CN105693733A - 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能 - Google Patents

高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能 Download PDF

Info

Publication number
CN105693733A
CN105693733A CN201510976104.0A CN201510976104A CN105693733A CN 105693733 A CN105693733 A CN 105693733A CN 201510976104 A CN201510976104 A CN 201510976104A CN 105693733 A CN105693733 A CN 105693733A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phthalocyanine
zinc
zinc phthalocyanine
solvent
phthalocyanine zinc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510976104.0A
Other languages
English (en)
Inventor
贾坤
周雪飞
刘孝波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201510976104.0A priority Critical patent/CN105693733A/zh
Publication of CN105693733A publication Critical patent/CN105693733A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/22—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains four or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1074—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing more than three nitrogen atoms as heteroatoms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)

Abstract

本发明属于有机发光材料技术领域，具体涉及一类基于酚酞衍生物的水溶性酞菁锌的制备和发光性能研究。此类酞菁锌易溶于多种有机溶剂，且在配位溶剂具有较强的近红外发光性能。另外，通过端羧基化可显著增强该酞菁锌的水溶性，并且借助于纳米金棒的模板化作用，可以增强水溶性酞菁锌的荧光发射强度。本发明水溶性酞菁锌在不同的浓度、溶剂、模板剂的作用下，表现出不同的荧光特性。本发明制备方法简单有效，获得的酞菁锌在光学传感、光动力治疗、光电转换等领域，具有很好的市场前景。

