含芳杂环不对称二芳烯的合成、性质及在光存储中的应用研究

摘要

二芳基乙烯因具有良好的光致变色性能，优异的热稳定性和抗疲劳性，在高密度光信息存储、光控分子开关等领域具有广阔的应用前景。目前，新型二芳烯分子的设计合成及性质研究是光电材料领域的研究热点。
　　 本论文设计合成了35种新型不对称光致变色全氟二芳烯分子，其中25种培养成晶体，22种通过单晶衍射对其晶体结构进行了解析。系统研究了芳杂环的种类、取代基的供/吸电子能力和取代位置对该类化合物光电性质的影响，初步探索了吡咯—噻吩型二芳烯在全息偏振光存储中的应用。取得的主要创新性成果如下：
　　 1．首次设计合成了系列吡咯—噻吩型不对称二芳烯分子，并系统研究了其光化学和电化学性质，结果表明：取代基的供/吸电子能力对该类化合物光电性质有显著影响。一方面，与末端苯环不含供/吸电子取代基的母体化合物相比，在末端苯环对位引入不同供/吸电子取代基，化合物的量子产率、最大吸收波长和荧光量子产率都有明显的增大，并随取代基供/吸电子能力的增大而增大。而其荧光发射波长明显减小。另一方面，相对于吸电子取代基，含供电子取代基的化合物具有较大的摩尔消光系数、荧光发射波长和闭环态能隙，而具有较小的荧光量子产率和开环态能隙。
　　 2．系统研究了取代基(氰基、氟原子、甲氧基)及其取代位置对吡咯—噻吩型二芳烯化合物光电性质的影响，结果表明：取代基及其取代位置对该类化合物光电性质有显著影响。一方面，与末端苯环不含取代基的母体化合物相比，在末端苯环任一位置引入不同的取代基，化合物的最大吸收波长和量子产率都有明显的增大，而其荧光发射波长明显减小。另一方面，取代基的取代位置对其光电性质也有显著影响。
　　 3．首次设计合成了吡咯—芳杂环型不对称二芳烯化合物，并考察了芳杂环种类对该类化合物光电性质的影响，结果表明：芳杂环种类对该类化合物光电性质有显著影响。与六元芳环相比，含五元芳杂环的二芳烯化合物具有较大的闭环量子产率、开环态最大吸收波长、荧光调制效率和荧光量子产率，而具有较小的开环量子产率及闭环态最大吸收波长；在五元芳杂环或六元芳环上引入N原子后，相应化合物的量子产率、荧光发射波长、荧光调制效率和荧光量子产率将有明显增大；与含单环芳杂环(噻吩、噻唑、苯、吡啶)二芳烯化合物相比，含双环芳杂环(苯并噻吩、苯并呋喃、吲哚、萘)二芳烯化合物具有较大的荧光量子产率。
　　 4．系统研究了氰基位置及吡咯环的特性对吡咯—噻吩型二芳烯分子光电性质的影响，结果表明：氰基位置及吡咯环的特性对该类二芳烯分子光电性质有显著影响。一方面，当氰基连接在吡咯环活性碳原子上时，化合物的摩尔消光系数、量子产率、荧光发射波长、荧光调制效率和荧光量子产率显著增加，而其闭环态最大吸收波长明显减小。另一方面，吡咯—噻吩型二芳烯体系和对应的双噻吩二芳烯体系相比，具有较大的闭环态最大吸收波长、闭环量子产率、荧光发射波长和荧光调制效率。而具有较小的开环态最大吸收波长、开环量子产率和开闭环摩尔消光系数。
　　 5．首次设计合成了系列噻唑—噻吩型不对称二芳烯分子，并系统研究了其光化学和电化学性质，结果表明：取代基的供/吸电子能力对该类二芳烯化合物光电性质有显著影响。化合物量子产率和荧光发射波长随取代基供电子能力的减弱/吸电子能力的增强而逐渐减小。同时，其最大吸收波长和荧光调制效率随取代基供/吸电子能力的增大而增大。另外，含供电子取代基二芳烯具有更好的抗疲劳性。
　　 6．以吡咯—噻吩型二芳烯化合物为存储介质，探讨了其在偏振全息光存储领域的应用，研究结果表明：以该类化合物为存储介质，采用正交圆偏振全息存储方法可以得到理想的全息存储结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 选题意义

