吲哚并[2,3-A]咔唑的制备与研究

概述

吲哚并[2,3-A]咔唑的分子式与分子量为C₁₈H₁₂N₂， 256.301，相对密度约为1.4±0.1 g/cm³，闪点为269.9±13.9℃，常温常压表现为白色粉末状物质，在有机发光二极管(OLED)显示和照明具有较大的潜在应用价值[1]。

在B3LPY/6-31G(d, p)基组水平上，利用密度泛函理论(DFT)优化了吲哚并咔唑五种同分异构体的几何和电子结构。基于这五种同分异构体的几何结构下，其吸收和发射光谱的研究使用相同的基组水平并采用极化连续介质模型(PCM)下用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算。由于三种近似线性分子(吲哚并[2,3-A]咔唑、吲哚并[2,3-B]咔唑和吲哚并[3,2-B]咔唑)的电荷转移跃迁的振荡强度较大，这些异构体的发射光谱存在明显差异。基于吲哚并[2,3-C]咔唑和吲哚并[3,2-A]咔唑的构型特征，这两种同分异构体的发射谱具有高能量。比较计算结果表明，吲哚并[2,3-B]咔唑在这些分子中的振荡强度最大。这是因为当吲哚并咔唑的五种同分异构体的结构从基态变为激发态时，这些分子的分子轨道(MO)能级不同。由计算结果还得出，这五个分子适用于P型传输材料，并且每个分子的三个苯环均具有共轭效应[2]。

制备方法

吲哚并[2,3-A]咔唑的制备方法，包括如下步骤：以1,2-环己二酮，苯肼盐酸盐为起始原料，溶剂A与溶剂B作混合溶剂，在酸性离子液体催化剂存在下进行催化反应，制得所述吲哚并[2,3-A]咔唑。其中，所述溶剂A为醇类溶剂，所述溶剂B为水。该制备方法采用磺酸型离子液体作为催化剂，使得反应在低温50-80℃下即可进行，而且采用的磺酸型离子液体可回收利用，使用醇类和水的混合溶剂不属于高沸点溶剂，还能够大大提高反应收率，能够解决现有技术中存在的反应温度太高，溶剂沸点高，反应条件苛刻，能耗高的技术问题[3]。

有关研究

有机小分子发光材料由于具有良好的热稳定性，独特的光学和电化学性能而备受广泛关注。尤其是对称的多芳基小分子化合物，主体本身具有刚性的共轭结构有利于电荷有效的注入和传输，可以作为蓝色有机发光主体材料。以吲哚并[2,3-A]咔唑为原料，通过烷基化、双溴代反应和Suzuki偶联反应成功合成了五种对称双取代的吲哚并[2,3-A]咔唑衍生物。这些化合物具有高的分解温度和良好的热稳定性，荧光发射光谱均显示稳定蓝光，具有蓝光材料的潜质。以吲哚并[2,3-A]咔唑为主体，通过溴代反应，再与不同芳基硼酸发生Suzuki偶联反应，合成了八种单取代吲哚并咔唑衍生物。这些化合物的HOMO-LUMO能级差Eg在3.69-4.79 eV之间，这样宽的能级差有利于载流子的注入和传输的平衡[4-5]。

参考文献

[1]叶中华,杨佳丽,凌志天,等.含有吲哚并咔唑基团的热激发延迟荧光双极性主体材料的设计、合成及应用[J].有机化学, 2019, 39(2):7.DOI:10.6023/cjoc201807006.

[2]郭雅晶,周瑶瑶,李秀燕.密度泛函理论研究吲哚并咔唑同分异构体结构, 芳香性和光谱性质[J].原子与分子物理学报, 2019, 36(5):8.DOI:10.3969/j.issn.1000-0364.2019.05.003.

[3]朱叶峰,裴晓东,骆艳华,等.一种采用酸性离子液体的吲哚并[2,3-A]咔唑的制备方法:CN202111240908.6[P].CN202111240908.6.

[4]杨敏鑫.含氮多芳基发光小分子的合成及性能研究[D].黑龙江大学[2024-09-04].DOI:CNKI:CDMD:2.1016.188942.

[5]杨舒绪.对称多芳基化合物的合成及其性能研究[D].黑龙江大学,2016.