氮杂环基对苯二甲酸酯衍生物及其化合物晶体在放大自发发射方面的应用的制作方法

本发明属于有机单苯环黄绿发光材料技术领域，具体涉及一类新型高效单苯环黄绿光发光性质的氮杂环基对苯二甲酸酯衍生物的合成及其晶体在放大自发发射(ase)方面的应用。

背景技术：

上世纪70年代导电聚合物的发现引起了人们极大的兴趣，对其的一系列研究，至今已成为一个十分热门的领域。有机光电材料由于其低能耗、柔性等特点已逐渐广泛应用于各个领域，有机激光器便是其中一个快速发展的应用，为了进一步提高激光器的使用范围，如何获得效率高的新型高性能有机激光器是解决问题的关键。

小分子的有机半导体材料具有近乎无限的可修饰性，我们可以通过改变小分子的基本结构来获得各种不同高性能的材料，使其性能更容易应用于实际应用中，因而，有机半导体激光器具有十分大的发展潜力。

具有高效率的有机荧光分子的设计与合成对于其应用十分重要，因此为了获得高效率的固态发光化合物，我们需要令有机分子具有延伸的π共轭骨架和大的刚性结构，然而通常这类化合物都具有多苯环结构，较少有高效率的单苯环结构，我们发明的正是高效率的单苯环结构有机分子，其结构为x形的四元取代单苯环结构，取代基分别为两个对位的推电子基团和两个对位的吸电子基团，具有强烈的发光性质。

开发高性能的新型材料对于推动有机激光器发展及步入产业化是不可缺少的，至今通过人们在新型材料中不断的研究探索，已经成功获得了许多性质良好的材料，这些研究推动了有机激光技术的突破性进展，使其离实用化又进了一步。见l.s.huangandc.h.chen，mater.sci.eng.，r，2002，39，143；yanagi，h.；ohara，t.；morikawa，t.，adv.mater.，2001，13，1452；wang.h.，li.f.，etal.，adv.funct.mater.，2011，21，3770；l.s.huangandc.h.chen，mater.sci.eng.，r，2002，39，143；gierschner，j.；varghese，s.；park，s.y.；adv.optical.mater.，2016，4，634-364。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一类新型的氮杂环基对苯二甲酸酯衍生物发光材料,本发明合成的发光材料发光效率均在70％以上并可应用于固态激光器放大自发发射(ase)中。涉及的晶体具有易于制备、成本低廉、良好的热稳定性的优点，并具有较好的ase特性。

该类新型氮杂环基对苯二甲酸酯衍生物的突出特点是分子为具有两个推电子基团和两个吸电子基团的x形四元取代苯环结构，具有很大的斯托克斯位移。同时，这类分子的晶体结构中π-π相互作用和偶极-偶极相互作用被限制了，非辐射跃迁被显著地抑制，固态分子具有强烈的发光性质。该类发光材料发光效率可达70％以上并且其晶体具有较好的ase特性。

本发明的化合物1～5的晶体均可利用溶液扩散法得到：将化合物溶于二氯甲烷、三氯甲烷或乙酸乙酯中，配制成浓度为0.1～1.0mol/l的溶液，然后缓慢加入到上述溶剂体积2～5倍量的无水乙醇中，5～10℃下静止结晶24小时得到。结晶后得到的晶体(图1所示)为片状或块状结构，在溶液中和晶态时都表现出非常明亮的发光性质。

本发明所涉及的化合物的结构通式如下：

其中，或-nh2(分别对应于化合物1～5)；

化合物1–4的合成方法相同，制备反应式如下：

化合物5的制备反应式如下：

附图说明

图1：依次为本发明实施例1～5制备的化合物1～5的晶体的光学照片；

从图中可以看出，化合物1～5为片状或块状晶体；

图2：本发明实施例1～3制备的化合物1～3的荧光发射光谱；

本发明的氮杂环基对苯二甲酸酯衍生物具有高效的发光性质，如图2所示，化合物1～3的发射峰位分别位于563nm、537nm和536nm，其的发光效率依次为76％、72％和88％。

图3：实施例2制备的化合物2的晶体在不同泵浦能量下的发射谱；

本发明化合物的晶体可以应用于放大自发发射(ase)，特别是作为增益材料用于制备有机激光器，泵浦激光器的波长采用355nm，脉冲时间10ns，频率10hz。如图3所示，化合物2的片状晶体具有ase行为，在激发光强高于一定泵浦强度时，光谱已经明显窄化，其半峰高宽度半峰宽在10nm以下，阈值为117μj/cm²。

具体实施方式

实施例1：化合物1的合成

依次于100ml圆底烧瓶中加入2，5-二溴对苯二甲酸甲酯(1.40g，4.00mmol)、k3po4(8.5g，40mmol)、2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯(0.35g，0.75mmol)和三(二亚苄基丙酮)二钯(0.14g，0.150mmol)；氮气置换3次后加入20ml甲苯再次置换一次；加入10ml杂氮环丁烷，重新置换后回流反应10h。

冷却至室温后，混合物加入水和乙酸乙酯萃取，有机层用依次用水(10ml)和饱和氯化钠溶液(10ml)洗一次，洗去有机相中的磷酸盐和钾盐等水溶性杂质，用无水硫酸钠干燥有机相中残留水份后将有机相旋干；固体通过柱层析(10/1正己烷/乙酸乙酯，rf＝0.28)提纯后得到165mg(0.54mmol，13.6％)橙色固体即为化合物1。¹hnmr(500mhz，dmso)δ6.65(s，2h)，3.79(s，6h)，3.69(t，j＝7.3hz，8h)，2.27–2.14(m，4h)。¹³cnmr(126mhz，dmso)δ167.60(s)，143.20(s)，120.18(s)，115.82(s)，54.00(s)，52.55(s)，40.50(s)，40.50–40.06(m)，40.00(s)，39.84(s)，39.59(d，j＝21.0hz)，16.73(s)。上述分析结果表明获得的产物为预计的产品。

