技术领域
[0001] 本
发明涉及一种新型苯并菲类盘状化合物及其制备方法,特别是一种具有较大π
电子共轭体系的不对称型的苯并菲类盘状有机化合物及其制备方法。
背景技术
[0002] 由三个苯环组成的苯并菲化合物最早是从苯的热裂解产物中分离出来,并由Schultz首先称之为Triphenylene(苯并菲)。苯并菲由于其特殊的结构使其具有很好的光学和电学性能。目前,随着有机、高分子在
光电子领域的突破,人们越来越关注具有特殊结构的苯并菲类衍
生物,对于苯并菲及其衍生物的合成的研究越来越多。
[0003] 在发光领域中,有机材料的研究日益受到人们的重视。因为有机化合物的种类繁多,可调性好,色彩丰富,色纯度高,分子设计相对比较灵活。根据不同的分子结构,有机发光材料可分为:(1) 有机小分子发光材料;(2) 有机高分子发光材料;(3) 有机配合物发光材料。这些发光材料无论在发光机理、物理化学性能上,还是在应用上都有各自的特点。
[0004] 有机小分子发光材料种类繁多,它们多带有共轭杂环及各种生色团,结构易于调整,通过引入烯键、苯环等不饱和基团及各种生色团来改变其共轭长度,从而使化合物光电性质发生变化。如三唑及其衍生物类,三苯胺类衍生物,卟啉类化合物,苝类衍生物等。它们广泛应用于光学电子器件、DNA诊断、光化学
传感器、染料、
荧光增白剂、荧光涂料、激光染料、有机电致发光器件(ELD)等方面。
[0005] 目前对于苯并菲类的衍生物用于发光材料的研究较少,特别是对不对称型的苯并菲类衍生物的研究是少之又少。本发明创新性的设计和制备了不对称型的苯并菲类的盘状化合物并研究其在发光材料领域的应用。本发明的不对称性的苯并菲类盘状化合物在不对称型的苯并菲
基础上接上了不同的
侧链基团,如三唑、苯胺等发光基团。另外,本发明将一种新型的合成反应——点击化学应用到了材料的制备过程中,使得本发明更具有创新性、突破性。
发明内容
[0006] 本发明目的提供一种在苯并菲类盘状分子中引入不对称结构支链,形成不对称的苯并菲类盘状化合物及其制备方法。
[0007] 本发明的化合物的反应机理为:本发明的一种苯并菲类不对称盘状化合物,该化合物结构通式如下所示:
其 中 R1的 结 构 为: 、 、
、 、 、
或 ,n 为
1-20的 整 数; R2 的 结 构 为: 、 、 、
、 、
、 、 、 或
,n为1-20的整数。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述的苯并菲类不对称盘状化合物的制备方法,该方法具有如下步骤:1:苯并菲的傅克酰基化反应:将苯并菲溶于二氯甲烷中,并置于反应容器中,加入1-3当量的苯甲酰氯衍生物后,
冰浴中冷却到0-5摄氏度,逐渐加入三
氧化
铝,在40摄氏度下回流反应10个小时,将产物冷却后倒入冰
水中搅拌过夜。用二氯甲烷萃取,有机相通过无水
硫酸镁干燥过滤后旋蒸得到粗产物,
硅胶柱层析提纯(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合
溶剂)粗产物,旋蒸干燥得淡黄色固体,其中,展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂;所述苯甲酰氯衍生物为:苯甲酰氯、 对炔基苯甲酰氯或对烷基炔苯甲酰氯;
2:溴代反应:将步骤1中所得产物溶于硝基苯中,置于反应器内,室温下逐渐滴加3-6当量液溴,滴加完后,将
温度升到140摄氏度,反应8-10个小时。将产物倒入盛有亚硫酸氢钠的溶液中搅拌除去剩余溴,每隔十分钟换水一次,直至溶液无色;分液除去水层,向有机层中加入
乙醇继续搅拌,产生颗粒状沉淀,过滤干燥既得溴代产物;
3: Sonogashira偶联反应:将步骤2中得到产物溶于四氢呋喃和三乙胺混合溶液中,置于反应器中,超声排气45分钟,然后加入3-6当量的三甲基硅乙炔,升温到80摄氏度,加入2-5%当量的三苯基磷二氯化钯、碘化亚
