CN1309706C - 含共轭苯乙炔基团的偶氮苯衍生物、用途及其制备方法 - Google Patents

含共轭苯乙炔基团的偶氮苯衍生物、用途及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型含共轭苯乙炔基团的偶氮苯衍生物,该化合物是一种从未见过报道的新化合物。其结构式为:化学结构式中R1、R2为乙基、2-羟乙基或其它烷基。该类化合物的制备方法是通过苯乙炔与4-溴-4’取代胺基偶氮苯反应。其对532nm的激光有强烈的非线性光学吸收,可应用于非线性光学、光限幅材料等领域。

Description

含共轭苯乙炔基团的偶氮苯衍生物、用途及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型偶氮苯衍生物。
背景技术
有机非线性光学材料在激光技术领域的应用研究,在近十年来有了长足发展,这类材料的非线性光学效应主要来自于非定域的共轭π电子,由于π电子在分子内部易于移动而不受晶格振动限制,因而其非线性光学效应不仅比无机物强,而且响应速度也快得多。在众多的有机非线性化合物中,在分子长轴方向的两端同时连有推电子和拉电子取代基的偶氮苯,由于N=N双键提供了优异的电子通道,使分子中共轭π电子具有很大的流动性。这类分子具有较高的超极化率,以及明显的分子内电荷转移结构特征,已经广泛用于二阶、三阶非线性光学材料。但是还没有苯乙炔基团和偶氮苯基团形成的共轭π电子体系化合物的研究报道。
发明内容
本发明的目的是为了合成新型含有共轭的苯乙炔基的偶氮苯衍生物,为该类化合物在非线性光学、激光防护等领域的应用提供一种基本的原料化合物。
本发明利用苯乙炔的炔氢与溴代偶氮苯衍生物的缩合反应得到产物。
本发明的化合物对532nm的激光有强烈的非线性光学吸收,可应用于非线性光学、光限幅材料等领域。
同时在其他光电功能材料领域里也有一定的应用潜力。
本发明使用4-苯乙炔基-4‘-取代氨基偶氮苯作为具有大的共轭π电子体系的组分,该类化合物的制备方法是在氮气环境下,在三乙胺和四氢呋喃的溶剂体系中,使用PdCl2(PPh3)2和CuI混合催化剂,在回流条件下,由苯乙炔与4-溴-4’-取代氨基偶氮反应得到目标化合物,其化学反应式为:
Figure C20041006603900041
在对取代苯胺的制备中,本发明加入CaCO3来中和反应中生成的酸,使反应的产率提高约10%。在重氮盐与取代苯胺的偶合反应中,本发明使用醋酸-醋酸钠缓冲体系。在滴加完重氮盐后,将其加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液中,保持反应在溶液pH值为6左右下进行。为了使偶联反应进行的完全,在反应中本发明使取代苯胺偶合组分比重氮盐过量5%。
在苯乙炔与4-溴-4’-取代氨基偶氮苯的反应中,本发明同时使用了PdCl2(PPh3)2和CuI两种催化剂,并在回流的条件下进行。采用本发明这种方法,不仅可以提高产率;同时还可以缩短反应时间。
典型的合成是:在氮气环境中,将0.07mmol的PdCl2(PPh3)2,0.036mmol的CuI和7mmmol的4-溴-4’-[N,N-二取代氨基]偶氮苯溶于10mL三乙胺和25ml四氢呋喃中,向溶液中加入8.4mmol的苯乙炔,加热回流3h,冷却后,过滤,将滤液滴加到乙醇中,得到红色固体沉淀,用乙醇-石油醚重结晶两次即得到产品。
得到本发明化合物的结构式如下:
其中R1、R2为乙基或2-羟乙基或其它烷基等。R1、R2既可以相同也可不同。
化学结构式中苯乙炔基直接连接在偶氮苯基团的对位。
本发明中合成的化合物有以下几种类型:
化合物[1]
Figure C20041006603900051
化合物[2]
Figure C20041006603900052
化合物[3]
Figure C20041006603900053
本发明对合成的化合物进行了元素分析,红外吸收光谱法,1H和13C核磁共振谱法的表征(见附图1-9)。在紫外-可见光吸收谱谱图中(见附图10-12),化合物[1]在454nm,381nm,308nm处有最大吸收峰,化合物[2]在458nm,385nm,310nm处有最大吸收峰,化合物[3]在464nm,387nm,313nm处有最大吸收峰。本发明使用Z-scan技术对该类化合物的非线性光学性质进行了测试(波长:532nm,脉冲宽度:8ns),发现其对激光有强烈的非线性光学吸收(见附图13-15),测量化合物的三阶非线性光学系数分别为:化合物[1]:6.5×10-12esu,化合物[2]:7.0×10-12esu,化合物[3]:7.3×10-12esu。它们可应用于非线性光学、光限幅材料等领域。
                          表1合成化合物的相关数据
  化合物   收率(%)   熔点(℃)   元素分析(%)实验值(理论值)
  [1][2][3]   908683   190-192221-223235-237   C81.29(81.59),H6.53(6.52),N12.18(11.90)C77.52(78.05),H6.18(6.23),N11.32(11.38)C74.58(74.81),H6.03(5.97),N10.51(10.91)
                          表2化合物的红外吸收光谱数据.
  化合物   IR(KBr压片,波数,cm-1)
