化学学报 ›› 2021, Vol. 79 ›› Issue (12): 1486-1493.DOI: 10.6023/A21080397 上一篇 下一篇
研究论文
朱雪敏, 白小燕, 王海峰, 胡平, 汪必琴, 赵可清*()
投稿日期:
2021-08-25
发布日期:
2021-10-15
通讯作者:
赵可清
基金资助:
Xue-Min Zhu, Xiao-Yan Bai, Hai-Feng Wang, Ping Hu, Bi-Qin Wang, Ke-Qing Zhao()
Received:
2021-08-25
Published:
2021-10-15
Contact:
Ke-Qing Zhao
Supported by:
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盘状液晶分子由稠环芳核和围绕的多条柔性链构成, 具有独特的自组装有序超分子结构、半导体性质和光学性质. 其可通过溶液或喷墨打印技术加工成为光电子薄膜器件, 具有低成本优势. 通过Suzuki-Miyaura交叉偶联和Scholl氧化环化策略, 合成了一系列新的具有苯并䓛结构的非对称酸酐、羧酸酯、酰亚胺和苯并咪唑稠环衍生物, 并对其液晶性和光物理性质进行了详细研究. 通过偏振光学显微镜(POM), 差示扫描量热法(DSC)和小角度X射线散射(SAXS)测试表明, 这些极性盘状化合物自组装堆积呈六方柱状(Colhex)液晶相, 其中, 最宽的液晶温度范围达206 ℃. 官能团和共轭体系大小决定了相变温度和液晶范围. 荧光测试结果表明, 化合物溶液中绝对量子产率高达34%, 根据官能团不同, 这些化合物发蓝、绿和红光. 借助密度泛函理论(DFT)计算, 解释了该系列极性盘状液晶分子发光性质的差异. 基于本工作的合成方法, 从萘酸酐原料出发为构建结构多变、性质丰富的π-共轭(杂环)芳烃盘状液晶化合物提供了新途径.
朱雪敏, 白小燕, 王海峰, 胡平, 汪必琴, 赵可清. 苯并䓛盘状液晶: 合成、柱状相和光物理性质[J]. 化学学报, 2021, 79(12): 1486-1493.
Xue-Min Zhu, Xiao-Yan Bai, Hai-Feng Wang, Ping Hu, Bi-Qin Wang, Ke-Qing Zhao. Benzo[g]chrysene Discotic Liquid Crystals: Synthesis, Columnar Mesophase and Photophysical Properties[J]. Acta Chimica Sinica, 2021, 79(12): 1486-1493.
Compound | Mesophases, transition temperature and enthalpy changes | |
---|---|---|
2nd heating/℃ (ΔH/(kJ•mol-1)) | 1st cooling/℃ (ΔH/(kJ•mol-1)) | |
BCd | Cr 104 (38.0) Colhex 181 (2.7) I | I 178 (–2.8) Colhex 77 (–43.6) Cr |
BCo | Cr 97 (50.8) Colhex 179 (3.6) I | I 175 (–4.1) Colhex 12 (–38.1) Cr |
BCe | Cr 1 (23.7) Colhex 48 (3.4) I | I 44 (–3.1) Colhex –6 (–23.3) Cr |
BCbb | Cr 1 (21.3) Colhex 207 (4.0) I | I 200 (–4.6) Colhex –6 (–20.9) Cr |
BCb | Cr 102 (68.8) Colhex 215 (3.2) I | I 212 (–4.7) Colhex 70 (–52.2) Cr |
Compound | Mesophases, transition temperature and enthalpy changes | |
---|---|---|
2nd heating/℃ (ΔH/(kJ•mol-1)) | 1st cooling/℃ (ΔH/(kJ•mol-1)) | |
BCd | Cr 104 (38.0) Colhex 181 (2.7) I | I 178 (–2.8) Colhex 77 (–43.6) Cr |
BCo | Cr 97 (50.8) Colhex 179 (3.6) I | I 175 (–4.1) Colhex 12 (–38.1) Cr |
BCe | Cr 1 (23.7) Colhex 48 (3.4) I | I 44 (–3.1) Colhex –6 (–23.3) Cr |
BCbb | Cr 1 (21.3) Colhex 207 (4.0) I | I 200 (–4.6) Colhex –6 (–20.9) Cr |
