湾位修饰的苝酰亚胺衍生物的制备及性能研究

摘要

苝酰亚胺(Perylene diimide，PDI)衍生物是一类具有大的π-π共轭作用及良好分子共面性的稠环芳烃化合物，具有优良的光、热及化学稳定性，在有机场效应晶体管、发光二极管、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。苝酰亚胺衍生物的光电性能与其化学结构及自组装行为密切相关，对该类材料的化学改性及聚集态结构研究具有重要的科学意义和应用价值。 本论文以苝酰亚胺为基本结构单元，在湾位对苝酰亚胺进行了化学的修饰，得到了一系列新型PDI衍生物，并对其自组装行为和光学性质进行了研究。主要研究内容如下： (1)简述了有机光电材料的发展过程及研究现状。介绍了苝酰亚胺及其衍生物的研究背景、衍生化反应及其在荧光探针等领域的应用，然后从分子结构调控和功能探索的角度提出了本论文的研究课题。 (2)以苝酰亚胺和笼型倍半硅氧烷(Polyhedral Oligosilsesquioxane，POSS)为原料，通过硝化得到硝化苝酰亚胺，进而在湾位引入硒原子，制备了单边硒环化PDI衍生物POSS-SePDI和双边硒环化PDI衍生物POSS-2SePDI。热重分析和差式扫描量热实验结果表明硒环化PDI衍生物具有良好的热稳定性。紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱等实验结果表明尽管具有大体积取代基，硒环化PDI衍生物在高浓度溶液及本体状态下依然具有较明显的聚集行为。此外，X射线衍射实验还表明硒环化PDI衍生物具有三维有序的晶体结构。 (3)以四氯苝酰亚胺为原料，通过Ullmann偶联反应，以L-脯氨酸和CuI为活化体系，合成了一系列具有不同取代基的二并苝酰亚胺衍生物。热重分析结果表明该类衍生物具有良好的热稳定性，光谱实验结果表明由于共轭长度的增加，该类衍生物具有宽的吸收谱和窄的带隙，在光伏器件等领域具有潜在的应用价值。 (4)通过湾位硝化、胺化、乙酰化反应，合成了含有POSS取代基的酰胺化苝酰亚胺衍生物POSS-AMPDI，荧光光谱等实验结果表明：由于具有硅氧键断裂机制和酰胺键的去质子化效应，该类衍生物可以快速地对氟离子进行选择性检测，在可视传感器领域具有潜在应用价值。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 有机光电材料

1.1.1 简介

1.1.2 有机半导体材料

1.2 苝酰亚胺的结构

1.3 苝酰亚胺的合成化学

1.3.1 苝酰亚胺N原子位点上的取代

1.3.2 苝酰亚胺苝核上的修饰

1.3.3 苝酰亚胺的齐聚物

1.4 苝酰亚胺的超分子自组装

1.5 苝酰亚胺聚合物

1.6 苝酰亚胺衍生物的应用

1.6.1 有机场效应晶体管

1.6.2 有机发光二极管

1.6.3 太阳能电池

1.6.4 荧光探针

1.7 本论文的研究工作及意义

第2章 苝酰亚胺衍生物湾位硒环化的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品及试剂

2.2.2 实验仪器及设备

2.2.3 实验合成路线及实验步骤

2.2.4 测试与表征分析

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 POSS-SePDI的实验结果分析

2.3.2 POSS-2SePDI的实验结果分析

2.4 本章小结

第3章 二并苝酰亚胺衍生物的制备与表征

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1 实验药品及试剂

3.2.2 实验仪器及设备

3.2.3 实验合成路线及实验步骤

3.2.4 测试与表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 核磁表征

3.3.2 光谱分析

3.3.3 循环伏安曲线

3.3.4 热稳定分析

3.3.5 相行为分析

3.4 本章小结

第4章 苝酰亚胺酰胺化衍生物的制备及其对氟离子的检测

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验药品及试剂

4.2.2 实验仪器及设备

4.2.3 实验合成路线及实验步骤

4.2.4 测试与表征

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 核磁表征

4.3.2 热稳定性分析

4.3.3 相行为分析

4.3.4 氟离子检测能力

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