论文总字数：26024字

摘 要

近几年，荧光材料发展迅速,从供体-受体（D-A）结构对分子的荧光性能的影响机理的发现，到如今一系列具有D-A结构的荧光分子的应用，已经制造出一系列具有D-A结构的性质优良的荧光材料。在具有D-A结构的荧光材料中，苯并噻唑类化合物以其本身的吸电子性质、优良的荧光性能、易于合成修饰以及稳定性好等性能而成为了目前研究较为热门的荧光材料之一。

本文以苯并噻唑为吸电子基团，设计并合成了三个具有D-A结构的苯并噻唑类化合物，分别是（5a）2-(4-联苯基)-苯并[1,2-d]噻唑、（5b）2-(2-萘基)-苯并[1,2-d]噻唑以及（6c）2-[4-(N,N-二苯基氨基)苯基]-苯并[1,2-d]噻唑。通过核磁共振氢谱等化学分析方法确认化合物结构与预期相符，并在此基础上以紫外吸收光谱、荧光发射光谱等光物理测试手段对目标化合物的荧光性能进行表征，结果显示具有强推电子基团的化合物1c吸收光谱和发射光谱均存在明显的红移现象，并且其发光能力远胜其他化合物，希望该化合物可以作为新型荧光材料应用于荧光领域中，并为新型荧光分子的设计合成提供理论与实践基础。

关键词：供体-受体结构 苯并噻唑 荧光材料 有机合成

Synthesis and Optical Properties Research of the

Novel Benzothiazole Fluorescent Molecules

Abstract

With the rapid development of fluorescent materials recently, a large number of quantities of fluorescent materials with Donor-Acceptor structure and excellent fluorescent performance have been produced from the discovery of the machenism of the influence of Donor-Acceptor structure inside molecules on fluorescent performance to the wide application of the fluorescent molecules with Donor-Acceptor structure. Due to its electron-withdrawing characteristic, excellent fluorescent properties, synthesis simplicity and excellent stability, benzothiazoles have become one of the popular fluorescent materials.

In this work, with benzothiazoles as the electron withdrawing group, three compounds which contain Donor-Acceptor structure were designed and synthesized respectively, namely, complex 5a 2-(4-biphenyl)-benzo[1, 2-d] thiazole, complex 5b 2-(4-naphthyl)-benzo[1, 2- d] thiazole and complex 6c 2-(N, N-diphenylamino)- benzo[1,2-d] thiazole. All the structures of the benzothiazole compounds were confirmed via ¹HNMR and other chemical analyzing methods. Furthermore, the fluorescent properties of the compounds were tested via optical physics test methods such as UV Absorption Spectrum and Fluorescence Emission Spectrum, the results have show that compound 1c with strong electron donating group has obvious red shift phenomenon in absorption spectrum and emission spectrum, and has the best fluorescent ability. Finally, these compounds were expected to be applied in the area of fluorescence as novel fluorescent materials, and this work was expected to provide theoretical and practical basis for the design and synthesis of novel fluorescent materials.

Keywords: Donor-Acceptor Structures; Benzothiazole; Fluorescent Materials; Synthesis

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 文献综述 4

1.1 引言 4

1.2 苯并噻唑类化合物在荧光材料领域的应用 4

1.2.1 苯并噻唑类分子荧光探针 6

1.2.2 苯并噻唑类荧光材料 8

1.3 苯并噻唑类化合物的合成 9

1.3.1 四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）参与的合成法 9

1.3.2 以金属有机化合物为催化剂的合成法 11

1.3.3 以有机氧化剂为反应物的合成法 13

1.3.4 其他合成法 15

1.4 本课题的研究思路 16

第二章 苯并噻唑类化合物的合成与结构表征 17

2.1 引言 17

2.2 实验部分 17

2.2.1 主要试剂 17

2.2.2 主要仪器 18

2.2.3 新型苯并噻唑类荧光分子的合成 18

2.3 本章小结 24

第三章 苯并噻唑类化合物的荧光性能表征 25

3.1 引言 25

3.2 密度泛函理论计算 25

3.3 光物理性质测试与表征 26

3.2.1 紫外-可见吸收光谱 26

3.2.2 荧光发射光谱 27

3.2.3 相对荧光量子产率 30

3.3 本章小结 30

第四章 结果与展望 32

4.1 结论 32

4.2 展望 33

参考文献 35

附录 38

致谢 40

第一章 文献综述

• 1. 引言

苯并噻唑，又名1，3-硫氮杂茚，英文名Benzothiazole，属于杂环芳香类化合物。苯并噻唑类化合物被证明拥有非常强的生物活性如抗氧化能力^[1]，抗惊厥能力^[2]等。苯并噻唑因其在药物中的重要角色成为了生物有机化学以及药物化学的许多重要化合物的基本结构母环^[3]。同时，在许多小分子荧光化合物中出现的苯并噻唑母核由于其高荧光量子产率以及其杂环的易于合成的性质而备受关注^[3]。苯并噻唑类化合物具有易于修饰，合成产率高等优良性质，在诸多领域均具有应用价值，被广泛用于农业、医疗以及荧光材料领域^[4]。本研究旨在对苯并噻唑类化合物进行结构修饰，通过引入不同的供电子基团，设计并合成新型苯并噻唑类荧光分子，并在此基础上对新型荧光分子的荧光性能进行探究，为新型荧光分子的研究奠定理论和实践基础。

1.2 苯并噻唑类化合物在荧光材料领域的应用

基于苯并噻唑类化合物设计的荧光分子目前已经被广泛用于制作有机发光二极管材料^[5]，激光器^[6]以及荧光探针^[7]。不同的苯并噻唑类荧光化合物有着不同的发光机理。

在一个化合物中如果存在一个吸电子基团（Acceptor）与一个推电子基团(Donor)，当受到激发时，电子会从推电子基团向吸电子基团转移，随后电子会从吸电子基团向推电子基团自发的跃迁，这个过程称为分子内电荷转移过程（Intramolecular Charge Transfer, ICT）^[8]。

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