BCb | Cr 102 (68.8) Colhex 215 (3.2) I | I 212 (–4.7) Colhex 70 (–52.2) Cr |
Compound | 2θexp/(°) | dexp/nm | dcalc/nm | I/% | hk | Lattice parameter/nm |
---|---|---|---|---|---|---|
BCd (120 ℃) | 3.92 | 2.252 | 2.252 | 100 | 10 | a=2.600 A=5.85 nm2 |
6.90 | 1.280 | 1.300 | 3 | 11 | ||
19.16 | 0.463 | — | 0.4 | hch | ||
24.98 | 0.356 | — | 3.8 | hπ | ||
BCo (160 ℃) | 3.76 | 2.348 | 2.348 | 100 | 10 | a=2.711 A=6.37 nm2 |
6.61 | 1.337 | 1.356 | 2.3 | 11 | ||
19.12 | 0.464 | — | 0.7 | hch | ||
24.04 | 0.370 | — | 6.7 | hπ | ||
BCe (35 ℃) | 4.10 | 2.153 | 2.153 | 100 | 10 | a=2.486 A=5.35 nm2 |
7.01 | 1.261 | 1.243 | 1.3 | 11 | ||
19.48 | 0.455 | — | 1.0 | hch | ||
24.96 | 0.356 | — | 3.3 | hπ | ||
BCbb (180 ℃) | 3.70 | 2.385 | 2.385 | 100 | 10 | a=2.754 A=6.56 nm2 |
7.56 | 1.168 | 1.193 | 0.8 | 20 | ||
19.05 | 0.466 | — | 0.1 | hch | ||
24.20 | 0.367 | — | 0.4 | hπ | ||
BCb (200 ℃) | 4.07 | 2.169 | 2.169 | 100 | 10 | a=2.505 A=5.43 nm2 |
6.96 | 1.269 | 1.252 | 1.3 | 11 | ||
19.21 | 0.462 | — | 0.2 | hch | ||
24.87 | 0.358 | — | 2.0 | hπ |
Compound | 2θexp/(°) | dexp/nm | dcalc/nm | I/% | hk | Lattice parameter/nm |
---|---|---|---|---|---|---|
BCd (120 ℃) | 3.92 | 2.252 | 2.252 | 100 | 10 | a=2.600 A=5.85 nm2 |
6.90 | 1.280 | 1.300 | 3 | 11 | ||
19.16 | 0.463 | — | 0.4 | hch | ||
24.98 | 0.356 | — | 3.8 | hπ | ||
BCo (160 ℃) | 3.76 | 2.348 | 2.348 | 100 | 10 | a=2.711 A=6.37 nm2 |
6.61 | 1.337 | 1.356 | 2.3 | 11 | ||
19.12 | 0.464 | — | 0.7 | hch | ||
24.04 | 0.370 | — | 6.7 | hπ | ||
BCe (35 ℃) | 4.10 | 2.153 | 2.153 | 100 | 10 | a=2.486 A=5.35 nm2 |
7.01 | 1.261 | 1.243 | 1.3 | 11 | ||
19.48 | 0.455 | — | 1.0 | hch | ||
24.96 | 0.356 | — | 3.3 | hπ | ||
BCbb (180 ℃) | 3.70 | 2.385 | 2.385 | 100 | 10 | a=2.754 A=6.56 nm2 |
7.56 | 1.168 | 1.193 | 0.8 | 20 | ||
19.05 | 0.466 | — | 0.1 | hch | ||
24.20 | 0.367 | — | 0.4 | hπ | ||
BCb (200 ℃) | 4.07 | 2.169 | 2.169 | 100 | 10 | a=2.505 A=5.43 nm2 |
6.96 | 1.269 | 1.252 | 1.3 | 11 | ||
19.21 | 0.462 | — | 0.2 | hch | ||
24.87 | 0.358 | — | 2.0 | hπ |
Compd. | λabs/ nm | ε/(×104, L•mol-1• cm-1) | λem/nm solution | λem/nm film | Solution quantum yield/% |
---|---|---|---|---|---|
BCd | 284 307 422 | 5.08 | 551 | 576 | 21.98 |
