[发明专利]一种有机三阶非线性光学材料4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐及其合成方法

说明书

 

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及到4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐的合成方法以及作为一种有机三阶非线性光学材料的应用。

背景技术

光纤通信技术是满足超大容量信息采集、处理、传输、存贮以及显示等要求的重要途径。然而，现有光纤通信系统中存在着大量用于信号切换和处理的电子装置，这些器件由于存在时钟偏移、严重串话、高损耗、响应慢等缺点，已成为限制信息运载能力提升的“瓶颈”。利用三阶非线性光学材料制备全光开关、光计算、光交叉连接器和相位复共轭器等光学元件，并将之利用在光纤通讯中可以有效地克服以上缺点。因此，三阶非线性光学材料在光信息处理、光计算、光通讯以及光限幅等领域具有广阔的应用前景，是备受人们关注的研究热点。

目前，三阶非线性光学材料可以分为无机材料、有机材料和金属有机配合物等。无机材料最早被人们研究，且已经被应用于器件研制中。但无机材料的非线性效应主要起源于材料的晶格畸变和共振吸收，响应时间往往比较长，远不能满足现代光通信技术的发展要求。此外，无机材料存在着制备工艺繁琐、可选择种类少、易潮解等缺点，极大地限制了其研究进展和实际应用。

与无机材料相比，有机材料具有非线性光学系数较大、透光范围宽、响应时间短和抗光损伤阈值高，以及易于进行分子裁剪修饰和加工性能好等优点。近年来，有机材料的三阶非线性光学性质逐渐受到人们的重视，一些性能优异的材料逐渐被开发出来，如偶氮化合物、希夫碱系化合物、酞菁卟啉类化合物、有机硫酮、二茂铁衍生聚合物等具有较大π电子共轭体系的材料，以及富勒烯、高分子聚合物和原子簇化合物等。

对有机三阶非线性光学材料而言，具有分子内电荷迁移系统的大π电子共轭结构是基本的结构特征，这也是有机染料分子的基本特征。在强激光的作用下，分子的几何弛豫起源于激发态π电子密度的瞬间变化即波函数的较大修正，整个分子激发态π电子的变化是引起非线性光学极化的关键。有机染料分子通常具有较大的π电子共轭体系，电子离域作用和电子的非简谐效应显著，光致激发容易使分子内的跃迁偶极矩增大从而呈现出较明显的三阶非线性光学效应。因此，运用有机发色体的结构模型，可以设计出具有较强光电耦合特征的三阶非线性光学材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成方法简单、反应条件温和、热学稳定较高的有机三阶非线性光学材料及其合成方法。

本发明所提供的一种吡啶盐类有机三阶非线性光学材料为4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐，其结构简式如下：

该化合物是由阴阳离子键形成的有机盐，分子结构内存在较大的π电子共轭体系。单晶衍射测试结果表明其化学式为C₁₇H₁₉N₂O₃F₃S，室温下属于单斜晶系，空间群为P2₁/C, 晶胞参数为a = 17.508(5)，b = 7.607(2)，c = 13.533(4) ?，α = 90.0°，β = 93.712(6)°，γ = 90.0°，Z = 4，V = 1798.4(10) ?³。

本发明提供了有机三阶非线性光学材料4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐的化学合成方法。将4-甲基吡啶0.01 mol、碘甲烷0.01 mol和4-二甲基氨基苯甲醛0.01 mol溶解在100 ～150 mL甲醇中，搅拌缓慢升温至65～70°C，以哌啶为催化剂进行回流反应10～12 h，溶液颜色由浅黄色逐渐变为深红色，溶液经冷却结晶、过滤、烘干后，得到4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶碘化物。温度为50°C条件下，在50～75 mL的甲醇中，0.01 mol 4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶碘化物与0.01～0.012 mol三氟磺酸银进行离子交换反应约2 h，过滤除去沉淀后的溶液经过静置、冷却结晶可得4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐晶体。

此外，将0.01 mol 4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶碘化物与0.05 mol三氟磺酸钠在水溶液中进行离子交换反应后，溶液经过静置、冷却、重结晶等处理，也可得到红色针状4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶三氟磺酸盐晶体。