CC BY
8
546.26+547.288.4+547.288.3+547.791.9+535.372 Б01: 10.33184/Ьи11ейп-Ь5и-2019.3.9
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА АЗОТСОДЕРЖАЩИХ БИСАДДУКТОВ ФУЛЛЕРЕНА С60
© З. С. Кинзябаева*, Г. Л. Шарипов
Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН Россия, Республика Башкортостан, 450075 г. Уфа, пр. Октября, 141.
Тел./факс: +7 (347) 284 27 50.
*ЕтаИ: [email protected]
Впервые изучены спектрально-люминесцентные характеристики смеси цис-2 и цис-3 бис-оксимов, бис-гидразонов и бис-триазолов фуллерена С60. Обнаружена фотолюминесценция водных растворов этих соединений с максимумами излучения при 515 (бис-оксимы), ~470, ~650 (бис-гидразоны) и 530 (бис-триазолы) нм. Максимум фотолюминесценции бис-триазолов С60 сдвинут батофлорно по-сравнению с бис-оксимами и бис-гидразонами С60. Квантовый выход фотолюминесценции для бис -оксимов Сб0 составил значение ~ 3.610-4, что согласуется с литературными данными для бисаддуктов фуллерена С60. Выявлена зависимость спектров фотолюминесценции от диэлектрической проницаемости растворителя для бис-гидразонов: квантовый выход люминесценции в ДМСО (~1.110-3) в 3 раза выше, чем в водном растворе. Среди полученных азотсодержащих аддуктов квантовый выход фотолюминесценции бис-триазолов фуллерена в ДМСО имеет наибольшее значение и составляет 1.710-2.
Ключевые слова: фотолюминесценция,
Молекула С60 имеет высокую симметрию Ь [1-3], стабилизированную системой сопряженных двойных связей, что не позволяет отнести ее к классическим хромофорам, для которых характерна яркая (с квантовым входом более 0.1) фотолюминесценция (ФЛ). При комнатной температуре фуллерен С60 в растворе толуола обладает фотолюминесценцией (флуоресценцией) в области 600-850 нм с максимумом ~700 нм [4-5] и квантовым выходом 3.2-10-4 [6-7]. Функционализация С60 понижает симметрию С60, что приводит к увеличению выхода флуоресценции. Для производных фуллерена флуоресценция зависит от характера функциональных групп и мотива присоединения аддендов к каркасу С60 [8-28]. По сравнению с флуоресценцией исходного С60 [4-5] красное смещение максимума спектра ФЛ обычно регистрируется для моно-, бис- и трисаддуктов [8-16; 18-19], в то время как синий сдвиг наблюдается для гексакис- [22], октакси- [24] и декакисаддуктов [24; 26]. Есть примеры синего смещения спектров испускания для моноаддуктов фуллерена, содержащих пиразолиновые (Хтах= ~430 и 760 нм) [17] и кумариновые (Хтах = 340-520 и 670-800 нм) [29] фрагменты, а также для водорастворимого комплекса С60 с у-циклодекстрином (Хтах= 440 и 710 нм) [30]. Что касается бисаддуктов, то цис-2 [15], е- [10; 15-16], транс-2 [10; 16], транс-3 [10; 16] и транс-4 [18] бисаддукты имеют интенсивную полосу флуоресценции при ~700 нм и менее интенсивный максимум при ~780 нм. У региоизомеров цис-3 [19] и транс-1 [15] появляются дополнительные максимумы при 745 и 770 нм.
Большинство моно- и бисаддуктов С60 имеют близкие к исходному фуллерену квантовые выходы, с максимумом люминесценции в ближнем инфракрасном диапазоне (700-1000 нм) [8-17; 31].
бисаддукты С6а оксимы, гидразоны, 1,2,3-триазолы.
С увеличением количества аддендов на каркасе фуллерена увеличивается квантовый выход этих производных. Так, были синтезированы гексаки-саддукты фуллеропирролидина с квантовыми выходами 0.020-0.024 (Сах = 550 нм) [22], что позволило изготовить светодиода белого света на его основе [23]. Квантовые выходы декаарилфуллере-нов достигают значений 0.18 [24; 32] и 0.21 [25-26]. Гексакисаддукт фуллеропирролидина С60, содержащий фенилфлуореновые заместители, имеет рекордное значение квантового выхода флуоресценции 0.69 (!тах = 414 нм) [33]. Дальнейшее развитие работ по синтезу люминесцентных производных фуллерена С60 с высокими квантовыми выходами связано с созданием высокоэффективных светодиодов. К тому же, модификация С60 открывает возможности получения новых люминофоров, излучающих свет в широком диапазоне длин волн. Важным аспектом при применении производных фуллеренов в оптических устройствах является их большая растворимость в органических и неорганических растворителях по сравнению с исходным С60 [34].