BCo | 280 305 419 | 5.45 | 529 | 540 | 23.67 |
BCe | 302 336 371 | 5.66 | 466 | 498 | 34.33 |
BCbb | 282 306 418 | 5.53 | 532 | 552 | 22.23 |
BCb | 284 444 | 6.43 | 551 | 573 | 26.74 |
Compd. | λabs/ nm | ε/(×104, L•mol-1• cm-1) | λem/nm solution | λem/nm film | Solution quantum yield/% |
---|---|---|---|---|---|
BCd | 284 307 422 | 5.08 | 551 | 576 | 21.98 |
BCo | 280 305 419 | 5.45 | 529 | 540 | 23.67 |
BCe | 302 336 371 | 5.66 | 466 | 498 | 34.33 |
BCbb | 282 306 418 | 5.53 | 532 | 552 | 22.23 |
BCb | 284 444 | 6.43 | 551 | 573 | 26.74 |
[1] |
Wöhrle, T.; Wurzbach, I.; Kirres, J.; Kostidou, A.; Kapernaum, N.; Litterscheidt, J.; Haenle, J. C.; Staffeld, P.; Baro, A.; Giesselmann, F.; Laschat, S. Chem. Rev. 2016, 116, 1139.
doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00190 |
[2] |
Sergey Sergeyev, S.; Pisula, W.; Geerts, Y. H. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1902.
pmid: 17982517 |
[3] |
Bushby, R.; Kawata, K. Liq. Cryst. 2011, 38, 1415.
doi: 10.1080/02678292.2011.603262 |
[4] |
Kumar, S. Liq. Cryst. 2004, 31, 1037.
doi: 10.1080/02678290410001724746 |
[5] |
Schmidt-Mende, L.; Fechtenkotter, A.; Mullen, K.; Moons, E.; Friend, R. H.; MacKenzie, J. O. Science 2001, 293, 1119.
pmid: 11498585 |
[6] |
Ghosh, T.; Gerbig, L.; Lambov, M.; Dechant, M.; Lehmann, M. J. Mater. Chem. C 2020, 8, 5562.
doi: 10.1039/C9TC07086A |
[7] |
Dechant, M.; Lehmann, M.; Uzurano, G.; Fujii, A.; Ozaki, M. J. Mater. Chem. C 2021, 9, 5689.
doi: 10.1039/D1TC00710F |
[8] |
(a) Kwon, O.; Cai, X.; Qu, W.; Liu, F.; Szydłowska, J.; Gorecka, E.; Han, M. J.; Yoon, D. K.; Poppe, S.; Tschierske, C. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102271.
doi: 10.1002/adfm.v31.28 |
(b) Li, Y.; Concellón, A.; Lin, C.; Romero, N. A.; Lina, S.; Swager, T. M. Chem. Sci. 2020, 11, 4695.
doi: 10.1039/D0SC00714E |
|
[9] |
(a) Zhao, K. C.; Du, J. Q.; Wang, H. F.; Zhao, K. Q.; Hu, P.; Wang, B. Q.; Monobe, H.; Heinrich, B.; Donnio, B. Chem. Asian. J. 2019, 14, 462.
doi: 10.1002/asia.v14.3 |
(b) Liu, C. X.; Wang, H.; Du, J. Q.; Zhao, K. Q.; Hu, P.; Wang, B. Q.; Monobe, H.; Heinrich, B.; Donnio, B. J. Mater. Chem. C 2018, 6, 4471.
