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.     

一种新型π-共轭聚合物的合成研究:苝酰亚胺的Stille偶联

苝酰亚胺衍生物是国内外近年来广泛研究的π-共轭低聚物,由于其独特的半导体传导性、高热稳定性、较高的电子亲和性和卓越的传输性能在众多领域具有潜在的应用价值。通过对其海湾位置进行结构修饰,可进一步改善其物理化学性能。本文利用苝酰亚胺的Stille偶联反应合成了一种新型的聚(N,N’-二(2-乙基己基)苝-3,4,9,10-四甲酸二酰亚胺),它具有近似石墨烯带状的规整结构和宽广的光谱吸收,成功将苝核四溴代的海湾位置用四丁基锡取代,对产品分别进行了IR、NMR和GPC-MALLS表征,并对这种具有特殊π-共轭结构的新型聚合物的光化学性能进行了研究。     

荧光酮取代基对碳纳米管协同增效作用的影响研究

以金属离子(Pb2+、Mn2+)与荧光酮(苯基荧光酮、水杨基荧光酮、邻氯苯基荧光酮)的显色体系为模型,在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)的存在下,研究了显色剂荧光酮不同的取代基对碳纳米管协同增效作用的影响。结果表明,碳纳米管作为一种新型增效剂,与荧光酮产生π-π作用,使荧光酮类显色体系的灵敏度得到提高。3种荧光酮的增敏强度为ΔA苯基荧光酮ΔA水杨基荧光酮ΔA邻氯苯基荧光酮。该文从空间位阻、氢键以及取代基的电子效应等方面进行了机理的探讨。水杨基荧光酮和邻氯苯基荧光酮由于邻位取代基的存在,增加了荧光酮分子与碳纳米管之间π-π作用的空间位阻,导致显色体系的增敏强度较小;与带有—Cl吸电子基团的邻氯苯基荧光酮相比,水杨基荧光酮上的供电子基团—OH可与碳纳米管上的含氧基团形成氢键,由于氢键的作用以及电子效应的不同导致了增敏效应的差异。对体系的实验条件进行优化,得出最佳测锰体系的线性范围为0.04~0.56 mg/L,回归方程为A=0.016+1.541C(mg/L),表观摩尔吸光系数ε=9.45×104L/(mol.cm),r=0.997。利用该体系对自来水中的锰进行了测定,结果令人满意。     

金属卟啉有机共价和非共价修饰多壁碳纳米管

合成了5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌配合物, 与活化的多壁碳纳米管(MWNT)发生酯化反应, 从而得到金属卟啉有机共价化学修饰的多壁碳纳米管复合物; 利用金属卟啉环上的π电子与多壁碳纳米管管壁上的π电子通过π-π堆积效应, 得到金属卟啉有机非共价修饰的多壁碳纳米管复合物. 通过透射电镜(TEM)考察了金属卟啉-多壁碳纳米管复合物的形貌特征; 通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征; 通过紫外光谱、荧光光谱和热失重分析(TGA)对比分析了两类复合物, 发现非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物的荧光淬灭率更高, 非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物中卟啉的含量比较高.     

金属卟啉化学共价和非共价修饰多壁碳纳米管

合成了5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌配合物,与活化的多壁碳纳米管(MWNT)发生酯化反应,从而得到金属卟啉有机共价化学修饰的多壁碳纳米管复合物;利用金属卟啉环上的π电子与多壁碳纳米管管壁上的π电子通过π-π堆积效应,得到金属卟啉有机非共价修饰的多壁碳纳米管复合物.通过透射电镜(TEM)考察了金属卟啉-多壁碳纳米管复合物的形貌特征;通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征;通过紫外光谱、荧光光谱和热失重分析(TGA)对比分析了两类复合物,发现非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物的荧光淬灭率更高,非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物中卟啉的含量比较高.     