Известно, что бисаддукты С60 нашли применение в составе фотовольтаических устройств [35], жидкокристаллических мезоморфных материалов [36], в медицине бисаддукты фуллерена осуществляют доставку лекарств [37], используются для фотодинамической терапии [38]. Соединения фуллерена С60, содержащие оксимную группу, перспективны в качестве комплексообразователей, биологически активных соединений, а также в качестве прекурсоров для синтеза новых соединений фуллерена С60 с заданными свойствами [39-42]. Гидразоновые производные фуллерена С60 зарекомендовали себя в качестве органических полупроводников [34].
Схема 1. Бис-оксимы (1), бис-гидразоны (2) и бис-триазолы (3) фуллерена С6,
А, отн.ед.
0,8 1 0,16
0,12
0,6 0,08
0,04
0,4
0,2
200
400 600
X, нм
15
400 600 800
X, нм
Рис 1. Спектры поглощения (1) и фотолюминесценции (2) раствора 1 (I = 1 см, Н20, 1"10—3 моль/литр); на вставке (1) более подробно дана область спектра 300-600 нм.
I х10 , отн.ед.
фл ' ^
2
30 -
400
600
I ,х104, отн.ед.
200 300 400 500 600 700 800 900
X, нм
Рис. 2. Спектры фотолюминесценции 2 (сплошная линия) и 3 (пунктирная линия) (I = 1 см, Н20, 1'10-3 моль/литр; интенсивность уменьшена в 45 раз); красная линия - раствор 2 в ДМСО (интенсивность уменьшена в 3 раза).
В данной работе изучены спектрально-люминесцентные характеристики полученных нами водорастворимых азотсодержащих бисаддуктов фуллерена: бис-оксимов (смеси изомеров цис-2 и цис-3 бис[9 -(гидрокси) -1 -(М-гидрокси-2-оксометил-имидоил)] - 1,9-дигидро [С60-4] [5,6] фуллеренов) [43], бис-гидразонов (смеси изомеров цис-2- и цис-3
бис[9-(гидрокси)-1-{М-гидрокси-2-[(2,4-динитрофе-нил)гидразинилиден] метилимидоил}] -1,9-дигид-ро[С60-4][5,6]фуллеренов) [44], а также бис-триазолов (смеси цис-2 и цис-3 изомеров бис[9-(гидрокси)-1-[(5-метил-2-(2,4-динитрофенил)-2-Н-1,2,3-триазол-4 -ил] -1,9 -дигидро [С60-/й] [5,6]фуллерен) [45].
Исходная смесь неделимых изомеров цис-2 и цис-3 бис-оксимов фуллерена С60 1 (схема 1) была получена при взаимодействии С60 с ацетоном в присутствии нитрита натрия и соляной кислоты при комнатной температуре [43].
Спектр поглощения 1 в воде имеет максимумы при ~260 и ~420 нм (рис. 1). Впервые обнаружена ФЛ водных растворов 1 с максимумом при ~515 нм (^возб. = 400 нм) (рис. 1), который сильно сдвинут гипсофлорно по отношению к исходному Сб0 и не зависит от длины волны возбуждения. Введение в молекулу фуллерена С60 полярных электронодо-норных заместителей (гидроксильная, оксимная группы), ¿-изомерия функциональных групп (относительно связи С=К) способствуют нетипичному для бисаддуктов С60 синему смещению спектров ФЛ 1. Действительно, необычное синее смещение (на 80 нм) для цис-1 изооксазалинового производного фуллерена С60 (Х^ = 628 нм) связано с наличием связи С=М в структуре соединения [20]. Квантовый выход ФЛ для 1 составил значение —3.6-10-4, что согласуется с литературными данными для би-саддуктов фуллерена С60 [10; 15-16; 20].
В реакции конденсации 1 с 2,4-динитрофенил-гидразином (ДНФГ) в кислой среде получена смесь цис-2 и цис-3 бис-гидразонов 2 (схема 1) [44]. Спектр ФЛ водного раствора 2 отличается от спектра 1 и содержит максимум при 470 нм и небольшое плечо при 650 нм (Хвозб. = 400 нм) (рис. 2). По-видимому, введение в молекулу 1 ароматических систем, содержащих электроноакцепторные группы приводит к гипсохромному сдвигу максимума ФЛ и появлению нового длинноволнового максимума для 2' Действительно, известно, что при введении в органическую молекулу бензольных колец и сопряженных связей имеет место тенденция к длинноволновому смещению полос флуоресценции [46-48].
