（有机化学专业论文）一类新型荧光化合物的合成和微波促进的多组分反应研究.pdf

浙江人学硕士学位论文 摘要 本论文包括两部分的工作：( 1 ) 设计、合成了三个新型荧光化合物；( 2 ) 发 展了一种利用多组分反应快速合成- 取代2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a 一六氢异吲哚1 ，3 二酮的 新方法。主要研究内容和结果如下 1 设计、合成了三个新的只有d a d a 体系特征的荧光化合物，通过氢谱、 碳谱和质谱分析等确定了它们的结构，此外还测定了其中一个化合物的晶体 结构。研究了这些化合物的线性吸收和溶液中的稳态荧光发射性质，发现三 个化合物在蓝绿光波段具有很强的荧光发射能力( 量子产率为o 4 1 ，0 8 8 和 1 ) ，有望作为新的有机发光材料得以应用。该类化合物体现出很好的溶致变 色效应，具有作为溶剂极性探针很好的潜在应用价值。 2 将微波技术用于b e l l e r 多组分反应，发展了一种快速、有效的由酰胺、醛，b 不饱和醛和- 取代的顺丁烯二酰亚胺三组分合成取代2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a - 六氢异 吲哚一l ，3 一二酮的新方法。该方法与文献报道的b e l l e r 法相比较，可以大大的 缩短反应的时间( 8 分钟) ，而且得到了较高的产率( 收率普遍在8 0 以上， 最高可以达到9 5 ) 。利用这种快速有效的方法，合成了一系列新的- 取代 2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a 一六氢异吲哚一1 ，3 一二酮类化合物，并且对它们的结构进行了全面 的表征。测定了其巾一个化合物的晶体结构。 关键词：d - a d - a 化合物，有机发光材料，荧光，多组分反应，微波辅助合成， 2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a 一六氢异吲哚一l ，3 一二酮 浙江大学硕士学位论文 a b s h l c t t h i st h e s i si n c l u d e st w op a n s ：( 1 ) t h r e en e w t y p en u o r e s c e mc o m p o u i l d sw e r e s y n m e s i z e da n dm e i rn u o r e s c e mp m p e n i e sw e r ei 1 1 v e s t i g a t e d ( 2 ) ar a p i da n df a c i l e s y n m e s i so f _ s u b s t i m t e d2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a - h e x a l l y d r o i s o i n d o l e 一1 ，3 d i o n ed e r i v a t i v e sv i a m i c m w a v e - p m m o i e db e l l e r ，st l r e e c o m p o n e n td o m i n or e a c t i o n 、v a sd e v e i o p e d t h e r e s e a r c hr e s u l t sa r es a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h r e en e wd o n o r _ a c c e p t o r - d o n o r a c c 印t o r t y p en u o r e s c e n t c o m p o u l l d sw e r e s y n m e s i z e d t h es 仇l c t u r e so ft h e s ec o m p o u i l d sw e r ec o n f i n n e db y1 hn m r ，1 3 c n m r ，l ra 1 1 dm sa 1 1 a l y s e s n l e i rp h o t o l u m i n e s c e n c ep r o p e r c i e sw e r es t u d i e d a 1 1 t l l c s ed a - d - ac o m p o u n d sc a ne m i ts 订o n gb l u e - g r e e nn u o r e s c e n c ei ns o l u t i o n f l u ( ，r e s c e n c eq u a n t u r ny i e l d so f t h et h r e ec o m p o u n d s 、e r eo 4 1 ，0 8 8a n d1 t h e e 商s s i o nb a l l do f o n ec o m p o u n dh a sb e e ng