Description

高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能
技术领域
本发明属于有机发光材料领域，涉及一类高溶解性酞菁锌的合成方法和近红外发光性能研究。
背景技术
酞菁化合物是一类具有二维平面结构的芳杂环分子，具有18个π电子的共轭大环结构。正是由于这种高度共轭的分子结构和独特的二维π电子离域特性，赋予酞菁化合物丰富的物理化学性质。酞菁化合物的研究起源于1907年英国的A.Braun和T.C.Tcherniac在研究邻苯二甲酰亚胺与邻氰基苯甲酰胺性质中的一个意外发现；随后德国弗莱堡大学的H.deDiesbach和E.vonderWeid于1927年成功合成了第一个酞菁金属配合物-酞菁铜，次年酞菁铁作为一种性能优良的染料和涂料被成功开发出来；直到1934年，R.P.Linstead对酞菁化合物的结构与性质进行了系统的研究，并首次使用phthalocyanine命名该类化合物，同时确定了酞菁环含有四个异吲哚单元，整体是一个具有高度共轭π电子的大环平面分子。
酞菁化合物具备丰富的可反应性，其基本骨架是由四个异吲哚单元通过氮原子桥联而成，在紫外区350～400nm及可见光600～800nm区域内呈现强烈的吸收带，分别被命名为B带和Q带。酞菁化合物除了在其外围的苯环上可进行不同位置的取代之外，其中心空腔可以与80余种金属及非金属元素进行络合，同时中心非金属原子还可连接轴向配体。因此，通过适当的分子设计，将特定的取代基或者金属原子引入酞菁环，可以获得具备特殊光、电、磁性能的酞菁及酞菁络合物。
酞菁锌是一类具有特殊光学性能的金属酞菁络合物，由于酞菁锌具备可调的荧光量子产率和单线态氧产生效率，目前被应用于生物成像、分析传感、光动力治疗及太阳能电池等高科技领域。但是，目前所报道的酞菁锌化合物大多数只溶解于强极性有机溶剂，尽管有水溶性酞菁锌的相关报道，但是所涉及的化学合成步骤复杂，产率较低，并且在水溶液中的光学性能由于酞菁分子强烈的聚集作用而明显降低。因此，开发一类易于合成的高溶解性酞菁锌具有实际的应用需求。
发明内容
本发明提供一类具有高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光特性。所提供的易溶性酞菁锌化合物，其合成方法简单，产率高，具备近红外发光的特性，同时其在不同溶液体系中表现出不同的聚集行为，从而具备不同的荧光发射强度。特别是其水溶液在纳米金棒的作用下，近红外荧光发射强度增强，因此，该类酞菁锌在生物成像、光动力治疗方面具有较大的开发应用价值。
本发明技术方案是：
(一)酞菁锌的分子结构。
酞菁锌由荧光性邻苯二甲腈衍生物的成环反应得到，其结构式如图1所示：
其中Ar代表：
中的一种或几种；
B代表：-COOH和-CN的一种或几种
(二)高溶解性酞菁锌的制备方法。
一种具有近红外发光特性的高溶解性酞菁锌制备方法，包括以下步骤：
(1)取溶剂200-400mL、邻苯二甲腈前驱体40mmol、锌源5.3mmol，依次加入至带有搅拌和加热装置的反应容器中，搅拌至完全溶解。
(2)向步骤(1)所述反应容器中加入催化剂200mg，搅拌至完全溶解，并加热至溶液颜色变绿。
(3)将步骤(2)所述反应器继续加热，并控制反应温度在155-160℃，恒温条件下反应3-10小时。
(4)反应结束后，将步骤(3)中的反应液倾入去离子水中沉淀、过滤，用热甲醇洗涤后再充分干燥，获得酞菁锌粗产物。
(5)将步骤(4)所述的粗产物通过硅胶柱层析方法进行提纯，展开剂为四氢呋喃与石油醚的混合溶剂，体积比为3:1-5:1，得到腈基化酞菁锌的纯产物。
(6)取步骤(5)所述的腈基化酞菁锌提纯产物100mg，连同30mL1mol/L的NaOH溶液加入带有磁力搅拌、冷凝装置和加热装置的反应容器中，温度控制在100℃，反应12-24小时，得到羧基化的酞菁锌碱性水溶液。
(7)取步骤(6)所述的碱性水溶液10mL，向其中加入1mol/L的HCl溶液，调节pH值至中性，经过离心、洗涤、抽滤及乙醇洗涤得到水溶性酞菁锌固体。
所述催化剂为钼酸铵或DBU，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
本发明反应机理可以描述如下：
本发明所提供的具备近红外发光特性的高溶解性酞菁锌是通过一类荧光性邻苯二甲腈衍生物的成环反应形成合成，是一类具有平面大环的共轭结构与大空间位阻取代基的化合物。分子中心的大环结构具备高度的共轭性，从而增加了π电子的离域性，显著降低了最低占据分子轨道和最高未占据分子轨道的能级差，从而表现出较强的近红外发光特性；而具有较大位阻的取代基则有效抑制了分子间强烈的自聚集能力，改善了酞菁锌化合物溶解性，同时由于分子外围存在大量的亲水性羧基，使得该类酞菁锌化合物具备较好的水溶性。
综上所述，本发明的技术特点在于以下几点：
1、合成了具备良好溶解性的酞菁锌，合成方法简便，产率较高。
2、通过控制溶液浓度、溶剂种类以及激发光波长，可以灵活调整酞菁锌溶液的荧光发射强度。
3、酞菁锌在不同溶剂中变现出可控的聚集行为，特别是其水溶液在纳米金棒的作用下，呈现出显著增强的近红外发光特性。
附图说明
图1是本发明提供的高溶解性酞菁锌的化学结构式。
图2是本发明提供的含腈基酞菁锌的核磁共振氢谱(1H-NMR)。
图3是本发明提供的含羧基酞菁锌的核磁共振氢谱(1H-NMR)
图4是本发明提供的含腈基酞菁锌的荧光激发与发射光谱及不同浓度下的荧光发射光谱。
图5是本发明提供的含羧基酞菁锌水溶液在不同浓度下的紫外-可见吸收光谱