При использовании в качестве растворителя более полярного ДМСО, квантовый выход люминесценции 2 (—1. 1 •Ю-3) втрое выше, чем в водном растворе (при прочих равных условиях). Спектр ФЛ 2 становится неразрешенным и максимум смещается в красную область по сравнению со спектром ФЛ 2 в водном растворе (Хтах = 600 нм; Хвозб. = 400 нм) (рис. 2). Эффект уширения спектров ФЛ в полярных растворителях обнаружен для моно-аддуктов [9]. Известно, что С60 обладает сольвато-хромизмом и увеличение полярности растворителя приводят к сильной и хорошо разрешенной флуоресценции [49-50]. Для производных фуллерена, содержащих различные азотсодержащие электро-нодонорные группы (М,М-диметиланилин, диэти-ланилин, и др.), квантовый выход флуоресценции в полярных растворителях сильно уменьшается с красным смещением спектра за счет внутримолекулярного переноса электрона [11; 13-14; 30; 51]. Не меняется интенсивность ФЛ при переходе от циклогексана к более полярному бензонитрилу для транс-4 бисаддукта с фрагментом 18-сш'та-6, про-
исходит лишь небольшое красное смещение ФЛ [18]. В нашем случае, видимо, внутримолекулярный перенос электрона не осуществляется, а изменяется разность энергий между электронными состояниями (основным и возбужденным), что приводит к батофлорному смещению п ^ п* переходов в спектрах ФЛ [46-47]. Батохромное смещение полос флуоресценции при увеличении полярности растворителя также указывает на увеличение дипольного момента возбужденного состояния молекулы по сравнению с основным состоянием [52].
С целью увеличения интенсивности ФЛ соединений С60 нами была проведена химическая модификация фрагментов молекулы 2 (гидразонной и оксимной). Соединение 2 было подвергнуто реакции циклизации с участием желтого Н§0 с последующим восстановлением цинком до 2-замещен-ного 1,2,3-триазола 3 (схема 2) [45]. Соединение 3 показало увеличение квантового выхода ФЛ до ~1.710-2 (в ~15 раз больше по сравнению с 2 в растворах ДМСО) с !тах = 530 нм (Хвозб. = 400 нм). Увеличение квантового выхода и батофлорного сдвига 3 связано с тем, что наряду с наличием сопряженных связей, появляется другой структурный фактор - жесткие структуры триазольных циклов, которые уменьшают безизлучательные потери поглощенной энергии и увеличивают вероятность излучательных переходов [46-48].
Таким образом, обнаружен батофлорный сдвиг максимумов ФЛ бис-триазола, по-сравнению с бис-оксимом и бис-гидразоном С60. Квантовый выход ФЛ увеличивается в результате химической модификации гидразонных и оксимных фрагментов: среди полученных азотсодержащих аддуктов бис-триазол имеет наибольший квантовый выход 1.710-2. К увеличению квантового выхода флуоресценции с батофромным сдвигом бисгидразонов приводит и увеличение полярности растворителя.
Соединения 1 получали по [43], 2 по [44] и 3 по [45]. Спектры ФЛ были исследованы с использованием спектрофлуориметра НопЬа .ТоЫпУуоп Р1иого^-3 (модель FL-3-22), оборудованного двойными решеточными монохроматорами, двойным корпусом лампы, содержащим ксеноновую лампу мощностью 450 Вт, и импульсным твердотельным лазерным диодом NanoLED, детектором с фотоэлектронным умножителем (Натата1Би Я928 РМТ) и InGaAs фотодиодом (DSS-IGA020L) для ИК измерений. Спектры излучения корректировались во всех случаях для интенсивности источника (лампа и решетка) и спектрального отклика излучения (детектор и решетка) с помощью стандартной коррекции прибора, представленной в программном обеспечении прибора. В качестве эталона для измерения квантовых выходов ФЛ использовали С60 (3.210-4) [6].
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №19-03-00716.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kratschmer W., Lamb L. D., Fostiropoulos K., Huffman D. R. Solid C6o: a new form of carbon// Nature. 1990. Vol. 347. P. 354-358. URL: https://www.nature.com/articles/347354a0
2. Bethune D. S., Meijer G., Tang W. C., Rosen H. J. The vibrational Raman spectra of purified solid films of C60 and C70 // Chem. Phys. Lett. 1990. Vol. 174. P. 219- 222. DOI: 10.1016/0009-2614(90)85335-A.
