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有机氟硼配合物因其具有高荧光量子效率,尖锐的吸收和发射峰,高的光、化学稳定性,被认为是潜在的多功能材料并且已被广泛应用于分子探针、光动力学理论、激光燃料、非线性光学材料以及太阳能电池等领域,在过去二十年得到了很大的开发并为人们研究的热点。 本文以新型有机发光材料的开发和应用为目的,以基于喹啉的氟硼配合物为主体,通过Suzuki偶联实现对分子结构的修饰,设计、合成了芳基取代的基于喹啉的氟硼配合物(B1-B6),并对它们的光物理性质、电化学性质及性质与结构之间的构效关系进行了研究。 第一,研究了由关键中间体5先配位再偶联的方法或先偶联再配位两种方法得到氟硼配合物(B1-B6)的优劣,前者收率为67.6-75.6%,通用性好,而后者收率为78.0-83.1%,产率较高,但需更多的胺配体。产物经过熔点测定、核磁共振氢谱、质谱和元素分析等方法对该系列化合物进行了结构表征,结果表明所得化合物与预期结构一致。 第二,通过对B1-B6的紫外可见吸收以及荧光发射光谱的研究,我们发现所有化合物都有着较强的戏外吸收峰和尖锐的荧光发射峰,这些化合物在相应的激发波长激发下不仅能在溶液中发光,而且在固态下也能发光。B1-B6在室温二氯甲烷溶液中,于350-600nm范围内有强紫外1π-π*吸收峰,摩尔吸光系数ε=2.5×104-8.2×104 L mol-1 cm-1。与此同时,这些化合物在室温二氯甲烷溶液中的荧光发射选择用相应的吸收波长来激发,于380-550nm范围内可以观察到它们尖锐的荧光发射峰。值得一提的是,化合物的荧光发射峰正好是它们的S0→S1吸收峰的镜像,这些发射峰可以归属为1π-π*/1ICT(分子内电荷转移)。此外,溶剂化效应的研究也验证了以上归属。除了配合物B6的荧光量子效率ΦPL=0.01外,其他所有化合物均表现出高的荧光量子效率(ΦPL=0.47-0.93),而荧光寿命则都在纳秒范围。 第三,利用循环伏安法对该类化合物进行了能级研究,结果表明化合物的HOMO和LUMO能级分别在-5.28~-5.58 eV和-2.63~-2.92 eV。应用密度泛函理论(B3LYP/6-31G)计算得到的HOMO在-5.17~-6.26 eV,而LUMO在-2.00~-2.70 eV,理论计算结果与循环伏安实验所得到的结果较为接近。利用循环伏安法得到的化合物的LUMO与Alq3(LUMO=-2.90 eV)接近,表明这些化合物拥有较好的电子传输能力。 光谱研究和理论计算表明这些氮杂氟硼配合物的光物理性质是可以通过改变其相应的芳基取代基来进行调控的,这将有利于合理设计具有高荧光量子效率的BODIPY化合物,以应用于有机电致发光领域。