具有D-A结构的有机硼络合物的聚集诱导荧光和压致变色性质研究

摘要

压致荧光变色材料是指在外力作用下其荧光发射发生偏移或荧光强度具有明显变化的一种新型功能材料。这种材料在压力传感器、光信息存储和记忆芯片等方面拥有巨大的应用。近来研究成果表明，一些具有聚集诱导发光 (AIE) 性质的固态荧光染料通常会表现出压致荧光变色性质。此外，β-二酮硼和β-酮亚胺硼络合物由于在有机固体激光、光敏材料、有机发光二极管等方面有着潜在的应用而受到了广泛关注。因此，本论文以合成具有AIE性质的D-A型压致荧光变色分子为出发点，制备了一系列四苯乙烯和四苯基丁二烯修饰的 β-二酮硼和 β-酮亚胺硼络合物共轭荧光染料，并研究了它们的分子内电荷转移 (ICT)、AIE和压致荧光变色性质。取得的创新性研究结果如下： (1) 设计合成了 D-A 型四苯乙烯基功能化的 β-二酮硼络合物荧光染料BF2-TPE，并研究了它的 AIE 和压致荧光变色性质。结果表明，BF2-TPE 在固态能够发射强烈的黄色荧光(544 nm)，并且表现出明显的AIE性能(αAIE= 231)，经研磨后，其粉末的荧光发射变为橙红色(606 nm)，且该压致荧光变色过程具有良好的可逆性。 (2) 设计合成了 D-A 型咔唑桥联四苯乙烯修饰的 β-二酮硼络合物C2TPE-CAR 和 C16TPE-CAR。结果表明，这两个化合物表现出依赖于烷基链长度的 AIE、自组装和压致荧光变色性质。拥有长的十六烷基的 C16TPE-CAR在某些溶剂中能够形成稳定的凝胶。相比之下，拥有短的乙基的 C2TPE-CAR没有表现出自组装行为。简单的机械研磨能够使C2TPE-CAR 和 C16TPE-CAR的固态粉末荧光分别从最初的亮黄色(571和558 nm)变为红色(617和610 nm)，且这种压致荧光变色行为具有很好的可逆性。 (3) 设计合成了四苯乙烯修饰的β-酮亚胺氟硼络合物TTPE-H和TTPE-CN。这两个化合物具有典型的 ICT现象、明显的 AIE特性和可逆的压致荧光变色性质。经过研磨处理，TTPE-H和TTPE-CN的荧光发射分别从亮绿色(497 nm)和亮黄绿色(525 nm)变为黄绿色(515 nm)和黄色(565 nm)。此外，TTPE-CN相对于TTPE-H显示出更加显著的压致荧光变色行为，其原因是TTPE-CN分子中硼螯合环上氰基的大的空间位阻使其拥有更加扭曲的空间构象。 (4) 设计合成了D-A型四苯基丁二烯修饰的β-酮亚胺氟硼络合物BF2-TBO和BF2-TBT。结果表明，这两个化合物具有显著AIE特征和高的固态荧光量子产率。而且，BF2-TBO和BF2-TBT表现出了可逆的压致荧光变色行为。在外力作用下，这两个络合物的固态粉末的荧光分别从黄绿色(528和530 nm)变为黄色(552 nm)和橙色(572 nm)。此外，BF2-TBT中硫原子有利于π电子的离域，从而使BF2-TBT显示出比BF2-TBO更明显的压致荧光变色行为。

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