[发明专利]一种螺吡喃固态光刺激响应型化合物的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种螺吡喃固态光刺激响应型化合物，所述分子化学式如式(I)所示：本发明公开了一种含螺吡喃和四苯乙烯的固态荧光刺激响应化合物的制备方法及用途。其中螺吡喃是常见的光刺激响应分子，能够发生无色闭环体螺吡喃与有色开环体部花菁之间可逆的结构异构化，然而由于其强的分子堆积在固态不易发生上述异构化；四苯乙烯具有典型的聚集诱导发光现象，并且具有大的体积，为螺吡喃提供了自由体积有利于其在固态发生异构化；并且在四苯乙烯与螺吡喃之间引入间隔基有利于提高其发光效率。因此，本发明提供了一种固态光致变色荧光分子开关材料，该材料在光开关分子器件、防伪、光信息存储等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及有机合成领域，特别是涉及含螺吡喃体系的荧光刺激响应型化合物的制备方法和应用。

背景技术

刺激响应型材料是可感知和回应环境变化的智能材料，因其新颖的功能与广泛的应用前景而受到研究者们的青睐。具有对外界刺激，如物理刺激(温度、光、超声波、电压)，化学刺激(pH、氧化还原剂和其它特定分子如CO₂)等等响应的材料引起了人们的广泛关注。螺吡喃(Spiropyran，SP)是一类研究最广泛、最深入的有机变色化合物，能够发生无色闭环体螺吡喃(SP)与有色开环体部花菁(MC)之间可逆的结构异构化。常见的吲哚啉螺吡喃结构上是由苯并吡喃和吲哚啉两部分芳环通过一个sp³杂化的螺C原子连接而成。两部分芳环相互正交，螺吡喃分子结构上不共轭，形成无色的闭环体；在紫外光照射、热或力的作用下，螺吡喃闭环体的C-O键发生异裂、电子组态发生异构化或重排，变成两部分芳环共平面的有色开环体部花菁(Merocyanine，MC)状态，整个分子形成一个大的共轭平面；在可见光照射下，开环体系又回到闭环的SP状态。螺吡喃在聚集态的光致变色主要挑战在于其强的分子间堆积。其异构化需要大量的自由体积，以完成SP到MC的响应。而四苯乙烯(TPE)是一个非平面的共轭分子，且具有优异的聚集诱导发光AIE性能，能够提供给螺吡喃足够大的自由体积以完成异构化的转变。

基于以上这两点我们用庞大的，高度扭曲的AIE分子修饰SP可以提供显著的自由体积以促进有效的SP到MC转化。我们在两个螺吡喃分子之间通过间隔基偶联一个非平面四苯乙烯，并研究它的光刺激响应性能及AIE性能。首先，螺吡喃光开关分子被广泛的研究与应用，但常见的螺吡喃与AIE分子偶联以促进异构化的极少并且效率不高；其次，由于固态下螺吡喃强的分子堆积导致异构化困难，故此螺吡喃的异构化研究大多是在溶液状态下的，固体状态下较少。所以将具有聚集诱导发光现象的TPE分子通过间隔基引入到螺吡喃中既能提高发光效率，又能达到固态下的光异构化。

发明内容

本发明通过在两个螺吡喃之间引入具有高度扭曲的AIE分子(TPE),提供了含螺吡喃和四苯乙烯的固态荧光刺激响应型化合物的制备方法及其应用。

本发明所提供的含螺吡喃和四苯乙烯荧光刺激响应型化合物的分子结构式如下：

其中R1和R2为酯基、羟基、溴异丁基、甲基丙烯酸甲酯和烷氧基等。

上述酯基可表述为-COOR’,其中R’代表-C_nH_2n+1，n为自然数，优选1≤n≤24，更优选1≤n≤18。

上述烷氧基可表述为-OCxH2x+1,x为自然数，优选1≤x≤24，更优选1≤x≤18。

本发明还提供了上述化合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)从2，3，3-三甲基-3H-吲哚出发，通过与2-溴乙醇在氮气保护下加热回流小时反应得到2，3，3-三甲基-N-羟乙基吲哚(A)具体采用溶剂可以是甲苯、乙腈、乙醇等；

(2)将步骤(1)的产物放入烧杯中，再加入水和氢氧化钾，并在常温下搅拌分钟，有黄色油状物生成，用石油醚萃取黄色油状物，旋干并减压干燥得到化合物B；