摘要
多环芳烃是指含两个或多个苯环的一类芳烃，作为有着独特的电子结构和较高的电子共轭程度的化合物，显示出特殊的光、电、磁性能，在有机功能材料领域有着卓越的应用前景。而一些具有特殊边缘结构的多环芳烃分子理论上会具有开壳电子基态，已成为有机光电磁性材料研究领域中的热点。由于开壳多环芳烃本身结构的限制，分子的反应活性高、稳定性差、溶解性差等因素，都限制了分子的制备及性能表征。因此，如何通过合理的分子设计，通过湿法化学合成技术来制备具有可控边缘结构开壳多环芳烃分子是目前研究领域中一个极具挑战的课题。基于此，本文设计并合成了一系列结构独特的多环芳烃，并对其光电磁学性能进行了研究。 1.设计并合成了一系列以氮原子为中心的苝衍生物，以区域选择性溴代、分子内关环及氧化脱氢为关键反应步骤，在分子末端引入2,4,6-三氯苯基大位阻吸电子基团使得分子的稳定性增加，成功制备了稳定的闭壳(Per-2N、Per-FN、Per-DFN)和开壳(2Per-FN、2Per-DFN)分子，其结构与性能经核磁共振(1HNMR)、变温核磁共振(VT-1HNMR)、紫外吸收光谱(UV-Vis)、电化学测试(CV)、电子自旋共振(ESR)、密度泛函理论(DFT)计算等手段来进行测试和辅助表征。结果表明Per-2N、Per-FN和Per-DFN是闭壳体系，2Per-FN和2Per-DFN是基态为单线态双自由基的多环芳烃体系，双自由基特征指数分别为y0=0.59和0.58，同时分子具有良好的稳定性。 2.以萘单元为骨架，通过铃木偶联、选择性溴代、分子内关环及氧化脱氢等方法，设计并合成了具有推拉结构的并环戊二烯萘衍生物(PN-2CN)。研究结果表明PN-2CN分子是具有闭壳特性的多环芳烃，分子内双取代萘环和氰基功能团构成了推拉电子结构。对分子的光学性能进行研究后发现，分子的吸收波长较同类型分子发生了明显的红移，光化学能级(EgOpt=1.34eV)较窄，为近红外染料家族增加了新的成员。 3.基于并环戊二烯萘的研究，我们设计出一种具有高自旋基态的新型Y型分子Ythrene。以单溴代的苊分子为原料，在高反应活性位点引入甲基，为避免在分子内发生五元成环反应。该分子的理论计算结果显示分子是具有开壳三线态基态的双自由基多环芳烃，期望该分子的合成能为合成稳定的具有高自旋基态的开壳三线态多环芳烃体系的构建提供参考。
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