苯并菲十二烷氧基桥连十二烷氧基苯基卟啉二元化合物盘状液晶材料的合成方法与流程

本发明涉及一种苯并菲十二烷氧基桥连十二烷氧基苯基卟啉二元化合物盘状液晶材料的合成方法。

背景技术：

卟啉是生命体中的酶的活性物质，对生命体起着至关重要，必不可少的作用。植物在进行光合作用时靠着叶绿素中的镁卟啉进行光电转化，卟啉可模拟植物的光合作用从而被应用于生物学。因为卟啉具有很高的氧化还原电位，所以有宽泛的光谱区，有良好的感光效应，并且受激发时持续时间长，在生物化学方面的应用十分广泛。

近些年来，随着工业技术的不断发展，环境影响的问题也在日益加重，多数地方长期出现雾霾天气。为此，人们利用卟啉化合物的催化、氧化及活化等多种特性，将其用于催化有机化合物，与空气中的NO和O₂进行轴向配位，对空气中的NO进行催化还原分解，以减少空气中有害气体的含量，从而达到优化环境的效果。

在盘状液晶中，苯并菲作为一种常见的材料，因其具有良好的光化学及热稳定性、原料易得、产品易于提纯、结构丰富多变以及在纵轴具有较高的电荷传输速率等优点，因此是首选的给体单元；而卟啉在可见光区有强吸收、光化学及热稳定性好、且合成方法成熟，具有良好的液晶性质，因此可作为良好的受体单元。本发明通过设计并合成含有电子给体(D)-桥(B)-受体(A)结构的盘状液晶二元化合物，这类化合物可以应用在有机光伏材料、液晶材料、有机太阳能电池、有机发光二极管等分子器件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种苯并菲十二烷氧基桥连十二烷氧基苯基卟啉二元化合物盘状液晶材料的合成方法。

本发明的合成路线分为以下三个部分：第一部分，首先将邻二己氧基苯和2-己氧基苯酚在三氯化铁的氧化作用下发生偶联反应生成单羟基五己氧基苯并菲；其次，以单羟基五己氧基苯并菲、1,12-二溴癸烷为主要原料合成含一个ω-溴支链的烷氧基苯并菲；第二部分是以对羟基苯甲醛、1-溴代十二烷为主要原料合成对十二烷氧基苯甲醛，然后与对甲酰基苯甲酸甲酯、吡咯在二甲苯中合成卟啉酯。最后，将得到的卟啉酯水解、酸化得到卟啉酸；第三部分是将上述两部分得到的中间体通过相转移催化反应合成一系列烷氧基桥连卟啉-苯并菲二元化合物。

苯并菲作为一种常见的材料，因其具有良好的光化学及热稳定性、原料易得、产品易于提纯、结构丰富多变以及在纵轴具有较高的电荷传输速率等优点，而卟啉在可见光区有强吸收、光化学及热稳定性好、且合成方法成熟，具有良好的液晶性质，本发明通过设计并合成含有电子给体(D)-桥(B)-受体(A)结构的盘状液晶二元化合物，这类化合物可以应用在有机光伏材料、液晶材料、有机太阳能电池、有机发光二极管等分子器件。

附图说明

图1为本发明苯并菲十二烷氧基桥连十二烷氧基苯基卟啉二元化合物盘状液晶材料的结构式。

图2为本发明合成路线的化学反应方程式。

图中：R＝C₆H₁₃，R₁＝C₁₂H₂₅。

具体实施方式

实施例：

实施例中所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯。

(1)邻己烷氧基苯酚(化合物1)的合成：

取20克邻苯二酚、89.9克1-溴代正己烷、73.5克无水碳酸钾、6.0克碘化钾和250毫升无水乙醇，85℃下回流反应60小时后，室温下抽滤，滤液经旋转蒸发仪除去溶剂之后，在0.5mmHg的减压蒸馏情况下收集84℃的馏分，得到48克无色油状液体即化合物1，产率为96％。Bp:106±3℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1260,930；¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ:6.89(s,4H),3.99(t,J＝6.9Hz,4H),1.83-1.76(m,J＝6.9Hz,4H),1.49-1.31(m,12H),0.9(t,J＝6.9Hz,6H)。

