以偶氮和呋喃基团作为共轭桥的有机非线性光学生色团分子合成与性能研究

设计并合成了一种以偶氮基呋喃(EFNFC)为共轭桥结构的新型生色团分子,将这种分子分别与乙烯基呋喃(EFFC)和偶氮基苯(EFNC)的分子进行对比.通过对这三种生色团的光学性能和热性能对比研究,发现EFNFC生色团分子在DMSO中的最大吸收波长λmax=573 nm,透光性比EFFC更好,但稍弱于EFNC;EFNFC通过溶致变色法实际测试得到的μgβ1064nm值为4.479×10~(-49) esu,比EFFC有所提升,但略低于EFNC分子;三种分子的热稳定性均较好,5%热失重温度(Td)值均在250℃以上,其中EFNFC的Td值最高,达到270℃.     

含双呋喃共轭桥的有机非线性生色团的合成及性能

通过Wittig反应和Vilsmeier反应合成了一种以双呋喃为共轭桥, 2,2,3-三甲基-4-氰基-5-二氰基亚甲基-2,5-二氢呋喃(TCF)为受体, 并以二甲胺基为给体的有机非线性生色团分子MF₃C, 利用红外光谱、 ¹H NMR和元素分析对其结构进行了表征. 热重分析结果表明, 该分子的热分解温度达228℃; 利用溶致变色法对该生色团分子的二阶非线性品质参数μ_gβ进行了计算, 在1064 nm波长下MF₃C的μ_gβ值达到5.9×10^-44 esu. 可见, 该生色团兼具较好的热稳定性和较大的超极化率.     

两种含偶氮苯共轭桥新型生色团分子的合成及性能

通过重氮化偶合反应和羟醛缩合反应合成了以偶氮苯为共轭桥、以2,2,3-三甲基-4-氰基-5-二氰基亚甲基-2,5-二氢呋喃为电子受体, 而给体分别为二甲氨基和二乙氨基的两种有机非线性光学生色团分子MFNC和EFNC. 利用IR、1H NMR和元素分析对分子的结构进行了表征. TGA和DSC测试发现, MFNC的热稳定性略好于EFNC, 其热分解温度最高达266 ℃. 通过测定两种材料在氯仿、丙酮和DMSO中的紫外-可见光谱, 用溶致变色法计算得到两种材料在激光波长为1064 nm处的二阶非线性品质系数μgβ, 对比发现EFNC的μgβ值高于MFNC, 其值达59706×10-48 esu(1 esu=3.34×10-10C).     

含有噻唑生色团的Y-型有机分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法优化了一系列含有噻唑生色团的Y-型有机杂环分子的几何构型, 在此基础上结合有限场(FF)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)对分子的非线性光学(NLO)活性和电子光谱进行计算分析. 结果表明, 这些分子具有A-π-D-π-A(A: 受体, D: 给体)结构, 分子基态偶极矩、极化率和二阶NLO系数(β)随支链共轭桥的增长及生色团共轭效应的增大而增大. 同时, 该系列有机杂环分子的二阶极化率总的有效值(βtot)与其前线分子轨道能级相关, 分子的前线分子轨道能级差越小, βtot值越大.     

受体-给体-受体型双马来酰亚胺衍生物的合成及其荧光行为

对于含有给电子生色团的丙烯酰类单体和含有受电子生色团的乙烯氧基类单体的荧光行为以及光敏和光引发聚合行为 ,我们进行了长期系列的研究 [1～ 4 ] .含有给电子生色团的丙烯酰类单体可表示为A(=) - D(* ) 型单体 ,A(=) 表示受电子丙烯酰双键 ,D(* ) 表示给电子生色团 .反之 ,含有受电子生色团的乙烯氧基类单体可表示为 D(=) - A(* ) 型单体 ,D(=) 表示给电子乙烯氧基双键 ,A(* ) 表示受电子生色团 .在相同浓度下 ,这些单体的荧光强度总是远远低于其聚合物或相应饱和模型化合物的荧光强度 .为了区别于众所周知的浓度自猝灭 ,我们称这种…     

