多芳基咪唑类荧光小分子的设计合成及光谱性能研究

论文摘要

多芳基咪唑化合物存在若干共振结构,在光致发光和电致发光领域具有很高的应用潜力;但这些化合物大都存在着荧光量子产率较低的问题。高荧光性能化合物的设计必须以分子结构与其光学性能之间的关系为依据,而这种构效关系长期以来一直是人们广泛研究与争议的问题。本文首先合成了2,4,5-三苯基咪唑,然后以其为母体从改变取代基、增大共轭长度、提高平面性三方面对分子结构进行优化修饰,得到了一系列高荧光量子产率的多芳基咪唑化合物;其中提高分子平面性的设计是比较有意思的工作,采取的是在受阻的苯环间引入键桥,通过“绑定”使扭曲的苯环与咪唑环稠和,回归分子平面的方法实现的。研究了溶剂极性的改变对化合物荧光性能的影响。三苯基咪唑衍生物的合成采用邻二酮与芳香醛在醋酸铵、醋酸体系中回流一步法得到,对反应条件进行了优化。苯并咪唑衍生物的合成采用邻苯二胺与芳香醛在甲醇中回流和邻苯二胺与芳香羧酸在乙二醇中回流两种方法得到。所合成的25种多芳基咪唑化合物全部通过质谱、氢谱和元素分析表征确定结构。对上述化合物进行了紫外光谱和荧光光谱的测定,并进行了荧光量子产率的计算。深入讨论了化合物结构与荧光性能之间的构效关系;进一步总结了影响化合物光谱性能的内部因素和外部因素,并通过能量传递机理对实验结果进行了理论分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机小分子发光材料
• 1.2.1 芳香稠环化合物
• 1.2.2 分子内电荷转移化合物
• 1.3 小分子荧光材料的光物理机制及荧光量子产率
• 1.3.1 光物理机制
• 1.3.2 荧光量子产率及其计算方法
• 1.3.3 影响荧光性能的因素
• 1.4 咪唑类衍生物的研究进展
• 1.4.1 咪唑类衍生物在光电材料中的研究进展
• 1.4.2 咪咪唑类衍生物在其他方面的研究进展
• 1.5 咪唑类衍生物的合成方法简介
• 1.6 本课题的研究目的、意义和内容
• 第2章 多芳基咪唑化合物的分子设计
• 2.1 引言
• 2.2 分子设计与合成路线
• 2.2.1 2,4,5-三苯基咪唑及其衍生物的路线设计
• 2.2.2 增加化合物共轭长度的分子设计
• 2.2.3 增大化合物平面性的分子设计
• 第3章 多芳基咪唑化合物的合成讨论
• 3.1 原料中间体的合成讨论
• 3.1.1 三苯胺的合成
• 3.1.2 4-N,N-二苯基苯甲醛的合成
• 3.1.3 对碘苯甲酸的合成
• 3.2 咪唑环化的反应机理
• 3.3 2,4,5-三苯基咪唑衍生物的合成讨论
• 3.3.1 反应条件优化研究
• 3.3.2 化合物1a～1g 及化合物4 的合成
• 3.3.3 化合物1h 和5 的合成
• 3.4 菲并咪唑衍生物的合成讨论
• 6g 和化合物9,10 的合成'>3.4.1 化合物6a⁶g 和化合物9,10 的合成
• 3.4.2 化合物6h 和11 的合成
• 3.5 苯并咪唑衍生物的合成讨论
• 3.5.1 化合物2、3、8 的合成
• 3.5.2 化合物7 的合成
• 第4章 多芳基咪唑化合物的光谱性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 2,4,5-三苯基咪唑的光谱性能
• 4.3 取代基的改变对光谱性能的影响
• 4.3.1 取代基的改变对紫外光谱的影响
• 4.3.2 取代基的改变对荧光光谱和荧光量子产率的影响
• 4.4 共轭长度的增加对光谱性能的影响
• 4.4.1 共轭长度的增加对紫外光谱的影响
• 4.4.2 共轭长度的增加对荧光光谱和荧光量子产率的影响
• 4.5 平面性的增加对光谱性能的影响
• 4.5.1 平面性增加对紫外光谱的影响
• 4.5.2 平面性增加对荧光光谱和荧光量子产率的影响
• 4.6 溶剂极性对光谱性能的影响
• 第5章 实验部分
• 5.1 仪器与试剂
• 5.1.1 实验仪器
• 5.1.2 实验试剂
• 5.2 原料中间体的合成
• 5.2.1 三苯胺的合成
• 5.2.2 4-N,N-二苯基苯甲醛的合成
• 5.2.3 对碘苯甲酸的合成
• 5.3 多芳基咪唑衍生物的合成
• 5.3.1 2,4,5 三苯基咪唑衍生物的合成
• 5.3.2 菲并咪唑衍生物的合成
• 5.3.3 苯并咪唑衍生物的合成
• 5.4 光谱的测定
• 5.4.1 溶液的配置
• 5.4.2 紫外可见吸收光谱的测定
• 5.4.3 荧光光谱的测定
• 5.4.4 荧光量子产率的计算
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 合成化合物一览表
• 附录 C 部分化合物的谱图