碲掺杂多环芳烃的合成、结构及性能研究

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碲在硫族元素中比较独特,虽然属于非金属元素,但具有较强的金属性质,其被广泛应用于冶金、电子、有机薄膜晶体管和太阳能电池等领域。近年来,含碲多环芳烃类有机功能材料开始受到了广泛关注,但是含碲多环芳烃的合成由于原料合成困难、实验操作繁琐、反应步骤较长、产率偏低等因素而受到限制。因此,开发一种简易、有效的方法来合成含碲多环芳烃是非常有意义的。本论文以简单易得的碘鎓盐为原料实现了含碲多环芳烃的高效合成,而且可以实现多重度反应以合成具有更大共轭体系的功能分子。该方法具有条件温和、底物普适性广、反应收率较高等优点。同时,通过对合成的分子的性质研究,我们首次发现部分二苯并碲吩类化合物具有独特的室温磷光性质。全文主要包括以下四部分内容:第一部分:我们讲述了有机碲化合物的研究意义及进展,以及对本论文的设计思路也做了介绍。本部分重点介绍了含碲芳香族化合物通常表现出的一些独特性质,如碲的重原子效应、强的分子间相互作用和较窄的带隙等。第二部分:环状二芳基碘鎓盐的易合成和较好的空气/水分稳定性使其成为构建各种芳香杂环的理想起始原料,我们设想以高价碘为原料,用来制备含碲的多环芳烃类化合物。首先各种取代的2-氨基联苯类化合物可以通过Suzuki偶联反应合成,接着再经过重氮化反应和Sandmeyer反应得到碘化物,然后氧化关环合成了一系列取代的碘盐类化合物。这些制备的碘鎓盐作为原料将用于实现含碲多环芳烃的高效合成。第三部分:本章主要研究以环状高价碘为原料合成含碲多环芳烃类化合物。首先,对二苯并碲吩类化合物的文献合成方法进行了讨论,并提出了从碘鎓盐类化合物出发合成二苯并碲吩的可行性。然后,通过条件的筛选,最终确定了最佳反应条件是:芳基碘鎓盐(1.0 eq),碲粉(1.5 eq),2-甲基吡啶(1.0 m L),DMSO(2.0 m L),N2,120 oC。利用该方法,我们成功地合成了具有各种取代基的二苯并碲吩类化合物,同时也可以合成具有更大共轭体系的含碲芳香化合物。合成的大部分化合物均表现出了良好的空气/湿度稳定性和高热稳定性。该方法具有以下优点:(1)原料稳定并且易制备;(2)底物普适性较好;(3)可实现具有较高合成难度的含碲梯形有机半导体材料和碲杂素馨烯的合成。同时,我们设计了一些控制实验,阐述了反应可能的机理。第四部分:本部分主要研究合成的含碲多环芳烃的光学性质。纯有机室温磷光材料的研究具有重要的意义,因此受到了广泛的关注,但目前这类材料种类还非常有限。通过光谱研究我们首次发现二苯并碲吩固体具有室温磷光性质,而且许多二苯并碲吩衍生物的发光波长可以通过取代基进行调控,并且磷光对空气不敏感,显示出了较好的稳定性。为证实其发光为磷光而不是荧光,我们利用时间分辨的光谱测试、结合单晶和粉末X-衍射以及密度泛函理论计算(DFT)等手段证实了磷光性质并阐述了其产生的可能机制。该类化合物在有机发光材料方面显示出了较高的应用价值。
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