二噻吩乙烯光致变色功能材料

论文摘要

光致变色化合物在光致异构过程中,不仅其吸收光谱会发生显著的变化,并且该化合物的光化学及光物理性能也会发生改变,譬如电折常数、光折指数、冷光、氧化-还原电位等等。其中,冷光易于操作、响应快、器件制备成本低廉,从而得到了非常广泛的研究和应用,最有希望用于光信息存储和分子开关等方面。近年来,光致变色二噻吩基乙烯以其优异的热稳定性和耐疲劳性得到了广泛的研究。第一章概述有机光致变色化合物的研究进展并且提出课题。第二章将过渡的金属引入光致变色化合物中,首次合成将二噻吩乙烯Py-BTE单元直接作为铱金属配体结构的光致变色铱络合物,利用铱的磷光三线态特性,设计长波长光致变色磷光开关。所合成的目标化合物（Py-BTE）2Ir（acac）不仅仅具有突出的荧光开关性能,其磷光变化在室温下就可以测得,这与其他必须在77K才能测得磷光的金属光致变色络合物比较性能更优越。这样通过将光致变色化合物作为铱金属配体,延长激发波长引发的冷光变化可能实现非破坏性的读出。第三章设计将具有高荧光特性的花衍生物引入二噻吩环戊烯核结构中得到化合物PDI-DTE,该化合物首次将二噻吩乙烯通过芳香环共轭部分引入的花中。研究表明该化合物具有很好的光致变色性能及热稳定性,同时通过紫外光照射后触发的二噻吩环戊烯关环影响着花酰亚胺单元的荧光性能。紫外光照前后PDI-DTE肉眼所见颜色相同然而荧光却大有增强,这一成果显示了该化合物在防伪材料中的潜在应用前景。第四章二噻吩乙烯化合物烯桥的功能化研究,本章合成了具有类BODIPY结构的氟化硼络合物BTE-BF,通过在马来酸酐二噻吩乙烯桥上引入2-甲基喹啉实现这一络合,然而所得到的化合物并不具备光致变色性能,可能由于烯桥上的2-甲基喹啉取代以后,N杂原子的吸电子作用抑制了化合物的开关环性能。第五章将易于合成制备的高荧光性能官能团萘酰亚胺对称引入二噻吩乙烯侧链上,得到的化合物BTE-NA具有很好的光响应荧光调控性能,并且随着溶剂极性的增加,其荧光出峰因溶剂弛豫现象而发生蓝移。第六章合成了具有不同配体的二噻吩乙烯铱络合物（Py-BTE）2Ir（acac）、（Py-BTE）2Ir（pic）、（Py-BTE）2Ir（bpy）,测试结果表明它们都具有光响应的变色现象。通过配体的转换实现其阳离子化合物水溶性的提高,可能得以应用于细胞探针。第七章其它工作：研究了（Py-BTE）2Ir（acac）的离子响应效果；对与花芳环共轭的二噻吩乙烯衍生物的合成方法进行了研究；拟设计合成铁磁性二噻吩乙烯化合物以及手性二噻吩乙烯化合物。第八章结论

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 有机光致变色化合物的研究进展概述
• 1.1 引言
• 1.2 有机光致变色化合物
• 1.3 二噻吩乙烯光致变色化合物近期研究进展
• 1.3.1 二噻吩乙烯光致变色化合物结构修饰
• 1.3.2 二噻吩乙烯光致变色化合物络合修饰
• 1.4 有机光致变色化合物的应用
• 1.4.1 非破坏性读出
• 1.4.2 光驱动器件
• 1.4.3 远程控制光开关
• 1.4.4 生物细胞中的应用
• 1.4.5 分子逻辑电路
• 1.4.6 光控导电开关
• 1.4.7 非线性开关
• 1.4.8 光控磁性开关
• 1.4.9 光控手性开关
• 1.4.10 荧光开关
• 1.4.11 界面控制开关
• 1.4.12 化学反应开关
• 1.5 课题的提出
• 第二章 新型近红外光致变色二噻吩乙烯络合物
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及仪器
• 2.2.2 目标化合物及中间体的合成路线
• 2.2.3 中间体和目标化合物的制备
• 2.2.4 薄膜的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 分子设计与合成讨论
• 2.3.2 核磁及质谱表征
• 2.3.3 目标化合物及中间体紫外吸收光谱研究
• 2.3.4 光致变色开关环量子效率
• 2.3.5 目标化合物的荧光性能
• 2.3.6 目标化合物PMMA薄膜性能
• 2.3.7 目标化合物的聚集态磷光效应（AIPE）
• 2.3.8 目标化合物磷光寿命分析
• 2.3.9 目标化合物光致变色机理的计算验证
• 2.3.10 目标化合物单晶结构分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 苝芳香环上修饰二噻吩乙烯的光致变色化合物
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 目标化合物及中间体的合成路线
• 3.2.3 中间体和目标化合物的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 分子设计与合成讨论
• 3.3.2 核磁及质谱表征
• 3.3.3 目标化合物及中间体的紫外吸收光谱研究
• 3.3.4 目标化合物的荧光性能
• 3.3.5 目标化合物的理论计算
• 3.3.6 目标化合物电化学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 烯桥取代抑制二噻吩乙烯光致变色的的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及仪器
• 4.2.2 目标化合物及中间体的合成路线
• 4.2.3 中间体和目标化合物的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 分子设计与合成讨论
• 4.3.2 核磁及质谱表征
• 4.3.3 目标化合物及中间体的紫外吸收光谱研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 萘酰亚胺修饰的二噻吩乙烯化合物
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂及仪器
• 5.2.2 目标化合物的合成路线
• 5.2.3 目标化合物的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 目标化合物结构确认
• 5.3.2 目标化合物的紫外吸收光谱研究
• 5.3.3 目标化合物的荧光研究
• 5.3.4 目标化合物溶剂弛豫现象的研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 不同配体的二噻吩乙烯铱络合物
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂及仪器
• 6.2.2 目标化合物及中间体的合成路线
• 6.2.3 中间体和目标化合物的制备
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 分子设计与合成讨论
• 6.3.2 质谱表征
• 6.3.3 目标化合物及中间体的紫外吸收谱图研究
• 6.3.4 目标化合物的荧光研究
• 6.3.5 目标化合物水体系中的研究
• 6.3.6 目标化合物在肿瘤细胞中的染色现象
• 6.4 本章小结
• 第七章 其他工作
• 7.1 光致变色二噻吩乙烯铱络合物的离子响应研究
• 7.1.1 研究背景
• 7.1.2 试剂及仪器
• 7.1.3 （Py-BTE）2Ir（acac）的离子响应研究
• 7.2 光致变色二噻吩乙烯花共轭化合物的合成
• 7.2.1 目标化合物结构
• 7.2.2 试剂及仪器
• 7.2.3 合成PDI-BTE
• 7.2.4 合成PDI-Phenyl-BTE
• 7.2.5 合成PDI-Alkyl-BTE
• 7.3 铁磁性二噻吩乙烯化合物的合成研究
• 7.3.1 目标化合物的合成设计及路线
• 7.3.2 目标化合物前体的合成
• 7.4 手性二噻吩乙烯化合物的合成研究
• 7.4.1 目标化合物结构
• 7.4.2 目标化合物前体合成路线1
• 7.4.3 目标化合物前体合成路线2
• 7.4.4 目标化合物设计合成研究小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 卷内备考表