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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:
- 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。
- 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。
- [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。
- 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。
- 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。