本發(fā)明屬于熒光材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一類具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)和壓致變色性質(zhì)的熒光材料。
背景技術(shù):
熒光材料由于在光電器件、環(huán)境傳感器、生物科學(xué)等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值,近年來(lái)引起了科學(xué)家們的極大關(guān)注。傳統(tǒng)熒光化合物在溶液中顯示很強(qiáng)的熒光,但是大多數(shù)在聚集狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)熒光減弱甚至淬滅的現(xiàn)象,即聚集誘導(dǎo)熒光淬滅效應(yīng)(aggregation-caused quenching,ACQ)。鑒于熒光材料常常被用于聚集或固體薄膜,因此,ACQ現(xiàn)象限制了熒光材料在特定情況下的應(yīng)用前景。2001年,香港科技大學(xué)唐本忠院士課題組發(fā)現(xiàn)了一類具有螺旋槳結(jié)構(gòu)的分子具有奇特的發(fā)光行為:當(dāng)該類分子溶解在溶液中時(shí),熒光很弱或是不發(fā)光,但在固態(tài)或聚集狀態(tài)時(shí),則產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光。他們把這一現(xiàn)象命名為聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aggregation-induced emission,AIE)現(xiàn)象。AIE現(xiàn)象與傳統(tǒng)的ACQ現(xiàn)象恰好相反,利用這一新特性可以進(jìn)一步拓寬有機(jī)熒光化合物在固體或聚集狀態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來(lái),科學(xué)家們努力開(kāi)發(fā)新的AIE體系及其在有機(jī)發(fā)光二極管、生物探針、化學(xué)傳感器和細(xì)胞成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于大多數(shù)的具有AIE性質(zhì)的化合物具有扭曲的分子構(gòu)象,導(dǎo)致其分子堆積相對(duì)松散,在受到外界刺激時(shí)由于堆積方式的改變會(huì)呈現(xiàn)不同的發(fā)光行為,即壓致變色性。壓致變色是指當(dāng)受到外力刺激,如加熱、溶劑熏蒸或研磨時(shí),材料的熒光(如發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)射波長(zhǎng))隨之發(fā)生改變的性質(zhì)。具有壓致變色性質(zhì)的熒光材料是一種新型的智能材料,它在應(yīng)力傳感器、信息存儲(chǔ)、熒光開(kāi)關(guān)和發(fā)光器件等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。但是到目前為止已經(jīng)報(bào)道的具有壓致變色性質(zhì)的發(fā)光材料還不是很多,所以設(shè)計(jì)合成新型的具有壓致變色性質(zhì)的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料仍然被迫切需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一類具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光及壓致變色效應(yīng)的新型熒光材料。
解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該熒光材料的結(jié)構(gòu)式如下所示:
式中Ar代表苯基、C1~C4烷基取代苯基、C1~C4烷氧基取代苯基、4-羥甲基苯基、噻吩基、C1~C4烷基取代噻吩基、呋喃基、羥基取代苯基、鹵代苯基、萘基、N-碳酸叔丁酯-2-吡咯基、4-叔丁基二甲基硅氧基苯基中的任意一種,具體如苯基、4-甲基苯基、2-甲基苯基、4-甲氧基苯基、2-甲氧基苯基、2,6-二甲氧基苯基、4-羥甲基苯基、2-噻吩基、5-甲基-2-噻吩基、3-呋喃基、4-羥基苯基、4-氯苯基、4-氟苯基、1-萘基、2-萘基、N-碳酸叔丁酯-2-吡咯基、4-叔丁基二甲基硅氧基苯基等。
上述具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)和壓致變色性質(zhì)的熒光材料(除Ar代表4-叔丁基二甲基硅氧基苯基)的制備方如下:
1、以DMF為溶劑,將2,5-二溴苯-1,4-二甲醛、式I所示的芳基硼酸、醋酸鈀按摩爾比為1:2.5:0.05,在堿性條件下室溫反應(yīng)至完全,分離純化產(chǎn)物,得到式II所示的2,5-二芳基-1,4-二甲醛。
2、以無(wú)水乙醇為溶劑,將式II所示的2,5-二芳基-1,4-二甲醛與丙二腈按摩爾比為1:2.05,在堿性條件下室溫反應(yīng)至完全,分離純化產(chǎn)物,得到熒光材料。
當(dāng)Ar代表4-叔丁基二甲基硅氧基苯基時(shí),該熒光材料的制備方法為:
1、以DMF為溶劑,將2,5-二溴苯-1,4-二甲醛、4-羥基苯硼酸、醋酸鈀按摩爾比為1:2.5:0.05,在堿性條件下室溫反應(yīng)至完全,分離純化產(chǎn)物,得到4,4”-二羥基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛。
2、以DMF為溶劑,將4,4”-二羥基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛與咪唑、叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMS-Cl)按摩爾比為1:4:3,室溫反應(yīng)至完全,分離純化產(chǎn)物,得到式III所示的44”-二甲基叔丁基硅基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2'5'-二甲醛。
3、以無(wú)水乙醇為溶劑,將4,4”-二甲基叔丁基硅基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛與丙二腈按摩爾比為1:2.05,在堿性條件下室溫反應(yīng)至完全,分離純化產(chǎn)物,得到熒光材料——1,4-二(4-(2,5-二甲基叔丁基)硅氧基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈。
