博碩士論文 101223004 詳細資訊




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姓名 簡薇(Wei Chien)  查詢紙本館藏   畢業系所 化學學系
論文名稱 含咔唑、芴及茚并喹喔啉等雜環單元之共軛染料分子的合成 與其非線性光學性質探討
(Synthesis and Nonlinear Optical Properties of Novel Heterocyclic Chromophores Based on Carbazole, Fluorene and Indenoquinoxaline Structures)
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摘要(中) 本論文成功合成出具有茚并喹喔啉(indenoquinoxaline)之模型分子,分為四個系列,探討染料分子的分歧數不同、推拉電子基團不同、共軛長度、推拉電子基之強度不同…等與雙光子吸收效能之關聯性,由線性光學可測得其最大吸收波長,再以此波長測得其螢光放射波長,可藉由結構的不同探討其紅移或藍移可能發生的原因,不同之結構造成的非線性光學也有所不同,實驗上利用飛秒脈衝式雷射來激發模型分子,測得其螢光以實驗證明為雙光子機制所誘發之螢光,經由螢光比較法,使用實驗室合成出之DFL-OXD為標準品,則可得到模型分子之雙光子激發截面積,由測得到的結果與結構,歸類出以下結論:
[1]延長共軛長度使之波長紅移,雙光子效能之表現提升
[2]若增加分子結構外圍的分支數目進而擴展成為樹狀型分子,其雙光子吸收效能可大幅度提升
[3]拉電子基團之1,3,4-oxadiazole與indenoquinoxaline雙光子激發截面的趨勢為indenoquinoxaline可使之提升程度較大
[4]增加染料分子推拉電子基交錯的情形,可使其有不錯的限幅表現。
摘要(英) Several novel series of multi-branched organic π-structures derived from functionalized carbazole and fluorene and Indenoquinoxaline units have been synthesized and characterized for their linear and nonlinear optical properties. Their linear optical properties were studied by one-photon absorption, one-photon fluorescence, fluorescence quantum yield and life time. The two-photon absorption (2PA) properties were measured by two-photoninduced fluorescence techniques with a mode-locked Ti: sapphire pulsed laser in the range of 680nm-1000nm. The compound 6 exhibits 13123GM on 730 nm. It is also demonstrated that increasing the branch number within a molecule will lead to promoted two-photon absorptivity.
關鍵字(中) ★ 雙光子材料分子設計 關鍵字(英)
論文目次 目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
謝誌 III
目錄 Ⅳ
第一章 序論 1
1-1雙光子吸收過程原理 1
1-2雙光子吸收材料的應用 1
1-3雙光子吸收材料研究進展 2
1-4雙光子吸收材料之分子設計概念與文獻回顧 2
第二章 本論文模型分子設計與合成 10
2-1本論文模型分子之研究動機 10
第一系列 以咔唑為中心之多分岐染料模型分子 10
第二系列 非對稱型之樹狀分子(延長外圍共軛長度) 12
第三系列 非對稱型之樹狀分子(改變推拉電子基團) 16
第四系列 非對稱型之樹狀分子(延長頭端共軛長度) 19
2-2本論文模型分子之合成途徑 20
第一系列 以咔唑為中心之多分岐染料模型分子 20
第二系列 非對稱型之樹狀分子(延長外圍共軛長度) 24
第三系列 非對稱型之樹狀分子(改變推拉電子基團) 27
第四系列 非對稱型之樹狀分子(延長頭端共軛長度) 29
第三章 光學性質探討 32
3-1光學測量簡述 32
線性吸收光譜 32
線性螢光光譜 32
螢光量子產率 33
螢光生命期 34
光穩定性 34
飛秒時域之雙光子激發截面光譜 35
奈秒時域之有效光學限幅 36
3-2光學測量光譜及數據 37
3-2-1第一系列 以咔唑為中心之多分岐染料模型分子 37
3-2-2第二系列 非對稱型之樹狀分子(延長外圍共軛長度) 43
3-2-3第三系列 非對稱型之樹狀分子(改變推拉電子基團) 52
3-2-4第四系列 非對稱型之樹狀分子(延長頭端共軛長度) 59
3-3各系列模型分子雙光子激發截面積之探討 64
3-3光學性質結果與討論 71
第四章 實驗部分 72
4-1 分子合成所使用藥品與溶劑 72、73
4-2 化合物詳細合成步驟 73
(1) 本論文中間物之詳細合成步驟 73
(2) 本論文最終產物之詳細合成步驟 113
第五章 附圖 128

表目錄
表3-1:第一系列分子之最大吸收波長、發射波長、量子產率及螢光生命期 40
表3-2:第二系列分子之最大吸收波長、發射波長、量子產率及螢光生命期 45
表3-3:第三系列分子之最大吸收波長、發射波長、量子產率及螢光生命期 55
表3-4:第四系列分子之最大吸收波長、發射波長、量子產率及螢光生命期 62
表3-5:各模型分子之單位分子量所提供之雙光子激發截面值、單位π電子數所提供之雙光子激發截面值、單位有效π電子數所提供之雙光子激發截面值 70


圖目錄
圖1-1:單光子及雙光子吸收過程之示意圖 1
圖1-2:CaF2:Eu2+受到紅寶石脈衝式雷射激發出螢光示意圖 2
