[发明专利]具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团及合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及有机二阶非线性光学材料领域，特别涉及一种具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团及其合成方法和用途。

背景技术

随着信息时代的快速发展，使得现阶段对通信信息材料的要求越来越高。非线性光学材料因其在光通信、光电子学和光信息处理等实用领域的巨大应用前景，近几十年来一直吸引着人们的研究兴趣。目前已经商业化的二阶非线性光学材料是以无机材料为主，但无机材料存在电光系数小，相应时间长等缺陷，从而限制了其广泛应用。人们发现，有机非线性光学材料具有无机材料无法比拟的优点，比如超快响应速度(亚皮秒甚至皮秒)、低介电常数、高光损伤阈值(GW/cm²量级)、可加工性能好、相对较大的非线性光学响应(通常比无机晶体高1～2个数量级)及易加工处理等，而且有机电光功能材料可以从分子水平实现结构的设计。为了达到实用化的要求，这些材料不仅要有大的非线性光学响应，而且要同时满足器件化对其透明性、稳定性和可加工性等方面的要求。由于有机材料的非线性光学响应取决于其中发色团分子的非线性光学特性，所以设计合成兼具大的电光系数(即微观分子水平的一阶分子超极化率(β)和宏观材料的电光系数(r33))以及良好的透明性，稳定性能的二阶非线性光学发色团分子长期以来一直是最具挑战性课题之一。

目前已报道的关于二阶非线性光学发色团的专利很多，但是具有很高非线性光学系数的并不多。报道非线性光学系数较高的专利有：US6067186，CN1466583A，US7307173B1等。目前已经报道的发色团分子大都是棒状结构，在电场极化过程中，棒状结构易于聚集，导致极化效率并不高，从而导致微观一阶分子超极化率(β)转换为宏观材料的电光系数(r33)的效率偏低，因此就不能很好的满足器件化的要求。

发明内容

本发明在第一方面提供了一种具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性 光学发色团，该具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团具有以下结构：

其中，X为S或O原子；R₁为甲基或三氟甲基；R₂为烷基或苯基。

所述烷基的碳链长度为碳原子数1～10。

本发明提供的具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团(D为电子给体，π为共轭电子桥，A为电子受体)是以三苯胺以及其衍生物上引入氮原子为电子给体，以噻吩环为共轭电子桥，以2,2-二氰基叉基-3-氰基-4-甲基-5-R₁-5-R₂二氢呋喃为电子受体。

本发明在第二方面提供了一种由本发明第一方面所述的具有Y型的D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团的合成方法，包括如下步骤：

S1：将1当量4-碘代-N,N二丁基苯胺与0.1～1当量对氨基苯氰在碘化亚铜和2，2`-二联吡啶的催化下，于氮气保护下在重蒸甲苯溶剂中加热回流12～24h；反应完毕后将产物倒入饱和NaHCO₃溶液中；然后用有机溶剂萃取，干燥有机相，旋蒸和柱色谱分离，得到具有以下结构的化合物：

S2：将1当量步骤S1得到的具有式(I)结构的化合物溶于重蒸的甲苯中，在氮气保护下冷却至-70～-80℃，然后加入1～5当量的二异丁基氢化铝(DIBAL)；加完后，在温度为-70～-80℃下反应1～3h，加入饱和NH₄Cl溶液终止反应；将温度由-70～-80℃升温0℃并搅拌1～2h；之后将反应所得物倒入去离子水中，然后用有机溶剂萃取，干燥有机相，旋蒸和柱色谱分离，得到具有以下结构的化合物：

S3：将步骤S2得到的具有式(II)结构的电子给体与溴化-2-噻吩基三苯基磷和氢化钠(NaH)按照摩尔比为1：1.1：(10～20)的比例溶于重蒸THF中，在室温下搅拌8～24h；之后将反应后所得物倒入冰水中，然后用有机溶剂萃取，干燥有机相，旋蒸和柱色谱分离，得到具有以下结构的化合物：