含氟芳香查尔酮衍生物的合成与三阶非线性光学性质

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240208

摘要/Abstract

摘要：

合成4种查尔酮衍生物： 1-（2，3-二氟苯基）-3-（3-氯噻吩-2-基）-2-丙烯-1-酮（0208#）、1-（2，4-二氟苯基）-3-（5-苯基噻吩-2-基）-2-丙烯-1-酮（0809#）、1-（2，3-二氟苯基）-3-（5-苯基噻吩-2-基）-2-丙烯-1-酮（0808#）和1-（2，6-二氟苯基）-3-（5-苯基噻吩-2-基）-2-丙烯-1-酮（0812#）。通过核磁共振氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³C NMR）、液相色谱-质谱联用质谱（LC-MS）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光发射（EM）光谱和Z-扫描技术对化合物的结构和性质进行了表征。采用密度泛函理论方法计算获得了该4种化合物的最高占据分子轨道与最低空分子轨道能量和极化率，从轨道电子云图发现存在显著的分子内电荷转移现象。大π共轭和电荷转移的结构效应使这4种芳香基查尔酮衍生物表现出良好的三阶非线性光学性质。它们可作为非线性吸收（NLA）和激光防护候选材料，具有潜在应用前景。

关键词: 查尔酮衍生物, 理论计算, 光学性质

Abstract:

Four novel chalcone derivatives were synthesized： 1-（2，3-difluorophenyl）-3-（3-chloro thiophene-2-yl）-2-propene-1-ketone （0208#）， 1-（2，4-difluorophenyl）-3-（5-phenylthiophene-2-yl）-2-propene-1-ketone （0809#）， 1-（2，3-difluorophenyl）-3-（5-phenylthiophene-2-yl）-2-propene-1-ketone （0808#）， 1-（2，6-difluorophenyl）-3-（5-phenylthiophene-2-yl）-2-propene-1-ketone （0812#）. The structures and properties of the compounds were characterized by ¹H NMR， ¹³C NMR， liquid chromatography-mass spectrometry， ultraviolet-visible spectrum （UV-Vis） absorption spectrum， fluorescence emission （EM） spectrum and Z-scanning technique. The energy and polarizability of the highest occupied molecular orbitals （HOMO） and the lowest unoccupied molecular orbital （LUMO） of the four compounds were obtained by density functional theory， and significant intramolecular charge transfer was found from orbital electron cloud images. The combination of large π-conjugation and charge transfer makes the four aryl chalcone derivatives exhibit good nonlinear optical properties. They can be used as useful candidates for nonlinear absorption （NLA） and have potential applications.

Key words: Chalcone derivatives, Theoretical calculation, Optical properties

中图分类号:

O625.4

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图/表 6

图1 1-（2，3-二氟苯基）-3-（3-氯噻吩-2-基）-2-丙烯-1-酮的合成路线

Fig.1 Synthetic route of 1-（2，3-difluorophenyl）-3-（3-chlorothiophene-2-yl）-2-propene-1-ketone

图2 3种含氟芳香查尔酮衍生物的合成路线

Fig.2 Synthetic route of three fluorinated aromatic chalcone derivatives

图3 4种化合物（1.0×10-5 mol/L）的UV-Vis光谱（A）和荧光发射光谱（B）

Fig.3 UV-Vis absorption spectra （A） and fluorescence emission spectra （B） of four compounds （1.0×10-5 mol/L）

表1 4种化合物的分子轨道能量和极化率

Table 1 Molecular orbital energy and polarization of four compounds

Compounds	E_HOMO/eV	E_LUMO/eV	ΔE_LUMO-HOMO/eV	α（polarization）/a.u.
0208#	-6.83	-2.76	4.07	199.14
0809#	-6.13	-2.81	3.32	325.85
0808#	-6.12	-2.77	3.35	299.96
0812#	-6.13	-2.73	3.40	295.17

表2 4种化合物的三阶非线性光学吸收和折射

Table 2 Third-order nonlinear optical absorption and refraction of four compounds

Compounds	Pulse width/ps	λ/nm	Absorption coefficient 10¹³β/（m·W^-1）	Refraction coefficient 10¹⁹γ/esu
0208#	20	532	1.7	1.2
0809#	20	532	2.5	1.8
0808#	20	532	2.3	1.6
0812#	20	532	2.2	1.4

图4 4种化合物的Z-扫描曲线（左：开孔；右：闭孔）

Fig.4 Z-scan curves of four compounds（left： open-aperture； right： closed-aperture）

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