三苯基咪唑衍生物的聚集诱导发光性质及其细胞成像应用

聚集诱导发光(AIE)材料在生物医学领域有很大优势,尤其为生物成像研究开启了新局面.通过2,4,5-三苯基咪唑衍生物与1,4-二溴丁烷/1-溴丁烷亲核取代反应,合成了2个丁烷桥联的双咪唑衍生物及2个1-位丁基取代的单咪唑衍生物. 4个产物都表现出优异的AIE性质,其中含有甲氧基助色团的衍生物具有更长的发射波长.机理研究表明限制扭曲的分子内电荷转移是这类结构具有AIE活性的原因,因此, 2-位强吸电子芳基是它们具有AIE活性的决定因素.此外,咪唑环1-位取代基的空间效应对AIE也非常重要,因为较大体积的1-位取代基使分子呈扭曲构象,从而限制聚集态π-π堆积作用.最后,研究了1-位丁基取代的单咪唑衍生物的细胞染色和成像性能,结果显示二者在蓝色、绿色及红色通道都表现出不错的荧光成像能力,但在不同颜色通道观察到的细胞被染色区域不完全相同.     

呋喃衍生物:一类新兴的有机半导体材料

π-共轭分子广泛用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机发光二极管等领域中.在π-共轭分子中引入呋喃环可以显著的改变分子的光学、电化学、电荷传输等性质.π-共轭呋喃衍生物由于具有载流子迁移率高、荧光量子效率高以及溶解性好等特点,引起了国内外广泛的研究兴趣.实验和理论研究都已证明呋喃衍生物是一类优良的半导体材料,可以用于制得高性能的场效应晶体管、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机发光二极管.作者在简单介绍呋喃衍生物特点的基础上,着重介绍了呋喃衍生物应用于制备有机场效应晶体管、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机发光二极管等领域中的研究进展.     

自组装单分子膜功能器件

分子尺度电子学是利用单个分子或分子单层组装体作为活性单元来实现电子学功能的一门前沿科学领域.基于自组装单分子膜(SAMs)的分子器件在分子电子学的实用化道路上具有很大的发展潜力与应用前景.目前,SAMs功能器件的研究仍处于起步阶段,其性能还有很大提升空间.本文首先评述了SAMs器件的构筑方法,针对直接蒸镀金属顶电极会对SAMs造成破坏的问题,介绍了3类软接触电极,包括液态金属、导电高分子和石墨烯顶电极;然后以固态光开关器件为例介绍了近年来功能器件上的一些新进展,分子优化设计对于提升器件响应活性具有重要意义;同时总结了共轭聚合物SAMs器件的制备方法和性能,通过合理的结构设计,共轭聚合物能进行电荷的长程输运,并有望提供比小分子更优异的光电功能;最后讨论和展望了未来的发展方向.     

分子导线的研究进展

随着电子设备和器件的尺寸越来越小,基于分子的器件研究引起了人们的广泛关注。其中分子导线具有小尺寸、多样性、性能可调等优点,因而被赋予了许多潜在的应用前景。本文总结了分子导线的概念和分类,重点介绍了两端为金属配合物和含Ru-Ru金属键单元的共轭炔基分子导线,并对四硫富瓦烯类分子的独特性质和它在分子导线中的应用进行了简单小结。     

可溶液加工p-n多臂结构共轭分子的设计合成与应用

设计合成了两种以p型苯基咔唑为核,n型苯并噻二唑衍生物为臂的p-n多臂结构共轭分子S1和S2.通过1H NMR,13C NMR,GC-MS/MALDI-TOF等表征了其化学结构,研究了其光物理性质、热力学性质、电化学性质及其电子结构等,并作为活性材料应用于制备有机太阳能电池器件.实验结果表明所得的p-n多臂结构共轭分子表现出良好的溶液加工性、较宽的光谱吸收、较窄的能隙和较高的开路电压等特性.     

瓜环的研究进展

综述了瓜环及其衍生物的分子设计与合成,以及其在分子器件、分子识别、分子催化、药物的吸附和缓释等方面的最新应用.同时,也展现了本课题组在瓜环化学方面所做的相关研究.     

基于环蕃类分子的铁氰化钾电化学存储和释放

通过利用合成的环蕃类化合物1与单壁碳纳米管(SWNTs)间的π-π共轭相互作用,将化合物1固定在SWNTs的表面,制备了1-SWNT修饰电极.利用化合物1氧化态和还原态与铁氰化钾分子之间不同强度的主客体相互作用,实现了铁氰化钾分子在1-SWNT修饰电极表面的电化学可控吸附和解吸.循环伏安和XPS实验结果表明,在本研究采用的实验条件下,铁氰化钾分子在电极表面20s内即可达到吸附平衡;当电极在0.70V下极化1000s后,大多数吸附的铁氰化钾可从电极表面解吸.基于此,制备了铁氰化钾的可控存储和释放的电化学器件,该器件不但可以重复进行铁氰化钾分子的存储和释放,而且多次重复操作表现出较好的稳定性和重现性.本研究在发展具有特殊用途的电化学纳米器件,例如分子搬运器、电化学开关等研究中具有重要意义.     

