基于烯胺酮的推拉型生色团:合成、光学性质及计算洞察

【字体: 时间:2025年05月23日 来源:Asian Journal of Organic Chemistry

编辑推荐:

  为探究烯胺酮在共轭体系中的应用,研究人员通过点击型 [2+2] 环加成 - 逆电环化(CA-RE)反应合成含烯胺酮的推拉型生色团。发现其具强分子内电荷转移(ICT)吸收带,λmax为 460-695 nm,证实 ICT 机制,为 NLO 材料等提供新方向。

  
在有机光电材料的探索中,如何高效构建具有强分子内电荷转移(ICT)特性的生色团,一直是领域内的关键挑战。传统方法合成的生色团往往存在结构调控复杂、光学性能不足等问题,难以满足非线性光学(NLO)器件、有机发光二极管(OLEDs)等前沿领域的需求。在此背景下,开发新型合成策略以精准调控生色团的电子结构与光学行为,成为亟待突破的研究方向。

为解决上述问题,研究人员开展了基于烯胺酮结构的推拉型生色团研究。通过点击型 [2+2] 环加成 - 逆电环化(CA-RE)反应,成功构建了一系列含烯胺酮单元的新型生色团,并对其光学性质及 ICT 机制进行深入解析。该研究成果发表在《Asian Journal of Organic Chemistry》,为有机光电材料的设计提供了新思路。

研究人员采用的关键技术方法包括:

  1. Sonogashira 交叉偶联反应:用于合成炔酮中间体,为后续烯胺酮的构建奠定基础。
  2. 亲核共轭加成反应:通过胺类化合物与炔酮的反应,引入烯胺酮结构单元。
  3. [2+2] CA-RE 反应:实现烯胺酮取代炔烃与缺电子烯烃(如 TCNE、TCNQ)的高效环化,生成目标生色团。
  4. UV/Vis 光谱分析:测定生色团的吸收波长(λmax)和摩尔消光系数,验证 ICT 吸收带的存在。
  5. 计算化学方法:运用密度泛函理论(DFT)进行几何优化、TD-DFT 分析,计算 HOMO-LUMO 能级差、极化率等参数,从理论层面揭示 ICT 特性。

合成


研究首先通过 Sonogashira 交叉偶联反应制备炔酮(6-9),再经亲核共轭加成合成烯胺酮取代炔烃(12-15)。实验发现,当炔烃引入更强给电子的二乙苯胺(DEA)基团时,与 TCNE/TCNQ 的 [2+2] CA-RE 反应可高效生成目标生色团(18-20、22-24),产率达 48%-93%。空间位阻较大的取代基(如联苯基、萘基)会导致 TCNQ 反应产率下降,可能与柱层析纯化难度有关。

UV/Vis 研究


UV/Vis 光谱显示,含 TCNE 的生色团(18-20)λmax约 460 nm,消光系数为 5.86×104-7.84×104 M-1cm-1;含 TCNQ 的生色团(22-24)因强吸电子的 DCNQ 单元,λmax红移至 685-695 nm。溶剂化显色实验证实正溶剂化效应,质子化 - 中和实验显示 ICT 带随 DEA 基团质子化消失并可逆恢复,明确 ICT 机制源于 DEA 到受体的电子转移。

计算研究


DFT 计算表明,生色团的 HOMO 主要定域在 DEA 给体,LUMO 集中于 TCBD/DCNQ 受体,证实 ICT 行为。HOMO-LUMO 能级差(ΔETD)显示 DCNQ 类生色团共轭程度更高。醌式特征值(δr)表明 ICT 主要通过特定苯环进行,侧链基团对电子性质影响有限。TD-DFT 模拟光谱与实验吻合,计算的平均极化率(α)和第一超极化率(β)显示 DCNQ 类生色团具更强 NLO 性能。

研究通过实验与理论结合,成功开发了基于烯胺酮的推拉型生色团合成新方法,揭示其 ICT 机制与光学特性。结果表明,烯胺酮单元虽自身电荷转移能力有限,但通过合理引入强给 / 吸电子基团,可构建高效 ICT 体系,在 NLO 材料、光电器件等领域具应用潜力。此外,该研究为设计可见光至近红外光响应的功能分子提供了结构模板,其模块化合成策略为后续分子优化奠定了基础。未来可进一步探索烯胺酮在生物传感等领域的应用,拓展其功能化场景。

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号