铜。氩气保护下回流反应8-10个小时;停止反应后,减压蒸馏除去溶剂后硅胶柱层析提纯,旋蒸干燥得淡黄色产物;其中,所述四氢呋喃与三乙胺的体积比为1:1;展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂;
4:点击化学反应:将步骤3中的产物溶于DMF至于反应容器中,加入1-3当量的点击
试剂,通氩气保护超声排气45分钟后将温度升到100摄氏度后加入1%当量的碘化亚铜,在氩气保护下回流反应6-8个小时。停止反应后加入水,用乙酸乙酯进行萃取,减压蒸馏出去溶剂,硅胶柱提纯得产物,其中,展开剂为乙酸乙酯和石油醚1:2的混合溶剂;所述点击试剂为叠氮辛烷、四氰基乙烯或四氰代二甲基苯醌。
[0009] 进一步,一种苯并菲类不对称盘状化合物的制备方法,具体包括以下步骤1:苯并菲的傅克酰基化反应:将苯并菲溶于二氯甲烷中,并置于反应容器中,加入1-3当量的苯甲酰氯衍生物后,冰浴中冷却到0-5摄氏度,逐渐加入三氧化铝,在40摄氏度下回流反应10个小时,将产物冷却后倒入冰水中搅拌过夜,用二氯甲烷萃取,有机相通过无水
硫酸镁干燥过滤后旋蒸得到粗产物,硅胶柱层析提纯(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)粗产物,旋蒸干燥得淡黄色固体,其中,展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂,所述苯甲酰氯衍生物为:苯甲酰氯、 对炔基苯甲酰氯或对烷基炔苯甲酰氯;
2:溴代反应:将步骤1中所得产物溶于硝基苯中,置于反应器内,室温下逐渐滴加3-6当量液溴,滴加完后,将温度升到140摄氏度,反应8-10个小时。将产物倒入盛有亚硫酸氢钠的溶液中搅拌除去剩余溴,每隔十分钟换水一次,直至溶液无色;分液除去水层,向有机层中加入乙醇继续搅拌,产生颗粒状沉淀,过滤干燥既得溴代产物;
3.去三甲基硅反应:将步骤2中产物溶于甲醇和四氢呋喃溶液中,置于反应器中后加入
碳酸
钾,室温下搅拌4个小时,然后减压蒸馏除去溶剂,硅胶柱粗提纯;
真空干燥后容器中氮气保护,其中,展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂;
4:点击化学反应:将步骤3中的产物溶于DMF至于反应容器中,加入1-3当量的点击试剂,通氩气保护超声排气45分钟后将温度升到100摄氏度后加入1%当量的碘化亚铜,在氩气保护下回流反应6-8个小时。停止反应后加入水,用乙酸乙酯进行萃取,减压蒸馏出去溶剂,硅胶柱提纯得产物,其中,展开剂为乙酸乙酯和石油醚1:2的混合溶剂;所述点击试剂为叠氮辛烷、四氰基乙烯或四氰代二甲基苯醌。
[0010] 本发明所提供的结构不对称的盘状化合物的优点是:相比于目前的发光材料来说,本发明的不对称型的苯并菲类盘状衍生物是一新型的发光材料,由于其较大的盘状共轭结构,使得其有很好的有机电致发光效应。另外,由于其侧链很强的可修饰性,使得此类化合物可以调节其共轭范围及所接生色团,进而在研究开发其他类的苯并菲类发光材料方面有很大的潜能。其次,本发明将一种新型的合成反应——点击化学应用到了制备过程中,使得本发明更具有创新性、突破性。
附图说明
[0011] 图1是
实施例1中所述分子的核磁图谱。
[0012] 图2是实施例1中所述分子的红外图谱。
[0013] 图3是实施例1中所述分子的紫外可见光吸收图谱。
[0014] 图4是实施例2中所述分子的红外图谱。
[0015] 图5是实施例2中所述分子的紫外可见光吸收
光谱。
[0016] 图6是实施例3中所述分子的红外图谱。
[0017] 图7是实施例3中所述分子的紫外可见光吸收光谱。
具体实施方式
