N-(1-芘基)酰亚胺类化合物的合成与光学性质研究

摘要

有机光电材料在半导体领域有着巨大的潜在应用。芘本身具有优异的光学性质，是一种理想的有机光电材料，然而由于其分子的大平面结构，容易发生π-π堆积，因此在固态下发生聚集诱导淬灭，限制了其在发光材料领域的应用。在本文中，根据芘的发光性质，在芘环上接入马来酰亚胺基团，合成一系列化合物，形成扭曲结构，抑制芘固态下的π聚集，研究了化合物的光谱性质，深入探究了其光谱性质与分子结构间的关系，并以芘基酰亚胺为荧光探针分别识别丁二烯与蒽，主要研究成果如下： 1、通过在芘基上引入酰亚胺，得到芘基马来酰亚胺PM，在溶液态和固态下均无荧光。通过理论计算发现化合物PM的HOMO轨道基本分布在芘上，而LUMO轨道都分布在马来酰亚胺基团上，证明了化合物PM存在PET效应。我用PM为荧光探针，利用探针的PET效应，分别识别丁二烯及蒽，通过荧光滴定，反应时间以及选择性识别表明了探针PM在不同环境下识别丁二烯和蒽具有较高的灵敏性和专一性。 2、为了阻断芘基与马来酰亚胺之间的PET效应，恢复芘的荧光，将芘基马来酰亚胺与共轭烯烃及蒽的衍生物进行环加成，得到两个系列化合物PM1，PM2，PM3和PM4，PM5，PM6。两个系列的化合物在溶液态下的紫外吸收和荧光发射基本一致，而在固态下有较大差异，特别是PM2和PM4，相对于其它化合物的在固态下的荧光发射有较大的红移。通过聚集诱导和浓度依赖性证明了PM2和PM4在固态下发出的是芘的激基缔合物荧光，而其它四个化合物在固态下发出的是单体荧光，因此PM2和PM4相对于其它四个化合物在固态下的荧光有较大红移。 3、为了从空间结构上证明六个化合物固态下发出不同荧光，即单体荧光和激基缔合物荧光的原因，获得了在固态下发出单体荧光PM1和固态下发出激基缔合物荧光的PM4的两个单晶结构。由于化合物PM1具有较松散的堆积，两两平行的芘环之间有很大程度的滑移，基本没有重叠，π-π作用很弱，显示出单体的填充模式，因此固态下发出单体荧光。而化合物PM4中，每两个分子平面间的重叠程度很高，π-π作用较强，在聚集态下很容易形成二聚体，这些二聚体形成稳定的激基缔合物刚性几何形状，发出激基缔合物荧光。 4、六个化合物在固态原始态下的分子堆积模式影响其压致变色性质。由于PM1，PM3，PM5，PM6在原始状态下以单体堆积，堆积结构中存在空隙或者界面层，在外力作用下这种堆积结构很容易被打破，使堆积变得紧密，平面性更强，分子间的π-π共轭效应增强，从而由松散的单分子排列转变为重叠程度大的芘二聚体，最终导致了荧光发射的红移，发出激基缔合物荧光，因此以单体排列的化合物具有压致变色性质。而化合物PM2和PM4中芘基的重叠程度很高，晶体堆积紧密，在堆积结构中空隙很小，以二聚体形式排列，由于其稳定的分子堆积，研磨和熏蒸的外部刺激对其分子堆积影响不大，都显示激基缔合物分子发射，因此二聚体形式排列的化合物则不具有压致变色性质。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 引言

1.2 有机材料的光物理过程

1.2.1荧光发展历程与产生机理

1.2.2影响荧光的主要因素

1.2.3 常用描述荧光的物理参数

1.3 基于芘的化合物在光电领域的研究进展

1.3.1 芘的概述

1.3.2 芘的分子结构

1.3.3 激基缔合物的发光机理

1.3.4 芘类有机发光材料的应用

1.4.1 荧光探针的构成

1.4.2 荧光探针的反应类型

1.4.3荧光探针的识别机理

1.5 论文主要研究内容

2实验仪器、试剂与测试方法

2.1 仪器与试剂

2.2 测试仪器及方法

3 环己烯取代的芘基酰亚胺化合物合成与性质研究

3.1 前言

3.2目标产物的合成

3.3.1 光物理性质

3.3.2 聚集诱导发光（AIE）性质

3.3.3 浓度依赖性

3.3.4 晶体结构

3.3.5 压致变色性质

3.3.6 理论计算

3.3.7 热稳定性

3.3.8 识别共轭烯烃

3.4 本章小结

4蒽取代的芘基酰亚胺类化合物的合成与性质研究

4.1 前言

4.2目标产物的合成

4.3.1 光物理性质

4.3.2 聚集诱导发光（AIE）性质

4.3.3 浓度依赖性

4.3.4 晶体结构

4.3.5 压致变色性质

4.3.6 理论计算

4.3.7 热稳定性

4.3.8蒽的识别

4.4 本章小结

5结论

参考文献

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