超螺旋硼氮杂手性共轭分子的合成与性质研究
批准号:
22101165
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘波
依托单位:
学科分类:
功能分子/材料的合成
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘波
中文摘要
圆偏振发光(CPL)材料因在3D光学显示、分子光开关、CPL激光等众多领域的应用前景而受到广泛关注,成为手性发光材料领域的前沿课题。目前手性发光材料较少,且多数难以兼顾高发光不对称因子和高发光量子效率,成为该研究领域的关键性问题。本项目拟利用螺烯优良的手性光学性质和硼、氮杂原子可调控多环芳烃发光性能的特性,以光学纯的[6]螺烯衍生物为原料,合成一类具有螺旋拓扑结构的硼氮杂手性共轭小分子。在此基础之上,通过“自下而上”的合成策略,构筑一类超螺旋硼氮杂手性共轭分子。该类材料旨在保持硼氮杂多环芳烃强发光性能的同时,通过多个螺烯单元的协同作用实现手性信号的放大,最终发展一类具有高发光不对称因子和高发光量子效率的超螺旋硼氮杂圆偏振发光材料,揭示其构效关系,为该类材料的设计提供思路。本项目将有助于丰富硼氮杂手性共轭分子体系,掌握其结构与性质之间的关系,并为其实际应用奠定理论和物质基础。
英文摘要
Circularly polarized luminescence (CPL) materials have attracted extensive attention due to their application prospects in many fields, such as three-dimension optical displays, molecular photoswitches and CPL lasers, and have become a frontier topic in the field of chiral luminescent materials. There are few chiral materials at present, and most of them are difficult to balance high luminescence dissymmetry factor and high luminescence quantum efficiency, which has become a key issue in this research field. This project intends to synthesize a class of B,N-doped chiral conjugated small molecules with helical topology using optically pure [6]helicene derivatives as raw materials by taking advantage of the excellent chiroptical properties of helicenes and the properties of boron (B), nitrogen (N) heteroatoms that can regulate the luminescence properties of polycyclic aromatic hydrocarbons. On this basis, a “bottom-up” synthesis strategy is used to construct a class of superhelical B,N-doped chiral conjugated molecules, which are designed to maintain the strong luminescent properties of B,N-doped polycyclic aromatic hydrocarbons while realizing the amplification of chiral signals through the synergistic effect of multiple helicene units. Finally, a class of superhelical B,N-doped circularly polarized luminescence materials with high luminescence asymmetry factor and high luminescence quantum efficiency is developed, revealing its structure-property relationship, and providing ideas for the design of this type of material. This project will help to enrich the B,N-doped chiral conjugated molecular systems, master the relationship between their structures and properties, and lay a theoretical and material foundation for their practical application.
手性共轭有机分子在手性发光材料领域占据着极为关键的地位,然而,现阶段却面临着严峻的挑战。一方面,手性共轭有机分子的数量较少,限制了其在相关领域的广泛应用;另一方面,其发光量子效率偏低,难以满足实际应用中的高性能需求。基于此,本项目围绕新型手性共轭有机分子的创制展开了研究。螺烯作为一类备受瞩目的手性框架,其固有的螺旋手性以及独特的π电子体系赋予了螺烯独特的光电性能,使其在众多领域都展现出了巨大的应用潜力,已被广泛应用于多个领域。本项目以催化化学与有机化学的基本原理为指导,从新型螺烯化合物的创制为切入点,致力于构建一类尺寸较大、结构精准的基于螺烯的手性共轭有机分子,期望为手性有机光电子器件提供性能优异的候选材料。在研究过程中,本项目主要涉及金属铱催化的碳氢键活化、钯催化的Suzuki交叉偶联反应以及氧化环化脱氢反应等关键反应。通过采用“自下而上”的合成策略,选取苝四硼酸酯和单溴苝酰亚胺、四溴三联苯和2-硼酸频哪醇酯薁、六丁氧基-1,3,5-均三苄基苯和[5]螺烯衍生物作为原料,经过一系列复杂且精细的反应过程,成功合成了三类结构各异的基于螺烯的手性共轭有机分子。随后,通过核磁共振氢谱或质谱等先进的分析手段,对这些分子的结构进行了初步确定。本研究所采用的合成方法与研究思路,为大型的、结构精准的基于螺烯的手性共轭有机分子的合成提供了参考。所合成的目标分子为手性光电子学领域提供了候选材料,并有望在圆偏振发光(CPL)材料、3D光学显示、生物成像、手性传感、对映体选择性分离与识别、光量子信息以及光催化不对称合成等诸多前沿领域取得应用。在本项目的资助下,发表研究论文2篇,申报并授权国家发明专利2项,指导硕士研究生3人,参加学术会议2次。
国内基金
海外基金