咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法及应用，该光致变色材料在在溶液或薄膜中均可保持良好的光致变色性能，并且开环态在265~276nm范围内具有较弱的荧光，而闭环态在400~550nm范围内具有很强的荧光，可用于荧光光控开关以及防伪技术等，及短波长高密度全息光存储材料，与对称噻吩或苯并噻吩型全氟环戊烯材料相比较，其制备材料的成本相对较低，应用前景较大。

【技术实现步骤摘要】
咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法及应用
本专利技术涉及一种咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法及应用。
技术介绍
随着信息存储技术的高速发展，人们对于光信息存储材料的容量、数据传输率和响应时间等方面提出了越来越高的要求。而探索以有机光致变色化合物作为可擦重写信息材料格外引人注目，因为与无机材料相比，有机材料具有灵敏度高，反应速度快、容易制成薄膜、原料价格比较低，并且可以通过化学修饰大幅度调整材料的结构和性质以满足存储要求等优点，但同时也存在着光热稳定性和抗疲劳性较差等不利因素。近年来，研究合成性能优良的光致变色有机化合物成为新型光子型储材料的主要方向，同传统的存储材料（如磁光、相变以及其它光热材料）相比，光子型的有机光致变色记录材料，不仅能够大大提高存储密度，而且可以缩短记录时间，使得性能优良的有机光致变色化合物材料在高科技领域以及民用行业得到了一定的应用，并迅速发展成为新一代光信息存储材料的研究热点。有机光致变色材料由于光电特性具有可逆性和结构可控等优点，并且具有足够的热稳定性、良好的耐疲劳、且对半导体激光器灵敏、响应速度快等特点。因此，在高密度、可擦重写光子型光信息存储领域备受关注。到目前为止，在众多的有机光致变色化合物中，主要有螺吡喃类（Spiropiran）、俘精酸酐（Fulgides）、偶氮苯类（Azo）、希夫碱类（Schiffbase）、二芳基乙烯（Diarylethene）等几大类，其中由日本化学家M.Irie等人首次报道合成的二芳基乙烯类化合物，由于具有很好的热稳定性、显著的抗疲劳性、快速响应性等优点，使其在信息存贮领域的研究热潮远远超过其它几类光致变色化合物，并迅速发展成为最具应用潜力的光存储材料。近年来，随着对二芳基乙烯类光致变色化合物研究的逐步深入，其应用范围也越来越广阔。二芳基乙烯分子在光异构化过程中，除吸收光谱发生变化以外，通常还伴随着其它物理化学性质的可逆变化，例如几何构型、荧光性质、折射率、氧化/还原电位、介电常数等。由于这些变化参数可以通过光进行调控，所以，二芳基乙烯衍生物除了在光信息存储领域的应用外，其在新型光电器件、多功能离子传感器、光驱动器以及防伪技术等方面具有广阔的应用前景。为了寻找和研究性能优良的二芳基乙烯光致变色材料，研究人员在对二芳基乙烯的分子化学修饰以及新型取代桥头单元的研究中付诸了极大的热情，而对于结构不同、性质各异的二芳基乙烯光致变色化合物，从分子设计合成角度讲，目前主要研究方向可概况为三大类：一类是通过变换二芳基乙烯分子的乙烯键中心单元结构，即桥头单元，寻找结构新颖、性能优异的功能分子；第二类则是通过改变闭环后形成己三烯结构的两侧芳杂环基，或者在芳杂环基的末端进一步引入不同的取代芳基以及镶嵌数目不同的多元环，例如在传统含全氟环戊烯型二芳基乙烯的乙烯键两侧引入不同性质的芳杂环；第三类是在二芳基乙烯的一端或两端末端芳香环上进行化学修饰、转换、替换成不同的芳杂环和取代基，或者在芳杂环上接植上性能各异的功能基团（如荧光发色团），使之与光致变色主体化合物作用，进而具有诸如荧光、液晶、磁性、探针等新功能。迄今为止，在众多已报道的二芳基乙烯类化合物分子中，大多数均为可见光区光致变色化合物，其波长范围一般处于450~650nm，而对于光环化反应产生的闭环态异构体吸收波长在超短波长范围内（300~400nm）的二芳基乙烯类化合物则鲜有报道。咪唑五元芳杂环由于具有较低的芳香稳定能，因此，可以用来设计合成含有咪唑环的二芳基乙烯分子，到目前为止，以咪唑-噻吩芳杂环合成的不对称超短波长全氟环戊烯类二芳基乙烯类化合物尚未见任何文献和专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法及应用。本专利技术的咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的分子结构式如下：,其中Ar基团为五元/六元芳杂环噻吩、异噁唑、苯以及吡啶等芳杂环；R基团为氢原子、甲氧基、氰基等基团。