CN102911168B

CN102911168B - 螺噁嗪类化合物改性为噁唑类化合物的方法

Info

Publication number: CN102911168B
Application number: CN201210384050.5A
Authority: CN
Inventors: 柴文祥; 林坚; 舒康颖; 贺娇娇; 范美强; 史宏声; 秦来顺; 陈达; 郭驾宇
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102911168A

Abstract

本发明涉及一种可改善螺噁嗪类化合物光化学稳定性、光致变色和光致发光性能的改性方法，具体为螺噁嗪类改性为噁唑类化合物的方法，其特征在于，所述螺噁嗪类化合物用以下步骤进行溶剂热处理：(1)将螺噁嗪、K₂CO₃粉末加入反应釜内衬中，随后加入醇；(2)将内衬放入所述反应釜外壳中，密封加热，保温；(3)将所述反应釜冷却至室温后，取出所述反应釜并过滤得到反应溶液；(4)将所得滤液蒸干，得到的粉晶态物质即为改性得到的噁唑类化合物。与传统有机合成进行改性的方法相比，本发明使用设备简单、反应条件温和、制备速度快、环境友好，便于大规模工业化生产，而且可显著提高螺噁嗪类化合物光化学稳定性、光致变色和光致发光性能。

Description

螺噁嗪类化合物改性为噁唑类化合物的方法

技术领域

本发明属于有机化学和光功能材料领域，涉及光致变色和光致发光材料，具体是一种将螺噁嗪类化合物改性为噁唑类化合物的制备方法。

技术背景

以螺噁嗪为代表的有机光致变色功能化合物在光存储材料、感光/隐蔽/防伪/装饰材料、光电转化器件、生物活性分子的光调控、光致变色染/涂料、农用地膜、变色太阳镜等方面存在广泛的应用前景，其特有的光化学稳定性和抗疲劳性可作为光致变色产品的基础材料。光致变色化合物的改性与应用技术一直受到人们的普遍重视，并正在迅速发展。利用螺噁嗪等光致变色分子在光照变色前后分子结构的变化存储信息是光致变色材料最为诱人的重要应用领域。

为了实现光致变色材料的光存储应用，该类材料需要满足光化学稳定、抗疲劳、变色对应结构多样性、较好的溶解性。与螺吡喃类光致变色化合物相比，螺噁嗪类光致变色化合物因具有碳氮双键而具有更好的光化学稳定性和抗疲劳性。但螺噁嗪类化合物的光致变色稳定性仍有提升的空间，如2′烷氧基取代的螺噁嗪化合物就具有比对应的螺噁嗪化合物更好的光化学稳定性。广大科技工作者正在努力寻找光化学稳定性更佳的光致变色化合物。简单判断化合物的光稳定性可通过测试其吸收光谱实现，对光致变色化合物而言，光致变色前后紫外可见区最大吸收波长的差距越大则表明该光致变色化合物光化学稳定性更佳。

在多功能有机功能材料的合成过程中，为了获得优异多样的物理化学特性，人们往往需要选取包含目标产物物理化学特性的小官能团，对它们进行合成反应，以期实现合成产物的多功能性。对光致变色材料而言，除了已知的光致变色材料合成方法外，完全从基础官能团开始进行多功能光致变色的合成较为困难，即使能够得到预期的光致变色产物，合成产物也未必具备多功能性。如化合物1，3，3-三甲基-6-哌啶螺[吲哚啉-2，3-3H-萘并[2，1-b][1，4]]噁嗪中，独立的哌啶基团具有荧光特性，但以哌啶为功能基团合成的化合物1，3，3-三甲基-6-哌啶螺[吲哚啉-2，3-3H-萘并[2，1-b][1，4]]噁嗪却不具备明显的光致发光特性。由于有机光致变色化合物分子结构较大，该类分子中往往存在共轭特性，这大大增加了以功能基团为基础合成多功能光致变色化合物的复杂性和不确定性，很难使合成的化合物具有光致变色特性又具有光致发光特性。