r e a t l yr e d s m r e dw h e ne i l l l a i l c i n gt 量1 e p 0 1 撕母o fs o h l t i o n 2 ar 印i da n de m c i e n ts y l l m e s i so f2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a 小e x a l l y d m i s o i n d o l e 1 ，3 d i o n e d 甜v a t i v e sw a sd e v e l o p e d 、v i mam i c r o w a v ep r o m o t e db e l l e rt 1 1 i - e e c o m p o n e m r c a c t i o no fa ，p u n s a t u r a t e da l d e h y d e s ，锄i d e sa n dm a l e i m i d e s a sc o m 口a r e d 稍t l l t h eb e l l e rm e t h o d ，t h em o s ta t n a c “v ef b a t u r e so ft 1 1 ep r e s e n tm o d m c a t i o nc a l l i n c l u d et 1 1 es h o nr e a c t i o nt i m e ( 8m i n ) a n dg o o dt oe x c e l l e n ty i e l d so f8 0 9 5 v i a 血i so n e - p o tp r o c e d u r e ，an 啪b e ro fn e w c o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e d 如m c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l es t a n i n gm a t e r i a l s 1 ( e yw o r d s ：d a _ d - ac o m p o u n d s ，p h o t o l 啪i n e s c e n c e ，m l l l t i c o m p o n e n tr e a c t i o n ， f l u o r e s c e n c e ，m i c r o w a v e a s s i s t e d ，2 ，3 ，3 a ，4 ，7 ，7 a - h e x a h y d r o i s o i n d o l e l ，3 d i o n c 浙江人学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 有机荧光材料 自二十世纪初以来，有机荧光材料广泛用于纺织、塑料着色及印刷颜料等行 业。1 9 6 3 年，p o p e 等以电解质溶液为电极，在荧光材料蒽单晶的两侧加4 0 0 v 直 流电压时，观察到了蒽的蓝色电致发光，拉开了以有机荧光材料获得电致发光的 序幕”。随后人们又利用荧光材料探测各种不同体系的状态及其变化，如研究胶 束、囊泡、微乳胶等特殊环境的性质、行为及其形成过程2 1 。近年来，以荧光化 学敏感器( f l u o r e s c e n c ec h e m i c a ls e n s o r ) 和分子信号系统( m 0 1 e c 山a rs i g n a l i n g s y s t e m ) 的发展为代表，荧光探针的方法和应用有了很大程度的提高和扩充，体 现出了它在药物学、生理学、环境科学、信息科学方面的广阔应用前景”巧】。 相比较传统的无机荧光材料而言，有机材料的选择范围很广泛，并且可以进 行分子设计，具有无机材料无法比拟的优势，如：( 1 ) 较高的发光亮度和效率； ( 2 ) 是一种主动光源，反映速度快，观察视角大，易实现全色大面积多功能显示： ( 3 ) 在制各成器件后，器件轻而薄，机械性能良好，坚固抗震，而且发光不会闪 烁不定：( 4 ) 材料选择范围广，可通过化学结构设计获得符合要求的材料，实现 从蓝色到红色的全色显示等m 】。当然，有机电致发光器件也存在许多缺点，如 稳定性差等，这需要加以改善。 现有的荧光材料分为无机荧光材料、有机小分子荧光材料和有机聚合物荧光 材料等。这几类材料都存在着各自的缺点：无机荧光材料很少发射蓝光，基本上 都是红光或绿光，无法实现全色显示。有机小分子荧光材料做到发光器件上后， 很容易结晶出来，冈而稳定性较差，也不理想。聚合物荧光材料由于链与链之问 浙江大学硕士学位论文 的作用，荧光效率不高。此外，荧光材料不同的存在形式也会对荧光效率产生影 响。很多共轭的有机发射器在它们的稀溶液中有很高的发光性，但是当形成薄膜 时，发光性却变弱。这可能是由于聚集形态导致的：在固体形态，分子聚集形成 较弱的发射体，如激基态复合物，导致发光效率降低。此外导致光致发光量子产 率降低的原因可能还有激发子扩散，转动钝化和非共面性等。 