性能优越的光电材料——菲醌

简述

菲醌是醌类化合物的一种，分为邻醌及对醌两种类型，例如从中药丹参根中分得到的多种菲醌衍生物，均属于邻菲醌类和对菲醌类化合物。菲醌别名10-菲醌，9,10-菲醌等，具有抗氧化，抗炎，抗菌和CD45抑制剂等方面的生物活性[1]。

一般情况下，菲醌表现为橙黄色针状结晶，不溶于水，微溶于乙醇、苯、醋酸乙酯，溶于乙醚和热醋酸，在浓硫酸中溶解并呈现暗绿色。此外，菲醌与亚硫酸钠作用还会生成不稳定的亚硫酸氢盐，经进一步氧化，可得联苯二甲酸。

制备方法

以溴酸钾为氧化剂，在醋酸介质中对菲进行氧化可以制备得到菲醌。实验得到的较佳的反应条件：反应温度110℃，氧化剂配量2.25，底物菲的浓度为0.45mol/L，得到产物纯度为61.7%，产率为81.7%。实验还探索了相转移催化剂在该反应中的应用，成功地开发了KBrO₃-PTC-HAc-H₂O氧化体系，确定采用TBA(四乙基溴化铵)作为相转移催化剂，反应温度为85℃，催化剂配量为1.25%，水的配量为6%，产品产率提高到88.2%，产品纯度为61.1%[2]。

用途

（1）菲醌具有抑菌能力，可用作新型有机杀菌拌种剂，是取代汞制剂的主要新品种之一，防止谷物黑穗病、棉花苗期病等，还可作为纸浆防腐剂，经氢氧化钠处理后可制得多效能的植物生长调节剂[3-4]。

（2）菲醌修饰多孔碳纳米管制备超级电容器材料。以吡咯作为碳源，通过碳化和活化得到多孔碳纳米管，然后将菲醌(PQ)，超声处理后的多孔碳纳米管依次加入去离子水中，通过一步水热反应得到复合电极材料。所得材料是一种应用于超级电容器的材料，其具有合成方法简单，操作安全，环境友好，稳定性好等优点。将该材料用于超级电容器可实现高的比电容，良好的稳定性，优异的循环性能以及快速的可逆性。相关实验还开发了将两个组装好的对称性超级电容器串联点亮了一个电压为2 V的LED小灯，具有很高的实用性[5]。

（3）菲醌还可用于有机合成，可用来生产苯绕蒽酮。在染料合成方面，以含有丙二腈基团的菲醌为电子受体，三苯胺或N,N-二 (4-正丁基苯基)苯胺结构为电子给体的D-A-D型纯有机功能染料在可见光区域均有较宽的吸收带和发射带，其最大吸收波长分别为581和605 nm，最大发射波长分别为442和472 nm。相对于HOMO能级，丙二腈基团的引入对LUMO能级的影响更大[6]。

光电研究

有机染料作为光电功能材料的物质基础，以其丰富的化学结构，广泛的原料来源和多样的功能性，推动着整个光电领域的飞速发展。菲醌作为有机染料中醌类家族的重要一员，在光化学，电化学及有机合成等领域扮演着极其重要的角色。菲醌的邻位羰基结构和高共轭的菲平面，使其具有很好的电荷分散能力，常被作为电化学研究中的模型化合物，独特的三线态活性使其在光动力学和光化学反应中具有重要的意义。而菲醌丰富的化学性质和多样的衍生物结构使其在光电功能化合物合成中有着广泛的应用。

目前大部分关于菲醌研究工作是基于某种特定的功能，全面系统的对菲醌化学及其衍生物结构和功能间的关系研究却较少，还没有对这种化合物进行充分认识，限制了其在光电材料领域进一步发展。从菲醌的基本化学结构出发，通过对菲醌研究现状的全面总结，选择两类衍生物结构，细致地探讨了菲醌的化学及衍生物在光电功能材料领域的应用。从菲醌与邻二胺类物质反应机理出发，制备一类具有高反应活性的高分子母体材料，通过与不同共轭程度的邻二胺类物质的原位化学反应，第一次实现了对单一聚合物的化学结构，荧光性质，能级结构和电子注入性质的多重调节，一定程度上丰富了聚合物合成方法学，拓展了菲醌在合成化学中的应用。例如，菲并嗪作为一类重要的菲醌衍生物，常被作为分子内受体单元或载流子传输基元。为了充分利用其结构功能优势，将其作为共轭单元应用于宽吸收，窄禁带材料的制备[7]。

参考文献

[1]魏其艳,罗应刚,张国林.菲醌的生物活性[J].天然产物研究与开发, 2005, 17(5):4.

[2]安玉良,孟庆波.以KBrO3为氧化剂液相氧化菲制菲醌[J].冶金能源, 2001, 20(6):13-18.

[3]潘道一,罗荣,铁柏清,等.杀菌剂对泽蛙蝌蚪的毒性测定[J].湖南农学院学报, 1989, 15(4):5.DOI:CNKI:SUN:HNND.0.1989-04-010.

[4]佚名.新型有机杀菌剂—菲醌[J].农业科技通讯, 1972(9):1.

[5]赵杰,王建中,冒慧敏,等.一种菲醌修饰多孔碳纳米管超级电容器材料的制备方法及使用方法.CN202211601888.5.

[6]张新,刘杜,江华,等.新型菲醌类染料的合成及性能[J].精细化工, 2016, 33(7):5.DOI:10.13550/j.jxhg.2016.07.019.

[7]王志明.菲醌的化学及衍生物的光电功能[J].吉林大学, 2011.