CN117402188B - 基于二苯基吖啶的有机长余辉材料及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于二苯基吖啶的有机长余辉材料及制备方法与应用,涉及有机长余辉材料技术领域,本发明基于二苯基吖啶合成了一系列有机长余辉材料。二苯基吖啶作为典型的含氮杂环化合物,其分子结构中的氮原子具有孤对电子,能够促进分子间相互作用,稳定分子构型,增强分子的轨道耦合作用(SOC),产生更多的三线态激子。另外,在二苯基吖啶的氮上引入易结晶的磷氧基团,能够促进材料晶体的生长,稳定三线态激子,抑制非辐射跃迁,从而提高材料的余辉性能。经测试,这类化合物在的余辉发光寿命最高可达950 ms以上。此类材料具有合成简单,易提纯等特点,可应用于信息加密以及余辉照明等领域。

Description

基于二苯基吖啶的有机长余辉材料及制备方法与应用
技术领域
本发明属于有机长余辉材料技术领域,具体涉及一种含柔性烷基链和二苯基吖啶的具备超长寿命有机长余辉发射的有机化合物的制备方法和应用。
背景技术
有机长余辉发光是指发光材料撤去激发光源后,仍能持续发光数秒至数小时的一种发光现象,其本质是三线态激子的缓慢辐射跃迁。有机长余辉材料因在生物成像,信息加密,光编程,喷墨打印等领域具有极其广泛的应用而被研究者广泛关注。目前,有机长余辉材料主要可以分为有机小分子晶体型材料和有机无定型材料。由于晶体刚性的结构可以稳定三线态激子,抑制三线态激子的非辐射跃迁,因此有机小分子晶体长余辉材料通常具有优异的长余辉发光性能。2018年,某课题组基于咔唑基团,构筑了一系列有机小分子晶体长余辉材料。该类材料表现出795ms的超长余辉寿命和2.1%的磷光量子产率。2019年,某课题组基于吩噻嗪结构制备了系列有机小分子晶体,获得了长达876ms的长余辉寿命。2022年,申请人所在课题组通过在咔唑集团中引入柔性烷基链,利用柔性烷基链诱导材料晶体的生长,实现了优异长余辉性能。虽然有机小分子晶体长余辉材料已经取得了一定的进展,但仍然存在构筑单元少、晶体难以生长、余辉寿命短等问题,亟需进一步解决。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种具有优异余辉性能和溶解性的含柔性烷基链的吖啶型有机长余辉材料的制备与应用。
为解决上述问题,本发明提供如下技术方案:
一种基于二苯基吖啶的有机长余辉材料,结构如式I所示:
其中,R1为含柔性烷基链的磷氧化合物。
优选地,在式I中,所述R1为II, III所示基团中的一种:
一种基于二苯基吖啶的有机长余辉材料的制备方法,当R1为II, III所示基团中的一种时,制备方法如下:
在氩气保护下,将二苯基吖啶溶解在无水四氢呋喃中,在-78℃温度下反应10-15min后加入正丁基锂,继续反应50-70min后加入有机磷化合物,室温反应10-14 h得中间体;将中间体萃取旋蒸后溶解于二氯甲烷,在0℃温度下加入过氧化氢,室温反应10-14 h得到反应物,将反应产物萃取,柱层析提纯后获得有机长余辉材料。
上述技术方案的一种优选方案为:所述有机磷化合物为二异丙基氯化磷或二乙基亚磷酰氯。
所述二苯基吖啶:正丁基锂:有机磷化合物的当量比为1:1.2:1.2。
上述基于二苯基吖啶的有机长余辉材料在余辉显示领域中的应用。
本发明的优点在于:
本发明结合了二苯基吖啶与柔性烷基链在促进三线态激子产生和稳定三线态激子中的优势,构筑了性能优异的有机长余辉材料体系。二苯基吖啶作为典型的含氮杂环化合物,其分子结构中的氮原子具有孤对电子,能够促进分子间相互作用,稳定分子构型,增强分子的轨道耦合作用(SOC),产生更多的三线态激子。另外,在二苯基吖啶的氮上引入易结晶的含柔性烷基链的磷氧基团,能够促进晶体的生长,稳定三线态激子,抑制非辐射跃迁,从而提高材料的余辉性能。经测试,这类化合物晶体的余辉发光寿命最高可达950ms以上。此类材料具有余辉性能优异、合成简单、易提纯、成本低廉等优点,可应用于信息加密以及余辉照明等领域。
附图说明
图1为包含实施例1材料SBAPO在CD2Cl2-d2中的氢谱。
图2为包含实施例1材料SBAPO在CD2Cl2-d2中的碳谱。
图3为包含实施例2材料SOAPO在CD2Cl2-d2中的氢谱。
图4为包含实施例2材料SOAPO在CD2Cl2-d2中的碳谱。
图5为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的余辉寿命图。
图6为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的单晶结构图。
图7为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的荧光及随时间的余辉变化图。
图8为包含实施例1-2的基于二苯基吖啶有机长余辉材料的余辉显示应用。
实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例1
有机长余辉材料SBAPO的合成:
(1)称取1 g的二苯基吖啶于双口瓶中,抽真空、鼓氩气,溶解于THF中,在-78℃下搅拌反应15 min。
(2)取2.25 mL的n-BuLi加入双口瓶,在-78℃搅拌反应70min。
(3)取0.57 mL的二异丙基氯化磷加入双口瓶,在室温下搅拌反应14h。
(4)用水猝灭反应,然后在水:二氯甲烷为1:1的混合溶液中萃取,收集有机相,使用无水硫酸钠干燥后,用旋蒸仪器将其旋成粉末粗产物。