1 1 1 有机聚合物荧光材料 1 聚苯撑乙烯类( p p v ) p p v 是最早应用于电致发光领域的聚合物材料引，它可发黄绿光，并具有优 良的空穴传输性和热稳定性。但是，单纯的p p v 溶解性差，难于直接成膜。目前， 人们通过对p p v 进行化学修饰，在侧链上引入烷氧基【9 1 等基团，得到多种可溶性 的p p v 衍生物。通过引入吸、供电子基团以及采用共聚的方法控制共轭度 改变发光颜色，得到多种颜色的发光材料。p p v 一般都是用可溶性的前驱聚合物 合成【l l 】( s c h e m e1 1 ) ： 厂一 咄 c 删* 瞵叫，c 鼍p s c h 咖e1 1s y n t h e s i so f p p v g 等【1 2 j 用w i m g 反应得到分子链结构具有确定长度的硬嵌段加软嵌段可 溶性发蓝光的聚合物( s c h e m e1 2 ) 。g o w r i 等雌1 4 1 合成了不同共轭长度的2 ，5 _ 二甲氧基取代的p p v ，得到了浅黄到深红多种颜色的发光材料。 浙江大学硕十学位论殳 c h 3 0 o ( c c h l o s c h e m e1 2 c h = c h s t a r i n g 等陋1 7 1 在p p v 主链亚甲基上引入吸电子基团氰基，得到的c n p p v 类聚合物( s c h 锄e1 3 ) 改善了对电子的亲和能力，增加了材料的电子传输性。 c c n + o h cc h o 崾蝗擎 t h f s c h e m e1 3s y n m e s i so f c n - p p v 二芳胺取代的b a m h p p v 是一类有代表性的化合物，可有效的用于发光 器件的制作。其合成路线如s c h e m e1 4 所示 0 h ，0 0 0 c c o o c h 3 蔓尘善也 h 。 n h h 。，d c 出1 3 h n w 。，d h 3 c 0 0 c h i c 6 h 1 3 c n s c h e m e1 4s y n t h e s i so f - s u b s 廿t u t e db a m h p p v 2 聚芴类( p 0 1 y n u o p e n e s ) 近年来，多聚芴作为一种非常有前途的发光材料受到人们的广泛关注。这类 材料的溶液或阎体都具有较高的热稳定性和p l 效率，而且他们的发射波长在蓝 o 浙江大学硕士学位论文 色区域内。他们的光稳定性和热稳定性都优于p p p 类的发光材料。多聚芴结构 中，有一个共平面的联苯结构，然而，和p p p 比较起来，c 9 位上的取代基减少 了共轭结构的刚性，增加了他们的柔韧性，因此溶解性得到很大的提高。一些有 代表性的多聚芴类聚合物如s c h 哪c1 5 所示： x 1 盯r a n 2i v 3 坷t o x ) 3p ( f 4 m t o x ) s c h 蛐e1 5c 咖1 p o u n d s0 f p o l y n u o r e n e s 由于三苯胺( t r i p h e n y l 锄i n e ，t p a ) 具有优良的空穴传输性能，在聚芴类 聚合物的结构单元中引入t p a 之后，会增强材料的电荷传输性，成为优良的空 穴传输材料2 1 1 ( s c h e m e1 6 ) 。 s c h e 1 6 6 浙江大学硕士学位论文 3 聚咔唑类( p o l y c a r b a z o l e s ) 聚乙烯咔唑( p v k ) 是咔唑单体经自由基聚合而制得，具有优良空穴传 输性能的蓝色发光材料，在共聚物的设计和合成中得到了广泛应用1 2 2 。丁基【2 3 】、 三氧癸烷f2 4 j 取代的咔哗单聚体就是溶解性好的优良空穴传输材料( s c h e m e1 7 ) 。 b u 。， s c h e m e1 7 4 聚噻吩类( p o l y t h i o p h e n e ) 聚噻吩是除p p v 外研究较多的又一类杂环聚合物电致发光材料。研究最多 的是在共轭基团上引入取代基的聚噻吩衍生物。3 位e 引入长链烷基的聚噻吩， 具有可溶、易于合成即稳定性好的特点。0 h m o r i 等合成了一系列的聚( 3 烷基) 噻吩【2 5 。6 1 ( s c h e m e1 8 ) ，并研究了烷基链长对发光颜色、发光亮度和发光效率 的影响，发光强度随着烷基链的增长而增加。 5 聚苯( p p p ) s 曲m e l 8 在光电应用方面，聚苯是一种比较好的材料，因为能带间隙在蓝色可见光 浙江大学硕十学位论文 波长范围内，而且热稳定性好，具有较高的荧光量子效率。但是因为它的不溶不 熔性，所以难于成膜。在早期，对于p p p 合成的研究困难在于，具有一定构型 的分子很难合成。因为经典的有机反应中，能把芳环直接连在一起的比较少，通 常的方法是在金属催化剂作用下底物进行偶联反应。最成功的两个方法是 y 锄a m o t o 反应和s u 孤k i 反应，见s c h e m e1 9 。 ) 2 肛一如一b ( ) 2 + x 一枷x 百十船一川七+ p d ( 0 ) r1 h 2 西函u c m x = b l o t f ( o r ) 2 b 一a r x 二二+ p d f o 、 n a 2 c 0 3 h 2 0 t o l u e n e s c h e m e1 9s y n t h e s i so f p p p 十a r 七 6 含硅聚合物 在兀一共轭体系中嵌入一个硅原予，可以减少共轭体系的刚性，因为硅具有 3 d 轨道，能和邻位s p 2 杂化的碳原子产生d 巾共轭而使分子链上的电子具有一定 的离域性能；硅原子的介入，从根本上改变了共轭系统的刚性结构，碳硅共轭主 链和碳碳共轭主链相比，具有一定的柔韧性，改善了化合物的溶解性，容易成膜 硅的介入，打破了原有的碳碳共轭链，存在一定程度的碳硅共轭，使得化合物的 吸收和发射光谱可以发生蓝移口”，有望成为具有高荧光效率和强度的蓝色发光 材料。 1 1 2 有机小分子荧光材料 有机小分子和聚合物荧光材料相比，各有优缺点。聚合物荧光材料的设备成 本低，器件构造简单，耐热性好。而有机小分子荧光材料容易彩色化，制作过程 = l i 江大学硕士学位论文 较容易且稳定，材料合成与提纯较为容易。因而在聚合物荧光材料发展的同时 有机小分子荧光材料也在不断地更新。 有机小分子荧光材料按材料结构可大致划分为以下几类：( a ) 具有刚性结构 的芳香稠环化合物；( b ) 某些金属有机配合物；( c ) 丁二烯类化合物；( d ) 具有共 轭结构的分子内电荷转移化合物。其中( d ) 类具有较好的辐射衰变能力，是目 前研究得最为广泛和活跃的一类。当该类材料吸收能量被激发而处于激发态时， 分子内原有的电荷密度分布发生了变化，发生了分子内光诱导电荷转移 ( i n 眦0 1 e c u l a rc h a r g et r a n s f e r ，i c t ) ，引起分子激化，使其电荷密度分布主 要集中于分子的两端，从而不容易发生光异构化反应，因此成为一类有较高荧光 量子产率的化合物。 1 芳香稠环化合物 芳香稠环化合物具有较大的共轭体系，较大的平面及刚性，因此它们是一类 重要的有机荧光分予。近些年来，这方面的研究工作主要是集中在花【2 8 】( 化合 物1 1 ) 及其衍生物上( s c h 咖e1 1 0 ) 。 1 1 r s c h e m e1 1 0 a ： r = h ，c h 3 球。：r = 弋呲 b u c ：r = 花的最大激发波长为4 7 4 栅，最大发射波长为5 8 0n m ，s t o k e s 位移很大 因此已经被广泛用于激光领域。化合物1 2 a 最早在二十世纪初期就儿经被发现， 它们具有蓝色的荧光，常用于燃料着色以及汽车油漆中。1 2 b ，1 2 c 是在取代基 浙江大学硕士学位论文 中引入芳基，增大了分子的刚性，而它们的量子产率几乎接近于l 。此外，如果 将些水溶性的基团引到亚胺的氮原子上，则可以制得水溶性的荧光材料，从而 用于生物科学中的荧光探针。 2 金属配合物 许多配体分子在自由状态下不发光或发光很弱，形成配合物后转变成强发光 物质2 9 1 。如8 羟基喹啉是一个在分析中常用的配位试剂，荧光量子产率极低 几乎可以认为不发荧光。在其与a 1 3 + 配位之后形成的8 一羟基喹啉铝就具有很好的 荧光性能，目前已经成为电致发光中的明星分子。此外，8 羟基喹啉还能与b e 、 g a 、i n 、s c 、n l 、z n 等金属离子形成发光配合物。这是因为形成配合物后，配 体的结构变得更为刚性，从而大大减少了无辐射跃迁几率而使得辐射跃迁几率得 以显著提高。某些s c h 肿碱类配体【3 0 】及杂环衍生物分子所形成的配合物也可以形 成很好的发光配合物( s c h e m e1 1 l ，化合物1 3 ) 。 o 还有一类配合物发光机理是源于金属离子隔断了配体分子中的光致电子转 移而增强了荧光辐射跃迁。因此，某些自由状态下不发光的配体可以用作特定离 子的分析试剂或探针分予。如化合物1 4 ( s c h 咖e 1 1 1 ) 可以选择性地与k + 配合 在形成配合物后，将可以检测到香豆素基团的强荧光发射3 2 1 。这类分子的研究 1 r 。l 埘 _ l m 陆 浙江大学硕士学位论文 正成为一个热点之一是因为它们可以用以探测体液中某些关键离子浓度，为生物 学和医学上解决许多关键问题提供便捷的条件。 3 丁二烯类化合物 1 9 9 4 年j m f l o u m o y 等合成了一系列1 ，1 ，4 ，4 四苯基1 ，3 一丁二烯( t p b ) 及 它的衍生物( 化学结构如s c h e m e1 1 2 所示) 。并对这些化合物进行了性能表征。 测了它们的荧光量子产率、衰变时间、吸收光谱和发射光谱。此外他们还进行了 这些化合物在偏三甲苯中的溶解性。发现这些参数和衍生物取代基的种类，数目 和位置相关。和1 ，1 ，4 ，4 一四苯基1 ，3 丁二烯相比，由于重原子猝灭的缘故，溴代衍 生物的荧光量子产率和荧光衰变时间都相应减少。不对称烷基化的衍生物虽然增 强了可溶性，但荧光量子产率和荧光衰变时间减少得比溴代衍生物更明显。增加 苯环可以增加荧光量子产率，并能延长荧光衰变时间。相对脂肪族溶剂来说，芳 香族的溶剂容易导致荧光猝灭。 