苯并吩噁嗪类染料的合成及光学性能的研究

论文摘要

在众多的有机非线性光学材料中,有机小分子是目前功能材料研究的热点,分子设计的关键在于有机大π共轭体系。苯并吩噁嗪类染料自问世以来,先后被用作商业染料,药物,重金属离子探针,蛋白质探针等。就其结构而言,苯并吩噁嗪类染料衍生物由于具有大π共轭体系,因此理论上也是潜在的三阶非线性光学材料。但是,就作者的知识面而言,还没有见到将苯并吩噁嗪类染料衍生物应用于三阶非线性光学材料的报道。在本论文以廉价的N,N-二乙基苯胺为起始原料,经过亚硝化反应、环化反应、成盐反应等多步操作,成功合成了11种新的苯并吩噁嗪衍生物,并将其中一种化合物与多种酸反应,得到了相应的盐。主要研究内容和结论包括以下两个部分:1.首先合成了11种苯并吩噁嗪类染料衍生物及其相应的盐,用红外、核磁、质谱、元素分析等方法确定了它们的分子结构。并且测试了这些化合物的光学性质如:紫外—可见光谱和荧光发射光谱。随着苯并吩噁嗪类染料衍生物取代基吸电子能力的增强,其紫外—可见光谱有明显的红移趋势;而取代基位置的变化,对其荧光发射光谱的波长影响很小。由于这些化合物在532 nm处均有较强的紫外-可见吸收,因此不适合用Z-扫描方法在532 nm的激光光源下来研究它们的三阶非线性光学性质。2.用Z-扫描方法在532 nm的激发光源下,测试了其中一种苯并吩噁嗪与六种不同阴离子结合的铵盐在乙酸溶液中的三阶非线性光学性质。研究结果表明,这些盐均表现出很强的反饱和吸收,三阶非线性极化率系数χ（3）和二阶超极化率γ’分别达0.42-1.20×10-11esu和2.75-7.29×10-29esu。量子化学计算结果表明,二阶超极化率与分子的最高占用分子轨道（HOMO）能量值相关,具有最高二阶超极化率的分子同样具有最低的HOMO能量值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非线性光学及其材料的简述
• 1.3 非线性光学材料的原理
• 1.4 有机低分子三阶非线性光学材料的结构与性能
• 1.4.1 醌构类化合物
• 1.4.2 方酸类化合物
• 1.4.3 偶氮类化合物
• 1.4.4 简单多烯类化合物
• 1.4.5 富勒烯类化合物
• 1.4.6 酞菁类化合物
• 1.4.7 二茂铁类化合物
• 1.5 三阶非线性极化率的表征技术——Z-扫描技术
• 1.5.1 Z-扫描测量实验的装置图
• 1.5.2 Z-扫描测量实验的数据处理
• 1.6 研究思路和内容
• 1.6.1 分子设计
• 1.6.2 材料合成
• 1.6.3 三阶非线性光学测试
• 1.7 本论文的创新之处
• 第二章 苯并吩噁嗪类分子的合成与表征
• 2.1 合成路线的确定
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要原材料
• 2.2.2 实验装置和设备
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 N,N-二乙基-4-亚硝基苯胺（1）的合成
• 2.3.2 N,N-二乙基-4-亚硝基苯胺·盐酸盐（2）的合成
• 2.3.3 9-二乙基胺苯并吩噁嗪·氯化锌复盐（3）的合成
• 2.3.4 9-二乙基胺苯并吩噁嗪·硝酸盐的合成
• 2.3.5 （Z）-N，N-二乙基-5-（4-甲氧基苯氨）-5-苯并吩噁嗪-9-胺的合成
• 2.3.6 苯并吩噁嗪类系列衍生物（5b-5k）的合成
• 2.3.7 苯并吩噁嗪类系列化合物（5a-5k）的晶体培养
• 2.4 苯并吩噁嗪类系列化合物的结构表征
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 X-射线晶体学衍射数据
• 2.5.2 苯并吩噁嗪类染料的1H-NMR 和FT-IR 谱图
• 2.5.3 苯并吩噁嗪类染料的热失重TGA 分析
• 2.5.4 紫外-可见吸收光谱
• 2.5.5 荧光发射光谱
• 2.6 本章小结
• 第三章 苯并吩噁嗪类盐的合成与光学性质的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验和分析方法
• 3.2.1 实验主要原料
• 3.2.2 实验装置和设备
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 实验步骤
• 3.3.1 苯并吩噁嗪系列盐的合成方法
• 3.3.2 苯并吩噁嗪系列盐结构的理论研究
• 3.3.3 苯并吩噁嗪系列盐的结构表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 核磁光谱
• 3.4.2 苯并吩噁嗪系列盐的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱
• 3.4.3 苯并吩噁嗪系列盐的NLO 性质
• 3.5 本章小结
• 第四章 全文总结
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 读研期间发表论文
• 附录
• 致谢