并五苯 (英語:Pentacene )是一种五个苯环由直线状稠合组成的一种多环芳香烃 ,化学式C22 H14 。并五苯对光和氧气敏感,市售并五苯常因氧化而表面带绿色。并五苯是一种有机半导体 。
并五苯粉末
最初的使用合成路线在1961年提出,由邻苯二甲醛 与1,4-环己二酮 通过羟醛缩合 得并五苯醌,再由铝汞齐还原得并五苯。[ 1]
并五苯的合成
另一种合成法首先得到一个羰基桥环的前体化合物,再于150℃[ 2] ,或经光照[ 3] 失1分子CO,得并五苯。该前体化合物溶于氯仿 ,而并五苯不溶于一般有机溶剂,因此该法适用于以旋转涂覆 制得并五苯薄膜。并五苯溶于热的氯代苯,可用1,2,4-三氯苯 作溶剂重结晶。
并五苯的合成
6,13-取代并五苯通过芳基或炔基亲核试剂(如格氏试剂与有机锂试剂)与并五苯醌的反应,随后经芳构化的还原反应得到。[ 4] [ 5] [ 6] 由二炔与环戊二烯基锆反应生成金属有机化合物中间体,再与丁炔二酸二甲酯反应,得到的酯又可通过碳链增长生成二炔,经此同系化 步骤可得多取代并五苯。[ 7] [ 8] [ 9] [ 10] [ 11] 通过引入不同官能团,达到控制化合物颜色,电化学性质和晶体中分子排列的目的。[ 12] [ 13] 通过取代基的选择(包括大小和位置)能控制衍生物采用一维抑或二维共面的堆积,这与并五苯晶体中人字形排列的分子相异。
虽然并五苯的结构类似于其他芳香族化合物如蒽 ,但其对其芳香性的解释还不完善。因此,并五苯及其衍生物是许多研究的主题。
6-亚甲基-6,13-二氢并五苯与6-甲基并五苯间存在以下平衡:
6-甲基并五苯的互变异构
常温下此平衡极大偏向于亚甲基方向。在溶液中加热至°C时,有少量亚甲基异构体转化为甲基异构体,此时溶液显红紫色。 根据一项研究,[ 14] 此反应的机理不是分子内H [1,5]σ迁移 ,而是双分子自由基的氢迁移。相比之下,结构类似异甲苯(亚甲基环己二烯)则相当不稳定。
并五苯与硫 在1,2,4 - 三氯苯中反应得六硫并五苯 .[ 15] X射线晶体衍射 实验结果显示所有的碳硫键键长相似(170 pm),从共振论 的角度解释,电荷分离的两种共振式B、C的贡献比结构A更大。
六硫并五苯
晶相中相邻分子的硫原子间距(337 pm)小于分子的范德华半径 (180 pm)的两倍,这是由于相邻分子间存在π重叠 的缘故。作为有机半导体 ,此性质与四硫富瓦烯 相似。
并五苯骨架平面看上去是刚性的,但事实上,大取代基可以使其变得相当扭曲:[ 16]
扭曲的骨架
由于六个苯基的存在,骨架两端扭曲达144°,此化合物具有光学活性,可拆分为一对旋光异构体,旋光度 高达7400°,其外消旋化半衰期为9小时。
并五苯是一种潜在的二色性 染料。[ 17] [ 18]
荧光并五苯醌的合成
并五苯与富勒烯 结合,用于有机光伏电池的研究。[ 17] [ 18]
并五苯是有机薄膜晶体管(OTFT)和有机场效应晶体管(OFET)研究的主流半导体材料,是研究最全面深入的共轭有机分子(conjugated organic molecules)。由于其作为有机场效应晶体管的空穴迁移率最高可达5.5 cm2 /(V·s),超过了非晶硅,具有很大的应用前景。[ 19] [ 20] [ 21]
并五苯以及其他有机半导体在空气中会迅速氧化,故其作为有机半导体的商业价值不高。但其经氧化处理得到的并五苯醌具有栅极绝缘膜方面的应用价值[ 20]
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