(5)取粗产物溶解于二氯甲烷溶液中,在0℃下搅拌反应30 min。
(6)取3mLH2O2加入单口瓶,室温下反应14 h得到反应物。在水:二氯甲烷为1:1的混合溶液中萃取,收集有机相,使用无水硫酸钠干燥后,用旋转蒸发仪器将其旋干成粉末粗产物。用乙酸乙酯与石油醚对粗产物进行柱层析提纯,得到白色的固体,产量0.65g,产率58.7%。1H NMR (400 MHz, CD2Cl2-d2) δ 7.39 (d, 2H), 7.31-7.24 (m, 8H), 7.10 (t,3H), 6.89 (t, 5H), 1.94 (d,2H), 1.10 (d, 6H), 0.84 (d, 6H).13C NMR (101 MHz,CD2Cl2-d2) δ 140.79, 142.15, 131.23, 128.48, 127.39, 126.91, 123.65, 122.26,30.27, 29.50, 17.98, 17.00.MALDI-TOF: m/z calcd. for C31H32NOP, 465.22 [M+H]+;found: 465.58。
本实施例中的SBAPO材料在CD2Cl2-d2中的氢谱和碳谱分别如图1和图2所示。
实施例2
有机长余辉材料SOAPO的合成:
(1)称取1 g的二苯基吖啶于双口瓶中,抽真空、鼓氩气,溶解于THF中,在-78℃下搅拌反应12 min。
(2)取2.25 mL的n-BuLi加入双口瓶,在-78℃搅拌反应50min。
(3)取0.52 mL的二乙基亚磷酰氯加入双口瓶,在室温下搅拌反应10h。
(4)用水猝灭反应,然后在水:二氯甲烷为1:1的混合溶液中萃取,收集有机相,使用无水硫酸钠干燥后,用旋转蒸发仪器将其旋成粉末中间体。
(5)将中间体溶解于二氯甲烷溶液中,在0℃搅拌反应30 min。
(6)取3mLH2O2加入单口瓶,室温下反应10 h得到反应物。在水:二氯甲烷为1:1的混合溶液中萃取,收集有机相,使用无水硫酸钠干燥后,用旋转蒸发仪器将其旋成粉末粗产物。用乙酸乙酯与石油醚对粗产物进行柱层析提纯,得到白色的固体,产量0.68g,产率59.6%。1H NMR (400 MHz, CD2Cl2-d2) δ 7.47 (d, 2H), 7.32-7.17 (m, 8H), 7.05 (t,4H), 6.81 (d, 4H), 3.59-3.43 (m, 2H), 3.33-3.14 (m, 2H), 1.00 (t, 6H).13C NMR(101 MHz, CD2Cl2-d2) δ 140.28, 141.27, 130.89, 130.02, 128.30, 127.20, 123.96,121.69, 63.26, 58.37, 16.40.MALDI-TOF: m/z calcd. for C29H28NO3P, 469.18 [M+H]+;found: 469.52。
本实施例中的材料SOAPO在CD2Cl2-d2中的氢谱和碳谱分别如图3和图4所示。
实施例3
上述各实施例得到的有机长余辉材料在余辉显示和防伪加密领域的应用:
将具有不同余辉时间的SBAPO、SOAPO晶体堆积成不同的形状。
在日光灯下呈现出白色的图案,在365 nm紫外灯的照射下呈现蓝色的图案,关闭紫外灯后用相机可以捕捉到不同余辉时间的绿色图案。
图5为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的余辉寿命图,图中可看出SBAPO分子的晶体发光寿命将近1 s,有效解决了目前有机小分子晶体长余辉体系寿命短的问题。
图6为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的单晶结构图。
图7为包含实施例1-2中有机长余辉材料SBAPO、SOAPO的荧光及随时间的余辉变化图;图中可看出本申请中SBAPO分子的晶体具有肉眼可见的10 s余辉,可将其应用于余辉防伪加密具有优异的效果。
图8为包含实施例1-2的基于二苯基吖啶有机长余辉材料的余辉显示应用;从图中可看出本申请中SBAPO分子的晶体在紫外灯照射下发出蓝色的光,关闭紫外灯后具有肉眼可见绿色的余辉,能够被应用于余辉加密与显示。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例,凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于二苯基吖啶的有机长余辉材料,其特征在于,结构如下所示:
其中,R1为含柔性烷基链的磷氧化合物;
所述R1为如下II,III所示基团中的一种:
2.根据权利要求1所述的基于二苯基吖啶的有机长余辉材料的制备方法,其特征在于,制备方法如下:
在氩气保护下,将二苯基吖啶溶解在无水四氢呋喃中,在-78℃温度下反应10-15min后加入正丁基锂,继续反应50-70min后加入二异丙基氯化磷或二乙基亚磷酰氯,室温反应10-14 h得中间体;将中间体萃取旋蒸后溶解于二氯甲烷,在0℃温度下加入过氧化氢,室温反应10-14 h得到反应物,将反应产物萃取,柱层析提纯后获得有机长余辉材料。
3.根据权利要求2所述的基于二苯基吖啶的有机长余辉材料的制备方法,其特征在于:所述二苯基吖啶:正丁基锂:二异丙基氯化磷或二乙基亚磷酰氯的当量比为1:1.2:1.2。
4.根据权利要求1所述的基于二苯基吖啶的有机长余辉材料在余辉显示中的应用。
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