本發(fā)明熒光材料在普通有機(jī)溶劑中具有良好的溶解性,而在水中幾乎不溶解,可形成納米聚集體,具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光特性。同時(shí)通過(guò)研磨,該類熒光材料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)會(huì)向長(zhǎng)波方向移動(dòng),用二氯甲烷熏蒸后熒光發(fā)射波長(zhǎng)則會(huì)恢復(fù),具有壓致變色的性質(zhì)。
附圖說(shuō)明
圖1是實(shí)施例1制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖2是實(shí)施例1制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖3是實(shí)施例2制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖4是實(shí)施例2制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖5是實(shí)施例3制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖6是實(shí)施例3制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖7是實(shí)施例4制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖8是實(shí)施例4制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖9是實(shí)施例6制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖10是實(shí)施例6制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖11是實(shí)施例7制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖12是實(shí)施例7制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖13是實(shí)施例8制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖14是實(shí)施例8制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖15是實(shí)施例9制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖16是實(shí)施例9制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖17是實(shí)施例10制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的熒光發(fā)射光譜圖。
圖18是實(shí)施例10制備的化合物在丙酮與水的混合體系中的發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度圖。
圖19是實(shí)施例2制備的化合物研磨和二氯甲烷熏蒸前后的熒光光譜圖。
圖20是實(shí)施例3制備的化合物研磨和二氯甲烷熏蒸前后的熒光光譜圖。
圖21是實(shí)施例4制備的化合物研磨和二氯甲烷熏蒸前后的熒光光譜圖。
圖22是實(shí)施例5制備的化合物研磨和二氯甲烷熏蒸前后的熒光光譜圖。
圖23是實(shí)施例10制備的化合物研磨和二氯甲烷熏蒸前后的熒光光譜圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二苯基-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
1、將0.0584g(0.2mmol)2,5-二溴苯-1,4-二甲醛、0.27mL DMF、0.13mL 2mol/L Na2CO3水溶液、0.0609g(0.5mmol)苯硼酸加入到5mL圓底燒瓶中,攪拌10分鐘后,向反應(yīng)液中加入0.0424g(0.01mmol)醋酸鈀,待反應(yīng)完成后,用乙酸乙酯萃取(3×5mL),合并有機(jī)相,有機(jī)相經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、旋干、石油醚與乙酸乙酯的體積比為20:1的混合液柱層析,得到1,1':4',1”-三聯(lián)苯-2',5'-二甲醛。
2、向25mL圓底燒瓶中加入0.0400g(1.05mmol)1,1':4',1”-三聯(lián)苯-2',5'-二甲醛,并加入無(wú)水乙醇使其溶解,然后加入0.1419g(2.15mmol)丙二腈和0.05mL 1mol/L的NaOH水溶液,在室溫下攪拌2.5小時(shí),析出固體,過(guò)濾,得到1,4-二苯基-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為71%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,d6-DMSO)δ(ppm):8.35(s,1H),8.21(s,1H),7.62-7.56(m,3H,Ar H),7.50(d,2H,J=7.3Hz,ArH);13C-NMR(101MHz,d6-DMSO)δ(ppm):160.26,141.51,136.97,132.99,130.77,129.93,129.05,113.58,112.91,87.55,79.19.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C26H14N4Na,405.1116,實(shí)測(cè)值405.1117。
實(shí)施例2
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(3-呋喃基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的3-呋喃硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(3-呋喃基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為63%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ(ppm):8.24(s,1H),8.05(s,1H),7.64(t,1H,J=1.6Hz),7.55(s,1H),6.62-6.61(q,1H);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):157.36,145.09,142.34,134.28,132.85,130.21,122.40,112.82,111.99,111.35,87.65.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C22H10N4O2Na,385.0701,實(shí)測(cè)值385.0703。
