硼氮杂[4]螺烯的合成及性质研究

作     者：刘秉康 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘旭光;苏娜

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：多环芳烃 螺烯 硼氮杂环 非平面多环芳烃 

摘      要：硼氮杂苯是全碳苯的等电子体和等结构体,将硼氮单元引入多环芳烃中是制备具有特殊性质多环芳烃的有效方法,同时也为探索高性能有机光电材料提供研究基础。近年来,对于平面硼氮杂环芳香化合物的合成、性质及应用的报导越来越多,各种各样结构新颖、性质独特的平面硼氮杂芳烃层出不穷,然而,对于非平面类型的研究却相对较少。螺烯是一类特殊的非平面多环芳烃,[4]螺烯是该体系中最小的分子,也是了解螺烯类化合物的一个典型分子。本论文致力于硼氮杂[4]螺烯的合成及性质研究。在第一部分工作中,我们通过简单的Sonogashira、Suzuki偶联及经典的亲电硼化反应,巧妙地合成了双硼氮杂[4]螺烯分子,通过改变硼原子上取代基,得到五个不同化合物4a-e,并对其进行了完整的表征。我们对双硼氮杂[4]螺烯进行了光物理性质、X射线单晶衍射分析、DFT理论计算等一系列研究工作。实验测试结果和理论计算分析表明,相对于全碳[4]螺烯,该双硼氮杂[4]螺烯呈现出明显的红移吸收和轻微的蓝移发射现象,并具有高达0.89的荧光量子产率。NICS(1)值及单晶键长分析证明硼氮子环是有弱的芳香性。在第二部分的工作中,我们成功地合成了单硼氮杂[4]螺烯分子2a-c,通过互换硼氮原子的相对位置得到化合物5a-c,并对这些氮硼氮杂[4]螺烯进行了表征。和双硼氮杂[4]螺烯类似,紫外-可见光吸收和荧光发射测试表明,2a-c、5a-c都显示出相对于全碳[4]螺烯明显的红移吸收和轻微的蓝移发射,并具有中等至良好的荧光量子产率(0.42-0.70),但还是低于双硼氮杂[4]螺烯的荧光量子产率,由此可见硼氮单元的个数对硼氮杂螺烯的性质是有一定影响的。实验及理论计算表明这些单硼氮杂[4]螺烯分子BN环也具有弱的芳香性。此外,研究结果还表明硼原子取代基的不同也会对硼氮杂螺烯的性质产生一定的影响。