有机四配位硼化合物的设计、合成与力致变色性质的研究

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作为一类重要的智能材料,力致荧光变色材料在数据存储、光电器件、安全防伪等方面具有潜在的应用价值。有机四配位硼分子具有结构易于修饰、热稳定性好、荧光量子产率高、斯托克斯位移大等优点,是制备力致荧光变色材料的重要结构单元。目前,具有力致荧光变色性质的有机四配位硼化合物的高效合成和构效关系研究是该领域的研究热点。基于以上背景,本文设计并合成了一系列含N,O、N,N-二齿配体的新型有机四配位硼化合物,系统地研究其光学性质和力响应性质,揭示了其力致荧光变色性质与结构的关系。主要研究成果如下:1.通过N,O-螯合配体与二芳基硼酸盐溶液直接反应,设计并合成了一系列N,O-双齿二苯基硼配合物(B1-B3),这些化合物修饰有不同给电子能力的芳香基团;系统地研究了它们的单晶结构、光物理性质和力致变色性能。实验和理论计算结果证明这些化合物都具有明显的D-A结构,分子构象高度扭曲;它们的单晶结构中普遍存在多种弱分子间相互作用和相对松散的堆积,这些结构特点赋予了分子高固态荧光量子产率和高对比度的可逆的力致变色特性。此外,它们的光物理和力响应特性都与结构有关,这主要受配体和硼原子上的不同取代基的电子效应和空间效应所调节。其中,具有最扭曲构型和最松散堆积形式的B2表现出最敏感、最显著的力致荧光变色特性。该工作将有利于推动N,O-螯合的二苯基硼衍生物在力学传感器和光电器件中的应用。2.设计并合成了三种含N,N-双齿配体、硼中心被不同取代基修饰的化合物(MB-F、MB-Propyne、MB-Ph),并对它们的光物理性质和力致荧光变色性能进行研究。结果表明,这三个分子都具有明显的溶剂化效应;MB-F具有明显的力致荧光变色性质,而MB-Propyne和MB-Ph对机械力则几乎没有响应,证明硼中心的取代基对于荧光分子的力致荧光变色性能有不可忽略的影响,分子在固态下的具体堆积方式仍在研究中。
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