含氟氮杂和氧杂(5-12元)环系列化合物的合成及性能研究

The series of fluorinated N, O-heterocyclic compounds (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12-membered ring) have shown a wide range of application as the important heterocycles. Few reports describing the synthesis of these fluorinated heterocycles are available. In this proposal, the trifluoromethanesulfonic acid perfluoroalkyldily esters, having different fluorocarbon alkyl groups, were employed as starting materials in the cyclization reaction with aromatic (alkyl) amine, diamine, alkyl diol, benzenediol to form N, O-based 5 to 7-membered ring, 8 to 10-membered medium ring, and 12-membered large ring, respectively. This appears to be an untried, but straightforward single step, route to these fluorinated heterocycles. . The flexibile and various structure of these fluorinated new moleculars make them well suited for the ideal model to investigate the physical and chemical properties of fluorinated heterocycles. They have multiple reaction sites, and further treated with chemical conversion to give a series of valuable fluorinated molecular for potential application. Introduction of the fluorinated N, O-based heterocycles into liquid crystal building block will enhance the mesophase range, increase dieletric anisotropy of liquid crystal material, and give the new fluorinated liquid crystal materials with stable performance. Syntheses N-heterocyclic ionic liquids （F>40%）by combination ionic liquid chemisty and the N-based heterocycles. These new ionic liquids display low fricaction values, difficult volatilities, high temperature resistant characteristics which suggests use as potential high temperature lubricants.

含氟氮杂和氧杂环系列化合物（5，6，7，8，9，10，11，12元环）作为一类重要的杂环分子近年已显示出广泛的应用前景，目前合成这类含氟杂环化合物的报道并不多见。本项目通过选择不同链长的氟烷基双三氟甲磺酸酯为反应原料，与芳香(脂肪)胺、二胺、二醇、二酚发生环化反应，简洁高效制备含氟氮杂和氧杂（5-7元）环、（8-10元）中环、（12元）大环，这是一种合成含氟氮杂和氧杂环系列化合物的新方法。.这类含氟新分子(5-12元氮、氧杂环)，结构变化多样，是研究含氟杂环物理与化学性质理想的模型，它们具有多个反应位点，对其进行进一步化学转化，将合成一系列有潜在应用价值的含氟分子：如引入到液晶结构单元中，能拓宽介晶相温度、提高介电各项异性，得到稳定且性能好的含氟液晶新材料；结合离子液体化学，合成含氟（F>40%）氮杂离子液体，这些新分子摩擦系数低、难挥发、耐高温，可作为潜在的高温润滑材料。

含氟氮杂和氧杂(5-12元)环系列化合物具有独特的物理和化学性质，是构建含氟官能分子的重要砌块，并成为有机氟化学研究的热点。本项目合成出一系列结构新颖的含氟氮、氧杂环化合物，将其结合材料化学与物理，发展功能导向含氟先进光电材料。合成方法学研究重点是通过双官能团化合物直接构建含氟氮、氧杂环，并对产物进行芳构化、亲电、加成、偶联等转化，获得结构新颖的含氟氮、氧杂环分子，结合液晶结构单元、引入荧光团和推拉电子体系、利用氢键和弱作用力调控分子堆积模式，实现了有机氟化学与光电材料的有效融合。. 本项目取得以下突破：1) 发展含氟杂环合成方法学，合成含氟氮、氧杂环化合物，将其转化获得含氟吡咯烷、吡咯、哌啶、吡啶酮及氮杂卓酮等新分子；2) 创造性发展出一系列结构新颖、发光颜色可调控的含氟氮杂环荧光液晶分子，实现了含氟吡咯衍生物作为核心结构并应用于先进光电材料；3) 利用含氟中环结构特征，来影响分子堆积方式，首次获得含氟中环压致变色荧光分子；4) 将含氟氮杂环液晶有机分子无机化，获得性能易调节的含氟离子液晶新材料。. 科学意义：1) 选择简洁高效的合成方法，克服直接氟化法选择性低，条件剧烈等缺点，丰富含氟杂环合成方法学；2) 结合有机氟化学、荧光及液晶材料的特点，连接含氟氮杂环荧光砌块与液晶结构单元，制备含氟杂环荧光液晶分子，为应用于自发光型高端显示材料奠定基础；3) 通过含氟中环结构特点来调控分子堆积模式，以获得压致变色新分子，体现了有机氟在发展压致变色新材料中独特的作用。. 以上工作为打造国际领先的含氟有机光电新材料研究体系提供了实验依据，推动了有机氟化学在高端光电材料中的发展和应用，无论是在化学科学还是在新材料领域均具有重要的科学意义和实际价值。