《基於卟啉類星型功能分子設計、合成和性質研究》是依託南京林業大學，由徐海軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於卟啉類星型功能分子設計、合成和性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐海軍
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
卟啉及其衍生物具有獨特的電子結構和光電性能，在太陽能電池、光電子器件以及模擬生物體光合作用等方面都有著廣泛的套用前景。本項目以三聚茚（truxen）為核，以卟啉、咔咯、富勒烯及BODIPY為臂，合成一系列三聚茚直接橋連卟啉及其他兩個不同生色團的具有給體-受體的新型不對稱星型分子，如卟啉-三聚茚-咔咯-富勒烯四元體系等；並在卟啉環或咔咯環中引入給電子或吸電子取代基以調控化合物的光物理性質。以實驗和量子化學理論計算相結合的方式，研究不同發色團和取代基種類、數目和位置對分子光物理性質的影響，探索分子內給體和受體間光致能量轉移和電子轉移機理，研究分子結構與光物理性能的構效關係，研究不同溶劑對能量轉移和電子轉移的影響，研究具有高效能量轉移和長壽命電荷分離態的星型化合物所具有的結構和性質，為該類化合物的定向合成及作為光伏電池、場效應電晶體等分子器件的潛在套用提供重要的理論基礎和驗依據。
結題摘要
光誘導能量/電子轉移在光化學反應、太陽能利用、光合作用機理等方面起著重要作用。星型化合物具有星射型結構，便於控制分子內的相互作用，具有獨立最佳化的物理性質和光電性質且能成功抑制激基複合物的生成。本項目以三聚茚（truxen）為核，合成一系列具有給體-受體的新型不對稱星型分子。 以1-茚酮為原料合成三聚茚，並以三聚茚為核合成了富勒烯-三聚茚-卟啉、富勒烯-三聚茚-BODIPY、富勒烯-三聚茚-咔咯、BODIPY-三聚茚-卟啉、BODIPY-聚茚-咔咯、卟啉-三聚茚-咔咯等多個具有給體/受體的星型三基元分子體系。採用1HNMR、13C NMR、高分辨質譜等分析手段對所得化合物的結構進行了鑑定, 並研究了它們的紫外吸收光譜、穩態螢光光譜及光穩定性等光物理性質。結果表明:這些星型分子體系均能發生能量/電子轉移，具有良好的光物理性質。 合成了富勒烯-三聚茚-咔咯-BODIPY、富勒烯-三聚茚-BODIPY-卟啉、富勒烯-三聚茚-卟啉-咔咯等多個具有給體-受體的四基元星型分子體系。對所得化合物的結構進行了表征,它們的光物理物質研究表明：各個功能基團與三聚茚之間僅存在弱的相互作用，並能發生有效的能量及電子轉移。 利用wittig反應及Suzuki反應合成了4個含有香豆素基給體-受體的星型分子。對合成化合物的結構進行了表征, 並研究了它們的光物理性質。研究結果表明：三聚茚與香豆素形成了有效的共軛作用，導致其吸收光譜和螢光光譜發生了顯著的紅移；這些星型分子體系同樣存著能量/電子轉移過程，顯現出優良的光物理性質。 將含醛基的三聚茚衍生物與BODIPY的3位和5位甲基進行縮合，得到了8種結構新穎三聚茚修飾的紅外/近紅外BODIPY 螢光染料分子。採用1HNMR、13C NMR、高分辨質譜等分析手段對合成所得的化合物的結構進行了表征，研究了它們的光物理性質。結果表明：在BODIPY的3位引入一個三聚茚共軛基時，電子吸收和螢光光譜波長在600 nm以上；而在BODIPY的3、5位同時引入三聚茚共軛基時，電子吸收和螢光光譜波長在650 nm以上。另外，在BODIPY 3、5位共軛的三聚茚基團引入不同基團對其光物理性質幾乎未有影響。 本課題的研究為實現太陽能的高效轉化與存儲、設計和製備性能優越的分子光電材料及實際套用提供了重要的實驗基礎和理論依據。
