新型咔唑类吡啶盐的合成及其非线性光学性质的研究

论文摘要

伴随着信息技术的发展,非线性光学在光电通信、光处理、光计算等信息传输领域越来越受到各国科研人员的重视与研究。自非线性光学诞生以来,越来越多的非线性材料被发现,其中包括有机材料、无机材料、有机-无机复合材料。这些材料中,有机材料具备更快的反应时间,更低的介电常数,更好的加工特性,使得有机非线性光学材料成为了材料研究人员的研究热点。人们根据非线性光学材料的设计原理,希望能够通过分子设计和修饰,得到无对称中心、非线性系数高、透明性好和热稳定高的有机非线性光学材料。一般非线性分子都是具有电子给体、电子供体和π共轭桥的简单一维D-π-A结构,这些生色团分子非线性极化率提高的同时总是伴随着透明性的降低,为此本论文设计合成了具备二维结构的分子来解决这一问题。生物学领域中,具备二维A-π-D-π-A结构的有机吡啶盐3,6-双[2-（1-甲基吡啶）乙烯基]-9-甲基-咔唑碘盐由于其对细胞核的选择性标记能力而备受关注,但是对其二阶非线性光学性能的研究仍是空白。本文从咔唑出发,经傅克烷基化反应、甲酰化反应、Knvenagel缩合反应合成了有机吡啶盐3,6-双[2-（1-甲基吡啶）乙烯基]-9-甲基-咔唑碘盐（化合物9）和同样具备这种二维结构的新化合物1,8-双[2-（1-甲基吡啶）乙烯基]-3,6-二叔丁基-9-甲基-咔唑碘盐（化合物11）,并用红外、核磁氢谱、核磁碳谱、元素分析等进行了结构表征。利用紫外分光光度计和荧光光谱仪测定了两种化合物的最大吸收和荧光发射,采用溶致变色法测定了两个化合物的非线性光学系数。溶致变色法的测定结果表明,两个化合物都体现出很好的非线性性能,在五种不同溶剂中化合物9的βCT达到了407×10-30469×10-30esu,化合物11的βCT达到了493×10-30548×10-30esu,特别是在甲醇中两者都具有较高的二阶非线性系数,分别为469×10-30esu和548×10-30esu。两个化合物透明性良好,紫外最大吸收λmax在446458nm处,在五种不同溶剂中化合物11与化合物9相比均发生了蓝移。化合物9的荧光发射峰位置在570nm处,化合物11则发生了红移至580590nm。对比两个化合物,新合成的化合物11紫外最大吸收发生蓝移透明性提高的同时二阶非线性极化率提高了约25%,熔点提高20℃,达到了非线性-透明性-热稳定性的统一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 非线性光学效应
• 1.3 非线性光学材料
• 1.4 二阶有机非线性材料的设计
• 1.5 分子二阶非线性系数的测定
• 1.6 课题的主要研究内容
• 第2章 新型吡啶盐的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 合成路线
• 2.3 实验药品与仪器
• 2.4 3,6-二甲酰基-9-甲基咔唑的合成
• 2.4.1 9-甲基咔唑的合成
• 2.4.2 3,6-二甲酰基-9-甲基咔唑的合成
• 2.5 3,6-二叔丁基-1,8-二甲酰基-9-甲基咔唑的合成
• 2.5.1 氯代叔丁烷的制备
• 2.5.2 3,6-二叔丁基-9-甲基咔唑的合成
• 2.5.3 3,6-二叔丁基-1,8-二甲酰基-9-甲基咔唑的合成
• 2.6 有机吡啶盐的合成
• 2.6.1 4-甲基-N-甲基吡啶碘盐的合成
• 2.6.2 3,6-双[2-（1-甲基吡啶）乙烯基]-9-甲基-咔唑碘盐的合成
• 2.6.3 1,8-双[2-（1-甲基吡啶）乙烯基]-3,6-二叔丁基-9-甲基-咔唑碘盐的合成
• 2.7 结果与讨论
• 2.7.1 3,6-二甲酰化反应的条件优化
• 2.7.2 1,8-二甲酰化反应的条件优化
• 2.8 本章小结
• 第3章 目标化合物的结构表征
• 3.1 核磁共振氢谱
• 3.2 核磁共振碳谱
• 3.3 本章小结
• 第4章 新型吡啶盐的二阶非线性光学系数的测定
• 4.1 引言
• 4.2 溶致变色法的测定原理
• 4.3 紫外-可见光谱的测定
• 4.4 荧光发射光谱的测定
• 4.5 化合物密度的测定
• 4.6 二阶非线性极化率的确定
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