以β-二酮连接的含生色团丙烯酰类单体及其饱和模型化合物的荧光行为

通过合成一系列同一分子中既含有给电子性荧光生色团又含缺电子性碳碳双键的烯类单体, 发现这类单体在相同生色团浓度下的荧光强度均明显低于相应的饱和模型化合物或聚合物[1～3]. 这种现象称为荧光结构自猝灭效应(SSQE), 以区别于浓度自猝灭现象. 对于电子状态与之相反的单体, 即含受电子性荧光生色团的乙烯基醚类单体, 也观察到了SSQE[4,5]. 进一步的研究结果表明, SSQE是光照条件下分子内电子给受体之间电荷转移作用的结果, 分子中电子给受体间的间隔基长度和溶剂的性质等都对SSQE有显著的影响[6]. 以往合成的含给生色团的丙烯酰类单体, 其电子给受体间是通过饱和脂肪链相连, 当生色团和受电子性碳碳双键之间以β-二酮结构相连时, 这类单体的荧光性质如何, 是否发生SSQE是我们的关注所在. 另一方面, β-二酮类化合物在一定波长光照射条件下, 常发生烯醇式与酮式的互变异构化. 虽然已有许多文献报道有关烯醇式-酮式互变异构过程中各种光谱的变化以及用核磁、红外、紫外等光谱手段研究烯醇式-酮式互变异构动力学, 但有关β-二酮类化合物互变异构过程中荧光光谱的变化的报道却很少[7～11]. 本文合成了以β-二酮连接的含二甲氨基苯基生色团的烯类单体, 1-(4-二甲氨基苯基)-4-甲基-4-戊烯-1,3-二酮(DMPDK)及其饱和模型化合物1-(4-二甲氨基苯基)-1,3-丁二酮(DMBDK), 研究了其光谱性质及光致互变异构行为.     

含呋喃共轭桥有机非线性光学生色团的合成及性能研究

通过两次羟醛缩合反应合成了一种含呋喃共轭桥的有机非线性光学生色团分子2-二氰亚甲基-3-氰基-4-[2-(4-二乙氨基-苯乙烯基-呋喃基-5)-乙烯基]-5,5-二甲基-2,5-二氢呋喃(EFFC), 用IR谱、¹H NMR谱以及元素分析表征确认了其结构. 热失重分析表明, 材料的热分解温度T_d为250℃. 用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G基组下对这种生色团分子进行了结构优化, 并在相同基组下对分子的静态二阶极化率进行了计算, 分子的b₀=6.5×10^-28 esu. 将分子以18%的质量比与聚砜进行主-客体掺杂, 用溶胶凝胶法制备成膜后进行极化, 用二次谐波法对掺杂极化聚合物薄膜的电光系数进行测量, 其r₃₃值最高达到80 pm/V.     

含三亚吡嗪生色团的有机芳香分子的二阶NLO性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列含三亚吡嗪生色团的有机芳香分子的几何结构、二阶NLO性质和电子光谱进行了理论研究.结果表明:研究分子中两侧取代基的推或拉电子能力和相对位置的变化,以及引入五元芳香杂环都将对分子的二阶NLO系数β值产生重要影响.当左右两侧取代基分别为—NO2和—C(NH2)3以及引入吡咯杂环时可以获得最大的β值,并显示了较好的透光性.该系列化合物在NLO材料领域有着较好的应用前景.     

新型双重电荷转移分子的二阶非线性光学性质的 理论研究

以INDO/SCI方法为基础,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~i~j~k和β~μ的程序。研究了1,2-二氨基-4,5-二硝基苯1和其异构体1,3-二氨基-4,6-二硝基苯2的电子光谱和二阶非线性光学性质。计算表明分子1具有与分子2几乎相等的二阶非线性极化率。但由于分子1的偶极矩明显大于分子2的,故分子1的μβ值比分子2的μβ值大的多。在此基础上,研究了2,3-二(β-苯乙烯基)-5,6-二氰基吡嗪和2,3-二(β-噻吩乙烯基)-5,6-二氰基吡嗪和2,3-二(β-噻吩乙烯基)-5,6二氰基吡嗪衍生物的电子光谱和二阶非线性光学性质。结果表明,这些化合物均具有两个相距很近的强吸收峰,它们对β值的呈加和模式。由于这类化合物特征吸收峰均位于413nm以下且具有大的μβ值,所以,它们是一类很有前途的二阶非线性光学候选材料。     

新型有机/无机聚合物网络的合成与二阶非线性光学

合成了含双官能团的生色团4’-(N,N-二羟乙基)氨基-4-硝基偶氮苯(DR19),采用溶胶-凝胶方法,通过"两端"交联设计合成了光学性能良好的二阶非线性新型有机/无机复合聚合物网络.经过极化交联后,其在室温和较高温度下均具有良好的二次谐波产生(SHG)稳定性,表明该交联聚合体系能形成致密的硅-氧网络,从而有效地抑制生色团分子的取向松弛.     

