呋喃及苯并咪唑类化合物的合成和发光性能研究

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由于有机光电材料的广泛应用,设计合成新型的有机光电材料已成为人们关注的热点。 本论文选取呋喃和苯并咪唑两类化合物为研究对象,以设计合成新型有机光电材料的有机分子为目标,深入研究其分子结构和发光性能间的关系。全文共分三章。 第一章,详细地介绍了近年来有机电致发光材料的研究进展,并对呋喃和苯并咪唑两类化合物的合成及应用研究的进展作了较为详细地综述。 第二章,根据呋喃类化合物结构和性能的关系,设计合成了一系列化合物:(1)取代单呋喃衍生物;(2)取代双呋喃衍生物。深入研究了炔丙基缩硫酮与正丁基锂在低温(-78℃)、无水、无氧的条件下作用,接着再与亲电试剂醛类反应,最后加入三氟乙酸,通过一锅反应顺利得到2,3,5一三取代的呋喃。呋喃环上的取代基可以是烷基或芳香环官能团。在这个反应中,硫醚是一个很好的离去基团。以单醛化合物作亲电试剂来参与反应,可得单呋喃衍生物;以二醛作亲电试剂,可得双呋喃衍生物。呋喃衍生物中允许多种官能团存在。用1HNMR、13CNMR、LC/MS对所合成的新化合物结构进行了确认。 同时研究了所合成的呋哺类化合物的光电性能,包括紫外最大吸收波长(λa,max)、荧光最大发射波长(λe,max)、量子效率(φ)、二阶非线性极化率、荧光寿命、电化学方法测定了分子的HOMO、LUMO,并测定了热稳定性。量化计算了呋喃衍生物的紫外、HOMO、LUMO及分子构型。测试结果表明:呋喃类化合物的紫外最大吸收波长为318.0nm~394.5nm;荧光最大发射波长为385.0~467.0nm;荧光量子效率为0.65~1,因而这类物质具有发蓝光的性质并且量子效率很高。呋喃类化合物二阶线性极化率βxxx较大(7.83~163.84),在溶液中表现出较强的二阶线性极化特征,具有了作为非线性光学材料的必要条件。电化学循环伏安法的测试结果表明,双呋喃类化合物在氧化一还原过程中的稳定性极佳,并且HOMO能级较高,LUMO能级较低,具有良好的空穴传输能力。热稳定性对发光材料的应用是一个关键,它决定元器件的寿命和效率,热重分析表明,呋喃类化合物的热稳定性优良。 由以上的测试结果表明呋喃类化合物具有非常优良的光电性能,因而在有机发光二极管元器件应用方面有极大的潜力,有望开发出一类新型的、高性能的有机发光二极管材料。 第三章,根据苯并咪唑类化合物的结构特点,设计合成了一系列化合物:(1)2-苯并咪唑基烯烃衍生物的合成;(2)2-(2’-取代苯基-1’-苯氧基)乙烯基苯并咪唑;(3)1,1-二(2-苯并咪唑基)-2-苯基乙烯衍生物;(4)1-烷基取代苯并咪唑化合物。并对乙酸酐合成法和微波合成法的反应条件进行了深入的研究。以邻苯二胺和一系列芳香羧酸,饱和脂肪酸和不饱和烯烃基羧酸为原料,在多聚磷酸作催化剂和溶剂条件下,设计了间歇式和分段式微波辐射反应的合成路线,一步、高产率(61.9%~91%)的合成了目标化合物2-取代苯并咪唑,改进了合成工艺,简化了操作,产率明显提高,为微波反应提供了一条有效的途径,有利于微波合成的推广。通过乙酸酐法成功合成了2-(2’-取代苯基-1’-苯氧基)乙烯基苯并咪唑,1,1-二(2-苯并咪唑基)-2-苯基乙烯衍生物,反应条件相当温和,后处理简单。用1HNMR、13CNMR、LC/MS对所合成的咪唑类新化合物结构进行了确认。 同时研究了所合成的咪唑类化合物的发光性能,包括紫外最大吸收波长(λa,max)、荧光最大发射波长(λe,max)、量子效率(Φ),并详细探讨了结构和性能的关系。测试结果表明:咪唑类化合物的紫外最大吸收波长为302.5nm~396.0nm;荧光最大发射波长为395.0~497.0nm,2-苯并咪唑烷基化衍生物的荧光量子效率(0.65~1)很高。 通过紫外可见吸收光谱(Uv-Vis)、荧光发射光谱和质谱研究了三种1,1-二(2-苯并咪唑基)-2-苯基乙烯衍生物与不同金属离子形成的配合物的发光性能。比较络合前后吸收光谱和发射光谱的变化及络合物的质谱,证实在溶液中把1,1-二(2-苯并咪唑基)-2-苯基乙烯衍生物与不同金属离子混合时发生了络合作用,并发现1,1-二(2-苯并咪唑基)-2-苯基乙烯衍生物荧光受体与不同金属离子具有较高的选择性,不同取代基的化合物与金属离子形成配合物后紫外和荧光的变化相差很大,因而在有机发光材料上具有重要的应用价值。
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