圖1-3:CaF2:Eu2+螢光與入射光強關係圖 2
圖1-4:Paras N. Prasad 研究團隊提出分子設計之概念 3
圖1-5:Marder 與Perry 教授之研究團隊所提出分子設計之概念 4
圖1-6:多維分子設計之概念 5
圖1-7:Charles W. Spangler在Opt Lett.發表第一個雙光子樹枝狀結構之分子示意圖 5
圖1-8:Paras N. Prasad 在J. Phys. Chem. B中發表結構之分子示意圖 6
圖1-9:Paras N. Prasad 在Chem. Mater.中發表結構之分子示意圖 7
圖1-10:Charles W. Spangler在J. Phys. Chem. B發表結構之分子示意圖 8
圖2-1:實驗室2011年發表在Tetrahedron Letters 中心為雙鍵之分子結構圖 10
圖2-2:實驗室2014年發表在Chem. Asian J. 外圍以參鍵作為連結之分子結構圖 11
圖2-3:第一系列模型分子之分子結構及其代號 11
圖2-4:實驗室2012年發表在Tetrahedron 以非對稱樹狀型為主之結構圖 12
圖2-5:實驗室2013年發表在Chem. Eur. J. 對稱樹狀型之結構圖 13
圖2-6:實驗室2014年發表在J. Mater. Chem. C. 對稱樹狀型之結構圖 13
圖2-7:第二系列模型分子之分子結構及其代號 14、15
圖2-8:第三系列模型分子之分子結構及其代號 16
圖2-9:第三系列分子結構與第二系列模型分子(3)、(4)之關係比較圖 17、18
圖2-10:第四系列模型分子之分子結構及其代號 19
圖2-11:第一系列 Scheme 1 20
圖2-12:第一系列 Scheme 2 20
圖2-13:第一系列 Scheme 3 22
圖2-14:第一系列 Scheme 4 22
圖2-15:第一系列模型分子之合成 23
圖2-16:第二系列 Scheme 1 24
圖2-17:第二系列 Scheme 2 25
圖2-18:第二系列模型分子之合成 26
圖2-19:第三系列 Scheme 1 27
圖2-20:第三系列模型分子之合成 28
圖2-21:第四系列 Scheme 1 29
圖2-22:第四系列模型分子之合成 30
圖3-1:本論文量測光穩定性之實驗裝置圖 34
圖3-2:本論文量測雙光子螢光光譜之實驗裝置圖 35
圖3-3:本論文量測光學功率限幅之實驗裝置圖 36
圖3-4:第一系列分子結構示意圖 37
圖3-5:第一系列分子吸收光譜圖 38
圖3-6:第一系列分子單光子激發螢光光譜圖 39
圖3-7:第一系列化合物光穩定性之吸收光譜 40
圖3-8:第一系列化合物光穩定性之螢光光譜 41
圖3-9:第一系列分子於飛秒時域之雙光子截面光譜圖 42
圖3-10:第一系列分子雙光子激發螢光光強度與激發光源強度關係圖 42
圖3-11:第一系列化合物(2)奈秒時域非線性光學功率限幅表現 43
圖3-12:第二系列分子結構示意圖 44
圖3-13:第二系列分子吸收光譜圖 46
圖3-14:第二系列分子單光子激發螢光光譜圖 47
圖3-15:第二系列化合物光穩定性之吸收光譜 49
圖3-16:第二系列化合物光穩定性之螢光光譜 50
圖3-17:第二系列分子於飛秒時域之雙光子截面光譜圖 51
圖3-18:第二系列分子雙光子激發螢光光強度與激發光源強度關係圖 51
圖3-19:第二系列化合物 (3)、(6)奈秒時域非線性光學功率限幅表現 52
圖3-20:第三系列分子結構示意圖 52
圖3-21:第三系列分子吸收光譜圖 53
圖3-22:第三系列分子單光子激發螢光光譜圖 54
圖3-23:第三系列分子於飛秒時域之雙光子截面光譜圖 55
圖3-24:第三系列分子雙光子激發螢光光強度與激發光源強度關係圖 56
圖3-25:第三系列分子結構與第二系列模型分子(3)、(4)之關係比較圖 57、58
圖3-26:第四系列分子結構示意圖 59
圖3-27:第四系列分子吸收光譜圖 60
圖3-28:第四系列分子單光子激發螢光光譜圖 61
圖3-29:第四系列化合物光穩定性之吸收光譜 63
圖3-30:第四系列化合物光穩定性之螢光光譜 63
圖3-31:第四系列分子於飛秒時域之雙光子截面光譜圖 64
圖3-32:第四系列分子雙光子激發螢光光強度與激發光源強度關係圖 64
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 1 (solvent: CDCl3) 129
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 2 (solvent: CDCl3) 130
mass spectrum of compound 1 (solvent: CDCl3) 131
mass spectrum of compound 2 (solvent: CDCl3) 131
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 3 (solvent: CDCl3) 132
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 4 (solvent: CDCl3) 133
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 5 (solvent: CDCl3) 134
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 6 (solvent: CDCl3) 135、136
mass spectrum of compound 4 (solvent: CDCl3) 136
mass spectrum of compound 5 (solvent: CDCl3) 137
mass spectrum of compound 6 (solvent: CDCl3) 137
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 7 (solvent: CDCl3) 138
