一种可见光驱动的硼杂稠光致变色材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于光电材料领域，具体公开了一种可见光驱动光致变色材料，本发明专利技术提供了一种全新结构的化合物，且发现该化合物表现出优异的可逆光致变色和优良的量子产率，不仅如此，该分子可无需使用高能紫外光激发就能表现出良好的光致变色反应特性。本发明专利技术所述的材料在在光信息储存、逻辑门、防伪，无损的数据读出等技术领域有着巨大的应用前景。术领域有着巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可见光驱动的硼杂稠光致变色材料及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及有机光致变色材料领域，特备涉及一种可见光驱动的硼杂稠光致变色材料。

技术介绍

[0002]可见光驱动的光致变色开关分子在光电开关、生物成像和光药理学等领域的潜在应用引起了极大的关注，这主要是由于可见光对光学器件和生物细胞的破坏性和危害性较小。目前，可见光驱动的二芳基乙烯分子设计，通常是延伸芳基单元的共轭体系，降低开环异构体的HOMO
‑
LUMO能隙，使其在可见光区有吸收。Lehn等人在1997年首次合成了一类可见光驱动的二芳基乙烯化合物，通过在噻吩环的5
‑
和5'
‑
位上分别引入两个噻吩环，使开/闭环异构体的吸收达到可见光区。研究发现，芳基π体系增大，将导致开/环量子产率减小(Φ
o
–
c
和Φ
c
–
o
＜0.01)，从而限制了可见光驱动的二芳基乙烯类光致变色功能材料的发展。
[0003]杂原子掺杂可以调控共轭π体系的电子结构及其物化性质。其中，硼杂稠环体系具有着典型的路易斯酸性和电子受体能力，可为共轭体系的π电子提供电子离域通道。然而硼原子本身极具亲电性，特别是对空气和水等展示高度的敏感性，在一定程度上限制了硼杂稠环体系的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术第一目的在于提供一种全新结构的可见光驱动光致变色材料。
[0005]本专利技术第二目的在于，提供一种所述的全新结构的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料的制备方法。
[0006]本专利技术第三目的在于，提供一种所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料的应用。
[0007]本专利技术第四目的在于，提供一种可见光驱动的硼杂稠光致变色器件。
[0008]一种可见光驱动的硼杂稠光致变色材料，具有式1结构通式：
[0009][0010]所述的Ar1、Ar2独自为杂环芳基或者带有取代基的杂环芳基，所述的取代基为卤素、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、苯基、取代苯基中的至少一种；
[0011]所述的X1、X2独自为O、S或N；
[0012]所述的R1为芳香基团、取代的芳香基团；
[0013]所述的Ar3为芳香基团、取代的芳香基团。
[0014]本专利技术提供了一种全新结构的化合物，且发现基于所述的化合物的结构，使其意外地具有在可见光驱动下的光致变色特性，不仅如此，还具有优良的量子产率和荧光变化，使其能在无损识别领域具有较大的应用前景。
[0015]作为优选，所述的Ar1、Ar2中，所述的杂环芳基优选为五元杂环芳基或者六元杂环芳基；或者带有取代基的五元杂环或者六元杂环。所述的杂环芳基中的杂原子例如为O、S或N杂原子；杂原子的数量优选为1～3个。进一步优选，所述的Ar1、Ar2为噻吩环、带有所述取代基的噻吩环。
[0016]本专利技术中，所述的Ar3为五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基，或由五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基中的两个及以上的芳香环稠合形成的稠环芳基；
[0017]所述的五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基、稠环芳基的芳香环上允许带有取代基；
[0018]所述的取代基优选为C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、卤素、硝基、苯基、苄基。
[0019]作为优选，所述的Ar3为苯基、或者取代苯基。
[0020]本专利技术中，所述的X1、X2独自为O、S或N杂原子，当X1或X2为N时，N上还带有R取代基；所述的R取代基例如为C1～C6的烷基。进一步优选，所述的X1、X2独自为O或S；进一步优选X1为S，X2为O。
[0021]本专利技术中，R1中，所述的芳香基团优选为五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基，或由五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基中的两个及以上的芳香环稠合形成的稠环芳基；所述的五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基、稠环芳基的芳香环上允许带有取代基；所述的取代基优选为C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、卤素、硝基、苯基、苄基。
[0022]进一步优选，所述的R1为苯基或取代苯基。
