一种三聚茚基-BODIPY-苝二酰亚胺三元体系分子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种式(V)所示的三聚茚基

【技术实现步骤摘要】
一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机合成
及分子基光电材料领域，涉及一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于光诱导能量/电子转移机理的分子模型在光学分子器件、太阳能电池和人工光合成等方面的应用研究已成为国内外十分活跃的研究领域。具有电子/能量给受体性能的染料分子在有机光电功能材料方面已经展现出广阔的应用前景。在不同结构类型的分子模型中，三元体系分子独特的三维星射型结构有利于调控分子的光电性能和形态特征，多个向外延伸支臂可以提高电荷传递和能量转移效率，已受到了广泛关注。然而，具有给体
‑
受体结构三元体系分子仍存在着合成步骤多、反应复杂、产率低等不足之处，因此设计合成具有高效能量/电子转移过程的易合成的三元体系分子具有重要的意义。
[0003]苝二酰亚胺类衍生物具有优异的光、热及化学稳定性，在可见光区有很强的吸收和发射，具有较高的荧光量子产率；由于分子内苝具有一个较大的共轭平面，苝二酰亚胺类衍生物通常存在分子间的π
‑
π堆积作用，这促进了分子和分子间二维结构的形成，加上良好的导电性与适宜的电子亲和能，苝二酰亚胺分子在有机场效应晶体管、有机发光二极管、太阳能电池等领域具有广泛的用途。三聚茚(truxene)具有大的刚性共轭结构，是一个三重对称性平面刚性的稠环芳烃，有利于分子内电荷转移，它的三个端基2、7和12位易于进行功能化设计和修饰，已经被证明是制备三元体系分子理想化合物之一。另外，氟硼二吡咯(BODIPY)也是一类性能优异的荧光染料，其具有较高的光热稳定性、摩尔吸光系数、荧光量子产率，荧光寿命长、适中的氧化还原电势、可忽略的三重态等优点；而且氟硼二吡咯荧光分子母核相对稳定且具有一定化学活性，结构易于修饰，吸收和发射波长可调变至近红外区，可应用于光电材料，荧光成像等领域。基于苝二酰亚胺、三聚茚和氟硼二吡咯分子优异的性质及结构多样化，通过简单的化学合成方法合成具有高效电荷传递或能量转移的三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子具有十分重要的意义，有利于促进在有机场效应晶体管、光分子吸收天线和人工模拟光合作用等方面应用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子及其制备方法。
[0005]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]本专利技术涉及的一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子的结构如下：
[0007][0008]本专利技术涉及的一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子的合成路线为：
[0009][0010]本专利技术涉及的一种三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子的制备过程包括以下步骤：
[0011]步骤1：将溴代三聚茚基BODIPY(I)、对甲氧基苯甲醛和对甲苯磺酸(PTSA)溶于干燥甲苯中，加入哌啶，140℃反应5h，反应结束后用二氯甲烷稀释，用蒸馏水洗有机相，分离出有机相经无水硫酸钠干燥后减压蒸除溶剂，后经硅胶柱层析分离提纯得到溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)；
[0012]步骤2：将溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)、乙酸钾、联硼酸频那醇酯、[1，1
‑
双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯(Pd(dPPf)Cl2)在氩气保护下混合溶于干燥甲苯中，100℃搅拌反应4h，反应结束后用二氯甲烷稀释，用蒸馏水洗有机相，分离出有机相经无水硫酸钠干燥后减压蒸除溶剂，后经硅胶柱层析分离提纯得到meso
‑
苯硼酸酯三聚茚基BODIPY衍生物(III)；
[0013]步骤3：将meso
‑
苯硼酸酯三聚茚基BODIPY衍生物(III)与湾位单溴代苝二酰亚胺衍生物(IV)、碳酸钾、四三苯基膦钯溶于四氢呋喃、蒸馏水和甲醇中，在氩气保护下65℃反应12小时，反应结束后用二氯甲烷稀释，用蒸馏水洗有机相，合并有机层并用无水硫酸钠干燥，分离出有机相经无水硫酸钠干燥后减压蒸除溶剂，后经硅胶柱层析分离提纯得到式(V)所示的三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子。
[0014]上述反应步骤中，催化剂四三苯基膦钯用量为meso
‑
苯硼酸酯三聚茚基BODIPY衍生物(III)物质的量的10％；
[0015]上述反应步骤中，式(III)所示的meso
‑
苯硼酸酯三聚茚基BODIPY衍生物与式(IV)所示湾位单溴代苝二酰亚胺衍生物的物质的量之比为1∶3。
[0016]本专利技术的有益效果
[0017]与现有技术相比，本专利技术中三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子及其制备方法所具有的优点有：(1)同一分子具有BODIPY基团和苝二酰亚胺基团，在紫外区、可见光区及近红外区具有强电子吸收，光吸收范围广，并在近红外区具有荧光发射强度高，是性能优越的近红外荧光染料。(2)该化合物呈三臂星型，能够有效的减弱分子间的π
‑
π相互作用，构成多个能量给体
‑
能量受体的三元体系分子，在同一分子体系中能发生能量转移过程，有利于提高光电转化效率，并具有高的光致能量转移效率，可用于光吸收天线、人工模拟生物光合作用、场效应晶体管等。(3)合成路线简单、反应条件温和、反应选择性好，具有普适性，可以推广应用类似三元体系分子的合成。
附图说明
[0018]图1是meso
‑
溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)、湾位单溴代苝二酰亚胺衍生物(IV)和三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子(V)在二氯甲烷中的紫外
‑
可见吸收光谱；
[0019]图2是meso
‑
溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)、湾位单溴代苝二酰亚胺衍生物(IV)和三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子(V)在二氯甲烷中的荧光发射光谱。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实例对本专利技术作进一步地解释，具体实施事例并不对本专利技术作任何限定。
[0021]用1H
‑
NMR、紫外
‑
可见光谱及荧光光谱表征化合物的结构并研究化合物的光物理性质。检测所用仪器为：Bruker ARX500型核磁共振仪(TMS为内标，氘代氯仿为溶剂)，岛津UV...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式(V)所示的三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子：2.一种如权利要求1所述的式(V)所示的三聚茚基
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：式(I)所示meso
‑
溴代三聚茚基BODIPY与对甲氧基苯甲醛通过Knoevenagel反应生成式(II)所示的meso
‑
溴代三聚茚基BODIPY衍生物，然后通过Miyaura硼酸酯化反应得到式(III)所示的meso
‑
硼酸酯三聚茚基BODIPY衍生物，再与式(IV)所示的湾位单溴代苝二酰亚胺衍生物通过Suzuki偶联反应得到所述的式(V)三聚茚
‑
BODIPY
‑
苝二酰亚胺三元体系分子；3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下实验步骤：步骤1：将溴代三聚茚基BODIPY(I)、对甲氧基苯甲醛和对甲苯磺酸(PTSA)溶于干燥甲苯中，加入哌啶，140℃反应5h，反应结束后用二氯甲烷稀释，用蒸馏水洗有机相，分离出有机相经无水硫酸钠干燥后减压蒸除溶剂，后经硅胶柱层析分离提纯得到溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)；步骤2：将溴代三聚茚基BODIPY衍生物(II)、乙酸钾、联硼酸频那醇酯、[1，1
‑
双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海军，卫婷，宋宇婷，朱旻昊，顾婷婷，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：