新型偕型交叉偶联反应用于多种拓扑结构聚集诱导发光材料合成

Inspired by basic scientific topics of organic condensed state photonics such as organic polymers and supermolecular conjugating systems, which is aimed to OLED, organic photovolteics and fluorescent sensing and devices, this project is to carry on geminal cross-coupling based on 1,1-dihalo-ethenes, develop the design and synthesis of genimal optoelectronic organic molecular conjugating systems as well as optoelectronic devices, explore the novel territory of electron excitation, transfer and decay in organic solids, deepen our understanding of optics-electronics conjugation, supermolecular interaction and assembly, reveal the structure-property relationship between condensed state mesostructures and optoelectronic effeciencies, tune the condensed state emission and produce optoelectronic devices for OLED and sensing applications.

聚集诱导发光自2001年唐本忠教授发现后，逐渐成为光电功能材料研究热点，开发更多聚集诱导发光材料及其制备方法势在必行。本项目着眼于面向有机电致发光、有机光伏以及荧光传感材料与器件的有机小分子和高分子共轭体系等有机凝聚态光学的基础科学问题，结合国际上有机光电子学领域发展趋势，特别是近年来国内外及本课题组在聚集诱导发光的研究基础，利用偕型同碳二卤取代烯烃预聚体进行偕型交叉偶联反应，开展以四芳基乙烯为基础的光电功能有机小分子与高分子共轭体系的分子设计、相应材料合成和光电子器件制作的研究，通过多种拓扑结构分子光电性能的比较，深入理解有机分子光电耦合、分子相互作用与组装，揭示有机分子微观聚集态结构与宏观光电特性的构效关系，对其聚集诱导发光的机理进行研究，并用来指导分子裁剪和性能调控，设计出面向有机电致发光和荧光传感等应用的光电器件。

聚集诱导发光材料在化学传感、生物成像、发光器件等方面具有广泛的应用前景。四苯基乙烯类分子是聚集诱导发光型“明星”分子，然而，受到传统合成方法的制约，其分子结构、性质的多样性和可调控程度有限。鉴于此，本项目发展了偕型交叉偶联（GCC）反应用于制备各类小分子、环状分子、线性/树枝状聚合物、多孔聚合物、聚合物纳米颗粒等聚集诱导发光型四芳基乙烯有机共轭材料，并优化了反应条件，系统研究了它们的结构、理化性质以及构效关系，方便地将经典的四苯基乙烯聚集诱导发光结构“升级”到结构和性质更丰富的四芳基乙烯，极大地扩充了聚集诱导发光材料体系。利用GCC反应强大的分子结构和功能设计能力，实现了功能性四芳基乙烯化合物的制备，进行了化学/生物传感、生物成像等应用，并率先提出了利用弱动态相互作用结合聚集诱导发光效应实现超分辨成像的新方法。GCC反应具有优异的分子剪裁和性能调控能力，在面向有机光电子器件、荧光传感、超分辨成像等方面的光电材料设计和制备方面具有重要的科学意义和使用价值。