新型Aza-BODIPY类近红外共轭荧光染料的合成与光物理性质研究

Aza-BODIPY-based fluorescent dyes are developed in the past ten years, they are relatively new fluorescent compounds which attracted much attention. On the basis of the research status at home and abroad, through reasonable design, to synthesize novel Aza-BODIPY near-infrared dyes with long-wavelength fluorescence emission and high fluorescence quantum yield. We will plan to carry out the work from the following three aspects: (one) to develop the parent structure of Aza-BODIPY, namely to fix the benzene rings in 3, 5 positions of Aza-BODIPY, then the molecular structure tends to be flat, it is thus more conducive to the delocalization of the electron, so the absorption and emission bands will red-shift and the fluorescence quantum yield will increase; (two) to introduce active functional groups on the periphery of the above dye, then we will modify the periphery of the compound , and thus get the molecules with specific functions; (three) to modify the periphery of the Aza-BODIPY parent dyes, we will introduce the large conjugated units into the 1, 3, 5, 7 positions of Aza-BODIPY, it will increase the degree of molecular conjugation, and thus the spectral bands will red-shift and the fluorescence quantum yield will be improved.

Aza-BODIPY 荧光染料是近十年才发展起来的并受到广泛重视的一种较新的荧光化合物。本项目在国内外研究现状的基础上，通过合理的设计，合成新型具有长波长荧光发射和高荧光量子产率的Aza-BODIPY类近红外染料，拟从以下三个方面展开工作：（一）对Aza-BODIPY的母体结构进行拓展，即固定Aza-BODIPY母体结构中3、5位的苯环，使其分子的结构趋于平面化，从而更加有利于电子的离域，使谱带红移，提高荧光量子产率；（二）对上述染料外围引入活性官能团，对其进行外围的功能化修饰，得到具有特定功能的分子；（三）对Aza-BODIPY染料母体的外部进行合理修饰，将大的π共轭单元引入到染料母体的1、3、5、7位，增加分子的共轭程度，使谱带红移，提高荧光量子产率。

有机硼络合物荧光染料在许多高科技光电材料领域表现出极大的应用前景，因此设计合成具有优异溶液态/固态发光性能的可见/近红外有机硼络合物荧光染料体系受到了广泛的关注。我们在目前国内外研究现状和前期探索的基础上，通过合理设计，合成了具有良好溶液态/固态发光性能的新型Aza-BODIPY及其类似物有机硼络合物可见/近红外荧光染料，并对它们的光物理性质进行了深入研究。取得了以下研究成果：（一）对Aza-BODIPY 染料及其类似物BOPHY的母体骨架进一步刚化修饰，使分子刚性更强，从而使分子的光谱带红移程度更加显著，同时提高分子的荧光量产率，构筑具有新型结构的长波长可见/近红外荧光分子；（二）对Aza-BODIPY及其类似物的外围进行功能化修饰，合成了长波长阴离子CN-、F-和阳离子Hg2+、Cd2+的荧光探针，并且对这些荧光探针的荧光传感能力进行了深入的测试；（三）利用大共轭单元 (如咔唑，芴，吩噻嗪，三苯胺) 对Aza-BODIPY 染料的母体骨架进行外围修饰，通过适当引入电子给体和延长分子的共轭长度来使染料的光谱带发生红移，构筑具有新颖结构和良好光学性质的Aza-BODIPY 近红外染料；（四）设计合成了一系列芳基（三苯胺、咔唑、四苯乙烯、四苯基丁二烯）功能化的BODIPY类似物β-二酮硼或β-酮亚胺硼络合物，这些电子给受体型分子拥有着独特的电荷转移跃迁 (ICT) 发射。同时，这些硼络合物荧光染料表现出了显著的聚集诱导荧光 (AIE) 特性、高的固态荧光量子产率和高对比度的压致荧光变色性质。这些有机硼络合物的优异AIE和压致荧光变色性质使其在记录，压力感测和刺激响应发光材料等方面有着很好的应用前景。这为设计合成新型具有AIE和压致荧光变色性能的材料提供了有效的路径。