关于新型Mannich基材料1-((苯氨基)(苯基)甲基)萘-2-醇的生长、结构、光谱及非线性特性的研究

《Journal of Molecular Structure》：Investigation on growth, structural, spectral and nonlinear properties of novel Mannich base material 1-((benzylamino)(phenyl)methyl) napthalen-2-ol

本文合成了新型曼尼奇碱基材料1-((苄基胺)(苯基)甲基)萘酚（BPN），通过慢蒸发溶液法生长单晶，确定其晶体结构为正交晶系，非中心对称空间群Pna2?，并验证了FTIR、NMR和XRD分析结果。利用Kurtz-Perry粉末技术和UV-Vis-NIR光谱研究其非线性光学性质，通过Gaussian 09程序进行密度泛函理论计算，探讨了分子特性与光学性能。

　　

M. Shankar | A. Dennis Raj | M. Jeeva | R. Purusothaman | I. Vetha Potheher

科学与人文系，斯里克里希纳工程与技术学院，哥印拜陀 641 008，印度

摘要

通过缓慢蒸发溶液生长法成功合成了新型Mannich碱材料1-((苯氨基)(苯基)甲基)萘-2-醇（BPN），并制备出了单晶。BPN属于正交晶系，空间群为Pna2₁，其晶胞参数为：a = 11.0666(14) ?, b = 17.688(2) ?, c = 9.3764(9) ?，且α = β = γ = 90°。通过FTIR和NMR分析确认了BPN中不同官能团的存在以及其质子（1H）和碳（13C）的信号。利用Kurtz-Perry粉末技术和UV-Vis-NIR光谱技术研究了BPN晶体的非线性和线性光学性质。通过激光损伤阈值实验研究了BPN晶体对激光能量的响应阈值。还使用Gaussian 09程序通过密度泛函理论对BPN分子的分子性质进行了研究。

引言

如今，电信和光电子技术领域的技术发展迅速，这种技术进步需要具有优良非线性特性的新型材料[1,2]。由于非线性光学材料在太赫兹波生成、光数据存储、X射线分析仪、频率转换和倍频器等领域的广泛应用，它们在现代技术中变得越来越重要[[3], [4], [5], [6], [7]]。对于任何非线性光学应用而言，实现较大的分子超极化率是至关重要的。由于有机材料具有π共轭电子系统，因此在探索较大分子超极化率时通常更倾向于使用有机材料[6]。此外，有机材料还具有响应速度快、耐光损伤以及能够设计新分子的优势[8]。

Mannich碱材料是通过Mannich反应合成的。该反应通过缩合醛、胺和含有活性氢的分子并去除水来形成Mannich碱[9]。Mannich碱材料在工业和生物学领域有多种应用，如防腐、表面活性剂、抗病毒、抗惊厥、抗氧化和抗菌等[10,11]。尽管已有报道指出某些Mannich碱具有抗菌和防腐活性，但关于Mannich碱单晶的非线性光学性质的研究却非常有限[[11], [12], [13], [14], [15]]。由于我们的研究重点在于评估Mannich碱化合物的非线性行为，因此对于二次谐波生成（SHG）而言，非中心对称性是关键因素。有报道称基于2-萘酚的Mannich碱化合物能够以非中心对称的空间群结晶，并具有较高的SHG效率[16,17]。2-萘酚是一种苯环上带有羟基的有机材料。由于胺基的存在以及分子间的短氢键相互作用，由2-萘酚衍生的Mannich碱材料可能表现出增强的非线性光学（NLO）响应。已报道的Mannich碱化合物具有宽的光学透明度和良好的激光损伤阈值，这对于其在NLO应用中的使用非常重要。

因此，在本研究中，我们合成了新型的基于2-萘酚的1-((苯氨基)(苯基)甲基)萘-2-醇（BPN），预期BPN将以非中心对称的空间群Pna2₁结晶。通过单晶X射线衍射实验确认了BPN的分子结构和空间群，并对其物理化学性质和非线性性质进行了实验和理论探讨。还利用Gaussian 09程序通过量子化学计算研究了BPN分子的分子行为，相关结果首次在此呈现。为确保数据的可靠性，所有实验均在同一批次生长的晶体上进行。

BPN的合成

BPN的合成

BPN的多晶粉末是通过等摩尔量的苯胺、2-萘酚和苯甲醛反应合成的。所用试剂均为商业购买的AR级（≥99%），无需进一步纯化即可使用。首先将0.03摩尔的2-萘酚溶解在少量乙醇中，然后逐滴滴加0.03摩尔的苯胺并充分混合，最后加入0.03摩尔的苯甲醛并持续搅拌十小时后得到产物。

单晶XRD分析与形态学研究

单晶XRD分析证实了所制备的BPN单晶的结构。结果显示该晶体属于正交晶系，空间群为Pna2?，这是实现二次谐波生成（SHG）特性的关键条件。单晶XRD分析表明，BPN晶体的晶胞参数为a = 11.0666(14) ?, b = 17.688(2) ?, c = 9.3764(9) ?，且α = β = γ = 90°。

结论

本研究合成了新型Mannich碱材料BPN，并通过缓慢蒸发溶液生长技术制备出了单晶。进一步对其结构、线性光学性质和非线性光学性质进行了详细分析和讨论。所制备的BPN单晶属于正交晶系，空间群为Pna2₁。FTIR光谱中1124 cm^-1处的吸收峰也证实了目标化合物的形成。

作者贡献声明

M. Shankar：撰写初稿、方法论设计、实验实施和概念构建。 A. Dennis Raj：审稿与编辑、数据分析。 M. Jeeva：软件使用、资源管理、数据分析与整理。 R. Purusothaman：审稿与编辑、数据分析。 I. Vetha Potheher：审稿与编辑、研究指导。

利益冲突声明

特此声明：上述手稿未同时提交给多个期刊进行评审；该手稿未曾部分或全部发表过；未将同一研究拆分成多个部分分别提交给不同期刊或分阶段提交给同一期刊（即“香肠式发表”）。所有数据（包括图像）均未经伪造或篡改，以支持研究结论。