[发明专利]一种基于呋喃的二芳基乙烯有机光致变色材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种绿色有机光致变色材料，具体来说是一种基于呋喃的二芳基乙烯有机光致变色材料及其制备方法和应用。

背景技术

自1988年Masahiro Irie首次提出双稳态二芳基乙烯的理论，二芳基乙烯便引起了人们广泛的研究兴趣。经过近30年的发展，二芳基乙烯已经在光电器件、信息存储、生物成像、传感、防伪、显示等各个邻域展现出巨大的应用价值。对于有机光致变色材料而言，信息的读写均采用全光子模式，所以设计制备高性能的有机光致变色材料一直是研究者追求的目标。光致变色现象是指一个化合物在受到一定波长的光照射时，可发生特定的化学反应获得产物，在另一波长的光照射或者热的作用下，又恢复至原来的分子结构，具有这种性质的材料就称为光致变色材料。有机光致变色材料的种类繁多，其中，二芳基乙烯衍生物分子内的1,3,5-己三烯片段在低波长光照射下可以通过适当的构象进行顺旋而形成6π–电子闭环态，这使二芳基乙烯类化合物具有良好的热稳定性(热不可逆性)、优良的耐疲劳度、高的转化率和量子产率、快的响应速度和出色的固相反应活性，众多优点使得关于二芳基乙烯类光致变色材料的研究异常活跃，并且在超高密度光信息存储、光控分子导线、分子逻辑设备及光驱动器件等光电领域展现出广泛的应用前景和旺盛的生命力。

二噻吩乙烯类化合物作为最为经典的二芳基乙烯结构，具有稳定性好，良好的抗疲劳性和双稳态特征，被广泛的研究与应用。但是，二噻吩乙烯结构中含有重原子——硫原子，限制了其在生物领域以及环保材料中的应用。因此发展新型绿色可降解的二芳基乙烯有机光致变色材料显得尤为迫切。呋喃是最简单的杂环芳香化合物之一，与噻吩具有十分相似的化学结构和电子性质。呋喃环已经广泛被用于构建π-共轭分子，呋喃衍生物具有以下的优势：(1)用氧取代硫原子一方面会降低芳香性，分子具有更多的醌式结构特征，使得π-电子更好地离域；另一方面可以降低氧化电位，使得HOMO轨道能级升高，因此有利于空穴的注入和传输。(2)噻吩含有相对重的硫原子，由于重原子产生旋轨偶合作用发生内转换(ISC)，所以导致光淬灭的问题，相比于噻吩半导体，具有更加出色的荧光性质，因此可以用来制备有机半导体发光器件，包括电致发光材料(OLEDs)和有机发光晶体管(OLETs)。(3)呋喃化合物具有较小的芳香性，分子间π-π相互作用较小，所以溶解度相对较大。(4)呋喃是生物可降解材料，可从生物可再生原料来制备，这使得它更适合大规模应用。但是由于过去人们一直误认为呋喃化合物稳定性较差(Gidron O,Diskin-Posner Y,Bendikov M.r-Oligofurans[J].Journal of the American Chemical Society,2010,132(7):2148-2150)，使得对于呋喃的研究相对噻吩较少(Yamaguchi T,Irie M.Photochromic and fluorescent properties of bisfurylethene derivatives[J].Journal of Materials Chemistry,2006,16(48):4690-4694)。相对于二噻吩乙烯材料的研究，基于呋喃的二芳基乙烯光致变色研究与应用具有更大的应用前景。因此，开发研究基于呋喃的二芳基乙烯类分子光致变色材料，研究其开关光谱性能、生物成像、结构和制备工艺，对发展多寻址光电分子开关、分子导线元件、光致变色发光器件等及其应用具有重大的现实意义。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种基于呋喃的有机光致变色材料及其制备方法和应用，所述的这种有机光致变色材料及其制备方法和应用，可以解决现有技术中的有机光致变色材料合成路线复杂、成本较高的技术问题，同时可以实现在生物显像、生物传感以及环保材料中的应用。

本发明提供了一种基于呋喃的有机光致变色材料，其结构式如通式I所示，

其中，R选自醛基、羧基、酯基、卤素、H、C₁～C₁₂烷基、烷氧基或者苯基。

本发明还提供了上述基于呋喃的有机光致变色材料的制备方法，包括如下步骤：

在反应容器中，将取代的基于二芳基乙烯的单醛类化合物，二溴环戊烯，磷酸钾，钯催化剂，N,N二甲基甲酰胺或二氧六环或四氢呋喃或甲苯，加入反应体系中，于20℃至回流温度下，反应1-12小时，得到通式I所述的二呋喃乙烯类化合物，其结构式如下所示，