r 1 r 5 r 1 ，r 3 ，r 4 ，r 5 = h b r ，m e ，p r o h e x ，p h r 22 hb r s c h 蛐e1 1 2t p ba n di t sd e r i v a t i v e s 2 0 0 4 年k e n i c l l i ml t 锄i 等3 4 发展了一种合成四苯基丁二烯类荧光材料的反 应，即芳基乙烯基( 2 - 吡啶) 硅烷的h o m o c o u p l i n gr e a c t i o n ，并用c u i 和c s f 连接 ( 合成路线如s c h e m e1 1 3 所示) 。在反应当中他竹 观察到2 一吡啶基团强的弓 一 一 彤参 浙江大学硕上学位论文 导作用。乙烯基( 2 一毗啶基) 硅烷先和芳基卤代物发生m i z o r 0 1 【i h e c k 反应 生成中间产物，然后通过h o m o c o u p l i n gr e a c t i o n 可以制得立体选择性好的多取 代丁二烯。从相关的小分子化合物库里面有可能发现一系列具有荧光性能的丁二 烯衍生物，用于荧光全色显示。 n “ 殄s j 划 m e 2 a r l x p dc a t e 1 3 n n 4 沁 a r 瓜s i 足 m e 2 g 地g 箭l a _ 认夕a s c h e m e1 1 3 4 具有共轭结构的分子内电荷转移化合物 a 产- x a r 2 p dc a t e t 3 n n “沁 、分s i 火 土一m e 2 i g 地g 箭i a r l a 人矿、乒w 土一 给电子体( d o n o r ) 与受电子体( a c c e p t o r ) 共轭的分子处于激发态时，分 子内原有的电荷密度分布发生了变化，发生了分子内光诱导电荷转移( i c t ) ， 引起分子激化，使其电荷密度分布主要集中于分子的两端，从而不容易发生光异 构化反应，是一类有较高荧光量子产率的化合物。 1 1 芪类化合物 芪类化合物具有共轭结构，它不像分子内两个苯基间仅存在微小相互扰动的 1 ，2 二苯基乙烷衍生物那样，在光照时发生的仅是分子内的局部激发，进而产生 分子内基团问的电子转移导致荧光猝灭。而相反的，它在光照时发生的是分子整 体的激发，进而引起分子内的电荷转移，发出荧光或通过双键的变化形成另一物 浙江大学硕上学位论文 质。芪类化合物是用于荧光增白剂中数量最多的荧光材料，同时也被应用于太阳 能收集领域及染料着色领域。 当化合物吸收光被激发而处于激发态时，分子内原有的电荷密度分布发生了 变化。l 印o u y a d e 等发现1 3 5 j ( s c h e m e1 “) ，化台物1 5 ( m = o t 0 i ) 激发态的 电荷密度集中于双键部分，而化合物1 6 ( 0 = 0 0 3 ) 由于发生了分子内的光诱导 电荷转移，引起分子极化，因而其电荷密度分布主要集中于分子的两端。正因为 如此，化合物1 5 容易发生光异构化反应，使之从反式转变为顺式。而化合物1 6 则不易发生光异构化反应因而m 增大。化合物1 7 的0 值达0 7 ，它在苯中中= 4 3 0 m ，o = 5 9 0 蛳。当将分子内苯基问的两个单键通过桥键连接使之不能转动，仅 保留其中的双键处于自由状态( 如化合物1 8 ，m = o 0 2 ) ，其m 值出现了大幅 度的下降，而如双键和单键同时阻止起来，仅留了一个单键处于自由状态时( 如 化合物1 9 ，m = o 7 4 ) ，则其o 值有很大程度的提高。l 印o u y a d e 的研究表明， 具d a 电子结构分子内共轭的芪类衍生物分子激发态的衰变过程中，只有双键 的存在是一种极重要的非辐射衰变通道，它强烈地影响着化合物西值的大小。 因此如何设法阻止双键的异构化，就成为了设计具有较高o 值的荧光材料的重 要思想之一。 9 n 洲 旬飞岔慨 2 ) 香豆素衍生物 s c h e m e1 1 4 n 浙江大学硕士学位论史 香豆素衍生物荧光材料在品种和数量上仅次于芪类化合物。它可用作如激光 染料，荧光染料，太阳能收集材料等，荧光量子产率很高。从其分子结构( s c h 哪e 1 1 5 ，化合物1 1 0 ) 中可以看出，香豆素衍生物是由肉桂酸内酯化而成，即通过 内酯化过程使肉桂酸酯双键被阻止起来，从而使原来荧光量子产率较低的肉桂酸 酯转变成为荧光量子产率较高的香豆素衍生物。 通过对香豆素母体进行化学修饰，可实现可见光区域内连续的波长变化。常 用的香豆素类激光染料的基本分子结构如s c h e m e1 1 5 ( 化合物1 1 1 ) 所示。这 类分子一般在母体的3 位和7 位有苯并唑基和胺基等不同的取代基，与香豆素的 内酯环形成d - a 电子体系，荧光一般为蓝绿黄绿色。目前，已有报道将香 豆素作为发光材料用于有机e l d ( e l e c t m l m i r i r s c e n td e v i c e ) ，获得了蓝绿 红色发光【3 6 j 。但是，香豆素类衍生物往往在溶液中才具有高的荧光量子产率， 而在固态下容易发生荧光猝灭。因此，在用作发光材料时，多采用掺杂的方式 1 3 7 ，3 8 】 r 、n r s c h e m e1 1 s x = s 0 ，n 3 、毗唑啉衍生物 吡唑啉衍生物( s c h e m e1 1 6 ) 是由苯腙类化合物通过环化而得到的。