吡咯并吡咯二酮（DPP）是一類重要的人工合成染料，具有色彩鮮艷、優(yōu)異的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢。近年來，作為電子受體單元，人們構筑了系列DPP基共軛分子和聚合物，并廣泛應用于有機場效應晶體管、有機光伏器件、有機熱電、單線態(tài)裂分、光動力治療等諸多領域的研究。大多數的DPP衍生物N-位為烷基側鏈，共軛單元如噻吩等通過單鍵與DPP相連接。作為新的共軛分子和大分子的構筑單元，N-芳基化和共軛拓展的DPP衍生物的合成鮮有報道，而且限于特殊的底物結構和需要多步反應。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學所有機固體院重點實驗室張德清研究員課題組近年來設計合成了系列基于DPP的共軛聚合物，并利用側鏈官能化策略，發(fā)展了系列高遷移率有機聚合物半導體（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 173; Sci. Adv., 2016, 2, e1600076; Chem. Mater. 2018, 30, 3090; Chem. Mater. 2019, 31, 1800; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18994; Acc. Chem. Res. 2018, 51, 1422）。最近，他們在N-芳基化和共軛拓展的DPP衍生物的合成方面取得了突破。以H-DPP與二芳基碘鎓鹽為底物，碘化亞銅為催化劑，以高達78%的產率合成了N-芳基DPP化合物，反應表現出良好的底物適應性。這些N-芳基DPP化合物在溶液和固體狀態(tài)下均表現出良好的發(fā)光性能，熒光量子產率分別高達96%和40%。進一步研究發(fā)現，將銅催化劑替換為醋酸鈀，通過連續(xù)的C-C偶聯(lián)和C-N偶聯(lián)反應，“一鍋法”以較高產率合成了共軛拓展的DPP分子。場效應器件研究表明，這些共軛拓展的DPP分子具有良好p-型半導體性能，單晶遷移率達到0.71 cm2 V-1 s-1，有望成為高性能有機半導體材料的構筑單元。相關研究成果發(fā)表在近期出版的德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 10700–10708）上，被選為Hot paper和Inside cover paper。美國麻省理工學院的Timothy M. Swager教授在Synfacts上以研究亮點形式對其進行了介紹。博士研究生姜文林和蘭州大學劉子桐教授為本論文共同第一作者，張德清研究員為通訊作者。
圖1 N-芳基和π-共軛拓展的DPP分子的合成方法與應用
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
