一种八元螺环硅芴衍生物、制备方法以及应用

本发明属于化学技术、光电材料领域，具体涉及一种八元螺环硅芴衍生物、制备方法以及应用。

背景技术：

1、近年来，芴类结构9-位为硅桥联的硅芴类化合物以其独特的电子结构和光电性能受到研究者们越来越多的关注，这类化合物在有机发光二极管(oled)、有机太阳能电池(osc)、有机场效应管(ofet)等光电功能材料领域有广泛的应用前景。此外，硅芴类化合物作为有机光电功能材料因其独特的电子结构和性能，在有机电致发光、有机固体激光、光电传感器、生物成像以及光动力治疗等许多高科技领域展现出极大的应用前景，已经成为一个新兴的多学科交叉前沿研究领域。随着研究工作的深入，硅芴衍生物已被证明在生物成像和荧光成像技术方面可能优于传统荧光染料。因此，最近几年已经开发了许多简便、高效和创新的硅芴化合物合成技术，以便得到具有新的结构和功能的硅芴衍生物。

2、荧光材料作为荧光染料用于荧光可视化传感、生物成像等方面的应用，须具备大的发射波长，色纯度高，足够的亮度，良好的光热稳定性等优点。在许多指纹成像技术中，荧光染料染色是一种非常流行的高灵敏度指纹检测方法。但是，有机小分子在固态下会因为acq效应而发生荧光淬灭，从而限制了其在指纹识别中的应用。

3、因此，通过简单的合成策略，设计合成具有长波长发射、高颜色纯度、高固态量子产率、足够亮度、高光热稳定性和可用于潜在可视化指纹的硅芴衍生物，作为传统荧光染料的替代品，具有重要价值和意义。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种八元螺环硅芴衍生物、制备方法及应用。

2、本发明提供了一种八元螺环硅芴衍生物，具有这样的特征，结构式为：

3、

4、或

5、

6、其中，通式i中，ar为4-甲氧基苯基、4-(9h-9-咔唑)苯基、三苯胺基、三氟甲苯基、四苯乙烯基、1,2,3-三(十二烷氧基)苯基中的任意一种或多种，通式ⅱ中，r为对甲基苯基、三苯胺基、4-甲氧基苯基、反式-4-n-戊基环己基苯基、3-噻吩基以及3-呋喃基中的任意一种或多种。

7、本发明提供了一种八元螺环硅芴衍生物的制备方法，用于制备上述八元螺环硅芴衍生物，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，向如下结构式ⅲ所示的化合物中加入四氢呋喃和锂试剂，在超低温条件下搅拌2小时后加入1，1-二氯硅基环丁烷，搅拌过夜，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物ⅳ；

8、

9、步骤s2，向如下结构式ⅳ所示的产物ⅳ中加入铂催化剂和甲苯，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩。通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物ⅴ；

10、

11、步骤s3，向如下结构式ⅴ所示的产物ⅴ中加入哌啶、钯催化剂、碘化亚铜以及芳基乙炔，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物，得到式i中描述的如下1-6共6个八元螺环硅芴衍生物，

12、

13、

14、在本发明提供的八元螺环硅芴衍生物的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，产物ⅳ与铂催化剂的摩尔比为20:1，反应温度为85℃，反应时间为24小时，反应气氛为氮气或氩气氛围，柱色谱纯化的溶剂为二氯甲烷或石油醚。

15、本发明提供了一种八元螺环硅芴衍生物的制备方法，用于制备上述八元螺环硅芴衍生物，具有这样的特征：向如结构式ⅴ所示的化合物中加入无水碳酸钠、钯催化剂、无水乙醇、去离子水、甲苯以及硼酸，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物，得到式ⅱ描述的如下7-12共6个八元螺环硅芴衍生物：

16、

17、本发明提供了一种八元螺环硅芴衍生物的制备方法，用于制备上述八元螺环硅芴衍生物，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1’，向如下结构式ⅵ所示的产物ⅶ中加入无水碳酸钠、钯催化剂、无水乙醇、去离子水、甲苯以及芳基硼酸，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物ⅶ；