以苝二酰亚胺为发色团的荧光探针的研究进展

近年来,分子荧光探针以其高灵敏度、高选择性、专一性及设计的简便性等优点受到广泛的关注.苝二酰亚胺类(perylene tetracarboxylic diimide, PDI)衍生物具有良好的光热和化学稳定性、较高的荧光量子产率、较大的斯托克斯位移以及易修饰性等优点,能够作为优良的荧光探针发色团.苝四酸酐结构本身具有强吸电子性,易被还原而不易被氧化,因此能够作为良好的电子受体.但其自身结构容易发生π-π堆积,导致水溶性较差,限制了其在生物领域里的大范围应用.通过研究人员的努力,在PDI结构中引入亲水性基团改善了其水溶性.根据被检测物种的种类对PDI类荧光探针进行分类,详细介绍了近年来以PDI为发色团的荧光探针在离子检测、气体检测、生物分子检测等方面的研究进展,并探讨探针的设计方法、荧光响应机制以及应用.最后提出进一步构建新型PDI类衍生物分子荧光探针面临的挑战和未来发展方向,并对应用前景进行了展望.     

外围取代基团对卟啉铂(Ⅱ)配合物发光性能的影响

设计合成了具有不同外围取代基的卟啉铂(Ⅱ)配合物PtTEMP,PtTBMP,PtOMPP和PtDMPP,并对其结构和光电性能进行了表征.晶体结构分析结果表明,这些卟啉铂(Ⅱ)配合物具有较理想的平面配位构型,β-位叔丁基的引入有效抑制了分子间的π-π相互作用.外围取代基几乎不影响配合物的吸收和发光性质,最大发射峰位于646~656 nm之间,为配体中心的3π*-π磷光发射.空间位阻效应更强的叔丁基取代配合物(PtTBMP)的溶液态荧光量子效率和外量子效率最高,分别为0.58和6.3%.3个甲氧基取代的PtDMPP的发光效率优于2个甲氧基取代的PtOMPP,二者的溶液态荧光量子效率分别为0.36和0.29,外量子效率分别为2.4%和1.7%.     

D-l-A分子修饰罗丹明底环及对其激发态的影响

通过乙基桥把供电子基团1,8-萘酰亚胺与罗丹明底环羧酸基相连,得到了两种以D-l-A(Donor-Acceptor-Line alkanes compounds)分子修饰罗丹明底环的化合物,并就合成中间体D-π-A(Donor-Acceptor-π-conjugated compounds)分子中哌嗪供电子基取代溴对1,8-萘酐母体基态和激发态的影响,以及对D-l-A分子修饰罗丹明底环对罗丹明母体D-π-A分子紫外可见吸收光谱和激发态的影响进行了研究。结果表明:用D-l-A分子修饰罗丹明底环时,D(Donor compound)的给电子能力越强,其吸收强度越大,其吸收紫外光而激发能力越强;在激发态下D-l-A体系发生了分子内能量传递,萘酰亚胺基团发生强烈的荧光猝灭,罗丹明底环接收能量激发罗丹明母体(D-π-A分子)发射特征荧光,D的给电子能力越强,其荧光强度越高。     

非离子型水溶性卟啉功能化单壁碳纳米管的研究

合成了两种非离子型水溶性卟啉分子,并利用它们对单壁碳纳米管(SWNTs)进行了非共价表面修饰。功能化后SWNTs能够在水中均匀分散。紫外-可见光谱、荧光光谱、透射电镜的测试结果均证明非离子型水溶性卟啉分子与SWNTs之间存在强烈的相互作用。其中,含有柔性烷基取代链的卟啉分子因与SWNTs之间存在π-π和疏水双重相互作用,所形成的复合物在水中表现出更好的分散稳定性。这种既具有水溶性又具有生物相容性和良好稳定性的功能化SWNTs,在生物医药领域具有潜在的应用前景。     

苯环上氯原子的不同取代位置对四苯基锌卟啉-酪氨酸光物理性质的影响

稳态紫外光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱显示,苯环上氯原子的不同位置对氯苯基锌卟啉-酪氨酸的光物理性质有很大影响.紫外吸收光谱中,邻、间和对氯取代的3个化合物都具有典型的Soret带和Q带.其中Soret带位于423nm处,Q(0,0)和Q(0,1)带分别位于549和590nm处.邻位取代化合物的荧光量子产率为0.058,比间位(0.0241)、对位(0.0235)取代化合物的要高得多.邻位取代化合物的荧光寿命(3.11ns)比间位(1.12ns)和对位(1.11ns)取代化合物的长.邻位化合物的这些特性可能归因于取代基之间的空间效应;而在间位和对位化合物中,重原子效应和吸电子的诱导效应可能起主导作用.     