1-芳基-3，5-二甲基吡唑-4-羧酸有机锡酯的合成、结构及杀菌活性研究

由1-芳基-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸与适当的有机锡反应,合成表征了一系列的1-芳基-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸有机锡酯(1～14),并通过单晶衍射确定了1-苯基-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸三乙基锡酯(7)的结构。该化合物与一分子水共同结晶,通过分子间O-H…O及O-H…N氢键形成二维网状结构。杀菌活性筛选表明新合成的化合物对于番茄早疫菌、花生褐斑菌、小麦赤霉菌、苹果轮纹菌及灰霉菌全部具有良好的生长抑制作用。1-苯基-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸三乙基锡酯及1-(2-吡啶基)-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸三乙基锡酯在50μg.mL-1浓度下的体外实验中表现出很高的生长抑制率。对于高活性的三取代锡羧酸酯进行了EC50值的测定,结果表明1-(2-吡啶基)-3,5-二甲基吡唑-4-羧酸三乙基锡酯对苹果轮纹菌的EC50值为0.06μg.mL-1,对小麦赤霉菌的EC50值为0.14μg.mL-1。     

So1-Gel法制备键合型有机/无机复合非线性光学材料

以含对硝基苯胺生色团的烷氧基硅烷染料和正硅酸乙酯为原料,通过溶胶-凝胶法合成了含对硝基苯胺生色团的键合型有机/无机复合非线性光学材料.在这种有机生色团与无机玻璃键合形成的交联网络中,无机玻璃的刚性三维结构和优良的高温稳定性能有效抑制非线性光学生色团的极化松弛.二阶谐波信号(SHG)测量表明,这种有机/无机复合材料的二阶非线性光学系数(d33)值达到4.62 × 10-8esu;NLO稳定性也较好;室温下90d后d33值维持初始值的84.5%,100℃下放置300min后d33值维持初始值的51%.     

外围带咔唑基的联苯桥联二聚对苯乙烯撑的双光子吸收性能

报道了十字形结构对荧光生色团的双光子吸收(TPA)作用横截面积的影响. 1,4-二(9'-乙基咔唑基)- 3'-乙烯基苯(R1)是经典的具有D-π-D结构的TPA生色团. 通过一个联苯桥将两个双光吸引(TPA)链连接在一起得到的十字形分子(1)显示出比单链分子明显增大的双光子吸收作用横截面积(σ'). 在10-4 mol/L 的甲苯溶液中, 十字结构分子1的σ'值为491.0×10-50 cm4·s, 而R1的σ'值仅为137.5×10-50 cm4·s. σ'的放大可以归结为十字结构使TPA 生色团的偶极呈交叉排列, 抑制了浓溶液中的荧光猝灭.     

Y型三苯胺生色分子的二阶极化率

通过Knoevenagel反应合成了3个Y型三苯胺生色分子N,N-二{4-[2-(2-苯并噻唑基)乙烯基]苯基}苯胺(BBtVPA)、N,N-二{4-[1-(2-苯并噻唑基)-1,3-丁二烯-4-基]苯基}苯胺(BBtBPA)和N,N-二{4-[1-(2-二氰基甲叉-3-氰基-5,5-二甲基-2,5-二氢-4-呋喃基)-1,3-丁二烯-4-基]苯基}苯胺(BCfBPA), 以及4个一维偶极分子4-[2-(2-苯丙噻唑基)乙烯基]-N,N-二苯基苯胺(BtVPA)、1-(2-苯并噻唑基)-4-[4-(N,N-二苯基)氨基]苯基-1,3-丁二烯(BtAPB)、1-[(2-二氰基甲叉-3-氰基-5,5-二甲基-2,5-二氢)-4-呋喃基]-4-[4-(N,N-二苯基氨基)]苯基-1,3-丁二烯(CfAPB)和4-[2-(2-二氰基甲叉-3-氰基-5,5-二甲基-2,5-二氢呋喃-4-基)乙烯基]-N,N-二苯基苯胺(CfVPA). 测定了生色分子的紫外吸收和荧光性质, 在二氯甲烷中, Y型分子BBtVPA, BBtBPA和BCfBPA的最大吸收波长分别为425, 443和613 nm, 比偶极分子红移了约30 nm, Y型分子BBtVPA和BBtBPA的最大荧光发射峰分别位于516和558 nm, 比偶极分子稍有红移. 根据双能级模型理论, 用溶致变色法测定了生色分子的二阶非线性极化率(β), Y型分子BBtVPA, BBtBPA和BCfBPA的β0分别为40×10-30, 64×10-30和238×10-30 esu, 比相应的偶极分子分别提高了0.9~2.8倍. 结果表明, 提高吸电子基团强度, 增大共轭体系有助于获得更大的β值.     

洛汾碱衍生物的电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法,对4种洛汾碱类化合物的几何构型进行了优化,在此基础上计算分子的电子结构,并结合有限场FF方法研究了二阶非线性光学(NLO)性质.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对上述化合物分子进行吸收光谱的研究.研究表明在4,5-二-苯基-2-对甲酰苯基咪唑生色团中4,5苯环上引入硝基和3位N原子引入苄基改变分子的共轭平面,使二阶非线性极化率总有效值(βtot)减小,吸收峰总体蓝移.同时还发现,在CH2Cl2溶剂中a和c分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO的π一π*跃迁,b和d分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO+2的π→π*跃迁.     

