氮硼嵌入的螺烯基杂芳烃分子的制备与性质研究

作     者：杨慧 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈国锋

授予年度：2024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：杂螺烯 光电性能 质子化 圆偏振光 

摘      要：螺烯的高度离域π-电子系统和固有的手性决定了它们独特的光电性能,使得它们在超分子化学、不对称有机合成和有机光电转换器件等领域具有广泛应用前景。利用杂原子替代π共轭骨架内的sp2杂化碳可以改变所得分子的结构,从而产生与碳螺烯不同的手性光学响应和光电性能。杂原子的嵌入不仅扩展了螺烯化学的研究领域,还为设计和合成新型螺烯骨架的有机光电材料提供新的思路。为此,本论文将氮、硼原子嵌入到芳烃分子中,设计合成了不同杂螺烯芳烃分子,论文包含以下两个部分: 一是以芘、菲为原料,通过Diels-Alder反应、还原反应和缩合反应合成了三个不对称氮杂螺烯芳烃分子（8,13和19）,通过单晶X-ray衍射确定了13的结构和空间排列。分子8,13的发射峰分别位于470 nm、457 nm,处于蓝光区;分子19的发射峰位于498 nm,处于绿光区。通过电化学测试三个分子的氧化还原过程,获得它们的氧化还原电位,从而计算出HOMO和LUMO能级。通过高压手性色谱柱拆分了分子8,13和19,并利用CD光谱和CPL光谱对它们的手性光学性能进行研究。向8,13和19中加入不同当量的三氟乙酸,荧光呈现淬灭,紫外吸收光谱显示它们的吸收带出现红移,说明螺烯骨架中的氮原子发生质子化从而改变了电子分布。氮杂螺烯衍生物的这些特性,使它们有机会成为潜在的手性光学开关候选分子。 二是通过Diels-Alder反应、还原反应和缩合反应合成了扩环的氮杂螺烯芳烃分子25以及利用亲电芳硼化反应合成了硼氮嵌入的杂螺烯芳烃分子29和37,通过单晶X-ray衍射确定了29化合物的结构和空间排列。25的发射峰位于470 nm,处于蓝光区,29的发射峰位于497 nm,处于绿光区而37的发射峰位于588 nm处,处于黄光区。通过电化学测试了25和29的电化学行为,根据第一氧化电位计算出HOMO能级。利用白光分别照射25,29与C60所制成的复合薄膜,表现出明显的且稳定的光电流响应,该光电器件随着光强的增加电流强度也相应的增强。为合成硼氮杂螺烯的分子提供了新思路,有望在有机电子和功能化材料领域得到应用。