新型氟硼二吡咯(bodipy)染料的合成、表征及性質(zhì)研究

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1、新型氟硼二吡咯（BODIPY）染料的合成、表征及性質(zhì)研究TheSynthesis,Characterization,andPropertiesofNewBODIPYDyes一級學(xué)科：化學(xué)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)（博）作者姓名：劉平指導(dǎo)教師：陳宇教授陳志堅教授天津大學(xué)理學(xué)院二零一七年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明

2、并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要摘要氟硼二吡咯（BODIPY）染料由于其獨(dú)特的光電性質(zhì)，在有機(jī)太陽能電池、光信息存儲、自組裝材料和光動力治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，從而引起了國內(nèi)外學(xué)者極大的關(guān)

3、注，并逐漸成為研究的熱點(diǎn)。近紅外吸收和發(fā)射的BODIPY染料能夠應(yīng)用于有機(jī)半導(dǎo)體材料，具有分子間氫鍵的BODIPY染料在納米材料領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景。因此，設(shè)計合成新型的近紅外BODIPY染料和具有自組裝功能的BODIPY染料在染料領(lǐng)域具有重要意義。本論文以近紅外BODIPY染料的合成及具有氫鍵自組裝功能BODIPY染料的制備角度出發(fā)，設(shè)計合成了一系列新型的BODIPY染料，并研究其光譜、電化學(xué)及自組裝性質(zhì)，具體研究內(nèi)容包括：1、以2，3，5，6-四碘代BODIPY染料為原料和不同噻吩錫試劑的Stille偶113聯(lián)反應(yīng)制備了七個新型四噻吩取代BODIPY染料，并通過HNMR，

4、CNMR，高分辨質(zhì)譜（HRMS）和IR等手段對染料分子進(jìn)行表征，并培養(yǎng)出BODIPY4e的單晶，由X-射線單晶衍射分析得到的數(shù)據(jù)確定了分子的單晶結(jié)構(gòu)。研究了七個新型四噻吩BODIPY染料的光譜性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)由于噻吩基團(tuán)的引入，使染料的吸收紅移到近紅外區(qū)域，并對染料在不同溶劑中的熒光量子產(chǎn)率進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)隨著溶劑極性的增大，染料的熒光量子產(chǎn)率逐漸降低，證明染料在溶液中熒光猝滅是分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）機(jī)理。對七個新型染料的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，得到染料分子電化學(xué)能級帶隙，并利用密度泛函理論計算分子的HOMO和LUMO能級。光譜能級帶隙、電化學(xué)能級帶隙及密度泛函理論計算的能級帶隙，都具有

5、相同的變化趨勢，實(shí)驗(yàn)得到的能級帶隙證明該類染料是潛在的有機(jī)半導(dǎo)體材料。2、利用2，6-二碘代BODIPY染料與5-乙炔基尿嘧啶或者6-乙炔基尿嘧啶的Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)制備了七個新型含有尿嘧啶基團(tuán)的BODIPY染料，并通113過HNMR，CNMR，HRMS等手段對染料分子進(jìn)行表征。研究了新型染料在二氯甲烷、正己烷和甲基環(huán)己烷中不同的紫外吸收光譜、熒光光譜、熒光量子產(chǎn)率及熒光壽命，其中染料11-12測試得到較好的變溫吸收譜圖和變濃度吸收譜圖。實(shí)驗(yàn)表明，染料在非極性溶劑中聚集體的熒光壽命較單體的熒光壽命變短，聚集體熒光量子產(chǎn)率比單體的熒光量子產(chǎn)率大，符合J-聚集體的特性。I

6、萬方數(shù)據(jù)摘要13、設(shè)計合成了新型近紅外BODIPY及氮雜BODIPY染料，通過HNMR，13CNMR，HRMS等手段對染料分子進(jìn)行表征，并對其性質(zhì)進(jìn)行研究。合成了三個含有多烷氧基長鏈的氮雜BODIPY染料，并測試吸收和發(fā)射光譜性質(zhì)。測試結(jié)果表明，新型氮雜BODIPY染料的吸收處于近紅外區(qū)域，且熒光壽命呈雙指數(shù)擬合曲線衰減。研究了氮雜BODIPY染料的電化學(xué)性質(zhì)，并得到了染料的電化學(xué)能級帶隙；利用1，3，5，7-四甲基取代BODIPY染料與對甲基苯甲醛或者對N,N-二甲基氨基苯甲醛的Knoevenagel縮合反應(yīng)得到兩類新型3，5-二苯乙烯基BODIPY染料。研究了3，5-二苯乙烯

7、基BODIPY染料的光譜性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)，并得到染料分子的能級帶隙。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮雜BODIPY染料和3，5-二苯乙烯基BODIPY染料能級帶隙符合有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池材料的要求，是潛在的有機(jī)半導(dǎo)體材料。關(guān)鍵詞：功能染料，氟硼二吡咯，氮雜氟硼二吡咯，近紅外，自組裝，熒光II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTABSTRACTBODIPYshavebeenwidelyappliedinvariousfields,suchasopticalinformationstorage,organics