一种三重对称三氮杂纳米石墨烯分子及其制备方法技术领域
本发明属于有机光电功能材料合成技术领域，具体涉及一种三重对称三氮杂纳米
石墨烯分子及其制备方法。
背景技术
纳米石墨烯(Nanographenes，简称NGs)是石墨烯、碳纳米管和富勒烯等纳米碳材
料结构的一部分，具有特殊的网格结构和重要的物理化学性质。在新型分子电子器件，包括
下一代分子计算机、有机太阳能电池、柔性显示器件、有机发光二极管、有机纳米导线等领
域，纳米石墨烯具有巨大的应用潜力。同时，由于纳米石墨烯分子具有确定的边缘结构，也
是研究石墨烯结构、性质与性能的样板，对理解石墨烯结构和性质具有重要的理论价值。新
颖的纳米石墨烯分子的设计合成是有关光电子器件研究与应用的基础，也是当前国际上最
活跃的研究前沿之一。向多环芳烃分子骨架中引入杂原子及扩大其π共轭体系是调节多环
芳烃物理化学性质和光电性能的重要途径之一。杂原子的引入可以在不改变多环芳烃几何
结构的情况下影响其电子特性，从而改变其物理化学性质及超分子行为((1)
J.Am.Chem.Soc.2014,136,5057；(2)Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,8209；(3)中国发明专利
申请：CN 103242344 A)。因此，设计和合成结构新颖、性能更好的氮杂纳米石墨烯分子引起
了科学界及产业界极大的兴趣。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一类具有良好的热稳定性和化学稳定性的
三重对称三氮杂纳米石墨烯分子，并未该类化合物提供一种操作简单、条件温和的制备方
法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是该三重对称三氮杂纳米石墨烯分子的结
构式如下所示：
式中R代表H、甲氧基、甲基中的任意一种。
上述三重对称三氮杂纳米石墨烯分子合成路线和具体制备方法如下所示：
1、在氩气保护下，将式Ⅰ所示的5-取代吲哚与氢化钠溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，
在0℃反应20～30分钟，然后加入式Ⅱ所示的1,3,5-三(2-氟苯)基苯，0℃继续反应20～30
分钟，然后升温至40～50℃反应48～72小时，分离纯化产物，得到式Ⅲ所示的1,3,5-三(5-
取代吲哚)基苯。
2、将式Ⅲ所示的1,3,5-三(5-取代吲哚)基苯溶于二氯甲烷中，在氩气保护下滴加
无水三氯化铁的硝基甲烷溶液，滴加完后室温搅拌反应2～12小时，用甲醇猝灭反应，分离
纯化产物，得到三重对称三氮杂纳米石墨烯分子。
上述步骤1中，所述1,3,5-三(2-氟苯)基苯与5-取代吲哚、氢化钠的摩尔比优选为
1:(3.5～5):(4～6)。
上述步骤2中，所述1,3,5-三(5-取代吲哚)基苯与无水三氯化铁的摩尔比优选为
1:12～36。
本发明将1,3,5-三(2-氟苯基)苯和5-取代吲哚在碱性条件下发生三重的氮芳基
化反应，所得三重氮芳基化产物在Scholl反应条件下即可得到三重对称三氮杂纳米石墨烯
分子。本发明制备方法简单，反应条件温和，所得三重对称三氮杂纳米石墨烯分子具有良好
的热稳定性和化学稳定性，在有机太阳能电池、柔性显示器件、有机发光二极管、有机纳米
导线等领域具有巨大的应用潜力。另外，本发明化合物具有规整的分子结构，可通过自身π-
π堆砌相互作用自组装构筑一维、二维和三维超分子结构，有望作为优良的自组装单元分子
应用到新型功能材料开发中。
附图说明
图1是实施例1制备的三重对称三氮杂纳米石墨烯分子的质谱图(MALDI-TOF离子
源)。
图2是图1的局部放大图。
图3是实施例1制备的三重对称三氮杂纳米石墨烯分子的热分解图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于
这些实施例。
实施例1
1、向250mL三口烧瓶中加入2.95g(20mmol)5-甲氧基吲哚、0.88g(24mmol)氢化钠，
冷却至0℃，并在氩气保护下向三口烧瓶中滴加40mL N,N-二甲基甲酰胺，滴加完后在0℃下
搅拌30分钟，然后再向三口烧瓶中滴加20mL溶解有2.0g(5.55mmol)1,3,5-三(2-氟苯)基苯
的二氯甲烷溶液，滴加完后，继续搅拌30分钟，然后升温至50℃反应72小时，反应完后加入
50mL饱和食盐水，用二氯甲烷萃取3～4次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥有机相，旋转蒸
发仪除去溶剂，用柱层析纯化(以二氯甲烷与石油醚的体积比为1:5的混合液为洗脱剂)，得
到白色固体1,3,5-三(5-甲氧基吲哚)基苯，其产率为78％。
2、向500mL烧瓶中加入371mg(0.5mmol)1,3,5-三(5-甲氧基吲哚)基苯和200mL干
燥的二氯甲烷，在氩气气氛下，以1～2秒/滴的速度向烧瓶中滴加20mL含1.94g(12mmol)无
水三氯化铁的硝基甲烷溶液，滴加完后室温反应2小时，加入50mL甲醇，搅拌1小时，水洗3
次，干燥有机相，过滤，减压浓缩溶剂，氯仿为展开剂，硅胶柱层析法纯化产物，得到黄棕色
固体——三重对称三氮杂纳米石墨烯分子，其产率为42％。
所得产物的MALDI-TOF表征数据为：m/z C51H27N3O3[M]+理论值729.21，实测值
729.2(见图1和2)。由图3可见，该化合的熔点大于300℃，说明其具有良好的热稳定性。
实施例2
在实施例1的步骤1中，所用的5-甲氧基吲哚用等摩尔的吲哚替换，以氯仿为洗脱
剂，该步骤的其他步骤与实施例1相同，得到1,3,5-三吲哚基苯。本实施例的步骤2与实施例
1相同，得到土黄色固体——三重对称三氮杂纳米石墨烯分子，其产率为42％，熔点大于300
℃。所得产物的MALDI-TOF表征数据为：m/z C48H21N3[M]+理论值639.17，实测值639.1。
实施例3
在实施例1的步骤1中，所用的5-甲氧基吲哚用等摩尔的5-甲基吲哚替换，以氯仿
为洗脱剂，该步骤的其他步骤与实施例1相同，得到1,3,5-三(5-甲基吲哚)基苯。本实施例
的步骤与实施例1相同，得到土黄色固体——三重对称三氮杂纳米石墨烯分子，其产率为
37％，熔点大于300℃。所得产物的MALDI-TOF表征数据为：m/z C51H27N3[M]+理论值681.22，
实测值681.1。