因为 环化导致苯腙内双键的受阻从而使这类化合物表现出强的荧光发射p ”。这类化 合物由于在溶液中可以吸收3 0 0 一4 0 0m n 的紫外光，发出很强的蓝色荧光，从而 被广泛用于荧光增白剂。另外， 扫于这类化合物分子巾具有给电性的氮原子可以 9 叫l 浙江大学硕士学位论文 参与共轭，具有一定的光电子特性而被作为复印材料中的空穴传输材料等领域 蚰】。该类化合物可以作为一个信息传递的机制性部件【4 l 】。它是一种强荧光物质 1 ，3 位苯基与中心吡唑啉基共轭，构成分子内共轭的电荷转移体系。其中1 位n 为电子给体，而3 位c 则为电子受体，处于5 位的苯甲酸盐与上述共轭体系相 互隔离，彼此间只能通过非共轭的c 单键而发生经过键的电子转移。当化合物 处于酸性条件下，5 位的苯甲酸盐变为具有拉电子能力的苯甲酸基，此时经激发 后的l 位n 处的电子可经过c 单键与苯甲酸问发生电子转移而使其荧光猝灭 相反，如处于碱性条件下，则5 位苯甲酸盐成为推电子基而使它的荧光大大增强。 s c h e m e1 1 6 n a 4 ) 1 ，8 一萘酰亚胺衍生物 这类荧光材料色泽鲜艳，荧光强烈，已被广泛用于荧光染料和荧光增白剂、 金属荧光探伤、太阳能收集器、液晶显色、激光以及有机光导材料之中。它的通 式可用1 1 2 表示( s c h e m e1 1 7 ) 。将1 1 2 重氮化后加以修饰制得的1 1 3 和1 1 4 它们具有良好的光牢度，并且耐升华，色彩饱满艳丽【4 2 1 。若在1 1 2 中引入磺酸 基、羧基、季铵盐，则可以制得水溶性的荧光材料。若在1 1 2 中引入芳基或杂 环取代基，则能有效地提高荧光量子产率，同时使分子的荧光光谱向妖波方向偏 移。如1 1 5 a 在固态或碳氢化合物溶液中均有强烈的黄绿色荧光。而在萘环的4 位和5 位引入给电子基或吸电子基，则可得到桔色甚至深红色的荧光材料，如 1 1 5 b 和1 1 s c 。若在1 1 2 巾引入可聚合的双键，则可将其高分子化。如1 1 6 具 浙江大学硕上学位论文 有较好的耐水和耐有机溶剂的牢度。 躐一一玲u 剁琰一一 ：8 幻。驳 5 1 1 6 a r 2hr 2 2h r ： 一n ( c h 3 ) 2 一n ( c 2 h 5 ) 2 ：嚣譬警一o c r 1 = c ir 2 ；c lu s c h e 1 1 7 1 4 5 1 蒽醌衍生物 蒽醌( 或葸酮) 类荧光分子是以蒽醌为中间体制得的。它们一般分子量大、 结构复杂，具有良好的耐光、耐溶剂性能，稳定性较好。如化合物1 1 7 ( s c h e m e 1 1 8 ) 是一种天然色素，具有艳丽的蓝光红色，化合物1 - 1 8 则呈现红光黄色，它 们均可作为日光荧光染料。 p h n 太n 带洲$ 1 1 7 s c h e m e1 1 8 6 1 以三苯胺为母核的多支链化合物 1 1 8 这类荧光分子一般是以三苯胺为母核，在一到三个苯基的4 位上引入共轭链 浙江大学硕士学位论文 的结构。其中母核三苯胺为电子的给体( d o n o r ) ，而支链端则引入吸电子基作 为电子的受体( a c c e p t o r ) 。它们一般有较高的荧光量子产率，而且表现出很好 的非线性荧光性质，如具有较大双光子吸收截面、较高的上转换激射效率和显著 的光学限幅效应等【4 3 4 6 1 ( s c h e m e1 1 9 ) ，在双光子荧光显微和成像、三维光信 息存储、光学微加工、频率上转换激射、光学限幅以及光生物学等许多领域展示 出良好的应用前景。 n 萨 m = 1 。2 3 1 2 多组分反应 溅? k ：奇 y = c n ，n 一 s c h e m e1 1 9 在过去的十年中，多组分反应( m u l t i _ c o m p o n e n tr e a c t i o n ，m c r ) 已经被普 遍的认为是合成分子多样性和复杂性的有效手段【4 7 55 1 。多组分反应是指3 个或3 个以上的起始原料进入反应，用一锅煮( o n e - p o tp r o c e d u r e ) 的方法生成一个终 产物，在终产物的结构中含有所有原料的片断的合成方法。 1 2 1 多组分反应的历史 多组分反应的历史可以追溯到十九世纪中叶。s 廿e c k e r 发表的利用醛、氨和 氢氰酸经过c c 一氨基腈中间体合成旺一氨基酸的反应可以认为是发现的第一个多 组分反应。此后发现的m c r ，多为人名反应，如m a n n i c h 反应( 1 9 1 2 年) 、r o b i n s o n 9 n b 洲p伊 飞 一鬻 玲 浙江大学硕士学位论文 托品酮合成法( 1 9 1 7 年) 、p a s s e r i n i 反应( 1 9 2 1 年) 和u 百反应( 1 9 5 9 年) 等。 m c r 向被视为奇特现象，没有引起足够的重视【5 6 j 。1 9 6 1 年u 百发表了用u g i 四组分反应( u 4 c r ) 合成的第一个化合物库，之后的几十年少有人对此产生兴 趣。2 0 世纪7 0 年代，d i v a n 幻d 等利用u 4 c r 合成了一些生物碱【6 2 】，但是m c r 方法还是一直没有得到广泛的应用。