以绕丹宁和噻唑烷-2,4-二酮为端基的不对称结构有机受体分子的设计合成与构性关系探讨

分别以绕丹宁和噻唑烷-2,4-二酮单元为端基、IDT为中心核设计合成了一个新型不对称结构的有机小分子受体IDT-2,并通过与两端均以绕丹宁或噻唑烷-2,4-二酮受体单元的对称小分子受体IDT-1和IDT-3进行对比,探讨了分子结构与性能之间的关系。研究发现,从IDT-1到IDT-3,随着两端的绕丹宁基团被噻唑烷-2,4-二酮基团逐步取代,这类小分子受体的吸收光谱显著蓝移,光学带隙E_g~(opt)逐步增大,LUMO和HOMO能级也逐渐抬升。随后我们分别以这三个小分子为受体、P3HT为给体共混构建活性层而制备了有机太阳能电池,结果表明,以两端均为绕丹宁单元的对称结构小分子受体IDT-1构建的电池器件具有最高的光电转换效率(PCE),相应的J_(sc)和FF值也最大,而V_(oc)则最低;而以两端均为噻唑烷-2,4-二酮基团的对称结构小分子受体IDT-3的电池器件,其V_(oc)最高,但其J_(sc)和FF则最低,PCE值也最小。对于IDT-2而言,由于分子只有一个绕丹宁单元被噻唑烷-2,4-二酮所取代,其V_(oc),J_(sc)和PCE均介于IDT-1与IDT-3之间。由此说明,尽管噻唑烷-2,4-二酮基团的引入能有效提升器件V_(oc),但却不利于改善其J_(sc)和FF,因此受体的分子设计中如何平衡电池器件的几种光伏性能参数而获得高的光电转换效率仍是十分重要的研究课题之一。     

纳米SnO2高效催化烯烃与H2O2环氧化反应研究

构建了用于催化烯烃与过氧化氢环氧化反应的高效、 绿色催化反应体系. 首先, 通过水热合成法制备了纳米SnO₂, 并在320 ℃下煅烧. 随后, 对所有催化剂进行X射线衍射(XRD)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征. 进一步将催化剂用于以H₂O₂水溶液为氧化剂环氧化各种官能化烯烃(包括环烯烃, 苯乙烯和直链烯烃)的反应, 以高转化率和高选择性得到了环氧化物. 在相似的反应条件下, 发现合成的纳米SnO₂-170催化剂在催化1-甲基环己烯与H₂O₂的环氧化反应中的活性最佳, 在2 h内1-甲基环己烯的转化率达到100%, 环氧化物选择性达到100%.     

氰基亚胺与亚甲基二氢苯并呋喃二酮类化合物的[3+2]环加成反应:螺吡唑类化合物的合成

采用具有环外双键的二氢苯并呋喃二酮类化合物和氰基亚胺的[3+2]环加成反应,在温和条件下,以高产率(78%~94%)和高非对映选择性(>20∶1dr)构建了一系列具有螺环结构的吡唑类化合物.     

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界，避免生成复杂贴体网格及动网格，极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法，将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中，通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发，实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证，并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明，通过引入浸入边界模型，能够提高计算效率，并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。     

非典型发光化合物的簇聚诱导发光

不含大共轭结构的非典型发光化合物因其理论研究的重要性和潜在应用前景引起研究者的广泛关注。非典型发光化合物的结构通常含有N、O、S、P等杂原子,C≡N、C=O、C=C等不饱和单元,及相应的组合功能团(如羟基、胺基、酯基、酐、酰胺、脲基、肟基、砜基等)。近年来,尽管这一领域正快速发展,其发光机理仍存争议。前期,我们提出了簇聚诱导发光(CTE)机理,即含π电子和/或孤对(n)电子的非典型生色团的簇聚及其带来的空间共轭使体系离域扩展,构象刚硬化;同时,其他分子内/间相互作用也有利于簇生色团的刚硬化,从而易于受激发射。基于CTE机理,本文综述了非典型发光化合物的发光特性,包括浓度增强发光、聚集诱导发光(AIE)、激发波长依赖性及磷光发射。CTE机理可合理解释天然产物、合成化合物、生物分子等不同体系的光物理行为,并可用来指导发现和设计新的非典型发光化合物。本文总结了上述不同体系的发展,并对未来研究进行了展望。     

立体化学教学中空间感观能力的培养

介绍了在有机物结构、有机反应机理和构象快速转换平衡的教学中培养学生构建空间感观的策略.教学实践表明,这些策略的实施具有较好的效果.     

具有双荧光发射的螺吡喃的合成与性质研究

设计合成了未见文献报道的含有双官能团的螺吡喃类化合物1,通过红外光谱、核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对其结构进行了确证。紫外可见吸收光谱表明化合物在有机溶剂中的光致变色性良好;化合物的乙醇溶液在365 nm光激发时产生双荧光发射,分别为闭环体和开环体所对应的的荧光峰。本文首次从场效应角度推测了螺吡喃吲哚林N原子上含有极性基团时开环体稳定的原因。     

萘酰亚胺取代修饰4,4′-螺双环戊并[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩化合物的合成制备及其在有机薄膜光伏器件中的应用研究

近年来,新型有机非富勒烯受体的开发极大地促进了有机聚合物太阳能电池效率的不断突破。其中具有空间非平面结构的新型非富勒烯受体材料是该领域的一个研究热点。本文选取1,8-萘酰亚胺(NMI)作为受电子单元,合成制备了基于螺[4,4]双环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩核心单元的空间非平面化合物SCPDT-(NMI)4及对应的基于环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩以及环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩-4-酮的线性模型化合物CPDT-(NMI)2和CPDT-O-(NMI)2。在此基础上,详细研究了3个化合物的光谱吸收、荧光光谱以及循环伏安电化学性质。结果表明,具有螺形结构的SCPDT-(NMI)4因其非平面结构以及较高的分子内空间位阻,导致其吸收光谱与线性化合物CPDT-(NMI)2相比出现了11nm的蓝移。固体薄膜吸收光谱结果表明,这一系列化合物具有弱的分子间相互作用。电化学循环伏安测试结果表明,所合成的3个化合物均有可逆的氧化还原过程。据此测得化合物的LUMO能级大致为-3.5~-3.8eV之间,可作为电子受体用于有机薄膜光伏电池。利用所合成的萘酰亚胺修饰的化合物作为电子受体,PBDB-T作为电子给体制备了有机太阳能电池器件。器件实验结果表明,基于空间非平面SCPDT-(NMI)4的器件光电转换效率达到了1.16%,远高于以线性分子CPDT-(NMI)_2作为受体的器件效率(0.11%)。荧光光谱猝灭实验结果表明,所合成的萘酰亚胺化合物与聚合物之间不完全的电子转移是影响器件性能的最主要因素。     

金属异头碳效应

异头碳效应是有机化学中经典立体电子效应的重要组成部分。异头碳效应可以解释吡喃糖中异头碳上电负性较大的取代基倾向于占据直立键,而非立体位阻更具优势的平伏键的现象。本文简要回顾了异头碳效应的发展历史及其重要应用,重点介绍了有机糖化学前沿的金属异头碳效应。当吡喃糖中异头碳上连接金属元素时,可以通过改变金属的种类、价态、配体以及底物结构有效调控金属异头碳效应。通过科研反哺本科教学,有助于化学相关专业学生进一步加深对金属异头碳效应这一新兴研究领域的理解和认识。