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 8 (solvent: CDCl3) 139
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 9 (solvent: CDCl3) 140
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 10 (solvent: CDCl3) 141
mass spectrum of compound 7 (solvent: CDCl3) 142
mass spectrum of compound 8 (solvent: CDCl3) 142
mass spectrum of compound 9 (solvent: CDCl3) 143
mass spectrum of compound 10 (solvent: CDCl3) 143
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 11 (solvent: CDCl3) 144
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 12 (solvent: CDCl3) 145
mass spectrum of compound 11 (solvent: CDCl3) 146
mass spectrum of compound 12 (solvent: CDCl3) 146
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 14 (solvent: CDCl3) 147
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 15 (solvent: CDCl3) 148
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 16 (solvent: CDCl3) 149
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 18 (solvent: CDCl3) 150
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 19 (solvent: (CD3)2SO) 151
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 20 (solvent: CDCl3) 152
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 21 (solvent: CDCl3) 153
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 22 (solvent: CDCl3) 154
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 23 (solvent: CDCl3) 155
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 33 (solvent: CDCl3) 156
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 34 (solvent: CDCl3) 157
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 35 (solvent: CDCl3) 158
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 36 (solvent: CDCl3) 159
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 37 (solvent: CDCl3) 160
mass spectrum of compound 14 (solvent: CDCl3) 161
mass spectrum of compound 15 (solvent: CDCl3) 162
mass spectrum of compound 16 (solvent: CDCl3) 162
mass spectrum of compound 18 (solvent: CDCl3) 163
mass spectrum of compound 19 (solvent: (CD3)2SO) 164
mass spectrum of compound 20 (solvent: CDCl3) 165
mass spectrum of compound 21 (solvent: CDCl3) 165
mass spectrum of compound 22 (solvent: CDCl3) 166
mass spectrum of compound 23 (solvent: CDCl3) 166
mass spectrum of compound 33 (solvent: CDCl3) 167
mass spectrum of compound 36 (solvent: CDCl3) 167
mass spectrum of compound 37 (solvent: CDCl3) 168
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 45 (solvent: CDCl3) 169
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 46 (solvent: CDCl3) 170
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 47 (solvent: CDCl3) 171
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 48 (solvent: CDCl3) 172