18、

19、步骤s2’，将如下结构式ⅶ所示的产物ⅶ中加入液溴和二氯甲烷，反应结束后用饱和硫代硫酸钠水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物ⅷ；

20、

21、步骤s3’，将如下结构式ⅷ所示的产物ⅷ中加入四氢呋喃和锂试剂，在超低温条件下搅拌2小时后加入1，1-二氯硅基环丁烷，搅拌过夜，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物ⅸ；

22、

23、步骤s4’，将如下结构式ⅸ所示的产物ⅸ中加入铂催化剂，反应结束后用饱和氯化铵水溶液猝灭反应混合物，并用二氯甲烷萃取，有机层用盐水洗涤三次，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压浓缩，通过柱色谱纯化粗产物得到所需产物，得到通式ⅱ描述的7-10共4个八元螺环硅芴衍生物，

24、

25、在本发明提供的八元螺环硅芴衍生物的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤s1’中，式ⅶ中ar为对甲基苯基、三苯胺基、4-甲氧基苯基、反式-4-n-戊基环己基苯基中的任意一种或多种；步骤s2’中，式ⅶ中ar为对甲基苯基、三苯胺基、4-甲氧基苯基、反式-4-n-戊基环己基苯基中的任意一种或多种；步骤s3’中，式ⅷ中ar为对甲基苯基、三苯胺基、4-甲氧基苯基、反式-4-n-戊基环己基苯基中的任意一种或多种。

26、本发明提供了一种八元螺环硅芴衍生物的应用，具有这样的特征：八元螺环硅芴衍生物应用于荧光可视化方面。

27、在本发明提供的八元螺环硅芴衍生物的应用中，还可以具有这样的特征：八元螺环硅芴衍生物作为荧光可视化材料，用于指纹检测与识别。

28、发明的作用与效果

29、本发明所涉及的八元螺环硅芴衍生物具有高量子产率、高亮度和高光热稳定性，具备作为传统荧光染料的替代品应该具备的特性。可用于潜在指纹检测与识别等荧光可视化方面的应用。

30、此外，本发明提供的八元螺环硅芴衍生物的制备方法为简单的金属催化剂扩环的方法。通过将两个硅芴以开环二聚的方式连接在一起，增加分子的取代位点，从而实现引入更多的取代基团，制备出一系列具有高量子产率和光亮度的新型硅芴衍生物。是一种简洁、高效的方法策略。

技术特征：

1.一种八元螺环硅芴衍生物，其特征在于，结构式为：

2.如权利要求1所述的八元螺环硅芴衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的八元螺环硅芴衍生物的制备方法，其特征在于：

4.如权利要求1所述的八元螺环硅芴衍生物的制备方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的八元螺环硅芴衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的八元螺环硅芴衍生物的制备方法，其特征在于：

7.如权利要求1所述的八元螺环硅芴衍生物的应用，其特征在于：

8.如权利要求7所述的八元螺环硅芴衍生物的应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种八元螺环硅芴衍生物，结构式为：其中，通式I中，Ar为4‑甲氧基苯基、4‑(9H‑9‑咔唑)苯基、三苯胺基、三氟甲苯基、四苯乙烯基、1,2,3‑三(十二烷氧基)苯基中的任意一种或多种，通式Ⅱ中，R为对甲基苯基、三苯胺基、4‑甲氧基苯基、反式‑4‑n‑戊基环己基苯基、3‑噻吩基以及3‑呋喃基中的任意一种或多种。本发明的八元螺环硅芴衍生物是一类具有制备方法简单、量子产率高、荧光亮度大、光热稳定性好的有机荧光材料。该类化合物在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)、生物成像、荧光传感、潜在指纹检测与识别等光功能有机材料领域具有潜在的应用价值。

技术研发人员：李良春,黄斌,苟高章
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14