實(shí)施例3
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(4-甲氧基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的4-甲氧基苯硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(4-甲氧基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為69%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.22(s,1H),7.84(s,1H),7.27(d,2H,J=8.5Hz,Ar H),7.07(d,2H,J=8.5Hz,Ar H),3.91(s,3H,CH3);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):160.97,158.77,142.91,132.79,131.50,130.76,128.94,115.03,113.09,112.29,86.53,55.69.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C28H18N4O2Na,465.1327,實(shí)測(cè)值465.1330。
實(shí)施例4
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(4-羥甲基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的4-羥甲基苯硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(4-羥甲基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為40%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.32(s,1H),8.19(s,1H),7.53(d,2H,J=8.0Hz,Ar H),7.45(d,2H,J=8.0Hz,Ar H),5.34(t,1H,J=5.7Hz),4.61(d,2H,J=5.6Hz,CH2);13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):160.24,143.04,141.41,135.26,132.90,130.61,129.92,113.58,112.86,87.28,62.48。
實(shí)施例5
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(2-噻吩基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的2-噻吩硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(2-噻吩基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為64%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(300MHz,d6-DMSO)δ(ppm):8.60(s,1H),8.25(s,1H),7.90(d,1H,J=4.5Hz),7.38-7.31(m,2H);13C-NMR(100MHz,d6-DMSO)δ(ppm):160.06,138.76,134.41,133.12,131.45,131.11,130.65,129.53,114.12,113.24,88.87。
實(shí)施例6
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(4-羥基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的4-羥基苯硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(4-羥基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為45%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,d6-DMSO)δ(ppm):9.95(s,1H),8.30(s,1H),8.10(s,1H),7.28(d,2H,J=8.5Hz,Ar H),6.96(d,2H,J=8.5Hz,Ar H);13C-NMR(101MHz,d6-DMSO)δ(ppm):160.61,158.44,140.90,132.61,131.35,130.24,127.63,115.84,113.71,113.02,86.61.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C26H14N4O2Na,437.1014,實(shí)測(cè)值437.1017。
實(shí)施例7
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(5-甲基-2-噻吩基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的5-甲基-2-噻吩硼酸(0.0710g)替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(5-甲基-2-噻吩基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為75%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.21(s,1H),8.07(s,1H),6.89(s,2H),2.58(s,3H,CH3);13C-NMR(75MHz,CDCl3)δ(ppm):157.93,145.48,135.83,1 50,132.32,130.89,130.77,127.40,113.02,111.95,87.32,15.67.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C24H14N4S2Na,445.0558,實(shí)測(cè)值445.0563。
實(shí)施例8