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 49 (solvent: CDCl3) 173
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 50 (solvent: CDCl3) 174
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 51 (solvent: CDCl3) 175
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 52 (solvent: CDCl3) 176
mass spectrum of compound 46 (solvent: CDCl3) 177
mass spectrum of compound 47 (solvent: CDCl3) 177
mass spectrum of compound 48 (solvent: CDCl3) 178
mass spectrum of compound 49 (solvent: CDCl3) 179
mass spectrum of compound 50 (solvent: CDCl3) 180
mass spectrum of compound 51 (solvent: CDCl3) 179
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 62 (solvent: CDCl3) 181
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 63 (solvent: CDCl3) 182
mass spectrum of compound 53 (solvent: CDCl3) 183
mass spectrum of compound 54 (solvent: CDCl3) 184
mass spectrum of compound 55 (solvent: CDCl3) 185
mass spectrum of compound 56 (solvent: CDCl3) 186
mass spectrum of compound 62 (solvent: CDCl3) 187
mass spectrum of compound 63 (solvent: CDCl3) 187
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 65 (solvent: CDCl3) 188
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 66 (solvent: CDCl3) 189
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 67 (solvent: CDCl3) 190
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 68 (solvent: CDCl3) 191
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 69 (solvent: CDCl3) 192
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 70 (solvent: CDCl3) 193
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 71 (solvent: CDCl3) 194
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 72 (solvent: CDCl3) 195
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 73 (solvent: CDCl3) 196
1H-NMR、13C-NMR spectrum of compound 74 (solvent: CDCl3) 197
mass spectrum of compound 65 (solvent: CDCl3) 198
mass spectrum of compound 66 (solvent: CDCl3) 198
mass spectrum of compound 67 (solvent: CDCl3) 199
mass spectrum of compound 68 (solvent: CDCl3) 199
mass spectrum of compound 69 (solvent: CDCl3) 200
mass spectrum of compound 70 (solvent: CDCl3) 200
mass spectrum of compound 71 (solvent: CDCl3) 201
mass spectrum of compound 72 (solvent: CDCl3) 201
mass spectrum of compound 73 (solvent: CDCl3) 202
mass spectrum of compound 74 (solvent: CDCl3) 203
參考文獻 第一章 序論
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[4] Tzu-Chau Lin, Ying-Hsuan Lee, Bor-Rong Huang, Chia-Ling Hu, Yu-Kai Li,
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[5] Mark G. Kuzyk, J. Chem. Phys., 2003, 119, 8327.
[6] Mark G. Kuzyk, J. Chem. Phys., 2005, 123, 194101.
指導教授 林子超 審核日期 2014-8-18
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