为提升光致变色化合物的光化学稳定性，同时为避免合成多功能光致变色的复杂性，本发明提供了一种螺噁嗪类化合物在K₂CO₃和乙醇(或其他醇类)的溶剂热反应体系中改性为噁唑类光致变色化合物的处理方法。该方法设备简单，反应条件温和，用于螺噁嗪类化合物的噁唑化改性，使新合成的化合物不仅拥有更好的光化学稳定性，同时使得光致发光特性整合于光致变色特性之中。是一种新型的、绿色的、有发展前景的噁唑类光致变色化合物的合成工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种新方法以用于合成光化学稳定性更佳、同时具有光致变色特性和光致发光特性的新型化合物，以增强光致变色材料在光信息存储等领域实质性应用的可能性。

通过将螺噁嗪类化合物在K₂CO₃和乙醇(或其他醇类)的混合体系中进行溶剂热处理，得到新型的噁唑类光致变色化合物，以提升光致变色化合物的光化学稳定性，并整合光致发光特性与光致变色特性。

本发明的具体实施方案分为四个步骤：

(1)、将不同质量的螺噁嗪、K₂CO₃粉末加入反应釜内衬中，随后加入醇；

(2)、将内衬放入所述反应釜外壳中，密封加热至所述醇沸点以上，保温；

(3)、将所述反应釜冷却至室温后，取出并所述反应釜并过滤得到反应溶液；

(4)、将所得滤液蒸干，得到的粉末状晶态物质为噁唑类光致变色化合物，该化合物的分子式与初始反应物螺噁嗪类化合物相同。

根据本发明的方法，所述螺噁嗪类化合物的反应溶剂是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等醇类溶剂。

与传统的有机改性方法相比较，本发明具有如下创新点：

(1)、与传统的有机合成来进行有机改性的方法相比，我们采用了溶剂热的独特处理方法，该方法使用设备简单、反应条件温和、制备速度快、环境友好，因此便于进行大规模工业化生产。

(2)、利用该溶剂热处理的独特方法，用于合成新型的噁唑类光致变色化合物，不仅拥有更好的光化学稳定性，同时使得光致发光特性整合于光致变色特性之中。

附图说明

图1.本发明实施例1中化合物1的分子结构图。

图2.本发明实施例1中处合物1的氯仿溶液光致变色前后(365nm波长紫外光照射前后)的紫外可见吸收光谱。

图3.本发明实施例1中化合物A及化合物1的氯仿溶液的紫外可见吸收光谱。

图4.本发明实施例1中，390nm波长的紫外光激发下化合物1的氯仿溶液的荧光发射谱。

图5.本发明实施例1中，335nm波长的紫外光激发下化合物1的氯仿溶液的荧光发射谱。

具体实施方式

本发明的实现过程和材料的性能由实施例说明：

实施例1

5-(哌啶-1-yl)-2-(1，3，3-三甲基吲哚啉-2-yl)萘并[1，2-d]噁唑(称为1)合成路线如下：

其中，A为乙醇热处理前的化合物1，3，3-三甲基-6-哌啶螺[吲哚啉-2，3-3H-萘并[2，1-b][1，4]]噁嗪，1为乙醇热处理后的化合物5-(哌啶-1-yl)-2-(1，3，3-三甲基吲哚啉-2-yl)萘并[1，2-d]噁唑。

以25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜作为反应器，将0.21g的化合物A和0.14g碳酸钾加入反应内衬，随后加入15ml乙醇(分析纯A.R.)；将内衬放入不锈钢反应釜外壳中，密封加热至120℃，保温10小时；将反应体系降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤得到反应溶液；将所得滤液蒸干，得到的粉末状晶态物质即为化合物1，产率74％(有反应液剩余)，MP：162-163℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实施例2

采用与实施例1中类似的工艺流程，将10ml甲醇(分析纯A.R.)、0.21g的化合物A和0.14g碳酸钾装入25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封加热至120℃，保温10小时并降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤液蒸干，得到粉末状晶态化合物1，产率77％(有反应液剩余)，MP：162-163℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实施例3

采用与实施例1中类似的工艺流程，将15ml异丙醇(分析纯A.R.)、0.21g的化合物A和0.14g碳酸钾装入25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封加热至120℃，保温10小时并降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤液蒸干，得到粉末状晶态化合物1，产率72％(有反应液剩余)，MP：162-163℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实施例1至3中，醇(乙醇、甲醇、异丙醇)热改性产物5-(哌啶-1-yl)-2-(1，3，3-三甲基吲哚啉-2-yl)萘并[1，2-d]噁唑(称为1)的分子结构图如图1所示。