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(2,5-二甲氧基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的2,6-二甲氧基苯硼酸替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(2,5-二甲氧基苯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為87%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.14(s,1H,),7.63(s,1H,),7.45-7.41(t,2H,J=8.4Hz,ArH),6.70(d,2H,J=8.4Hz,ArH),3.79(s,6H,CH3);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):160.18,157.73,136.20,134.61,132.01,131.66,113.78,113.37,112.03,104.24,84.80,55.98。
實(shí)施例9
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(N-碳酸叔丁酯-2-吡咯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將實(shí)施例1中的苯硼酸用等物質(zhì)的量的N-碳酸叔丁酯-2-吡咯硼酸(0.1055g)替換,其他步驟與實(shí)施例1相同,得到1,4-二(N-碳酸叔丁酯-2-吡咯基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為59%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.17(s,1H),7.68(s,1H),7.46-7.45(t,2H,J1=2.6Hz,J2=2.2Hz,CH),6.35(d,2H,J=3.1Hz,CH),1.47(s,9H,CH3);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):158.87,157.44,142.93,132.73,131.51,130.77,139.48,121.01,113.07,112.31,86.48,25.77,18.37,-4.16.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C32H28N6O4Na,538.2070,實(shí)測(cè)值538.2074。
實(shí)施例10
合成結(jié)構(gòu)式如下的1,4-二(4-(2,5-二甲基叔丁基)硅氧基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈
將0.0584g(0.2mmol)2,5-二溴苯-1,4-二甲醛、0.27mL DMF、0.13mL2mol/L Na2CO3水溶液、0.0690g(0.5mmol)4-羥基苯硼酸加入到5mL圓底燒瓶中,攪拌10分鐘后,向反應(yīng)液中加入0.0424g(0.01mmol)醋酸鈀,待反應(yīng)完成后,用乙酸乙酯萃取(3×5mL),合并有機(jī)相,有機(jī)相經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、旋干、石油醚與乙酸乙酯的體積比為10:1的混合液柱層析,得到4,4”-二羥基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛。
2、向25mL圓底燒瓶中加入0.03g(0.094mmol)4,4”-二羥基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛和5mL DMF,室溫下攪拌使其完全溶解,再加入0.026g(0.376mmol)咪唑和0.043g(0.282mmol)叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMS-Cl),室溫下攪拌過(guò)夜,反應(yīng)完成后,加入10mL蒸餾水,然后用乙酸乙酯(3×8mL)萃取,合并有機(jī)相,有機(jī)相經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾,旋干、石油醚與乙酸乙酯的體積比為20:1的混合液柱層析,得到4,4”-二甲基叔丁基硅基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛。
3、向25mL圓底燒瓶中加入0.5480g(1mmol)4,4”-二甲基叔丁基硅基-[1,1':4',1”-三聯(lián)苯]-2',5'-二甲醛,并加入無(wú)水乙醇使其溶解,然后加入0.1353g(2.05mmol)丙二腈和0.05mL 1mol/L的NaOH水溶液,在室溫下攪拌2.5小時(shí),過(guò)濾,得到1,4-二(4-(2,5-二甲基叔丁基)硅氧基)-2,2'-(1,4-亞苯基二(亞甲基))丙二腈,其產(chǎn)率為82%,結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)為:1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.21(s,1H),7.85(s,1H),7.20(d,2H,J=8.5Hz,ArH),7.01(d,2H,J=8.5Hz,ArH),1.02(s,9H,CH3),0.28(s,6H,CH3);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):158.87,157.43,142.93,132.73,131.51,130.77,129.48,121.00,113.07,112.31,86.49,25.77,18.37,-4.16.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+理論值C38H42N4O2Si2Na,665.2744,實(shí)測(cè)值665.2745。
發(fā)明人將實(shí)施例1~4及6~10制備的化合物分別與丙酮和蒸餾水按不同體積比混合,采用日立F-7000熒光分光光度計(jì)測(cè)試混合體系的AIE性質(zhì),結(jié)果見(jiàn)圖1~18。由圖可見(jiàn),此類化合物均具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)。
發(fā)明人采用日立F-7000熒光分光光度計(jì)測(cè)試實(shí)施例2、3、4、5、10制備的化合物的壓致變色性質(zhì),結(jié)果見(jiàn)圖19~23。由圖可見(jiàn),實(shí)施例2、3、4、5、10制備的化合物的粉末熒光發(fā)射峰分別位于543nm、510nm、526nm、562nm、513nm處。當(dāng)分別將其研磨后,光譜發(fā)生紅移,最大發(fā)射峰位分別在543nm、544nm、562nm、574nm、527nm,半峰寬也出現(xiàn)增大趨勢(shì)。研磨后的樣品用二氯甲烷熏蒸后,發(fā)射峰位置又轉(zhuǎn)變?yōu)榕c原始樣品幾乎一致。再次將其研磨,則又回到第一次研磨后的發(fā)射峰位置,說(shuō)明此類化合物具有典型的壓致變色性質(zhì)。