[发明专利]N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑及其合成方法

说明书

本发明公开一种N‑(6‑羟基己基)‑2‑甲氧基‑8‑硝基偶氮苯基咔唑及其合成方法，预先制备出N‑(6‑羟基己基)‑2‑甲氧基咔唑后，再将其的二氯甲烷溶液与4‑硝基苯胺的盐酸溶液、亚硝酸钠水溶液、十二烷基苯磺酸钠搅拌反应并最终制得目标产物，本发明以2‑甲氧基咔唑作为初始的反应物，通过亲核取代反应合成出N‑(6‑羟基己基)‑2‑甲氧基咔唑，再通过重氮化反应首次合成了N‑(6‑羟基己基)‑2‑甲氧基‑8‑硝基偶氮苯基咔唑，该物质具有超快非线性光学响应的同时表现出很强的非线性光学效应。

技术领域

本发明涉及非线性光学领域，具体涉及一种N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑及其合成方法。

背景技术

传统非线性光学材料主要是以KDP为代表的氧化物晶体。这类材料已经成功应用在激光变频、电光调制、光快速开关和普克尔盒等相关器件中。KTP、BBO和LBO晶体已经成为商品化的成功例子。但是它们存在一系列缺点，比如已发现LN波导由于介稳扩散过程而不能长期保留其导波特性。多数氧化物的非线性系数不高，而这些介电晶体不能和半导体集成极大地限制了它们的应用。有光效应地非线性系数是和共振相联系，因而电子激发地弛豫导致响应时间地限制和耗散现象等，这极大限制了其应用范围。有机非线性光学材料具有非线性系数大响应速度快(有机分子独特的π共轭结构可在非共轭区域产生大的光学非线性，使响应时间极短，仅取决于光脉冲的响应时间达到飞秒(fs)量级)，优异地加工成型性能，能够在分子水平上进行结构设计，以期取得最佳的非线性光学响应和其它特定的光电性质。有机非线性光学材料逐渐成为目前非线性光学材料领域的研究热点。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑及其合成方法。

技术方案如下：一种N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑，其关键在于其结构式如下：

N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑是一种含氮芳杂环化合物，刚性稠环结构使得它具有良好的稳定性，更为重要的是N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑分子内含有大的共轭体系，氮氮双键非常有利于电子的流通，这种特殊的结构使它具有优良的电子流动性能，给电子的甲氧基基团和接受电子的硝基基团使分子构成了D-π-A结构，这种结构非常有利于电荷转移。同时，烷烃链末端的羟基作为一个活性位点，能够非常方便地根据具体应用的需求进行改性。计算研究表明，N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑不同于碳基材料、高反射玻璃和半导体量子点，特殊的分子结构使得它在具有超快非线性光学响应的同时表现出很强的非线性光学效应。这表明N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑在非线性光学领域具有潜在的应用价值。

一种根据上述的N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑的合成方法，其关键在于按以下步骤进行：

(1)合成N-(6-羟基己基)-2-甲氧基咔唑：取2-甲氧基咔唑和季铵盐相转移催化剂加入有机溶剂中，搅拌使2-甲氧基咔唑溶解于有机溶剂，再加入饱和碱性溶液以及6-溴正己醇，2-甲氧基咔唑与6-溴正己醇的摩尔比为1:1.02-1.5，在45-85℃下剧烈搅拌使2-甲氧基咔唑与6-溴正己醇充分反应，然后分离得到N-(6-羟基己基)-2-甲氧基咔唑；

(2)合成N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑：将4-硝基苯胺溶解在盐酸溶液中得到4-硝基苯胺的盐酸溶液，将4-硝基苯胺的盐酸溶液在冰浴下冷却到0-6℃，缓慢滴加亚硝酸钠水溶液，保持冰浴条件磁力搅拌至溶液澄清，再依次加入十二烷基苯磺酸钠以及N-(6-羟基己基)2-甲氧基咔唑的二氯甲烷溶液，室温条件下磁力搅拌至反应完全，旋蒸除去二氯甲烷，过滤，产物用硅胶色谱柱纯化后真空干燥得到红色的N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基偶氮苯基咔唑固体。