2-(2-羟基苯基)苯并唑系及其与四苯基卟啉二元化合物的合成和光物理行为的研究

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本文采用理论与实验相结合的方法,研究了溶剂效应对2-(2-羟基苯基)苯并噁唑(HBO)、2-(2-羟基-5-氨基苯基)苯并咪唑(NH2-HBI)光谱性质及激发态分子内质子转移(ESIPT)的影响,探讨了NH2-HBI与NH2-TPP,NH2-HBO与NH2-TPP之间的相互作用,采用酰胺反应合成了五种二元发光化合物,通过1H NMR和质谱进行了结构表征,并对二元化合物的光谱性质及分子内光诱导能量转移进行了研究。1、合成了HBO和NH2-HBI两种质子转移化合物,测定了不同溶剂中NH2-HBI的紫外吸收光谱及NH2-HBI和HBO的荧光发射光谱。结果表明,溶剂极性增大使NH2-HBI的最大吸收波长产生了红移;NH2-HBI和HBO均出现了烯醇式和酮式荧光峰,且随着溶剂极性的减弱,两者的烯醇式荧光峰强度降低,酮式荧光峰升高,表明溶剂极性的降低有利于ESIPT反应的发生。此外,在TD B3LYP/6-311++G(d)理论水平上对分子荧光光谱的模拟,较好的印证了实验结果。2、采用理论与实验相结合的方法对NH2-HBI与NH2-TPP,NH2-HBO与NH2-TPP之间的相互作用进行了研究。结果表明,NH2-HBI或NH2-HBO作为能量供体、NH2-TPP为能量受体均可构成荧光共振能量转移(FRET)体系,能量供体的荧光部分猝灭,而能量受体的荧光却明显增强。与此同时,发生了NH2-HBI的ESIPT与FRET的耦合作用,且形成了1:1的供体-受体作用分子对。理论上,NH2-HBI的醇式或酮式构型与NH2-TPP之间均可通过分子间氢键形成1:1的基态和激发态复合物,其发射波长的实验值与理论值较为接近。3、合成了HBI-TPP、HBO-TPP、HBI=TPP、HBT=TPP、HBO=TPP五种二元化合物。测定了HBI-TPP、HBO-TPP、HBT=TPP、HBO=TPP在不同溶剂中的紫外和荧光光谱,同时考察了金属阳离子对HBI-TPP和HBO-TPP荧光光谱的影响及溶液p H值对HBI-TPP、HBO-TPP、HBT=TPP荧光光谱的影响。结果表明,溶剂极性对这几种二元化合物的紫外光谱的影响较小。光激发诱导的分子内基团的能量转移使苯并唑系结构的荧光被猝灭,荧光光谱中仅呈现出卟啉发光团的荧光发射峰,其强度均随溶剂极性的增加而增强。Cu2+对HBI-TPP和HBO-TPP的荧光有较强的猝灭作用。p H对二元化合物荧光光谱的影响研究结果为:当溶液的p H=1时,体系的荧光猝灭严重,当溶液的p H=12~14时,均出现了质子转移物质和卟啉衍生物的特征荧光峰。量子化学计算得到了HBI-TPP和HBO-TPP的基态前线分子轨道,并证明了HBI-TPP在基态和激发态下的稳定构型均为烯醇式构型。
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