两种新颖的咔唑乙酰化衍生物的合成、表征、光谱性质与量子化学研究

采用Friedel-Crafts亲电取代反应,合成了两种新颖的咔唑乙酰化衍生物[9-己基-3-乙酰基咔唑(3-acetyl-9-n-hexylcarbazole)(AHCZ)和9-己基-3,6-二乙酰基咔唑(3, 6-diacetyl-9-n-hexylcarbazole)(DHCZ)]。通过元素分析、红外光谱、核磁共振谱、有机质谱等方法进行了结构表征。测定了这两种衍生物的紫外-可见光谱,并与咔唑(CZ)及9-己基咔唑(HCZ)进行了比较。AHCZ和DHCZ的吸收强度比CZ和HCZ有明显增强,归因于AHCZ和DHCZ具有大的π共轭体系。采用密度泛函理论(density functional theory, DFT),在B3LYP/6-31G*水平上对两种化合物基态结构进行优化,用含时密度泛函理论(TDDFT)在相同水平上计算了AHCZ和DHCZ的电子吸收光谱,并比较了理论计算结果与实验值。     

有机/聚合物π半导体的四元设计原理

从物质结构的角度来看,有机/聚合物半导体是以组合π-轨道为主要电荷载流子输运通道的分子凝聚态固体.其化学本质是π系统,可以通过π-轨道的分子工程技术来巧妙地合成.本文以自己课题组的工作为主线,从物理有机化学的角度,阐述了有机/聚合物半导体设计的基本四要素,即电子结构、空间位阻、构象与拓扑以及超分子弱作用.同时,总结了四个单元要素在有机/聚合物半导体设计方面的研究进展,并展望了四元设计正成为科学家的一种重要思维模式.     

一种9-苯基芴位阻功能化的苯胺中间体的设计合成、表征及其光电性质

以醋酸为溶剂、浓硫酸为催化剂在120 ℃回流24 h, 通过傅克反应设计合成了一种大体积位阻型9,9-二芳基芴中间体[9-(4-苯胺基)-9-苯基芴](FPPhNH₂)。通过核磁氢谱、质谱、红外等方法对该化合物的分子结构进行了详细表征。核磁氢谱和红外光谱分别在6.55 ppm,3 481和3 385 cm-1显示该化合物的特征官能团-氨基。用紫外-可见光谱和荧光光谱对9-(4-苯胺基)-9-苯基芴的光学性质进行了表征和初步探讨。研究结果表明, 具有大体积空间位阻效应的9-(4-苯胺基)-9-苯基芴在二氯甲烷溶液中有四个主要吸收峰, 其吸收波长分别为243,257,298和311 nm; 在波长为308 nm的谱激发下,得到发射波长为300～500 nm的发射光谱曲线, 其荧光光谱最大发射波长为328 nm, 且在405 nm左右有一个细小的峰并有一个长的拖尾至500 nm, 这可能源于苯胺基团中分子间氢键所引起的。恰当的荧光发射范围(300～500 nm), 使其能够和经典蓝光客体材料双(4,6-二氟基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(FIrpic)的吸收光谱有较大的重叠(300～500 nm)。通过巧妙的分子裁剪, 或可得性能优异的主体材料, 进而使制备高性能的发光器件成为可能。为了进一步了解该化合物的光电性能, 以乙腈为溶剂, 以四丁基六氟磷酸胺为电解质, 通过循环伏安法对该化合物的电化学性能进行了表征。其起始氧化电位和还原电位分别为0.898和-0.759 V, HOMO和LUMO能级分别为-5.38和-3.72 eV, 其较高的HOMO能级和较低的LUMO能级有利于空穴和电子的注入/传输, 这将进一步优化成性能优异的主体材料, 并为进一步制备性能优异的有机半导体发光器件提供有益参考。     

一种基于2, 2'-二吡啶胺功能化的新型空间位阻型9, 9'-二芳基芴的设计、合成及其光电性质研究

用2-溴吡啶通过乌尔曼反应修饰9-(4-苯胺基)-9-苯基芴合成了一种具有大体积空间位阻的双极性分子(PFPhDPy),这种化合物因其大的空间位阻、芴优异的双极型传输特性、共轭阻断结构以及吸电子的吡啶官能团而有望获得良好的热稳定性、稳定的无定形态、高的三线态能级和良好的双极性特征.热重分析曲线表明其失重5%的分解温度为336℃.差示扫描量热曲线显示将该化合物加热到190℃既没有熔化现象也没有结晶现象,意味着该化合物具有高的形貌稳定性.通过密度泛函理论计算,该化合物的最高占有轨道(HOMO)和最低未占有轨道(LUMO)完全分离,说明该化合物具有双极性特征,通过磷光光谱得到三线态能级为3.0 eV.紫外光谱显示该化合物不依赖于溶剂效应的三个特征吸收峰分别为276、298和308 nm.荧光光谱在二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醇和乙腈溶剂中随着溶剂的极性增加光谱发生蓝移,其最大发射峰从390 nm转变为363 nm.另外,该化合物的结构分别通过基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)、氢核磁共振(¹H NMR)和碳核磁共振(¹³C NMR)谱进行了结构表征.     