doi: 10.1039/C7TC05315K |
|
(c) Ma, T.; Wang, H. F.; Zhao, K. Q.; Wang, B. Q.; Hu, P.; Monobe, H.; Heinrich, B.; Donnio, B. ChemPlusChem 2019, 84, 1439.
doi: 10.1002/cplu.v84.9 |
|
(d) Zhong, Y. J.; Zhao, K. Q.; Wang, B. Q.; Hu, P.; Monobe, H.; Heinrich, B.; Donnio, B. Dyes Pigm. 2020, 173, 107964.
doi: 10.1016/j.dyepig.2019.107964 |
|
(e) Ma, T.; Zhong, Y. J.; Wang, H. F.; Zhao, K. Q.; Wang, B. Q.; Hu, P.; Monobe, H.; Donnio, B. Chem. Asian J. 2021, 16, 1106.
doi: 10.1002/asia.v16.9 |
|
[10] |
(a) Hang, J. F.; Lin, H.; Zhao, K. Q.; Hu, P.; Wang, B. Q.; Monobe, H.; Zhu, C.; Donnio, D. Eur. J. Org. Chem. 2021, 13, 1989.
|
(b) Yang, Y.; Wang, H.; Wang, H. F.; Liu, C. X.; Zhao, K. Q.; Wang, B. Q.; Hu, P.; Monobe, H.; Heinrich, B.; Donnio, B. Cryst. Growth Des. 2018, 18, 4296.
doi: 10.1021/acs.cgd.8b00083 |
|
[11] |
(a) Foster, E. J.; Jones, R. B.; Lavigueur, C.; Williams, V. E. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8569.
pmid: 16802823 |
(b) Voisin, E.; Foster, E. J.; Rakotomalala, M.; Williams, V. E. Chem. Mater. 2009, 21, 3251.
pmid: 16802823 |
|
[12] |
Adam, D.; Schuhmacher, P.; Simmerer, J.; Haussling, L.; Siemensmeyer, K.; Etzbachi, K. H.; Ringsdorf, H.; Haarer, D. Nature 1994, 371, 141.
doi: 10.1038/371141a0 |
[13] |
Zhao, K. Q.; An, L. L.; Zhang, X. B.; Yu, W. H.; Hu, P.; Wang, B. Q.; Xu, J.; Zeng, Q. D.; Monobe, H.; Shimizu, Y.; Heinrich, B.; Donnio, B. Chem. Eur. J. 2015, 21, 10379.
doi: 10.1002/chem.201500889 |
[14] |
Wurthner, F.; Saha-Moller, C. R.; Fimmel, B.; Ogi, S.; Leowanawat, P.; Schmidt, D. Chem. Rev. 2016, 116, 962.
doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00188 |
[15] |
Gao, X.; Hu, Y. J. Mater. Chem. C 2014, 2, 3099.
doi: 10.1039/C3TC32046D |
[16] |
Pu, J.; Yang, T.; Wang, Y.; Zhu, Q.; Yang, M.; Liu, C.; Wang, W. Liq. Cryst. 2020, 47, 291.
doi: 10.1080/02678292.2019.1645899 |
[17] |
(a) Psutka, K. M.; Bozek, K. J. A.; Maly, K. E. Org. Lett. 2014, 16, 5442.
doi: 10.1021/ol502678m pmid: 31362501 |
(b) Psutka, K. M.; LeDrew, J.; Taing, H.; Eichhorn, S. H.; Maly, K. E. J. Org. Chem. 2019, 84, 10796.
doi: 10.1021/acs.joc.9b01330 pmid: 31362501 |
|
(c) Fan, S. Y.; Xu, H. T.; Li, Q. G.; Fang, D. M.; Yu, W. H.; Xiang, S. K.; Hu, P.; Zhao, K. Q.; Feng, C.; Wang, B. Q. Liq. Cryst. 2020, 47, 1041.