含有咪唑生色团系列树型有机分子二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法计算研究了系列树型含有咪唑生色团的有机分子的结构和非线性光学性质.计算结果表明:该系列分子具有A- -D- -A(A:受体,D:给体)结构,分子基态的偶极矩、极化率、二阶NLO系数( )随共轭链的增长及吸电子基的增强而增大;同时,前线轨道能级差值越小此类分子的二阶极化率总有效值( )越大.计算的吸收光谱显示此系列树型分子在低能区域247.79nm-419.87nm都有一个最强吸收,并且均是最高占据轨道与最低空轨道之间的跃迁.     

枝化二阶非线性发色团分子的合成及在聚合物体系中的电光性能

设计合成了一类以2-二氰基次甲基-3-氰基-4,5,5-三甲基-2,5-二氢呋喃(TCF)为受体、己氧基取代噻吩为π电子桥的新型有机非线性光学化合物, 并利用紫外光谱、红外光谱、核磁共振以及质谱对化合物分子结构进行了鉴定, 同时对此类化合物在有机聚合物体系中的电光性能进行了表征和研究. 结果发现, 该类发色团分子与聚合物相容性好, 电光活性高, 并且随着发色团分子在聚合物体系中浓度的升高, 聚合物体系的宏观电光活性也有所提高, 甚至当发色团的掺杂质量分数高达47.2%时, 体系的电光活性仍呈上升趋势, 显示了该发色团的静电相互作用得到了明显抑制. 此时测得聚合物体系的电光系数为30 pm/V(1310 nm).     

基于分子间侧向氢键作用的电光材料制备及性能

通过重氮耦合和酯化等反应制备了一系列侧向含有酰胺基团的偶氮苯类非线性光学生色团, 并将其与聚合物进行掺杂或通过分子间的侧向氢键作用制备了主客体型及超分子型的电光薄膜材料. 生色团的结构通过核磁共振谱(¹H NMR, NMR)、 红外光谱(IR)、 质谱(MS)和元素分析(EA)等进行了表征, 结果表明, 生色团形成了分子间的氢键作用. 通过紫外-可见(UV-Vis) 光谱研究了材料的极化性能. 相比主客体型电光薄膜材料, 由分子间侧向氢键作用形成的超分子型电光薄膜材料无需与聚合物基体材料复合, 更有利于提高材料的生色团含量、 极化取向度及稳定性. 通过Teng-Man简单反射法研究了主客体型和超分子型电光材料的二阶非线性光学性质, 结果表明, 基于分子间侧向氢键作用形成的超分子体系具有更大的电光系数.     

4-二氰亚甲基-2,6-二甲基-4H-吡喃衍生物的合成及其 荧光效应

两种新的4-二氰亚甲基-2,6-二甲基-4H-吡喃衍生物及对应的聚酰胺酸被合成和表征。该聚酰胺酸在普通有机溶剂中具有良好的可溶性。报道了这些生色团衍生物的光强度、量子产率和发射波长,以及生色团共价键合所形成的聚酰胺酸膜具有比对应的生色团单体更强的荧光效应。     

含喹唑啉硫醚的杨梅素衍生物的设计、合成及生物活性研究

以杨梅苷为原料,通过活性拼接,设计并合成一系列含喹唑啉硫醚的杨梅素衍生物,其结构通过1H NMR、13C NMR、19F NMR和HRMS进行确证.生物活性测试结果表明,该类化合物对水稻白叶枯病菌(X.Oryzae)、柑橘溃疡病菌(X. Citri)和烟草青枯病菌(R. Solanacearum)表现出一定的抑制活性.其中, 5,7-二甲氧基-3-(3-((6-溴喹唑啉-4-基)硫基)丙氧基)-2-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(A15)对水稻白叶枯病菌的EC50值为13.9μg/mL,优于对照药叶枯唑(88.9μg/mL)和噻菌铜(68.1μg/mL);5,7-二甲氧基-3-(4-((6-氯喹唑啉-4-基)硫基)丁氧基)-2-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(A3)、5,7-二甲氧基-3-(3-((6-氯喹唑啉-4-基)硫基)丙氧基)-2-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(A14)、5,7-二甲氧基-3-(3-((6-溴喹唑啉-4-基)硫基)丙氧基)-2-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(A15)和5,7-二甲氧基-3-(3-((6-氟喹唑啉-4-基)硫基)丙氧基)-2-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(A16)对烟草青枯病菌的EC50值分别为1.1,14.0,11.9和7.5μg/mL,优于对照药叶枯唑(38.5μg/mL)和噻菌铜(184.8μg/mL).活体实验结果表明,化合物A15对水稻白叶枯病菌的具有良好治疗活性和保护活性.通过扫描电镜成像初步探讨了目标化合物A3对烟草青枯病菌和A15对水稻白叶枯病菌的抑菌作用机制.