  [1][2][3]   2973(-CH3),2892(-CH2),2210(C≡C),1598(-Ar).3597,3413(-OH),2975(-CH3),2919(-CH2),1598(-Ar).3409,3223(-OH),2949(-CH3),2874(-CH2),2211(C≡C),1598(-Ar).
                          表3化合物的核磁共振数据.
  化合物   1H-NMR(δppm)   13C-NMR(δppm)
  [1][2][3]   01.25(6H,t,J=7.0Hz,CH2CH3),3.47(4H,q,CH2CH3),6.73(2H,d,J=8.3Hz,3’-and 5’-H),7.36(1H,dd,J=5.2Hz,10-H),7.37(2H,t,J=6.7Hz,9-and 11-H),7.55(2H,d,8-and 12-H),7.62(2H,d,J=8.1Hz,3-and 5-H),7.83(2H,d,2-and 6-H),7.87(2H,d,2’-and 6’-H).1.15(3H,t,J=7.0Hz,CH2CH3),3.50(2H,q,CH2CH3),3.52(2H,t,J=5.7Hz,CH2CH2OH),3.61(2H,t,CH2CH2OH),4.82(1H,s,OH),6.85(2H,d,J=8.8Hz,3’-and 5’-H),7.44(1H,dd,J=5.2Hz,10-H),7.45(2H,t,J=5.3Hz,9-and11-H),7.59(2H,d,8-and 12-H),7.68(2H,d,J=8.2Hz,3-and 5-H),7.77(2H,d,2-and 6-H),7.79(2H,d,2’-and 6’-H)..3.57(2H,J=5.7Hz,t,CH2CH2OH),3.60(2H,t,CH2CH2OH),4.85(1H,s,OH),6.87(2H,d,J=8.7Hz,3’-and 5’-H),7.44(1H,dd,J=5.7Hz,10-H),7.45(2H,t,J=5.5Hz,9-and 11-H),7.59(2H,d,8-and 12-H),7.68(2H,d,J=8.4Hz,3-and 5-H),7.77(2H,d,2-and 6-H),7.79(2H,d,2’-and 6’-H).   13.5(CH2CH3),45.5(CH2CH3),90.5,91.8(C≡C),111.8,123.0,124.1,124.6,126.3,129.1,132.4,132.8,133.1,144.0,151.2,153.5(Ph).12.0(CH2CH3),45.1(CH2CH3),52.1(CH2CH2OH),58.3(CH2CH2OH),89.3,91.1(C≡C),111.2,122.2,122.8,125.3,128.8,131.4,132.4,142.3,150.9,152.0(Ph).53.0(CH2CH2OH),58.0(CH2CH2OH),89.2,91.2(C≡C),111.4,121.9,122.1,122.9,125.2,128.8,129.0,131.3,132.4,142.3,151.2,151.9(Ph).
附图说明
图1化合物[1]的红外吸收光谱谱图
图2化合物[1]的核磁共振氢谱谱图(氘代氯仿为溶剂)
图3化合物[1]的核磁共振碳谱谱图(氘代氯仿为溶剂)
图4化合物[2]的红外吸收光谱谱图
图5化合物[2]的核磁共振氢谱谱图(二甲基亚砜为溶剂)
图6化合物[2]的核磁共振碳谱谱图(二甲基亚砜为溶剂)
图7化合物[3]的红外吸收光谱谱图
图8化合物[3]的核磁共振氢谱谱图(二甲基亚砜为溶剂)
图9化合物[3]的核磁共振碳谱谱图(二甲基亚砜为溶剂)
图10化合物[1]的紫外-可见光吸收谱谱图
图11化合物[2]的紫外-可见光吸收谱谱图
图12化合物[3]的紫外-可见光吸收谱谱图
图13化合物[1]的开孔Z-Scan曲线
图14化合物[2]的开孔Z-Scan曲线
具体实施方式
实施例1
在氮气环境中,将49mg(0.07mmol)的PdCl2(PPh3)2,7mg(0.036mmol)CuI和2.4g(7mmmol)4-溴-4’-[N,N-二(乙基)氨基]偶氮苯溶于10mL三乙胺和25ml四氢呋喃中,向溶液中加入0.86mL(8.4mmol)苯乙炔,加热回流3h,冷却后,过滤,将滤液滴加到乙醇中,得到红色固体沉淀,即化合物[1]。产率:90%。
实施例2
在氮气环境中,将49mg(0.07mmol)的PdCl2(PPh3)2,7mg(0.036mmol)CuI和2.5g(7mmmol)4-溴-4’-{[N-乙基-N-(2-羟乙基)]氨基}偶氮苯溶于10mL三乙胺和25ml四氢呋喃中,向溶液中加入0.86mL(8.4mmol)苯乙炔,加热回流3h,冷却后,过滤,将滤液滴加到乙醇中,得到固体沉淀,最后用乙醇-石油醚重结晶两次得到深红色产品即化合物[2]。产率:86%。
实施例3
在氮气环境中,将49mg(0.07mmol)的PdCl2(PPh3)2,7mg(0.036mmol)CuI和2.6g(7mmmol)4-溴-4’-[N,N-二(2-羟乙基)氨基]偶氮苯溶于10mL三乙胺和25ml四氢呋喃中,向溶液中加入0.86Ml(8.4mmol)苯乙炔,加热回流3h,冷却后,过滤,将滤液滴加到乙醇中,得到固体沉淀,最后用乙醇-石油醚重结晶两次得到棕红色产品即化合物[3]。产率:83%。