吩噻嗪功能化的螺-9,9′-氧杂蒽芴的设计、合成及其光电性质与分子结构间的相互关系研究

合成了一种具有深的HOMO(-6.15 e V)分子轨道和高三线态能级(T_1,2.82 e V)的新型化合物10-(2-螺-9,9'-氧杂蒽芴基)吩噻嗪(SFXPz)。因其宽的能带结构(E_g,4.22 e V)和深的HOMO能级而有望制备高效蓝色有机电致磷光器件。热重分析和差热扫描曲线表明,该化合物具有良好的热稳定性(T_d,259℃)和高的形态稳定性(T_g,206℃)。完全相互分离的HOMO和LUMO轨道有利于阻止分子内能量反转。SFXPz的紫外吸收峰分别位于230,260,292和310 nm左右;其荧光光谱两个发射峰分别位于311,324 nm左右。此外,该化合物的分子结构经LC-MS、~1H NMR和~(13)C NMR进行了详细表征。     

β-双酮三苯基膦混配铜（I）配合物的合成、晶体结构及荧光性质

按文献方法合成了9-丁基-3-(4,4,4-三氟-1,3-丁二酮基)咔唑(L),以L和三苯基膦为配体与硝酸铜、铜粉反应制备了具有荧光活性的铜(Ⅰ)配合物。利用红外光谱和元素分析表征了配合物的组成。通过单晶X射线衍射分析确定了该配合物的晶体结构,晶体属于单斜晶系,P21/c空间群。晶胞参数:a=1.642 8(5)nm,b=1.043 4(5)nm,c=2.800 1(5)nm,V=4.800(3)nm3,Z=4,Dc=1.313 Mg/m3,R[I>2σ(I)],R1=0.050 1,wR2=0.080 8。该配合物的分子中,β-二酮配体L的2个O原子和三苯基膦配体的P原子参与配位,Cu(Ⅰ)处于畸变四面体配位中心。初步研究了Cu(Ⅰ)配合物的发光性质,配合物在二氯甲烷溶液中有很强的荧光发射。     

一种苯磺酰基/螺-9,9′-氧杂蒽芴双极性分子的简易合成法:分子结构与光电性质

利用一种简易合成法制备了2′-苯磺酰基-螺-9,9′-氧杂蒽芴(PSSFX)。热重分析曲线和差热扫描曲线表明该化合物在222℃时失重5%,加热到160℃没有玻璃化转变温度,其熔点为124℃。通过磷光光谱计算得到该化合物的三线态能级T_1为2.77 eV。利用密度泛函计算得知其HOMO(-5.83 eV)和LUMO(-1.62 eV)轨道相分离。通过循环伏安法得到其HOMO、LUMO和E_g分别为-6.33,-2.34, 3.94 eV。这表明缺电子的苯磺酰基有利于改善其电子注入/传输性能。PSSFX在二氯甲烷溶液和晶体粉末的紫外吸收峰分别位于267 nm和274/351 nm左右,发射峰分别位于408 nm和341 nm左右。     

位阻型有机电致磷光材料的研究进展

重金属旋轨耦合作用使磷光有机发光二极管的内量子效率在理论上可达100%,突破了传统有机荧光二极管内量子效率为25%的限制,是目前最有潜力的第三代显示器.但是,磷光材料常因浓度猝灭、三线态湮灭、二聚体发光等因素影响器件性能.位阻型磷光材料能够抑制分子间的强相互作用,从而解决了上述问题.本文作者综述了近年来具有大体积空间位阻效应的铱(III)、铂(II)、锇(II)等有机小分子磷光材料的研究进展,讨论了其目前存在的问题和未来的发展趋势.     

Structural Studies and Photoluminescence of a Novel Mercury（Ⅱ） Complex Based on a Tris[4-（1-pyrazolyl）-phenyl]amine

A novel iodine-bridged mercury（Ⅱ） complex [Hg（L）（μ-I）（I）]2 was isolated by a reaction between HgI2 and the organic ligand tris[4-（1-pyrazolyl）phenyl]amine L, and the complex and ligand were both characterized by FT-IR spectroscopy, ^1H NMR and elemental analysis. The complex crystallizes in monoclinic space group P21/c with a = 9.579（5）, b = 27.331 （5）, c = 11.268（5） А, β= 105.624（5）°, Z = 2, Dc = 2.099 g·cm^-3 and μ= 7.620 mm^-1. The title complex C54H42Hg2I4N14 is a diplex bridged dinuclear complex consisting of two Hg（Ⅱ） ions, two ligands, two bridging I-anions, and two terminal I-anions. Universal hydrogen bonds in the complex with the partners of neighboring molecule have generated a supramolecular arrangement. Solid-state emission of the ligand and its complex have been investigated at room temperature.