(2)邻二己烷氧基苯(化合物2)的合成：

取50克邻苯二酚、75克1-溴代正己烷、100克无水碳酸钾、3.8克碘化钾和500毫升无水乙醇，85℃回流反应12小时后，室温下抽滤，滤液经旋转蒸发仪除去溶剂之后，0.5mmHg的减压蒸馏情况下收集140-143℃的馏分，得到25.5克无色油状液体即化合物2，产率为29％。Bp 255±3℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1250,939；¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ:6.95-6.82(m,4H),5.68(s,1H),4.02(t,J＝6.9Hz,2H),1.83-1.76(m,2H),1.48-1.31(m,6H),0.91(t,J＝6.9Hz,3H)。

(3)单羟基-五己氧基苯并菲(化合物3)的合成：

取4.44克化合物1和1.56克化合物2溶于60毫升二氯甲烷溶液中经恒压滴液漏斗滴加至80毫升含有12.96克无水三氯化铁和8毫升硝基甲烷的二氯甲烷溶液中，30分钟滴加完毕；然后将反应的温度保持在0℃-3℃范围内恒温反应3小时后，加入50毫升无水甲醇和25毫升水终止反应，反应的混合物用15毫升浓度为2mol/L稀盐酸洗涤两次，用15毫升饱和食盐水洗涤一次，分出有机层，加入无水硫酸钠干燥除水后，经旋转蒸发仪除去溶剂，得到的粗产物用200-300目硅胶柱层析提纯(淋洗液是乙酸乙酯/石油醚体积比为1:30-1:15)，得到2.14克棕黄固体即化合物3，产率为36％。Mp 47.7-50.1℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):3040,1240,837；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:7.96(s,1H),7.83(s,3H),7.82(s,1H),7.77(s,1H),5.91(s,1H),4.31-4.19(m,10H),1.98-1.90(m,10H),1.59-1.40(m,30H),0.96-0.92(m,15H)。

(4)溴代十二烷氧基-五己氧基苯并菲(化合物4)的合成：

将1.0克化合物3、2.63克1,12-二溴十二烷、0.43克氢氧化钾和0.16克四丁基溴化铵，加入到10毫升二氯甲烷和6.5毫升水的混合物中，氮气氛围下室温搅拌24小时，用30毫升水洗涤两次，用15毫升饱和食盐水洗涤一次，分出有机层，加入无水硫酸钠干燥除水后，经旋转蒸发仪除去溶剂，用200-300目硅胶柱层析提纯(淋洗液是乙酸乙酯/石油醚体积比为1:30-1:10)，得到淡黄色液体1.19克即化合物4，产率90％；bp>300℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1260,836.¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:7.84(s,6H),4.23(t,J＝6.8Hz,12H),3.40(t,J＝6.8Hz,2H),1.98-1.81(m,14H),1.64-1.50(m,12H),1.47-1.20(m,34H),0.93(t,J＝6.8Hz,15H)。

(5)对十二烷氧基苯甲醛(化合物5)的合成：

在干燥1小时后的100毫升单口烧瓶中加入2.44克对羟基苯甲醛、6.725克溴代十二烷和5.52克无水碳酸钾，最后加入20毫升经CaH₂干燥的N,N-二甲基甲酰胺溶剂，装置在氮气氛围中80℃反应12小时后，加入200毫升水和20毫升二氯甲烷萃取三次，用无水硫酸钠进行干燥，经旋转蒸发仪除去溶剂，用200-300目硅胶柱层析提纯(淋洗液是二氯甲烷/石油醚体积比为1:5-1:2)，得到5.75克淡黄色液体即化合物5，产率为98％。Bp>300℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1610,1380,1260,841；¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ:9.87(s,H),7.68(t,J＝6.8Hz,2H),6.89(d,J＝8.6Hz,2H),3.99(t,J＝6.9Hz,2H),1.83-1.76(m,J＝6.9Hz,4H),0.96-1.31(m,J＝5.6Hz,10H)。