Claims (4)

1.一种含共轭苯乙炔基团的偶氮苯衍生物,其特征是该化合物中含有共轭的苯乙炔基和偶氮苯基团,化学结构式为:
化学结构式中R1、R2为乙基或2-羟乙基。
2.根据权利要求1的偶氮苯衍生物的用途,其特征是化合物对532nm的激光有强烈的非线性光学吸收,用于非线性光学、光限幅材料领域。
3.根据权利要求1所述的偶氮苯衍生物的制备方法,其特征是在氮气环境下,在三乙胺和四氢呋喃的溶剂体系中,使用PdCl2(PPh3)2和CuI混合催化剂,在回流条件下,由苯乙炔与4-溴-4’-取代氨基偶氮苯反应得到目标化合物,其化学反应式为:
Figure C2004100660390002C2
化学结构式中R1、R2为乙基或2-羟乙基。
4.根据权利要求3所述的偶氮苯衍生物的制备方法,其特征是在氮气环境中,将0.07mmol的PdCl2(PPh3)2,0.036mmol的CuI和7mmmol的4-溴-4’-[N,N-二取代氨基]偶氮苯溶于10mL三乙胺和25ml四氢呋喃中,向溶液中加入8.4mmol的苯乙炔,加热回流3h,冷却后,过滤,将滤液滴加到乙醇中,得到红色固体沉淀,用乙醇-石油醚重结晶两次即得到产品。
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