直到d 曲1 l i n g 和u 百发表了将u 一4 c r 与 a s i n g e r 四组分反应联合起来的七组分反应【6 3 】，提出了将两个m c r 联合起来建 立新的更多组分的m c r ( 1 9 9 3 年) ：k e a t i n g 等“j 和w 曲e r 等分别发表了用 u 4 c r 建立的化合物库在医药产业中的首次应用( 1 9 9 5 年) ，m c r 才得到了学 术界和产业界广泛接受，发表的论文迅速增多。 1 2 2 多组分反应的特点及在合成上的优势 相比较传统的分步合成过程( & h 锄e1 2 0 ) ，这种方法最大的优势在于可以 从简单易得的起始原料开始，快速、有效地合成具有结构多样性和复杂性的化合 物以及建立相应的化合物库1 5 6 _ 6 ”。 s c h 咖e1 2 0m u l t j - s t e p ( t o p ) v s m u l t l c o m p o n e n t ( b o n o m ) a s s e m b l yo f t h es a n l ec o m p o u n d m c r 在步反应中一次形成数个甚至十多个化学键而无需分离出中间体， 减少了分离操作，提高了反应的效率，与传统的二组分反应相比其优势显而易见 而且m c r 一般产率较高，对环境污染小，反应条件温和，易于实现自动化，在 浙江大学硕士学位论文 固相和液相中均可实施，因此受到组合化学家的重视6 6 ，6 ”。m c r 使用的原料 分别为几类含有不同官能团的化合物，同一个多组分反应，只要保持含特定官能 团的类别不变，其具体结构往往可以千变万化，因而对合成具有不同结构骨架的 化合物库是非常适宜的。多组分反应对药物发现过程中先导物的发现和优化有重 要的意义，将其与药效和生物活性的虚拟筛选( i ns i l i c o ) 和体外筛选( i nv i t r o ) 结合起来，就成为一个新的强有力的新药研究工具【6 8 ，6 9 1 。用于复杂结构天然产物 的全合成，m c r 的优势也很明显，可以一步反应就得到关键的中间体或基本分 子骨架。从复杂化合物全合成的模式上讲，m c r 属于会聚式合成( c o n v e r g e n t s y r l m e s i s ) ，从少数几种结构简单的原料出发，经过一步反应就可以得到结构复 杂的化合物；而传统的有机合成是分步进行的，一个复杂天然产物的合成往往需 要2 0 步以上的反应，这种反应模式称作发散式合成( d i v c r g e ms y n t h e s i s ) 矧。 全合成中，会聚式合成总是比发散式合成优越。从反应机理上探讨，m c r 相当 于许多二组分次级反应的集合，理想的m c r 的所有原料之间及原料与中间体之 间的次级反应都是可逆反应。唯有形成目标产物的一步反应是不可逆反应。这样 就形成了将所有原料和中间体转化为目标产物的驱动力。 1 2 3a a d 反应 最近，b e l l e r 等【7 1 _ 7 7 1 发展了一种新的多组分串联反应a a d ( a m i d e s ，a l d e h y d e ， d i e n o p h i l e ) 反应( s c b e m e1 2 1 ) 。 o r ，儿n h ， o r 以h o n e - d o t s c h e m e1 2 l o n e - p o tr e a c l i o no f a na m i d e a l d e h y d e d j e n o p h i l e ( a a d ) m i x t u r e 时 胪 。冱 r r + 浙江大学硕士学位论文 反应的过程是两分子的醛和一分子的酰胺缩合生成中间体酰胺基取代的二 烯i ( s c h e m e1 2 2 ) ，并进一步和二烯亲和物进行d i e l s a l d e r 成环反应，得到产 物。这种多组分串联a d d 反应由于省去了中间体酰胺基取代的二烯的分离过程， 且生成中间体酰胺基取代的二烯的反应是可逆反应，当前面缩台反应的产物二烯 作为后一步d i e l s a 1 d e r 反应的底物被很快消耗时，推进了反应的平衡向生成二 烯的方向进行，因而使得该多组分串联反应相比较类似的多步反应显著的提高了 产率，提升了效率【7 2 7 卦。 需要说明的是，当底物采用两分子c l - c h 2 醛时，生成的中间体二烯是2 ，4 位 取代的。如果底物选取，p 一不饱和醛后，则可以对二烯上其他两个位置进行变换， 生成1 ，2 ，3 ，4 四取代的丁二烯，从而更一步丰富该化合物库【7 2 】。 。冒 r ，j l n h ： 尺u h 些尘 p h o o r 2 v 仝hr 、儿n h 2 o r 乙入n 儿r 1 h 卤唾一+ 电i圈_ 碡i r 档h 丝甲一亵i s c h e m et - 2 2i ns i t uf b r r n a t i o no f _ a c y l a m i n o d i e n e sa n df 0 】l o u pd i e l s - a l d e rp r o d u c t s 浙江大学硕士学位论文 b e l l e r 等采用几种不同的二烯亲和物合成几类化合物。 