3. Johnson R. D., Meijer G., Bethune D. S. C60 has icosahedral symmetry // J. Am. Chem. Soc. 1990. Vol. 112. P. 8983- 8984. DOI: 10.1021/ja00180a055.
4. Andong X., Haibin P., Xinyi Z., Yilin H., Shaojun F., Junyan S., Jian Z., Cunyi X. Enhancement of fluorescence and Raman spectroscopies of undoped C60 film // J. Lumin. 1995. Vol. 63. P. 301-308. DOI: 10.1016/0022-2313(94)00073-L.
5. Kim D., Lee M., Suh Y. D., Kim S. K. Observation of Fluorescence Emission from Solutions of C60 and C70 and Measurement of Their Excited-State Lifetimes // J. Am. Chem. Soc. 1992. Vol. 114. P. 4429-4430. DOI: 10.1021/ja00037a075.
6. Ma B.; Sun Y. P. Fluorescence spectra and quantum yields of [60]fullerene and [70] fullerene under different solvent conditions. A quantitative examination using a near-infrared-sensitive emission spectrometer // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1996. P. 2157-2162. DOI: 10.1039/P29960002157.
7. Lee M., Song O.-K., Seo J.-C., Kim D., Suh Y. D., Jin S. M., Kim S. K. Low-lying electronically excited states of C60 and C70 and measurement of their picosecond transient absorption in solution // Chem. Phys. Lett. 1992. Vol. 196. P. 325-329. DOI: 10.1016/0009-2614(92)85976-H.
8. Shiu L.-L., Chien K.-M., Liu T.-Y., Lin T.-I, Her G.-R., Huang S.-L., Luh T.-Y. J. Oxazolidinofullerene // Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1994. P. 3355-3357. DOI: 10.1039/P19940003355.
9. Lin S. K., Shiu L. L., Chien K. M., Luh T. Y., Lin T. I. Fluorescence of Fullerene Derivatives at Room Temperature // J. Phys. Chem. 1995. Vol. 99. P. 105-111. DOI: 10.1021/j100001a019.
10. Guldi D. M.; Asmus, K.-D. Photophysical Properties of Mono- and Multiply-Functionalized Fullerene Derivatives. J. Phys. Chem. A. 1997, 101, 1472-1481. DOI: 10.1021/ jp9633557.
11. Ma B., Bunker C. E., Guduru R., Zhang X.-F., Sun Y.-P. Quantitative Spectroscopic Studies of the Photoexcited State Properties of Methano- and Pyrrolidino-[60]fullerene Derivatives // J. Phys. Chem. A. 1997. Vol. 101. P. 5626-5632. DOI: 10.1021/jp971067k.
12. Sun Y.-P., Lawson G. E., Riggs J. E., Ma B., Wang N., Moton D. K. Photophysical and Nonlinear Optical Properties of [60]Fullerene Derivatives // J. Phys. Chem. A. 1998. Vol. 102. P. 5520-5528. DOI: 10.1021/jp9801121.
13. Sun Y.-P., Ma B., Bunker C. E. Photoinduced Intramolecular n-п* Electron Transfer in Aminofullerene Derivatives // J. Phys. Chem. A. 1998. Vol. 102. P. 7580-7590. DOI: 10.1021/jp982591+.
14. Williams R. M., Zwier J. M., Verhoeven J. W. Photoinduced Intramolecular Electron Transfer in a Bridged C60(Acceptor)-Aniline(Donor) System. Photophysical Properties of the First "Active" Fullerene Diad // J. Am. Chem. Soc. 1995. Vol. 117. P. 4093-4099. DOI: 10.1021/ja00119a025.
15. Accorsi G., Armaroli N. Taking Advantage of the Electronic Excited States of [60]-Fullerenes // J. Phys. Chem. C. 2010. Vol. 114. P. 1385-1403. DOI: 10.1021/jp9092699.
16. Campidelli S., Vazquez E.; Milic D., Lenoble J., Castellanos C. A., Sarova G., Guldi D. M., Deschenaux R., Prato M.J. Liquid-Crystalline Bisadducts of [60]Fullerene // Org. Chem. 2006. Vol. 71. P. 7603-7610. DOI: 10.1021/jo0609576.