(6)5-对苯甲酸甲酯基-10,15,20-三对十二烷氧基苯基卟啉(化合物6)的合成：

取5.88克化合物5、1.198克对酰基苯甲酸甲酯和1.8495克间硝基苯甲酸，用32毫升二甲苯溶液充分溶解后，通过恒压滴液漏斗滴加经32毫升二甲苯稀释的1.91克吡咯10分钟，140℃下回流反应3.5小时；反应后蒸馏除去溶剂二甲苯，得到黑色粘稠物质，用200-300目硅胶柱层析提纯(淋洗液是二氯甲烷/石油醚体积比为1:2-1:1)，用二氯甲烷/无水甲醇＝1：1重结晶，得到紫色固体即化合物6，产率为32.3％。Mp 125.1-126.2℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1720,1350,1240,803；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.90(d,J＝6.2Hz,6H),8.76(d,J＝4.7Hz,2H),8.44(d,J＝8.2Hz,2H),8.30(d,J＝8.1Hz,2H),8.16-8.05(m,6H),7.29(d,J＝8.5Hz,6H),4.15(d,J＝5.6Hz,6H),4.11(s,3H),1.93(dt,J＝6.1Hz,3H),1.77-1.54(m,12H),1.51-1.35(m,12H),1.06(dd,9H),1.00(t,J＝6.8Hz,9H),-2.74(s,2H)。

(7)5-对苯甲酸基-10,15,20-三对十二烷氧基苯基卟啉(化合物7)的合成：

取1.4克化合物6和5毫升含1.79克氢氧化钾的水溶液，用25毫升的四氢呋喃(THF)充分溶解后，加入5毫升的无水甲醇，70℃下回流反应3小时，冷却至室温后加入市售浓盐酸调节pH至2-3之间，抽滤得到绿色的固体即化合物7，产率65％。Mp 176.3-177.5℃；IR(KBr)ν_max(cm^-1):1710,1490,1260,801.¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.90(d,J＝6.2Hz,6H),8.76(d,J＝4.7Hz,2H),8.44(d,J＝8.2Hz,2H),8.30(d,J＝8.1Hz,2H),8.16-8.05(m,6H),7.29(d,J＝8.5Hz,6H),4.15(d,J＝5.6Hz,6H),4.11(s,1H),1.93(dt,J＝6.1Hz,3H),1.77-1.54(m,12H),1.51-1.35(m,12H),1.06(dd,9H),1.00(t,J＝6.8Hz,9H),-2.74(s,2H)。

(8)苯并菲十二烷氧基桥连十二烷氧基苯基卟啉(化合物8)的合成：

取0.1克化合物7、0.117克化合物4、0.039克碳酸钾和0.16克四丁基溴化胺，加入到6毫升三氯甲烷和12毫升水的混合物中，80℃下回流反应36小时，用三氯甲烷进行萃取分出水层和有机层，有机层经无水硫酸钠干燥后，经旋转蒸发仪除去溶剂，用200-300目硅胶柱层析提纯(淋洗液是乙酸乙酯/石油醚体积比为1:30-1:20)，得到0.093克红色固体即化合物8，产率为52％。Mp 48.5±3℃,IR(KBr)ν_max(cm^-1):1720,1380,1240,800；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.89(d,J＝6.9Hz,6H),8.77(d,J＝4.6Hz,2H),8.44(d,J＝8.1Hz,2H),8.30(d,J＝8.1Hz,2H),8.10(dt,J＝14.6,7.4Hz,6H),7.82(s,6H),7.42-7.26(m,6H),4.51(t,J＝6.6Hz,2H),4.42-3.93(m,18H),2.10-1.86(m,18H),1.70-1.54(m,22H),1.51-1.12(m,72H),0.91(dt,J＝14.1,7.0Hz,20H),-2.75(s,2H).Elemental analysis calcd for C₁₄₁H₁₉₆N₄O₁₁(2121.45):C,79.73；H,9.27；N,2.66Found:C,79.76,H,9.27,N,2.67。