及纳米金棒作用下的荧光发射光谱。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明做进一步说明，但这并非对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种变型，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1：本发明高溶解性含腈基酞菁锌的合成
(1)量取200mL溶剂加入至带有搅拌和加热装置的反应容器中，呈无色液体，再向其中加入40mmol的邻苯二甲腈前躯体，搅拌至完全溶解。
(2)向步骤(1)所述反应容器中再加入5.3mmolZnCl2，并搅拌至完全溶解。
(3)向步骤(2)中加入催化剂200mg，并控制反应温度在160℃，恒温条件下反应3小时。
(4)反应结束后，将步骤(3)中的反应液倾入去离子水中沉淀、过滤，用热甲醇洗涤后充分干燥，再通过柱层析提纯，获得含腈基酞菁锌。
所述催化剂为钼酸铵或DBU，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
对合成的含腈基酞菁锌进行核磁共振氢谱(1H-NMR)表征。在图2的氢谱中可以看到，在8.084-8.062ppm,7.955-7.936ppm,7.894-7.879ppm,7.847-7.841ppm,7.709-7.671ppm,7.444-7.398ppm,7.217-7.195ppm出分别检测到邻苯二甲腈衍生物上对应的质子峰，该测试结果表明得到了本发明中的含腈基酞菁锌。
实施例2：本发明水溶性含羧基酞菁锌的合成
(1)量取200ml溶剂加入至带有搅拌和加热装置的反应容器中，呈无色液体，再向其中加入40mmol的邻苯二甲腈前躯体，搅拌至完全溶解。
(2)向步骤(1)所述反应容器中再加入5.3mmolZnCl2，并搅拌至完全溶解。
(3)向步骤(2)中加入催化剂200mg，并控制反应温度在160℃，恒温条件下反应3小时。
(4)反应结束后，将步骤(3)中的反应液倾入去离子水中沉淀、过滤，用热甲醇洗涤后充分干燥，再通过柱层析提纯，获得含腈基酞菁锌。
(5)取步骤(4)中获得的含腈基酞菁锌100mg，分散于30mL，浓度为1mol/L的NaOH溶液中，在100℃反应24小时。
(6)向步骤(5)中得到的反应溶液中，加入1mol/L的盐酸溶液，调整pH至中性，将析出的固体通过离心分离、乙醇洗涤及充分干燥，得到水溶性的含羧基酞菁锌。
所述催化剂为钼酸铵或DBU，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
对合成的含羧基酞菁锌进行核磁共振氢谱(1H-NMR)表征。在图3的氢谱中可以看到，在7.942-7.923ppm,7.875-7.838ppm,7.759-7.738ppm,7.695-7.657ppm,7.391-7.37ppm,7.172ppm,7.128-7.107ppm出分别检测到邻苯二甲腈衍生物上对应的质子峰，该测试结果表明得到了本发明中的含羧基酞菁锌。
实施例3：本发明酞菁锌的荧光发射特性
(1)以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，分别配置浓度为0.1,0.05,0.025,0.0125及0.00625mg/mL的含腈基酞菁锌溶液。
(2)设置发射光波长为690nm，狭缝宽度为10nm，PMT电压为400V，响应时间0.1s，通过波长扫描得到0.1mg/mL酞菁锌溶液的激发光谱。
(3)设置激发光波长为365nm，狭缝宽度为10nm，PMT电压为400V，响应时间0.1s，通过波长扫描得到0.1mg/mL酞菁锌溶液在365nm激发下的荧光发射光谱。
(4)设置激发光波长为612nm，狭缝宽度为10nm，PMT电压为400V，响应时间0.1s，通过波长扫描得到0.1mg/mL酞菁锌溶液在612nm激发下的荧光发射光谱。
(5)设置激发光波长为678nm，狭缝宽度为10nm，PMT电压为400V，响应时间0.1s，通过波长扫描得到0.1mg/mL酞菁锌溶液在678nm激发下的荧光发射光谱。
(6)设置激发光波长为365nm，狭缝宽度为10nm，PMT电压为400V，响应时间0.1s，通过波长扫描得到不同浓度(0.1，0.05，0.025，0.0125，0.00625mg/mL)酞菁锌溶液在365nm激发下的荧光发射光谱。
由此得到酞菁锌的荧光激发光谱如图4所示，呈现出365nm，612nm及678nm三个峰；同时，酞菁锌在三个不同激发波长下，荧光发射峰的位置均在690nm，荧光发射强度则是365nm激发最大。另外，酞菁锌在N,N-二甲基甲酰胺中表现出良好的溶剂性，在浓度为0.00625至0.1mg/mL的浓度范围内，荧光发射强度随溶液浓度的增加而增加，并未出现高浓度下的聚集淬灭荧光现象。
实施例4：本发明含羧基酞菁锌水溶液在不同浓度下的紫外吸收光谱及纳米金棒作用下的荧光发射光谱
(1)以去离子水为溶剂，分别配置浓度为0.2，0.1，0.05，0.025及0.0125mg/mL的含羧基酞菁锌水溶液。
(2)设置扫描波长范围为350至750nm，光谱带宽为2nm，响应时间0.5s，扫描步长1nm，通过波长扫描得到不同浓度下酞菁锌水溶液的紫外可见吸收光谱。
得到的光谱如图5所示，含羧基酞菁锌在水溶液中具有一定的溶解性，表现出了特征的紫外光区的B带吸收和可见光区的Q带吸收，Q带吸收光谱说明该类化合物的分子聚集状态与其浓度密切相关，高浓度下分子聚集较为明显。对比实施实例3，含羧基酞菁锌在水溶液中呈现出较弱的荧光发射，向其水溶液中加入一定量的纳米金棒，则可使其溶液荧光发射强度显著增加。