[0018] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0019] 实施例一: 化合物1合成与表征1:苯并菲的傅克酰基化反应:将21.90mmol苯并菲(5.00g)溶于60mL二氯甲烷中,并置于250mL单口瓶中,加入23.00mmol对苯甲酰氯(3.23g)后,冰浴中冷却到0摄氏度,逐渐加入31.30mmol三氧化铝(4.17g);加热回流10小时;将产物冷却后倒入500mL冰水中搅拌过夜,用二氯甲烷分液萃取,有机相通过无水硫酸镁干燥过滤后用硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯,得苯甲酰氯一取代苯并菲3.25g,淡黄色固体,产率45%。
[0020] 2:溴代反应:将步骤1中所得3.00mmol苯甲酰氯一取代苯并菲(1.00g)溶于20mL硝基苯中,置于100mL单口瓶内,室温下逐渐滴加15.0mmol液溴(0.76mL),滴加完后,将温度升到140摄氏度,回流反应8个小时。将产物倒入盛有亚硫酸氢钠的溶液中搅拌除去剩余溴,每隔十分钟换水一次,直至溶液无色;分液除去水层,向有机层中加入乙醇继续搅拌,产生颗粒状沉淀,过滤干燥既得土黄色粉末溴代产物0.70g,产率50%。
[0021] 3: Sonogashira偶联反应:将2中得到的2.46mmol溴代产物(1.20g)溶于30mL四氢呋喃和30mL三乙胺混合溶液中,100mL单口瓶中通氩气保护,超声排气45分钟后加入9.84mmol端炔基三甲基硅(1.40mL),升温到80摄氏度;加入0.40mmol三苯基磷二氯化钯(0.28g),0.80mmol碘化亚铜(0.15g)。氩气保护下回流反应10个小时。停止反应后,减压蒸馏除去溶剂后硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯。得淡黄色产物0.60g产率47%。
[0022] 4:去三甲基硅反应:将步骤3中1.15mmol中间产物0.60g溶于3.45mL甲醇和8.05mL四氢呋喃的混合溶液中,置于反应器中后加入0.48g碳酸钾,室温下搅拌3小时,减压蒸馏出去溶剂,硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)粗提纯;真空干燥后容器中直接进行下一步。
[0023] 5:点击化学反应:将步骤4中产物0.65mmol(0.30g)溶于10mlDMF中通氩气保护,然后加入2.00mmol叠氮辛烷(0.30g),超声排气45分钟后升温到100摄氏度;加入-3 -30.65×10 mmol碘化亚铜(1.20×10 g)。氩气保护下回流反应6个小时。停止反应后,加入水并用乙酸乙酯进行萃取,然后硅胶柱(展开剂为石油醚和乙酸乙酯2:1的混合溶剂)提纯,减压蒸馏出去溶剂得淡黄色终产物0.35g产率58%。
[0024] 最终产物核磁如图1所示,红外如图2所示,紫外吸收如图3所示。
[0025] 实施例二:化合物2的合成与表征1:苯并菲的傅克酰基化反应:将21.90mmol苯并菲(5.00g)溶于60mL二氯甲烷中,并置于250mL单口瓶中,加入23.00mmol对苯甲酰氯(3.23g)后,冰浴中冷却到0摄氏度,逐渐加入31.30mmol三氧化铝(4.17g);加热回流10小时;将产物冷却后倒入500mL冰水中搅拌过夜,用二氯甲烷分液萃取,有机相通过无水硫酸镁干燥过滤后用硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯,得苯甲酰氯一取代苯并菲3.25g,淡黄色固体,产率45%。