莱啉酰亚胺类化合物的邻位C—H键功能化研究进展

莱啉酰亚胺是一类重要的功能有机染料.独特的缺电性共轭骨架与优异的光电性质使其成为多环芳烃家族中的重要成员,在有机场效应晶体管、有机光伏器件和生物医学传感等领域具有广阔的应用前景.对莱啉酰亚胺骨架的精准修饰不仅可以有效调控分子能级,还有利于实现分子间的可控组装,是高效创制新型π-分子材料的有效手段.早期,受合成方法的限制,莱啉酰亚胺骨架母核修饰的位点主要局限于电子云密度稍高的湾位,但在该位点引入取代基会扭曲π-平面,不利于π-分子之间的有效堆积.莱啉酰亚胺骨架邻位选择性修饰不影响母核的平面性,近年来受到广泛关注,催生出系列莱啉酰亚胺邻位C—H键功能化的新策略.根据成键类型不同,以苝二酰亚胺和萘二酰亚胺为例,系统总结了莱啉酰亚胺骨架邻位C—H键功能化的方法,以及邻位修饰对莱啉骨架光电性质和组装的影响.     

1,4,8,11,15,18,22,25-八丁氧基酞菁镍(Ⅱ)的合成与性质

酞菁类配合物同天然的卟啉、叶绿素、血红素等有相似的骨架结构,是一类具有π-电子共轭体系的化合物,具有光、电、磁及催化等独特的物理化学性质[1]。由于无取代的酞菁配合物在水和有机试剂中的溶解度低,限制了对其性质和应用的研究,但在酞菁环的周边或轴向位置引入取代基,可大大提高这类配合物在水或有机溶剂中的溶解度。本文参照文献[2],采用ＤＢＵ液相催化法合成了周边烷氧基取代的1,4,8,11,15,18,22,25 八丁氧基酞菁镍(Ⅱ)(结构见下图),并用电子吸收光谱、荧光光谱对其进行表征,测定了其氧化还原性质和溶解性及在氮气气氛中的热稳定…     

反-1,2-双[2-(5-取代苯基噁唑基)]乙烯的结构与光性能及光二聚反应机理的研究

测试了反-1,2-双[2-(5-苯基 唑基)]乙烯(POEOP)类化合物在1,4-二氧六环中的荧光寿命及其在不同溶剂中的光二聚量子产率,计算了其荧光辐射速率常数和非辐射速率常数,研究了取代基效应及溶剂性质对该类化合物光二聚反应的影响。结果发现,溶剂的极性增加有利于光二聚反应,但重原子溶剂对光二聚反应不利,表明该类化合物经单重态历程进行光二聚.     

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.     

苝酰亚胺衍生物荧光探针的制备及对金属离子的识别

苝酰亚胺衍生物(perlenediimides derivatives,PDIs)作为一类性能优异的新型光电材料,由于其良好的光电性能和强的化学可修饰性,使其在荧光探针方面有着良好的应用前景。以提高苝酰亚胺衍生物溶解性能、改善选择性能为研究切入点,以四氯苝酐为原料,在主链引入供电子基吡啶-2-甲氨基,制备苝酰亚胺衍生物N,N-二(吡啶-2-甲基)-1,6,7,12-四氯-3,4:9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-ABD),并对其与Pb~(2+)、Cu~(2+)、Mg~(2+)、Ni~(2+)、Zn~(2+)、K~+、Na~+等金属离子络合后的荧光性能进行详细研究,确定特征金属离子,准确实现金属离子识别。研究证明该化合物分子结构的优化增加了其在空气中的稳定性,与金属离子络合后(即使在较低浓度0.1×10~(-5) mol·L~(-1)),吸收光谱发生蓝移,随着时间的延长,Cu~(2+)的存在导致荧光淬灭。研究显示该化合物是一个很好的Cu~(2+)荧光探针,准确度高、灵敏度强、选择性好、操作简便,容易进行大规模生产和标准化控制。     

卤代二苯乙烯体系中卤-卤相互作用的调控及其对分子聚集态和发光特性的影响

卤素-卤素(X···X)相互作用是一类强的分子间相互作用,这种非共价键分子间的相互作用对有机π分子的聚集态结构和光电特性具有重要的影响.本文通过在反式二苯乙烯类化合物骨架上引入给电子基团甲硫基和调节卤素取代基的位置,实现了分子间卤素-卤素相互作用的可控构筑,并进一步研究了卤素-卤素相互作用对卤代反式二苯乙烯类分子聚集态和发光特性的影响.该实验结果为调控有机π分子聚集态结构,获得高性能有机光电材料提供了新思路.     