doi: 10.1080/02678292.2019.1704898 pmid: 31362501 |
|
(d) Feng, C.; Ding, Y. H.; Han, X. D.; Yu, W. H.; Xiang, S. K.; Wang, B. Q.; Hu, P.; Li, L. C.; Chen, X. Z.; Zhao, K. Q. Dyes Pigm. 2017, 139, 87.
doi: 10.1016/j.dyepig.2016.12.001 pmid: 31362501 |
|
[18] |
(a) Camerel, F.; Donnio, B.; Ziessel, R. Soft Matter 2011, 7, 412.
doi: 10.1039/C0SM00547A |
(b) Ye, Q.; hang, J. J.; Huang, K. W.; Chi, C. Org. Lett. 2011, 13, 5960.
doi: 10.1021/ol202357f |
|
[19] |
(a) Liu, H.; Zhu, L.; Lou, X.; Yuan, L.; Zhang, X. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 1240 (in Chinese).
doi: 10.6023/A20070323 |
( 刘红文, 朱隆民, 娄霄峰, 袁林, 张晓兵, 化学学报, 2020, 78, 1240.)
doi: 10.6023/A20070323 |
|
(b) Ren, J.; Wang, L.; Guo, R.; Tang, Y.; Zhou, H.; Lin, W. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 87 (in Chinese).
doi: 10.6023/A20080399 |
|
( 任江波, 王蕾, 郭锐, 唐永和, 周红梅, 林伟英, 化学学报, 2021, 79, 87.)
doi: 10.6023/A20080399 |
|
(c) Xie, Z.; Fu, M.; Yin, B.; Zhu, Q. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 1364 (in Chinese).
doi: 10.6023/cjoc201712031 |
|
( 谢振达, 付曼琳, 尹彪, 朱勍, 有机化学, 2018, 38, 1364.)
doi: 10.6023/cjoc201712031 |
|
(d) Yang, S.; Yan, S.; Yang, J.; Zhang, C.; Han, G. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 425 (in Chinese).
|
|
( 杨素华, 闫素君, 杨静, 张策, 韩国英, 有机化学, 2018, 38, 425.)
doi: 10.6023/cjoc201708062 |
|
(e) Wang, X.; Qi, S.; Du, J.; Li, Q.; Zhu, L.; Xue, L.; Zhao, Q.; Yang, Q.; Li, Y.; Cong, X. Chin. J. Org. Chem. 2021, 41, 719 (in Chinese).
doi: 10.6023/cjoc202008005 |
|
( 王欣宇, 戚少龙, 杜建时, 李强, 祝录宝, 薛龙启, 赵晴, 杨清彪, 李耀先, 丛宪玲, 有机化学, 2021, 41, 719.)
doi: 10.6023/cjoc202008005 |
|
(f) Chen, E.; Tang, Y.; Wang, L.; Ren, J.; Lin, W. Chin. J. Org. Chem. 2021, 41, 1200 (in Chinese).
doi: 10.6023/cjoc202009016 |
|
( 陈恩庆, 唐永和, 王蕾, 任江波, 林伟英, 有机化学, 2021, 41, 1200.)
doi: 10.6023/cjoc202009016 |
|
[20] |
(a) Bai, Y. F.; Chen, L. Q.; Xiang, S. K.; Zhang, K.; Li, Q. G.; Feng, C.; Hu, P.; Wang, B. Q.; Zhao, K. Q. RSC Adv. 2016, 6, 90494.
doi: 10.1039/C6RA17701H |
(b) Lu, B.; Xiao, Y. Q.; Li, T. F.; Liu, K.; Lu, X. H.; Lian, J. R.; Zeng, P. J.; Qu, J. L.; Zhan, X. W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 33006.