[0023]本专利技术所述的取代苯基例如为带有1～5个选自C1～C3的烷基、C1～C3的烷氧基、卤素中的取代基的苯基。
[0024]作为优选，所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料具有以下结构式：
[0025][0026]所述的X1、X2独自为O、S或NR；
[0027]所述的R1独自为苯基或取代苯基。
[0028]进一步优选，所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料优选具有以下结构式：
[0029][0030]式1
‑
A中，所述的R2、R3、R4、R5独自为H、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基或卤素；所述的X1、X2独自为O、NR或S；所述的R1独自为苯基或烷烃基取代苯基。
[0031]优选地，式1
‑
A中，所述的R2、R3、R4、R5优选为相同取代基。
[0032]进一步优选，所述的R2、R3、R4、R5为甲基。
[0033]本专利技术还提供了一种所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料的制备方法，将式2化合物和式3化合物进行偶联反应，制得式4化合物；再将式4化合物和三卤化硼进行关环反应，随后再用R1MgX淬灭反应，即得所述的可见光驱动光致变色材料；
[0034][0035]所述的Y为卤素；所述的R6为C1～C6的烷基；所述的R7、R8为H、C1～C6的烷基，或者环合成环醚结构(式2～式3中的其他取代基的选取范围同式1)。
[0036]本专利技术技术方案，可基于所述的偶联和关环、格式试剂淬灭取代制备工艺即可高收率、高纯度地获得所述的可见光驱动光致变色材料。本专利技术技术方案，制备得到了一种全新的化合物，且该全新的化合物可无需使用高能紫外光激发就能表现出良好的光致变色反应特性。
[0037]本专利技术中，偶联反应在碱和催化剂下进行；
[0038]所述的碱为碱金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐的至少一种。
[0039]作为优选，碱的用量不低于理论反应量，优选为理论反应量的6
‑
10倍。
[0040]作为优选，所述的催化剂为钯催化剂，优选为四(三苯基磷)钯；催化剂的用量为式2化合物的5～20mol％。
[0041]所述的偶联反应的溶剂为可使式2和式3原料溶解的溶剂，例如为甲苯、乙醇和水等中的至少一种。
[0042]偶联反应过程的温度可以为回流。
[0043]本专利技术中，将偶联产物(式4化合物)和三卤化硼进行关环，再用R1MgX进行淬灭，制
得所述的可见光驱动光致变色材料；
[0044]本专利技术中，所述的三卤化硼优选为三溴化硼，进一步优选为理论反应量的1
‑
1.5倍。
[0045]硼关环反应以及猝灭过程的溶剂优选为可溶解反应物的溶剂，例如为疏水溶剂，进一步优选为无水甲苯。
[0046]关环反应过程优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可见光驱动的硼杂稠光致变色材料，其特征在于，具有式1结构通式：所述的Ar1、Ar2独自为杂环芳基或者带有取代基的杂环芳基，所述的取代基为卤素、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、苯基、取代苯基中的至少一种；所述的X1、X2独自为O、S或N；所述的R1为芳香基团、取代的芳香基团；所述的Ar3为芳香基团、取代的芳香基团。2.如权利要求1所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料，其特征在于，所述的Ar3为五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基，或由五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基中的两个及以上的芳香环稠合形成的稠环芳基；所述的五元杂环芳基、苯基、六元杂环芳基、稠环芳基的芳香环上允许带有取代基；所述的取代基优选为C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、卤素、硝基、苯基、苄基。3.如权利要求1所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料，其特征在于，具有以下结构式：所述的X1、X2独自为O、S或NR；所述的R1独自为苯基或取代苯基；优选地，所述的可见光驱动的硼杂稠光致变色材料具有式1
‑
A结构：式1
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A中，所述的R2、R3、R4、R5独自为H、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基或卤素；所述的X1、X2独自为O、N或S；所述的R1独自为苯基或烷烃基取代苯基；优选地，式1
‑
A中，所述的R2、R3、R4、R5优选为相同取代基；进一步优选，所述的R2、R3、R4、R5为甲基。
4.一种权利要求1～3任一项所述的可见光驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾泽兵，黄婷婷，邦雅文，谢胜，王燕培，
申请(专利权)人：湖南大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：