1.2 有机光致变色化合物的研究概况

1.2.1 光致变色现象

1.2.2 有机光致变色化合物的种类

1.3 二芳基乙烯化合物的研究概况

1.3.1 二芳基乙烯化合物的结构

1.3.2 二芳基乙烯化合物的合成

1.3.3 二芳基乙烯化合物的性质研究

1.4 二芳基乙烯化合物的应用研究

1.4.1 二芳烯在光信息存储中的应用

1.4.2 二芳烯在分子开关中的应用

1.4.3 二芳烯在离子识别和细胞成像中的应用

1.4.4 二芳烯在多重调分子控逻辑门器件中的应用

1.4.5 二芳烯在多色显示中的应用

1.5 二芳基乙烯的发展方向及其研究展望

参考文献

第二章 吡略噻吩混联型不对称二芳烯的合成及性质研究

2.1 仪器和试剂

2.1.1主要仪器

2.1.2 主要试剂

2.2 吡咯噻吩混联型不对称二芳烯的合成及结构表征

2.2.1 吡咯噻吩混联型不对称二芳烯的合成

2.2.2 合成方法的总结和讨论

2.3 部分吡咯噻吩混联型不对称二芳烯的晶体制备及结构解析

2.3.1 晶体的培养

2.3.2 晶体的结构解析

2.4 吡咯噻吩混联型不对称二芳烯的光电性质研究

2.4.1 氰基取代位置对该类化合物光电性质的影响

2.4.2 氟原子取代位置对该类化合物光电性质的影响

2.4.3 甲氧基取代位置对该类化合物光电性质的影响

2.4.4 取代基供/吸电子能力对该类化合物光电性质的影响

2.4.5 吡啶环氮原子位置对该类化合物光电性质的影响

2.5 本章小节

参考文献:

第三章 吡咯杂环混联联型不对称二芳烯的合成及性质研究

3.1 吡咯杂环混联型不对称二芳烯的合成及结构表征

3.2 部分吡咯噻吩混联型不对称二芳烯的晶体制备及结构解析

3.2.1 晶体的培养

3.2.2 晶体的结构解析

3.3 单环芳杂环对吡咯杂环混联型二芳烯分子光电性质的影响

3.3.1 光致变色性质

3.3.2 荧光性质

3.4 双环芳杂环对吡咯杂多环混联型二芳烯分子光电性质的影响

3.4.1 光致变色性质

3.4.2 荧光性质

3.5 本章小结

参考文献

第四章 几种同分异构二芳烯化合物的合成及性质研究

4.1 三类二芳烯同分异构体分子的合成及结构表征

4.2 二芳烯分子的晶体制备及结构解析

4.3 氰基位置对吡咯噻吩混连型二芳烯同分异构体光电性质的影响

4.3.1 光致变色性质

4.3.2 荧光性质

4.4 氟原子位置对二芳烯同分异构体光电性质的影响

4.4.1 光致变色性质

4.4.2 荧光性质

4.5 本章小结

参考文献

第五章 噻唑噻吩混联型不对称二芳烯的合成及性质研究

5.1 噻唑噻吩混联型不对称二芳烯的合成及结构表征

5.2 部分噻唑噻吩混连型二芳烯分子晶体制备及结构解析

5.3 取代基供/吸电子能力对噻唑噻吩混联型二芳烯光电性质的影响

5.3.1 光致变色性质

5.3.2 热稳定性和抗疲劳性

5.3.3 荧光性质

5.3.4 电化学性质

5.4 本章小结

参考文献

第六章 二芳烯在全息光存储中的应用研究

6.1 PMMA膜片的制作工艺

6.1.1 真空蒸镀法

6.1.2 凝胶压片法

6.1.3 旋涂法

6.2 实验方法及原理

6.3 二芳烯在全息光存储技术中的实验研究

6.3.1 二芳烯化合物应用于全息光存储中的初步研究

6.3.2 各种偏振全息光存储的研究

6.3.3 复用全息光存储技术的研究

6.4 本章小结

参考文献:

全文总结

博士期间发表的学术论文

致谢