香豆素系荧光色素的合成与荧光光谱性能研究

摘要

化合物在受到紫外光、电和化学等能量激发后，电子从基态跃迁到激发态，然后通过辐射衰变释放出光子而回复到基态并产生荧光。有机色素荧光材料结构与性能的研究是功能材料的前沿研究之一。香豆素系化合物是一类结构特殊的肉桂酸内酯，具有较好的荧光性能。 论文在文献检索阅译的基础上，论述了荧光效应及产生的原理：根据分子结构特征评述了典型有机色素系荧光材料及分子结构与性能关系的研究与进展；分析了材料的荧光光谱性能参数和测试方法；设计并合成了4个3-和7-位取代的香豆素系化合物；并且以氯铝酸离子液体做溶剂和催化剂，合成了典型的香豆素杂环结构荧光色素。通过红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(<'1>HNMR)等表征了结构。 以丙二酸二乙酯和4-二乙氨基水杨醛为原料经Knoevenagel反应合成香豆素-3-羧酸；香豆素-3-羧酸和盐酸肼在多聚磷酸中直接关环缩合生成2,5-二[3’-(7’-N,N-二乙基氨基-香豆素基)]-1，3,4-噁二唑；香豆素-3-羧酸和取代苯甲酰肼在多聚磷酸/三氯氧磷和对二甲苯中合成2-[3’-(7’-N,N-二乙基氨基-香豆素基)]-5-取代苯基-1，3,4-噁二唑，产物收率分别为21.35％、29.23％、32.36％和37.19％，研究了合成反应的机理过程，实验评估了反应过程参数。 研究了以离子液体为溶剂和催化剂合成香豆素系荧光色素的绿色化学工艺。以3-甲基咪唑和氯代正丁烷/溴代正丁烷为原料合成了离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐([BMIm]Cl)/溴化1-丁基-3-甲基咪唑盐([BMIm]Br)；以氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐([BMIm]Cl)和NaBF<,4>通过置换反应，合成了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF<,4>)。以三种[BMIm]Cl-AlCl<,3>离子液体代替传统溶剂和催化剂，合成了典型香豆素结构荧光色素3-(2’-苯并噁唑基)-7-N,N-二乙基氨基-2H-1-苯并吡喃-2-酮。实验评估了离子液体结构的影响及反应过程参数，较佳反应过程参数为：n(4-二乙氨基水杨醛)：n(氰乙酸乙酯)：n(邻氨基苯酚)：n(离子液体[BMIm]Cl-AlCl<,3>[n(AICl<,3>)/n([BMIm]Cl-AlCl<,3>)=0.67])=1∶1∶1∶1，反应温度100～110℃，反应时间60min。产物收率78.3％。离子液体绿色化合成工艺具有无有机溶剂、反应时间短、能耗省、后处理操作简便及环境友好等特点。测试了合成的10种香豆素系荧光色素在丙酮和四氢呋喃中的紫外可见光谱、荧光光谱及荧光量子产率，其中7种7-二乙氨基香豆素系化合物的荧光光谱数据未见报道。研究了结构与光谱性能之间的关系。在7-二乙氨基香豆素的3-位上取代上苯并噁唑和噁二唑基团后，荧光量子产率由0.19增至0.49，最大紫外吸收波长红移7nm～40nm，最大发射波长红移47nm，斯托克斯位移增大30nm～78nm。对3-位苯并噁唑环取代香豆素荧光色素，当苯环取代基不同时，它们的最大吸收波长和最大荧光发射波长也不同，-H、-Cl、-CH<,3>取代化合物的荧光性能相似，强吸电子基团-NO<,2>对荧光发射具有较强的猝灭作用，荧光量子产率降低；-SO<,2>NH<,2>取代的化合物的斯托克斯位移最大为78nm，荧光量子效率却较低。对3-位噁二唑环取代香豆素荧光色素，当-R<,2>为7-二乙氨基香豆素时，摩尔消光系数较大，分子结构的对称性较好，共轭体系增大，其最大紫外吸收波长红移，最大荧光发射波长红移，荧光量子产率较高。当-R<,2>为取代苯基时，苯环上无论取代吸电子基-Cl还是供电子基-OH，取代苯基对整个分子结构的影响同无取代苯基的影响类似。随着溶剂极性的增大，它们的最大荧光发射波长发生红移，斯托克斯位移增大，相对荧光量子产率略微增加。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第二章文献综述

2.1荧光色素及发光原理

2.1.1荧光与荧光光谱

2.1.2荧光物质基础及影响因素

2.1.3荧光参数

2.2荧光色素研究进展

2.2.1香豆素类荧光色素

2.2.2其它荧光色素

2.3噁二唑系化合物的合成研究

2.4香豆素衍生物在有机电致发光材料中的应用

2.5论文选题及研究工作

第三章2-[3'-(7'-N，N-二乙基氨基-香豆素基)]-5-R-1,3,4-噁二唑的合成

3.1引言

3.2合成路线选择

3.2.1香豆素-3-羧酸的合成与机理分析

3.2.2香豆素基噁二唑的合成与机理分析

3.3实验部分

3.3.1实验仪器和试剂

3.3.2实验操作

3.3.3含量分析与结构鉴定

3.3.4实验结果与讨论

3.4本章小结

第四章香豆素系荧光色素的绿色合成

4.1引言

4.2离子液体概述

4.2.1离子液体的定义和特性

4.2.2离子液体的分类

4.2.3离子液体的合成

4.2.4离子液体的结构特征

4.2.5离子液体在有机合成中的应用

4.3合成机理分析

4.3.1离子液体[BMIm]X合成的反应机理

4.3.2离子液体作用原理

4.3.3香豆素荧光色素反应机理

4.4实验部分

4.4.1实验仪器及试剂

4.4.2实验操作

4.4.3含量分析与结构鉴定

4.4.4结果与讨论

4.5本章小结

第五章分子结构与荧光光谱性能的研究

5.1引言

5.2荧光量子产率及测定

5.2.1荧光量子产率

5.2.2荧光量子产率测定方法

5.3实验部分

5.3.1实验仪器和试剂

5.3.2实验操作

5.4结果与讨论

5.4.1荧光性能测试结果

5.4.2结构与荧光性能的关系

5.4.3溶剂极性与荧光性能的关系

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文情况