所得化合物1的氯仿溶液在365nm波长紫外光照射下的紫外可见光吸收光谱图如图2所示。

所得化合物1较化合物A有更好的光化学稳定性，化合物1在氯仿溶液中的紫外可见光吸收光谱图与化合物A相比发生较大蓝移，如图3所示。

化合物A不具备荧光发射特性，而化合物1则具备如图4和5所示的光致发光特性。如图4所示，利用390nm波长的光激发化合物1，可得到强度较高的荧光发射光谱。如图5所示，当采用335nm的波长光激发化合物1，可得到发射波长及强度不同与图4的荧光发射光谱。

实施例4

2-(1，3，3-三甲基-2，3-二氢-1H-吲哚-2-yl)-萘并[1，2-d]噁唑(称为2)的合成路线如下：

其中，B为甲醇热处理前的化合物1，3，3-三甲基螺吲哚啉-2，3′-[3H]萘并[2，1-b][1，4]噁嗪，2为甲醇热处理后的化合物2-(1，3，3-三甲基-2，3-二氢-1H-吲哚-2-yl)-萘并[1，2-d]噁唑。

以25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜作为反应器，将0.33g的化合物B和0.14g碳酸钾加入反应内衬，随后加入10ml甲醇(分析纯A.R.)；将内衬放入不锈钢反应釜外壳中，密封加热至120℃，保温10小时；将反应体系降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤得到反应溶液；将所得滤液蒸干，得到的粉末状晶态物质即为化合物2，产率64％(有反应液剩余)，MP：398℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实施例5

采用与实施例2中类似的工艺流程，将10ml乙醇(分析纯A.R.)、0.33g的化合物B和0.14g碳酸钾装入25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封加热至120℃，保温10小时并降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤液蒸干，得到粉末状晶态化合物2，产率62％(有反应液剩余)，MP：398℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实施例6

采用与实施例2中类似的工艺流程，将20ml正丁醇(分析纯A.R.)、0.033g的化合物B和0.014g碳酸钾装入25ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封加热至120℃，保温10小时并降温，待反应釜冷却至室温后，取出并过滤液蒸干，得到粉末状晶态化合物2，产率60％(有反应液剩余)，MP：398℃，具有很好的光致变色性能和光致发光性能。

实验证明，本发明对1，3，3-三甲基-6-哌啶螺[吲哚啉-2，3-3H-萘并[2，1-b][1，4]]噁嗪、2-(1，3，3-三甲基-2，3-二氢-1H-吲哚-2-yl)-萘并[1，2-d]噁唑分别进行溶剂热处理后，化合物的光化学稳定性、光致变色性能、光致发光特性得到了显著的提高，并且工艺简单设备廉价，适合工业化生产。

Claims

1.一种可改善螺噁嗪类化合物光化学稳定性、光致变色和光致发光性能的将螺噁嗪类化合物改性为噁唑类化合物材料的方法，其特征在于：

所述螺噁嗪类化合物具有如下(I)所示分子结构，

其中R1为甲基，R2为哌啶基团或氢原子；

所述噁唑类化合物具有如下(II)所示分子结构，

其中R1为甲基，R2为哌啶基团或氢原子。

所述螺噁嗪类化合物改性为噁唑类化合物材料的方法为溶剂热处理，具体步骤如下：

(1)、将螺噁嗪、K₂CO₃粉末加入到反应釜内衬中，随后加入醇；

(2)、将内衬放入所述反应釜外壳中，密封加热，保温；

(3)、将所述反应釜冷却至室温后，取出所述反应釜并过滤得到反应溶液；

(4)、将所得滤液蒸干，得到的粉末状晶态物质即由螺噁嗪类化合物改性得到的噁唑类光致变色化合物。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺噁嗪类化合物的反应溶剂是醇类溶剂甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述噁唑类光致变色化合物分子量与螺噁嗪类化合物相同。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中将反应体系加热到溶剂沸点以上。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中密封加热的时间为10小时。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中待反应体系冷却至室温后过滤除去杂质。