1 用等当量的马来亚酰胺来作为二烯亲和物，得到的产物是六氢异吲哚1 ，3 一二 酮( s c h e m e1 2 3 ) ： t s a a c 2 0 ，n m p 1 2 0 2 4h s c h e1 2 3 h 2 ，用过量的马来亚酰胺生成了四环的复杂加合物删( s c h e m e1 2 4 ) + a ，e c | 枭 3 以马来酸酐作为二烯亲和物，得到的是重排的产物( s c h e m e1 2 5 ) ： o r 1 j l h a i d e h v d e t s a n ， 1 2 0 2 4h 尺 s c h e1 2 5 4 当二烯亲和物为丙烯腈时，得到了相应的芳烃衍生物( s c h e m e1 2 6 ) ： o r 1 j l h + a y d e f c n t s a n 咿 1 4 0 4 8h s c h e m e1 2 6 2 1 r 1 o 人n h c n 文窟 。基 融 。玲。 ，、l 。咚。 浙江大学硕士学位论文 5 炔烃的衍生物作为二烯亲和物，除了生成相应的d a 反应得产物之外，还可 以进一步脱去酰胺基，得到了相应的芳烃衍生物【7 1 】( s c h e m e1 2 7 ) ： r 1 土、n h o r ，l h + r 5 0 2 c ；罩一c 0 2 r 5 c 0 2 r 5 r 4 h c 0 2 r 5 1 2 0 2 4h a l d e h y d e s c h 蛐e 1 2 7 r 5 r 5 r 4 = h 1 2 0 2 4h r h 哂带 r 3 丫、c 0 2 r 5 h 通过a d d 反应得到的复杂加合物，可以有广泛的应用。如，将反应得到的 酰胺脱去酰基，从而得到不易制备的复杂的多取代苯胺 7 5 1 ；一些a d d 反应的产 物可以作为催化分子内反应的底物等。综上，a d d 反应是一种合成化合物库和 有机合成砌块的有效手段和方法。 1 2 4 微波在多组分反应方面的应用 微波( m i c r o w a v em w ) 又称超高频电磁波，是波长从o 1 1 0 0 c m 、频率从 3 0 0 m h z 一3 0 0 g h z ( g = k m ) 的电磁波。自从上个世纪八十年代，加拿大学者r g e d y e 等人1 7 8 l ，在家用短波炉进行了一系列有机小分子的合成研究，发现微波辐 射下的4 - 氰基苯氧离子与氯苄的s n 2 亲核取代反应可以使反应速率提高1 2 4 0 倍 并且产率也有不同程度的提高之后，用微波作为加热源促进有机反应便成为有机 化学领域中迅速发展的一个热点。几年里，有关m w 促进有机反应速度的报道 旱指数关系迅速增加例。 h42 q21 li h#酣 浙江大学硕士学位论文 与传统加热相比，由于微波具有很强的穿透作用，可以在反应物内外同时均 匀、迅速地加热，大大地提高了反应速度。通常可以提高几倍、几十倍甚至上千 倍，因而反应时间大大缩短甚至用秒来计算。此外，由于微波为强电磁波，产生 的微波等离子体中常可存在热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子。因而 可使一些热力学上不可能发生的反应得以发生。 同时，微波有机合成反应装置也由2 0 世纪8 0 年代的密封反应器发展到2 0 世纪9 0 年代的常压反应器和连续反应器，并具有了控温、自动报警等功能。 微波在有机合成中的应用不断扩大，包括环加成反应、杂环的合成、过渡金 属催化的反应、无溶剂的反应和相转移催化反应等等，几乎覆盖了合成化学的所 有领域。下面我们简要的看看微波在多组分反应方面的应用： s y a s s i 等【8 0 l 在微波条件下通过1 ，3 ，偶极环加成反应，多组分一锅法合成了1 4 个吡唑啉衍生物，产率6 0 7 5 ( s c h 哪e1 2 8 ) 。 r ：r ： + 国+ h n n h 2 l c h o s c h e1 2 8 r 1 v 黜a 等发展了一种在微波条件下无溶剂一锅法快速制备黄酮类衍生物 的方法( s c h e m e1 2 9 ) ，产率为7 1 8 8 。由于反应不需要溶剂，和其他合成方 法相比，体现出更好的环境友好性。 c h oc h 0 + ( ：攀詈 浙江大学硕士学位论文 u s y a t i n s k y 等8 2 1 在微波条件下，发展了一种无溶剂的固相支载的制备取代了 的咪唑的方法( s c h e m e1 3 0 ) 。用该方法得到的咪唑的衍生物未经纯化的纯度 为7 5 8 5 ，基本达到了生物活性筛选的要求。且该方法不需要溶剂，避免了常 规方法中溶剂回流带来的酸性环境。另外，在微波条件下，反应的时间从常规报 道的4 小时减少到几分钟。 r ，兄h + ，删：罴 s c h e m e1 3 0 r a n u 等删报道了再微波条件下，由n ，b 不饱和羰基化合物、伯胺和硝基乙 烷合成全取代的吡咯环的方法( s c h e m e1 3 1 ) 。 r 文轧孵m + 翌 r 轧孵m + 詈 0 。 s c h e m e1 3 l v a n n a 等圳发展了微波促进下