呋喃稠环类共轭有机分子和聚合物研究进展

目前,噻吩稠环衍生物及相关共轭聚合物作为有机半导体材料已经得到了较多的研究和应用.呋喃作为一种与噻吩杂原子同主族的五元环体系,与噻吩具有类似的化学结构和电子性质,但其具有芳香性更小、载流子迁移率高、荧光量子效率高和溶解性好的特点,得到了越来越多的研究和关注.本综述介绍了呋喃稠环共轭有机分子与呋喃稠环共轭聚合物的合成方法、性质及应用.     

香豆素-咪唑类荧光染料的设计与研究

合成了不同给电子取代基(羟基、丁氧基、二乙基氨基等)的菲并[9,10-d]咪唑(CA1~CA6)或4,5-二苯基咪唑(CB1~CB6)修饰的香豆素衍生物,初步考察了它们的溶液发光和固体发光现象.研究表明,当香豆素取代基为氨基时,化合物在二氯甲烷中的荧光较强,而羟基取代、丁氧基取代或者无取代的衍生物在二氯甲烷中的荧光都很弱,而菲并[9,10-d]咪唑修饰的衍生物CA1~CA5的溶液荧光要比4,5-二苯基取代咪唑修饰的衍生物CB1~CB5的溶液强.另外,染料分子的分子内氢键强度及咪唑基-香豆素环间二面角大小都会对染料分子的发光性能产生影响.     

Bay区取代苝二酰亚胺分子构型及聚集调控:邻位甲基位阻效应

设计并合成了2种苝二酰亚胺分子PBI1和PBI2,研究了bay区的苯氧基团邻位甲基取代对分子构型及分子聚集的影响.通过对单晶结构的分析,发现邻位甲基的引入明显影响苝二酰亚胺分子构型,使得4个苯氧基呈中心对称分布.由于甲基的空间位阻效应,有效地减弱了分子间π-π相互作用,从而提高了分子的溶解性与溶液加工成膜性.研究结果表明,在π共轭分子结构中的关键位置引入小的甲基取代基能够显著调控分子的聚集行为,有效减少光电材料分子中非光电活性(增溶性基团)的含量,对光电材料分子的设计合成具有重要的指导意义.     

蒽环与苯环间的光化学Ⅳ.烷氧基取代基与光化学反应

蒽的光化学反应在很多领域有广泛的应用,如超分子体系的标记剂,敏化剂,分子荧光传感器等,使蒽的光化学-直成为最重要的光化学反应之一[1-3].我们在近年发现3,5-二烷氧基苯基蒽衍生物可以发生蒽环与苯环间的光致可逆环加成反应,反应是定量进行的,这种光致可逆反应性能可以用作分子光开关器件,在材料科学中有着重要的应用前景[4];进一步的研究结果表明,苯环上的取代基对蒽环与苯环间的光致环加成反应有重要的影响.2,5-烷氧基双取代蒽环衍生物、3,5-二烷氧基双取代、3,4,5-三烷氧基取代时,都可以发生蒽环与苯环间的光致环加成反应;但是,苯环上4-单取代、2,3-双取代时,不能发生蒽环与苯环间的光致环加成反应,只能发生蒽环与蒽环间的光致环加成反应;苯环上3-烷氧基单取代时,可发生两种光致环加成反应.蒽环与苯环间的光致环加成反应产物(烯醇醚)在微量酸催化下发生裂解,产生单降解产物(单环酮)和双降解产物(双环酮),蒽环与蒽环间的光致环加成反应产物不能被酸催化下发生裂解,因而得不到单酮和双酮产物.     

水溶性柱[6]芳烃与1,1'-双取代二茂铁衍生物的主-客体作用研究

基于单取代二茂铁与柱芳烃主体大环分子构筑的超分子功能体系在诸多领域中已经取得了较好的进展.对1,1'-双取代二茂铁衍生物与水溶性柱[6]芳烃的主-客体作用进行了初步的探索与研究,为以后开展基于双取代二茂铁衍生物与水溶性柱[6]芳烃的轮烷、准轮烷体系以及其他相关超分子功能体系奠定基础.     