Claims (4)

1.高溶解性荧光酞菁锌化合物，其结构如下：
其中Ar代表：
中的一种或几种
B代表：-CN或-COOH。
2.一类制备权利要求1所述的高溶解性酞菁锌的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取溶剂200-400mL、邻苯二甲腈前驱体40mmol、锌源5.3mmol，依次加入至带有搅拌和加热装置的反应容器中，搅拌至完全溶解。
(2)向步骤(1)所述反应容器中加入催化剂200mg，搅拌至完全溶解，并加热至溶液颜色变绿。
(3)将步骤(2)所述反应器继续加热，并控制反应温度在155-160℃，恒温条件下反应3-10小时。
(4)反应结束后，将步骤(3)中的反应液倾入去离子水中沉淀、过滤，用热醇类溶剂洗涤后再充分干燥，获得酞菁锌粗产物。
(5)将步骤(4)所述的粗产物通过硅胶柱层析方法进行提纯，展开剂为四氢呋喃与石油醚的混合溶剂，体积比为3:1-5:1，得到腈基化酞菁锌的纯产物。
(6)取步骤(5)所述的腈基化酞菁锌提纯产物100mg，连同30mL，浓度为1mol/L的NaOH溶液加入带有磁力搅拌、冷凝装置和加热装置的反应容器中，温度控制在100℃，反应12-24小时，得到羧基化的酞菁锌碱性水溶液。
(7)取步骤(6)所述的碱性水溶液10mL，向其中加入1mol/L的HCl溶液，调节pH值至中性，经过离心、洗涤、抽滤、乙醇洗涤及充分干燥，得到水溶性含羧基酞菁锌固体。
3.根据权利要求2所述荧光性酞菁锌的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；步骤(1)所述邻苯二甲腈前驱体为权利1所述Ar中的一种或几种；步骤(3)所述催化剂为钼酸铵或DBU。
4.根据权利要求1、2、3所述高溶解性酞菁锌具有较好的荧光特性与紫外-可见光谱吸收性，并在改变溶剂种类、溶液浓度与激发波长时，都表现出不同的荧光特性。
CN201510976104.0A 2015-12-22 2015-12-22 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能 Pending CN105693733A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510976104.0A CN105693733A (zh) 2015-12-22 2015-12-22 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510976104.0A CN105693733A (zh) 2015-12-22 2015-12-22 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105693733A true CN105693733A (zh) 2016-06-22

