1. 研究目的与意义
通过外界环境(磁场、光、压力和温度等)的刺激来改变分子的聚集态结构,从而实现对物质光物理性质的调节,这在数字加密、传感以及防伪等方面都有着广泛的应用。
[1] 扭曲结构D-A分子可以实现高的发光效率,[2]本课题所研究的正是基于给-受体扭曲结构的刺激响应荧光材料。
刺激响应荧光材料是一类智能材料,其颜色和荧光发射峰位强度在外部环境刺激(如热、压、pH、光、水、离子、有机小分子等)作用下可进行转换或调节,刺激响应型荧光材料具有合成简单、响应速度快和可重复响应等特点,在荧光传感器、记忆芯片、防伪纸、逻辑运算、光编码、光开关、数据存储、安全墨水和生物成像等领域具有广泛的应用。
2. 课题关键问题和重难点
本课题拟定以吩噻嗪、对碘苯甲醚和五氟苯腈为基本原料最终合成4FCN-OPh-PTZ即4-(4-(10H-phenothiazin-10-yl)phenoxy)-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile和4FCN-OPh-PTZSO即4-(4-(5,5-dioxido-10H-phenothiazin-10-yl)phenoxy)-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile两个目标产物。
反应具体的实验操作方法及过程的确定是一个关键问题,对原料的用量规格的确定也是必须准确,对温度的把控以及对粗产物的纯化都是比较严格的,且反应过程耗时较久,容易出错,导致影响进度。
得到目标产物以后,还要对其使用核磁共振氢谱对分子的结构进行表征,用紫外吸收光谱、荧光发射光谱对产物的光物理性能进行研究和分析。
3. 国内外研究现状(文献综述)
(一) 研究背景刺激响应荧光材料是一类智能材料,其颜色和荧光发射峰位/强度在外部环境刺激(如热、压、pH、光、水、离子、有机小分子等)作用下可进行转换或调节,刺激响应型荧光材料具有合成简单、响应速度快和可重复响应等特点,在荧光传感器、记忆芯片、防伪纸、逻辑运算、光编码、光开关、数据存储、安全墨水和生物成像等领域具有广泛的应用。
[3]刺激响应发光材料在溶液或固体状态下应具有较强的发光性能,因此设计、制备在固态或溶液状态下具有刺激响应性质的荧光材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值。
[4] (二) 物质颜色原理物质颜色原理:物质之所以具有不同的颜色,这是因为它对不同的波长的可见光具有选择性吸收的结果。
4. 研究方案
设计方案:本课题将以吩噻嗪与五氟苯腈基团分别作为给体和受体合成两种分子,第一种分子为4FCN-OPh-PTZ即4-(4-(10H-phenothiazin-10-yl)phenoxy)-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile,第二种分子为在第一种分子中给体部分PTZ上引入两个双键氧,以降低给体的给电子能力,最终对两个产物进行力致荧光性能测试。
研制方案:将吩噻嗪与对碘苯甲醚在t-Buok、(t-Bu)3PHBF4、Pd(OAc)2催化下用DMF作溶剂在氮气保护下反应3.5小时得到OMephPTZ,再与三溴化硼在二氯甲烷做溶剂下生成OHphPTZ,再与五氟苯腈在碳酸钾提供的碱性环境下用DMF做溶剂下反应生成目标产物1,再将目标产物1用双氧水氧化得到目标产物2。
OMephPTZ、目标产物1和目标产物2都需要通过硅胶柱色谱纯化。
5. 工作计划
(一)查阅有关有机荧光材料的合成与性质研究的相关文献,了解有机荧光材料的相关信息,比如发展史、发光原理、性能表征、MCL材料以及相关工艺等。
完成英文文献翻译。
确定目标产物的合成路线,了解相关药品与试剂以及主要仪器。
