有机光电功能材料大多数是基于共轭体系设计的,因为离域π键电子比σ键电子对外加电磁场的响应更大。任何的结构修饰都可以有效地调节其π电子数和电子云分布,进而调控其能级结构和光物理性质。在基于碳原子的有机共轭体系中引入BN单元可以利用杂原子与π共轭体系之间的电子效应和轨道相互作用,推动分子内电荷转移,从而实现对整个分子能级结构和光电性质的调控。因此,引入杂原子来构建“杂化”π体系具有重要意义。本文以基于碳原子的π共轭结构为母体,在保持分子骨架良好共面性和刚性的基础上引入硼氮单元。从BN单元的嵌入位置、数量及取向方面,研究了 BN代替CC后对多环芳烃光电性质的影响。共计合成了 17个目标化合物,得到了 14个晶体结构,通过对晶体结构详细解析,并结合理论计算对它们的光物理性质进行了系统研究,具体内容和结论如下:1、NBN嵌入型吲哚-蒽的合成、结构及光物理性质研究利用硼酸与二胺的缩合反应一锅法高效合成了 NBN掺杂的多环芳烃蒽,NBN五元环化合物表现出传统发光体的发光性质,且均呈现出较高的荧光量子产率,最高可达到97%。而NBN六元环化合物是一类新型AIE分子,具有聚集诱导发光性质。在化合物晶体结构中,蒽单元平面性维持较好,而二氮杂硼单元中N上的取代基会影响分子间的π-π相互作用,这是NBN不对称五元环化合物荧光量子产率较高的原因。有趣的是,NBN化合物表现出对溶剂极性的灵敏响应,可以特异性靶向脂滴。2、BNBNB嵌入型蒽并荧蒽的合成、结构及光物理性质研究开发了一种新型多硼掺杂的简洁策略,以NBN掺杂的多环芳烃为前体,利用吲哚型N原子导向的C-H硼化反应,一锅法高效构建了多环芳烃中的锯齿形BNBNB结构基序,得到三种嵌有BNBNB的蒽并荧蒽Antibiotic-treated mice化合物,并成功解析了 BNBNB化合物的单晶结构。在晶体结构中,BNBNB嵌入的蒽并荧蒽有着近乎完美的平面几何形状,化合物整体的共轭程度增加,伴随着化合物吸收和发射峰的明显红移。BNBNB化合物表现出对溶剂极性的灵敏响应,并未因分子过大导致透膜性差,依然可以特异性地靶向脂滴。有趣的是,BNBNB化合物还可以作为三线态-三线态湮灭驱动的上转换材料,这进一步拓展了化合物的应用。3、B(Mes)2封端型四嗪噻吩的合成、结构及光物理性质研究四嗪-环辛烯体系的反应产物通常被预测为二氢哒嗪类化合物,很少有人发现它可以芳香化为哒嗪类化合物。以四嗪和顺式环辛烯为反应原料,成功分离出iEDDA反应产物的晶体结构,结果表明它们都是哒嗪衍生物,证实了iEDDA反应直接生成的二氢哒嗪衍生物在常温下可以脱氢为芳香化的哒嗪化合物,这是脱氢四Antineoplastic and I抑制剂嗪-环辛烯产物晶体结构的第一个例子。在四嗪化合物BTz中,四嗪单元可以显著淬灭分子荧光,而当其与亲双烯体发生iEDDA反应后破坏了四嗪部分,消除了相应的暗态,化合物荧光开启。同时研究了 BTz与不同亲双烯体的反应动力学,其中与(4E)-TCO-OH的反应最快,且荧光增强约100倍。4、新型BN掺杂芘衍生物探索探索了合成新型BN掺杂芘衍生物的两条路线:一条路线是通过四配位硼氮化合物的光热转换来合成硼氮掺杂的芘化合物。合成的N,C-螯合硼化合物B(PQ)Mes2是典型的热可逆光致异构化材料,在365 nm紫外光照射下,其分子结构中的B-N键保持完整,且在苯环和脱芳构化的米基之间形成一个新的C-C键,而当给予热刺激后,结构中的C-C断裂,结构恢复。通过核磁共振氢谱分析了化合物结构的转变程度,并从结构角度分析了原因,为后续N,C-螯合硼化合物的分子设计及芘衍生物的合成提供了借鉴意义。另一条路线是以苯并喹啉为合成平台,开发了一种CP-456773抑制剂新型BN掺杂芘衍生物的合成策略,通过三溴化硼与烷基硅之间的硼硅交换反应,成功合成了单硼氮掺杂的芘衍生物BNP,这是硼与烷基硅交换反应的第一个例子,为后续硼氮掺杂芘衍生物的合成提供了另一条可行路线。