Family

ID=56228279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510976104.0A Pending CN105693733A (zh) 2015-12-22 2015-12-22 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105693733A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102351864A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 东北师范大学 有机功能化非聚集酞菁及其制备方法
CN102492140A (zh) * 2011-11-18 2012-06-13 电子科技大学 双邻苯二甲腈预聚物、双邻苯二甲腈预聚物/环氧树脂共聚物、固化物及其制备方法和用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102351864A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 东北师范大学 有机功能化非聚集酞菁及其制备方法
CN102492140A (zh) * 2011-11-18 2012-06-13 电子科技大学 双邻苯二甲腈预聚物、双邻苯二甲腈预聚物/环氧树脂共聚物、固化物及其制备方法和用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CASEY A. KERNAG，等: "Solution and thin-film aggregation studies of octasubstituted dendritic phthalocyanines", 《ISRAEL JOURNAL OF CHEMISTRY》 *
刘孝波，等: "邻苯二甲腈聚合物高性能化及功能化技术途径", 《电子科技大学学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Durmuş et al. Water-soluble quaternized mercaptopyridine-substituted zinc-phthalocyanines: synthesis, photophysical, photochemical and bovine serum albumin binding properties
Durmuş et al. Synthesis and solvent effects on the electronic absorption and fluorescence spectral properties of substituted zinc phthalocyanines
Finikova et al. Synthesis and Luminescence of Soluble m eso-Unsubstituted Tetrabenzo-and Tetranaphtho [2, 3] porphyrins
Zhu et al. Pillararenes as versatile building blocks for fluorescent materials
Atsay et al. A new hexadeca substituted non-aggregating zinc phthalocyanine
Çakır et al. New water soluble cationic zinc phthalocyanines as potential for photodynamic therapy of cancer
CN103320123B (zh) 一种弱光频率上转换三元超分子复合体系
CN111995580B (zh) 四苯乙烯并咪唑环结构的荧光染料及其应用
Sevim et al. Synthesis and photophysical properties of novel (trifluoromethyl) phenylethynyl-substituted metallophthalocyanines
CN108102408A (zh) 一种基于氮杂氟硼烷的近红外染料的制备及应用
Çakır et al. Water soluble {2-[3-(diethylamino) phenoxy] ethoxy} substituted zinc (II) phthalocyanine photosensitizers
Kanat et al. The synthesis and characterization of nonperipherally tetra terminal alkynyl substituted phthalocyanines and glycoconjugation via the click reaction
CN113861156A (zh) 近红外聚集诱导发光有机荧光染料及其制备方法与应用
Dubinina et al. Novel 2-naphthyl substituted zinc naphthalocyanine: synthesis, optical, electrochemical and spectroelectrochemical properties
Ishikawa et al. Red-light-activatable ruthenium phthalocyanine catalysts
Safonova et al. Crown-substituted naphthalocyanines: synthesis and supramolecular control over aggregation and photophysical properties
Atilla et al. Synthesis, photophysical and photochemical properties of poly (oxyethylene)-substituted zinc phthalocyanines
Yagodin et al. Tetraquinoxalinoporphyrazine–π-extended NIR-absorbing photosensitizer with improved photostability
Obłoza et al. A beneficial effect of bromination on the photophysical and photochemical properties of Aza‐BODIPY dyes with electron‐donating groups
Zanotti et al. Metal–organic green dye: chemical and physical insight into a modified Zn-benzoporphyrin for dye-sensitized solar cells
Canlıca et al. The syntheses and photophysical properties of 4, 4′-isopropylidendioxydiphenyl substituted ball-type dinuclear Mg (II) and Zn (II) phthalocyanines
CN105837568B (zh) 一种芴基β‑咔啉类化合物，其作为有机发光材料和聚集诱导荧光增强材料的应用及制备方法
CN103923090B (zh) 1,4-卟啉-二氢吡啶-氧化石墨烯复合物的制备方法
CN108503673B (zh) 一种近红外氮杂吡咯烷染料及其制备方法和应用
CN105693733A (zh) 高溶解性酞菁锌的制备及近红外发光性能

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160622