基于AIEE和ESIPT机理的荧光染料分子的合成与性质研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sym1989
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聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission,AIE)现象,已经成为国内外研究的热点。这类分子具有特殊的光学性质和广阔的发展前景,可以被应用于荧光传感器、光动力治疗、生物成像和防伪材料等方面,但是AIE体系也存在很多不足之处。在本文中,我们尝试用特殊的结构来克服AIE缺点,将AIE和激发态分子内质子转移(Excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)两种机制相结合,一定程度上能克服AIE分子的缺点,产生较大的Stokes位移。此外,AIE分子的特点也克服了传统ESIPT分子中存在的ACQ现象。本论文中,我们首先合成了三种含四苯乙烯(TPE)结构的羟基苯基并咪唑(HBI)功能化的目标产物,并通过1HNMR,13CNMR和EI-MS等测试方法对三种化合物结构进行表征,确定合成的中间体以及终产物的结构正确。其次,我们研究了带有不同取代基的三种四苯乙烯衍生物的光物理性质,我们发现在THF/H2O的混合体系溶剂中,三种化合物的荧光强度都会有不同程度的变化,其中一种TPE衍生物荧光强度随着水含量的增加而逐渐增强,当水含量达到85%时,荧光强度达到最高值。之后会随着水含量的继续增加,荧光强度降低。这一现象说明该化合物具有典型的AIEE性质。但是不同取代基的引入会使AIEE现象得到一定程度的限制。我们对其中一种TPE衍生物晶体的光物理性质进行研究,发现它具有结晶诱导发光增强(CIEE)的性质,这是由于THF与咪唑中的亚胺基形成了分子内氢键,增强了分子内的ESIPT过程。然后,我们研究了此类分子的外界刺激响应变色性质。HBI结构分子中的酚羟基和咪唑部分形成了分子内氢键。同时,酚羟基在ESIPT过程中作为质子给体,咪唑作为质子受体。三种TPE衍生物在固体初始状态下,发生ESIPT过程而发出一定强度的荧光。而经HCl熏蒸处理后,叔胺基团和HBI部分的酚羟基被氯离子质子化,O–H···Cl-和N–H···Cl-作用破坏了原有的分子内氢键,阻断了ESIPT过程,从而导致固体荧光发射波长发生明显蓝移。而继续用浓氨水熏蒸或者加热处理后,其荧光发射波长又会回到初始状态。这些现象说明三种HBI功能化的TPE衍生物在固体状态下的外界刺激响应变色现象是可逆的。最后,我们研究了三种化合物在溶液中对金属离子的选择性识别,我们选择十几种常见的金属离子进行测试,发现这三种化合物均能选择性识别Cu2+,并用Job’s Plot曲线法计算出这三种化合物与Cu2+的结合比例。结果表明此类化合物对Cu2+的检测具有较高的选择性。该研究成果未来可用于工厂废水或其他污染物中的Cu2+浓度检测。
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