系列水溶性磺酸卟啉的制备、表征及催化性能

改进磺化路线制备了5种取代基及取代位置不同的水溶性磺酸卟啉,利用氢核磁共振波谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及质谱(MS)等手段对产物进行表征及性质研究.将该系列卟啉作为光催化剂,用于催化氧化1,5-萘二酚的反应,主催化产物为5-羟基-1,4-萘二醌,转化率为78%~95%.实验发现,磺酸基团在苯环上的位置以及取代基的数目、电子效应及立体位阻效应均会对催化结果产生影响,其中磺酸根的位置至关重要.动力学研究结果表明该催化氧化过程为一级反应.探讨了该反应的反应机理.     

D-1-A分子修饰罗丹明底环及对其激发态的影响

通过乙基桥把供电子基团1,8-萘酰亚胺与罗丹明底环羧酸基相连,得到了两种以D-1-A（Donor-Acceptor-Linealkanescompounds）分子修饰罗丹明底环的化合物,并就合成中间体D-π-A（Donor-Acceptor-Tt-conjugatedcompounds）分子中哌嗪供电子基取代溴对1,8-萘酐母体基态和激发态的影响,以及对D-1-A分子修饰罗丹明底环对罗丹明母体D-π-A分子紫外可见吸收光谱和激发态的影响进行了研究。结果表明：用D-1-A分子修饰罗丹明底环时,D（Donorcompound）的给电子能力越强,其吸收强度越大,其吸收紫外光而激发能力越强;在激发态下D-1-A体系发生了分子内能量传递,萘酰亚胺基团发生强烈的荧光猝灭,罗丹明底环接收能量激发罗丹明母体（D-π-A分子）发射特征荧光,D的给电子能力越强,其荧光强度越高。     

具有聚集态荧光增强性质的新型Tr?ger’s Base衍生物的合成与表征

Tr?ger’s bases(TB)具有特殊的刚性、立体Λ-型扭转构型,理论上,在分子堆积时其空间位阻作用不利于形成易引起"固态荧光淬灭"π-π密堆积,可以有效改善有机发光材料中常见的由π-π密堆积引起的固态荧光淬灭现象.选择Λ-型TB骨架作为分子的基本框架,首先以溴代Λ-型TB为原料合成了醛基取代的TB,再通过醛基-TB与取代苯乙腈类化合物经过简单的Knoevenagel缩合反应首次高效地合成了4个具有聚集态荧光增强特性的TB-氰基取代苯乙烯衍生物1a、2a、3a和4a,我们又通过钯催化的Heck偶联反应成功地将2-乙烯基噻吩引入到Λ-型TB中,合成了结构对称的D-π-C-π-D型TB衍生物5a,这些化合物均具有较大的Stokes位移.所有产物均通过1H NMR,13C NMR和HRMS等进行表征,并详细地对这些化合物的光电物理性质等进行了深入的研究,并重点探索验证了这些化合物的聚集诱导发光现象,它们在掺水聚集过程中均表现出明显的聚集荧光增强的性质,表明我们所合成的这些化合物均具有良好的聚集诱导发光性能(AIE).通过测试化合物1a、2a和5a在不同溶剂中的紫外吸收光谱和荧光光谱,表明化合物2a具有一定的溶剂效应,且这3个化合物的荧光发射峰位置都随着溶剂极性不同而发生变化,说明这些化合物存在着一定的ICT跃迁效应.通过对这些化合物的初步探究,希望这类新型固态发光TB衍生物能够在电致发光材料等领域具有潜在的应用价值.     

两种四苯甲亚胺基酞菁锌(Ⅱ)的合成及其紫外可见光谱的研究

从两种氨基酞菁锌出发，经一步反应，合成出了两种四苯甲亚胺基酞菁锌(Ⅱ)，并对合成的产物进行了质谱、紫外可见光谱、红外光谱表征．对合成产物的紫外可见光谱，从取代基与酞菁(Pc)大环之间的共轭形式、空间位阻效应、溶剂效应等几方面进行了分析，并与相应氨基酞菁化合物的紫外可见光谱进行了比较．发现外围(2，9，16，23位)取代产物2a的取代基R与Pc大环有较强的π-Ⅱ共轭，内围(1，8，15，22)取代产物2b的取代基R与Pc大环有较强的sp^2-Ⅱ共轭．