实施例2：化合物2的合成

依照化合物1的合成，步骤相同，用四氢吡咯代替杂氮环丁烷，柱层析(10/1正己烷/乙酸乙酯，rf＝0.32)得到183mg(0.55mmol，13.78％)黄色粉末即为化合物2。¹hnmr(500mhz，dmso)δ6.90(s，2h)，3.80(s，6h)，3.04(s，8h)，1.84(s，8h)。¹³cnmr(126mhz，dmso)δ169.10(s)，139.47(s)，122.20(s)，116.12(s)，52.57(s)，51.02(s)，40.59(s)，40.32(dd，j＝25.8，16.2hz)，40.10–39.55(m)，39.50(s)，25.63(s)。上述分析结果表明获得的产物为预计的产品。

实施例3：化合物3的合成

依照化合物1的合成，步骤相同，用六氢吡啶代替杂氮环丁烷，柱层析(10/1正己烷/乙酸乙酯，rf＝0.25)得到203mg(0.564mmol，14.1％)黄色粉末即为化合物3。¹hnmr(500mhz，dmso)δ7.22(s，2h)，3.81(s，6h)，2.90–2.76(m，8h)，1.58(d，j＝4.2hz，8h)，1.51–1.44(m，4h)。¹³cnmr(126mhz，dmso)δ168.14(s)，146.69(s)，129.25(s)，121.43(s)，53.89(s)，52.59(s)，40.66–39.99(m)，39.96–39.92(m)，39.87(s)，39.87(s)，39.96–39.30(m)，26.30(s)，24.03(s)。上述分析结果表明获得的产物为预计的产品。

实施例4：化合物4的合成

依照化合物1的合成，步骤相同，用吗啉代替杂氮环丁烷，柱层析(10/1正己烷/乙酸乙酯，rf＝0.28)得到186mg(0.5mmol，10％)橙色粉末即为化合物4。¹hnmr(500mhz，dmso-d6)δ7.31(s，1h)，3.74(s，3h)，3.68(dd，j＝5.6，3.3hz，4h)，2.89(dd，j＝5.6，3.4hz，4h)。¹³cnmr(126mhz，dmso-d6)δ167.76，145.99，129.18，121.58，66.79，52.84，52.72。上述分析结果表明获得的产物为预计的产品。

实施例5：化合物5的合成

100ml圆底烧瓶中先加入原料(685mg，3.00mmol)和20ml冰醋酸，搅拌，滴加苯肼(0.650ml，6.61mmol)，室温搅拌2小时。抽滤，用10ml甲醇洗涤，收集固体滤渣；固体通过柱层析(20/1正己烷/乙酸乙酯，rf＝0.32)提纯后得到114mg(0.508mmol，16.9％)橘黄粉末即为化合物5。¹hnmr(500mhz，cdcl3)δ7.28(s，2h)，5.06(s，4h)，3.88(s，6h)。上述分析结果表明获得的产物为预计的产品。

实施例6：化合物1单晶的培养

将化合物1(165mg，0.54mmol)置于圆底烧瓶中，溶于2ml二氯甲烷中制成浓溶液，缓慢加入10ml无水甲醇，10℃下结晶24小时，烧瓶底部析出绿色片状晶体，收集得到晶体1(146mg，0.48mmol)。

实施例7：化合物2单晶的培养

将化合物2(183mg，0.55mmol)置于圆底烧瓶中，溶于2ml二氯甲烷中制成浓溶液，缓慢加入10ml无水甲醇，10℃下结晶24小时，烧瓶底部析出绿色片状晶体，收集得到晶体2(163mg，0.49mmol)。

晶胞参数为：a＝6.7261，b＝8.3487，c＝8.5139，α＝62.348°，β＝86.429°，γ＝84.975°。剑桥晶体结构数据系统中晶体序列号为：1581519。

实施例8：化合物3单晶的培养

将化合物3(203mg，0.564mmol)置于圆底烧瓶中，溶于2ml二氯甲烷中制成浓溶液，缓慢加入10ml无水甲醇，10℃下结晶24小时，烧瓶底部析出绿色片状晶体，收集得到晶体3(182mg，0.51mmol)。

晶胞参数为：a＝10.6942，b＝8.1197，c＝11.9273，α＝90.000°，β＝110.933°，γ＝90.000°。剑桥晶体结构数据系统中晶体序列号为：1851520。

实施例9：化合物4单晶的培养

将化合物4(186mg，0.5mmol)置于圆底烧瓶中，溶于2ml二氯甲烷中制成浓溶液，缓慢加入10ml无水甲醇，10℃下结晶24小时，烧瓶底部析出橙色片状晶体，收集得到晶体4(152mg，0.41mmol)。

实施例10：化合物5单晶的培养

将化合物5(114mg，0.508mmol)置于圆底烧瓶中，溶于2ml二氯甲烷中制成浓溶液，缓慢加入10ml无水甲醇，10℃下结晶24小时，烧瓶底部析出橙色针状晶体，收集得到晶体5(98mg，0.44mmol)。

实施例11：化合物2的ase行为测试

以硅片为基底，将化合物2的绿色晶体置于基底上，以λex＝355nm的激发光从晶体的正上方打入。泵浦激光器的波长选定为355nm，脉冲时间为10ns，频率为10hz。

从侧面采集(使用光纤光谱仪ccd)不同泵浦强度下的光谱图(见图3)。