[0026] 2:溴代反应:将步骤1中所得3.00mmol苯甲酰氯一取代苯并菲(1.00g)溶于20mL硝基苯中,置于100mL单口瓶内,室温下逐渐滴加15.0mmol液溴(0.76mL),滴加完后,将温度升到140摄氏度,回流反应8个小时。将产物倒入盛有亚硫酸氢钠的溶液中搅拌除去剩余溴,每隔十分钟换水一次,直至溶液无色;分液除去水层,向有机层中加入乙醇继续搅拌,产生颗粒状沉淀,过滤干燥既得土黄色粉末溴代产物0.70g,产率50%。
[0027] 3: Sonogashira偶联反应:将2中得到的2.46mmol溴代产物(1.20g)溶于30mL四氢呋喃和30mL三乙胺混合溶液中,100mL单口瓶中通氩气保护,超声排气45分钟后加入9.84mmol对炔基苯胺(2.25g),升温到80摄氏度;加入0.40mmol三苯基磷二氯化钯(0.28g),0.80mmol碘化亚铜(0.15g)。氩气保护下回流反应10个小时。停止反应后,减压蒸馏除去溶剂后硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯。得棕黄色产物0.63g产率46%。
[0028] 4:点击化学反应:将步骤3中产物0.20mmol(0.15g)溶于10ml二氯甲烷中,然后加入0.60mmol四氰基乙烯(0.08g),搅拌反应1小时。停止反应后,减压蒸馏出去溶剂后硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯。得墨绿色终产物0.20g产率87%。
[0029] 最终产物红外如图4所示,紫外吸收如图5所示。
[0030] 实施例三:化合物3的合成与表征1:苯并菲的傅克酰基化反应:将21.90mmol苯并菲(5.00g)溶于60mL二氯甲烷中,并置于250mL单口瓶中,加入23.00mmol对苯甲酰氯(3.23g)后,冰浴中冷却到0摄氏度,逐渐加入31.30mmol三氧化铝(4.17g);加热回流10小时;将产物冷却后倒入500mL冰水中搅拌过夜,用二氯甲烷分液萃取,有机相通过无水硫酸镁干燥过滤后用硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯,得苯甲酰氯一取代苯并菲3.25g,淡黄色固体,产率45%。
[0031] 2:溴代反应:将步骤1中所得3.00mmol苯甲酰氯一取代苯并菲(1.00g)溶于20mL硝基苯中,置于100mL单口瓶内,室温下逐渐滴加15.0mmol液溴(0.76mL),滴加完后,将温度升到140摄氏度,回流反应8个小时。将产物倒入盛有亚硫酸氢钠的溶液中搅拌除去剩余溴,每隔十分钟换水一次,直至溶液无色;分液除去水层,向有机层中加入乙醇继续搅拌,产生颗粒状沉淀,过滤干燥既得土黄色粉末溴代产物0.70g,产率50%。
[0032] 3: Sonogashira偶联反应:将2中得到的2.46mmol溴代产物(1.20g)溶于30mL四氢呋喃和30mL三乙胺混合溶液中,100mL单口瓶中通氩气保护,超声排气45分钟后加入9.84mmol对炔基苯胺(3.35g),升温到80摄氏度;加入0.40mmol三苯基磷二氯化钯(0.28g),0.80mmol碘化亚铜(0.15g)。氩气保护下回流反应10个小时。停止反应后,减压蒸馏除去溶剂后硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯。得棕黄色产物0.82g产率50%。
[0033] 4:点击化学反应:将步骤3中产物0.25mmol(0.23g)溶于10ml二氯甲烷中,然后加入0.75mmol四氰基乙烯(0.09g),搅拌反应1小时。停止反应后,减压蒸馏出去溶剂后硅胶柱(展开剂为石油醚和二氯甲烷1:1的混合溶剂)提纯。得黑色终产物0.27g产率84%。
[0034] 最终产物红外如图6所示,紫外吸收如图7所示。另外,表1给出了R1= 不同R2基团的几种产物的
发光效率。
[0035]表1 不同结构化合物的发光效率