25
    2.3.1 3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌的合成  23-24
    2.3.2 3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌的分离提纯方法  24-25
  2.4 3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌的合成与提纯  25-26
    2.4.1 3,3’,5,5’-四叔丁基联苯醌的合成  25
    2.4.2 2-氯-2’,6,6’-三叔丁基联苯酚的合成  25-26
    2.4.3 3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌的合成  26
  2.5 氧化还原电位的测定  26
  2.6 光导器件的制备及联苯醌类电子传输材料的光电性能测试  26-28
第三章结果与讨论  28-50
  3.1 3,3’,5,5’-四甲基联苯醌的合成工艺研究  28-33
    3.1.1 溶剂用量的影响  28-29
    3.1.2 反应时间的影响  29-30
    3.1.3 反应温度的影响  30
    3.1.4 搅拌速度的影响  30-31
    3.1.5 分离提纯方法研究  31
    3.1.6 结构鉴定  31-33
  3.2 3,5-二甲基-3’,5’-二叔丁基联苯醌的合成工艺研究  33-38
    3.2.1 原料加料方式的确定  33-35
    3.2.2 高锰酸钾加入方式对反应的影响  35-36
    3.2.3 溶剂用量对反应的影响  36-37
    3.2.4 分离提纯方法研究  37
    3.2.5 结构鉴定  37-38
  3.3 2-氯-2’,6,6’-三叔丁基联苯酚的合成工艺研究  38-43
    3.3.1 反应溶剂的确定  39-40
    3.3.2 反应温度和时间的影响  40-41
    3.3.3 催化剂的影响  41-42
    3.3.4 结构鉴定  42-43
  3.4 3-氯-3’,5,5’-三叔丁基联苯醌的合成工艺研究  43-46
    3.4.1 溶剂用量的影响  44
    3.4.2 催化剂用量的影响  44-45
    3.4.3 结构鉴定  45-46
  3.5 联苯醌化合物的电化学性质研究  46-48
  3.6 联苯醌化合物作为电子传输材料制备光导器件的光电性能  48-50
第四章结论  50-51
参考文献  51-54
发表论文和参加科研情况说明  54-55
致谢  55

联苯醌型电子传输材料的合成与性能研究

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