doi: 10.1021/acsami.9b10834 |
|
(c) Zhao, X. Q.; Ge, C. W.; Xu, X. P.; Huang, J. T.; Yang, X. D.; Peng, Q.; Li, W. S.; Gao, X. K. Chem. Commun. 2019, 55, 10234.
doi: 10.1039/C9CC03682B |
|
(d) Zhao, X. Q.; Ge, C. W.; Yang, X. D.; Gao, X. K. Mater. Chem. Front. 2017, 1, 1635.
doi: 10.1039/C7QM00030H |
|
[21] |
Godbert, N.; Crispini, A.; Ghedini, M.; Carini, M.; Chiaravalloti, F.; Ferrise, A. J. Appl. Cryst. 2014, 47, 668.
doi: 10.1107/S1600576714003240 |
[1] | 葛凤洁, 张开志, 曹清鹏, 徐慧, 周涛, 张文浩, 班鑫鑫, 张晓波, 李娜, 朱鹏. 柔性芴基嵌段型延迟荧光二聚体的设计、合成及电致发光性能[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1157-1166. |
[2] | 车飞达, 赵晓茗, 张馨, 丁琪, 王昕, 李平, 唐波. 抑郁症相关活性分子的荧光成像★[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1255-1264. |
[3] | 王一诺, 邵世洋, 王利祥. 窄谱带多重共振有机高分子荧光材料研究进展★[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1202-1214. |
[4] | 王晓, 王星文, 肖乐辉. 单分子荧光成像研究单颗粒纳米催化机制[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 1002-1014. |
[5] | 武虹乐, 郭锐, 迟涵文, 唐永和, 宋思睿, 葛恩香, 林伟英. 喹啉基粘度荧光探针的合成及其检测应用[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 905-911. |
[6] | 郑文山, 高冠斌, 邓浩, 孙涛垒. Ag2Se@Ag2S核壳量子点的室温合成及其近红外荧光性能优化[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 763-770. |
[7] | 刘振宇, 饶俊峰, 祝守加, 王兵洋, 余帆, 冯全友, 解令海. 溶液加工型自主体热活化延迟荧光材料的研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 820-835. |
[8] | 王银凤, 李猛, 陈传峰. 基于手性三蝶烯的红光热激活延迟荧光聚合物及其有机发光二极管研究★[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 588-594. |
[9] | 曾崇洋, 胡平, 汪必琴, 方文彦, 赵可清, Donnio Bertrand. 星型苯并菲-三嗪多刺激响应盘状液晶: 合成、性质与应用[J]. 化学学报, 2023, 81(5): 469-479. |
[10] | 吕鑫, 吴仪, 张勃然, 郭炜. 过氧化氢激活型近红外氟硼二吡咯光敏剂的设计、合成及光动力治疗研究[J]. 化学学报, 2023, 81(4): 359-370. |
[11] | 梁攀, 张宏淑, 黄宏升, 李飒英, 张笑恬, 王英, 李连庆, 刘志宏. 一种高效窄带蓝色荧光粉Ba3Y2B6O15:Bi3+及其应用研究[J]. 化学学报, 2023, 81(4): 371-380. |
[12] | 张少秦, 李美清, 周中军, 曲泽星. 多共振热激活延迟荧光过程的理论研究[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 124-130. |
[13] | 贾彦荣, 徐凯, 赵彦英, 倪华钢, 吴滢, 夏敏. 推拉电子基团区域异构苯并咪唑的发射行为与力致荧光变色性能研究[J]. 化学学报, 2023, 81(12): 1716-1723. |
[14] | 黄艳琴, 栗丽君, 杨书培, 张瑞, 刘兴奋, 范曲立, 黄维. HA-AuNPs/FDF用于透明质酸酶的高灵敏检测、肿瘤靶向细胞荧光成像和光疗[J]. 化学学报, 2023, 81(12): 1687-1694. |
[15] | 贺晓梦, 袁方, 张素雅, 张健健. 基于尼罗红类ONOO–近红外荧光探针的开发及其成像应用[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1515-1521. |
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