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2-（2-氨基苯基）苯并唑系及其与卟啉/氟化硼吡咯二元化合物的合成及光物理行为的研究认领

作者：

李庆

学位授予单位：

湖南科技大学

摘要：

本文采用实验与理论相结合的方法,研究了溶剂效应对2-（2-氨基苯基）苯并咪唑（APBI）和2-（2-氨基苯基）苯并噻唑（APBT）光谱性质及激发态分子内质子转移（ESIPT）的影响。考察了取代基效应对2-（2-氨基苯基）苯并噻唑光谱性质及激发态分子内质子转移的影响。对APBT和氨基卟啉（TPP-NH2）、2-（2,5-二氨基苯基）苯并噻唑（APBT-NH2）和氨基氟化硼吡咯（BODIPY-NH2）之间的荧光共振能量转移（FRET）过程进行了初步的研究。合成了APBT-TPP/BODIPY二元发光化合物,并对它们的结构进行了核磁和高分辨质谱的表征,测定了其紫外光谱和荧光光谱,优化了几何构型。1、本文参照文献方法合成了质子转移物质APBI和APBT,采用紫外光谱法、荧光光谱法和量子化学理论计算等手段对APBI和APBT在二氯甲烷、乙腈、甲醇等不同溶剂中的光谱性质及ESIPT过程进行了研究。研究发现,随着溶剂极性的增大,溶剂与APBI分子之间的相互作用使得HOMO和LUMO轨道之间的能隙增大,APBI的紫外光谱最大吸收波长蓝移,对APBI的ESIPT过程也起到抑制作用。TD DFT B3LYP/6-311++G（d）方法计算所得APBI在不同溶剂中的紫外吸收波长和荧光发射波长与实验结果相吻合。此外,对APBT光谱性质的研究表明,由于APBT与溶剂之间可以形成氢键复合物,使得APBT吸收光谱的最大吸收波长和最大发射波长均红移。在B3LYP/TZVP和TD B3LYP/TZVP水平上对APBT的基态和激发态结构进行优化,所得的前线轨道能级差、紫外光谱、荧光光谱和其他参数都证明了实验结论的正确性。2、合成了多种APBT氨基氢原子的供电子及吸电子基团的取代衍生物,并用紫外光谱﹑荧光光谱等光谱法和密度泛函理论（DFT）计算研究了取代基效应对它们的光谱性质及ESIPT的影响规律。结果表明,在APBT分子的氨基氮原子上引入不同的吸电子或斥电子取代基,对氮原子的电荷性质有较大的影响。甲基取代后的APBT,其最远端的吸收峰会红移。而COCH2Cl等吸电子基团取代后的APBT,其最远端的吸收峰会蓝移。在环己烷溶剂中,甲基取代后的APBT仅有单重荧光发射峰,体系未发生ESIPT过程;而COCH2Cl等吸电子基团能促进APBT的ESIPT,其荧光发射光谱出现了明显的双重峰,表明体系发生了激发态分子内质子转移反应。采用PBE1PBE/TZVP方法计算出APBT及其衍生物的前线轨道能差,TD PBE1PBE/TZVP计算出APBT及其衍生物的紫外光谱、荧光光谱、判断出APBT在激发态时的稳定构型、提取激发态结构参数、结合过渡态能垒进一步对实验结论予以印证。3、采用紫外光谱法和荧光光谱法对APBT和TPP-NH2之间的相互作用进行了初步的研究。实验表明,APBT的荧光发射光谱和TPP-NH2的紫外光谱有较大程度的重叠,可以构建以APBT为能量供体、TPP-NH2为能量受体的FRET体系。对APBT、TPP-NH2及其混合溶液APBT/TPP-NH2的荧光光谱进行研究,结果表明在APBT和TPP-NH2之间发生了FRET过程,同样APBT-NH2和BODIPY-NH2之间也发生了FRET过程。4、合成了TPP-NH2和BODIPY-NH2,利用丁二酸酐将其与APBT进行连接,构成APBT-TPP、APBT-BODIPY二元发光化合物,通过核磁和质谱等手段对目标产物进行了表征。分别测定二元化合物在不同溶剂中的紫外光谱和荧光光谱,APBT-TPP的荧光强度随着溶剂极性的增强而升高,APBT-BODIPY的荧光强度随着溶剂极性的增强而降低。采用TD B3LYP/6-31G（d）方法对所合成二元化合物的激发态结构进行优化,得出激发态的稳定构型为Enol构型。采用B3LYP/6-31G（d）方法对二元化合物在不同溶剂中的基态结构进行优化,得到基态前线分子轨道。

摘要译文

关键词：

APBI/APBT; TPP/BODIPY; 密度泛函理论; 紫外光谱; 荧光光谱; 质子转移

学位年度：

2019

学位类型：

硕士

学科专业：

化学

导师：

易平贵张杰

中图分类号：

O621.25[化学性质、有机化学反应];O657.3[光化学分析法（光谱分析法）⑨]

学科分类号：

070303[有机化学];081704[应用化学];070302[分析化学];070306[化学生物学];081706[分子化工]

D O I：

10.27738/d.cnki.ghnkd.2019.000379