本专利技术的咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色全氟环戊烯类二芳基乙烯化合物的通用合成方法是：（1）以2-甲基噻吩为原料，在冰浴条件下溴化，然后通过与正丁基锂（n-BuLi）和硼酸三丁酯反应，生成2-甲基-3-溴-5-硼酸基噻吩，再以三苯基磷钯作催化剂，通过偶联反应将各种取代的卤代苯与噻吩环连接起来得到各种取代的噻吩类中间体；（2）在正丁基锂作用下，将步骤（1）中得到的中间体与全氟环戊烯反应生成单取代的全氟环戊烯；（3）以4-甲基咪唑为原料，通过与苄基三乙基氯化铵和苯磺酰氯反应，得到N-苯磺酰基-4-甲基咪唑；（4）在低温氮气保护条件下，将N-苯磺酰基-4-甲基咪唑与正丁基锂和碘甲烷反应，生成N-苯磺酰基-2，4-二甲基咪唑；（5）以2，5-二甲基噻吩、3，5-二甲基异噁唑、邻溴甲苯以及2-溴-3甲基吡啶为原料，在正丁基锂作用下，与全氟环戊烯反应生成相应的单取代全氟环戊烯；将步骤（2）和（5）中制备的单取代全氟环戊烯中间体与步骤（4）中得到的N-苯磺酰基-2，4-二甲基咪唑中间体反应，从而得到如分子结构通式类的目标化合物。本专利技术的含咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的主要用途有：搀杂高分子材料或制成膜片，用于超高密度、可擦写有机光子型信息短波长存储材料；利用其荧光开关性质用于制备光控开关元件；利用闭环态具有强荧光性质，可用于防伪技术等。本专利技术的咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的优点主要有以下几个方面：1、咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯材料在开环态和闭环态均具很好的化学和热稳定性以及很好的灵敏度等优越性能；2、咪唑环-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯的开环态在265~276nm范围内具有较弱的荧光，而闭环态在400~550nm范围内具有很强的荧光，因此，可用于荧光光控开关以及防伪技术等；3、咪唑环-噻吩芳杂环的光致变色短波长二芳基乙烯材料可用于短波长高密度全息光存储，其存储属性为可擦写光子型存储；4、与对称噻吩或苯并噻吩型全氟环戊烯材料相比较，其制备材料的成本相对较低，应用前景较大。附图说明图1为本专利技术的咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的分子式；图2本专利技术的化合物1o~4o的光致变色反应原理示意图；图3为本专利技术的化合物1o在乙腈溶液中紫外光照射前后的吸收光谱图；图4为本专利技术的化合物2o在乙腈溶液中紫外光照射前后的吸收光谱图；图5为本专利技术的化合物3o在乙腈溶液中紫外光照射前后的吸收光谱图；图6为本专利技术的化合物4o在乙腈溶液中紫外光照射前后的吸收光谱图；图7为本专利技术的化合物1o在乙腈溶液中的荧光发射谱图；图8为本专利技术的化合物2o在乙腈溶液中的荧光发射谱图；图9为本专利技术的化合物3o在乙腈溶液中的荧光发射谱图；图10为本专利技术的化合物4o在乙腈溶液中的荧光发射谱图；图11为本专利技术的化合物1o在PMMA膜片中紫外吸收谱图；图12为本专利技术的化合物2o在PMMA膜片中紫外吸收谱图；图13为本专利技术的化合物3o在PMMA膜片中紫外吸收谱图；图14为本专利技术的化合物4o在PMMA膜片中紫外吸收谱图；图15为本专利技术的化合物1o在PMMA膜片中荧光吸收谱图；图16为本专利技术的化合物2o在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种咪唑‑噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物，其特征在于：其分子结构式如下：，其中Ar基团为五元/六元芳杂环噻吩、异噁唑、苯以及吡啶等芳杂环；R基团为氢原子、甲氧基、氰基等基团。

【技术特征摘要】
1.一种咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物，其特征在于：其分子结构式如下：。2.如权利要求1所述的咪唑-噻吩芳杂环超短波长光致变色二芳基乙烯化合物的合成方法，包括以下步骤：（1）以2-甲基噻吩为原料，在冰浴条件下溴化，然后通过与正丁基锂（n-BuLi）和硼酸三丁酯反应，生成2-甲基-3-溴-5-硼酸基噻吩，再以三苯基磷钯作催化剂，通过偶联反应将各种取代的卤代苯与噻吩环连接起来得到各种取代的噻吩类中间体；（2）在正丁基锂作用下，将步骤（1）中得到的中间体与全氟环戊烯反应生成单取代的全氟环戊烯；（3）以4-甲基咪唑为原料，通过与苄基三乙基氯化铵和苯磺酰氯反应，得到N-苯磺酰基-4-甲基咪唑；（...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲守智，王仁杰，董小荣，刘刚，范丛斌，崔士强，刘宏亮，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36