三苯胺取代蒽衍生物的结构和光学性质

采用DFT/B3LYP,HF,CIS及TD-DFT方法在6-31G(d)水平上研究了4种三苯胺取代蒽衍生物的结构和光学性质.计算结果表明:苯基、萘基、蒽基和芘基在蒽环9位进行修饰对分子的电子结构和光学性质影响微小.激发态结构弛豫主要发生在蒽环的键长;HOMO能级值较高,-5.0～-5.2eV,分子易产生空穴;蒽环9位取代基共轭面增加时,吸收光谱和发射光谱发生轻微红移,且发射光谱位于蓝光区域,约440nm.这4种衍生物均具有潜能作为性能优良的空穴型材料或蓝色发光材料应用于有机发光二极管中.     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

系列新推拉型多环共轭分子二阶非线性光学性质的理论研究

在AM1和ZINDO方法基础上,按完全态求和(SOS)公式编制了计算分子二阶非线性光学系数β_ijk和β_μ的程序,研究了一系列新推拉型多环共轭分子的结构、光谱和二阶非线性光学系数β(-2ω,ω,ω)和β(0,0,0).考察了分子共轭链长、分子骨架和给电子取代基对β_μ的影响,并设计了具有最大β_μ的新型非线性光学材料分子.     

菁染料分子中取代基效应的交替现象

本文利用同系线性规律对菁染料的取代基效应进行了研究.提出菁染料的取代基效应与通常的取代基效应不同,在菁染料分子中取代基效应存在较大的交替现象;根据取代基团的内部结构及其所在位置的关系,推导出一套经验公式,并对菁染料的电子吸收光谱进行了定量计算.本文定量地预测了由苯并硫氮茂环、萘并琉氮茂环和苯并硒氮茂环等组成的菁染料及其衍生物(共一百多个化合物)的电子吸收光谱峰值,与实验值相比,峰值偏离在±5nm内的约占70%左右,在±5-±10nm的约占25%,大于±10nm的约占5%.     

氮杂联苯乙烯系列衍生物的二阶非线性光学性质的理论研究

新型高非线性光学活性生色团分子的设计与探索已成为近来工作的焦点 [1] .化学家们 [2～ 9]研究了大量具有π电子结构和有分子内电子转移的有机化合物如推拉苯乙烯、 Schiff碱、偶氮苯、取代吡啶、噻吩乙烯等体系的二阶非线性光学特性 ,发现这些推拉共轭体系的共轭链长增加均导致二阶非线性极化率 β增大 ,紫外光谱红移 ,透明性降低 .本文研究推拉氮杂苯乙烯及二苯乙烯系列衍生物的二阶非线性光学性质 .结果表明 ,对于苯乙烯和二苯乙烯衍生物 ,引入嘧啶环既提高了二阶非线性光学系数 ,又不影响材料的透明性 ,是很有前途的二阶非线性光学候…     

靛蓝及其取代物的密度泛函理论研究

运用量子化学中密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP／6-31G^ 水平上对靛蓝及其芳环4,4′-,5,5′-,6,6′-,7,7′-取代衍生物进行理论计算．探讨了F,Cl,Br,NO2,CH3O,CH3在不同位置的取代对分子的几何构型、电子结构和电子光谱的影响,获得与实验结果相一致的结论．还用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平计算其电子光谱．结果表明靛蓝及其芳环取代衍生物的最低激发单重态(S1)均源自HOMO-LUMO(π-π^*)跃迁．     

具有不同取代链长的卟啉衍生物LB膜的结构研究

本文研究了三种羧酸取代的四苯基卟啉衍生物在空气/Cd^2^+水溶液界面上所形成的单层膜及LB膜。这三种卟啉衍生物中, 一种没有脂链, 另外两种具有不同长度的脂链。由π-A等温线得到的平均表观分子面积相差很大。紫外-可见光谱表明, LB膜中卟啉的Soret吸收带相对于溶液的吸收均红移, 但红移程度不同。LB膜的偏振紫外-可见光谱表明, LB膜中三种卟啉衍生物的卟啉环具有基本一致的取向。运用亚相降低法得到了三种卟啉衍生物单层LB膜, 其紫外-可见光谱与用垂直提拉法得到的LB膜的紫外-可见光谱具有一致的特征。这些结果表明: 卟啉衍生物有无取代链及取代链长的不同对平均表观分子面积的大小和膜中环间的距离有影响, 但对环的取向没有影响。环的取向由环本身及环上的亲水取代基来确定。气/液界面上三种卟啉衍生物的单层膜中环也具有一致的取向, 且与LB膜中环的取向相差不大。提拉不会对膜中环的取向及膜的结构造成大的改变。     

蒽醌及其羟基衍生物的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G*水平上, 对蒽醌及其羟基取代衍生物进行理论计算. 几何全优化的结果表明, 标题化合物均取平面构型, 分子内氢键对几何构型和电子结构影响很大. 基于简谐振动分析求得IR谱频率和强度, 并作了对称性分类和指认, 计算值与实验值良好相符. 运用含时密度泛函理论方法在相同水平上计算了标题物的电子吸收光谱, 发现蒽醌芳环取代衍生物的最低激发单重态均源自HOMO-LUMO(π→π*)跃迁. 基于振动分析, 由统计热力学求得了标题物的热力学性质.