17. Matsubara Y., Muraoka H., Tada H., Yoshida Z. Functionali-zation of C60 with 1,3-Nitrilimine Dipole: Synthesis of 2-Pyrazoline Ring-Fused C60 Derivatives // Chem. Lett. 1996. P. 373-374. DOI: 10.1246/cl.1996.373.
18. Nakamura Y., Asami A., Ogawa T., Inokuma S., Nishimura J. Regioselective Synthesis and Properties of Novel [60]Fullerene Bisadducts Containing a Dibenzocrown Ether Moiety // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124. P. 4329-4335. DOI: 10.1021/ja0257063.
19. Nakamura Y., Taki M., Tobita S., Shizuka H., Yokoi H., Ishi-guro K., Sawaki Y., Nishimura J. Photophysical properties of various regioisomers of [60]fuilereneo-quinodimethane bisadducts // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1999. P. 127-130. DOI: 10.1039/A803891K.
20. Li Z.-J., Yang W.-W., Gao X. A Room-Temperature Fluorescence Study of Organofullerenes: cis-1 Bisadduct with Unusual Blue-Shifted Emissions // J. Phys. Chem. A. 2011. Vol. 115. P. 6432-6437. DOI: 10.1021/jp112411h.
21. Gonzalez-Rodriguez D., Carbonell E., Rojas G. M., Castellanos C. A., Guldi D. M., Torres T. J. Activating Multistep Charge-Transfer Processes in Fullerene-Subphthalocya-nine-Ferrocene Molecular Hybrids as a Function of n—n Orbital Overlap // J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol 132 (46). P. 16488-16500. DOI: 10.1021/ja105864r.
22. Schick G., Levitus M., Kvetko L., Johnson B. A., Lamparth I., Lunkwitz R., Ma B., Khan S. I., Garcia-Garibay M. A., Rubin Y. Unusual Luminescence of Hexapyrrolidine Derivatives of C60 with Th and Novel D3-Symmetry // J. Am. Chem. Soc. 1999. Vol. 121. P. 3246-3247. DOI: 10.1021/ja984329k.
23. Hutchison K., Gao J., Schick G., Rubin Y., Wudl F. Bucky Light Bulbs: White Light Electroluminescence from a Fluorescent C60 Adduct-Single Layer Organic LED // J. Am. Chem. Soc. 1999. Vol. 121. P. 5611-5612. DOI: 10.1021/ja990608b.
24. Matsuo Y., Tahara K., Morita K., Matsuo K., Nakamura E. Regioselective Eightfold and Tenfold Additions of a Pyridine-Modified Organocopper Reagent to [60]Fullerene // Angew. Chem., Int. Ed. 2007. Vol. 46. P. 2844-2847. DOI: 10.1002/ anie.200604839.
25. Zhang X., Matsuo Y., Nakamura E. Light Emission of [10]Cyclophenacene through Energy Transfer from Neighboring Carbazolylphenyl Dendrons // Org. Lett. 2008. Vol. 10. P. 4145-4147..DOI: 10.1021/ol8017193.
26. Li C.-Z., Matsuo Y., Nakamura E. Luminescent Bow-Tie-Shaped Decaaryl[60]fullerene Mesogens // J. Am. Chem. Soc. 2009. Vol. 131. P. 17058-17059. DOI: 10.1021/ja907908m.
27. Nakamura E., Tahara K., Matsuo Y., Sawamura M. J. Synthesis, Structure, and Aromaticity of a Hoop-Shaped Cyclic Ben-zenoid [10]Cyclophenacene // J. Am. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. P. 2834-2835. DOI: 10.1021/ja029915z.
28. Matsuo Y., Tahara K., Sawamura M., Nakamura E. Creation of Hoop- and Bowl-Shaped Benzenoid Systems by Selective Detraction of [60]Fullerene Conjugation [10]Cyclophenacene and Fused Corannulene Derivatives // J. Am. Chem. Soc. 2004. Vol. 126. P. 8725-8734. DOI: 10.1021/ja048683w.
29. Brites M. J., Santos C., Nascimento S., Gigante B., Luftmann H., Fedorov A., Berberan-Santos M. N. Synthesis and fluorescence properties of [60] and [70]fullerene-coumarin dyads: Efficient dipole-dipole resonance energy transfer from coumarin to fullerene // New J. Chem. 2006. Vol. 30. P. 1036-1045. DOI: 10.1039/B601649A.
30. Ala-Kleme T., Mäki R., Laaksonen P., Haapakka K. Blue and red photoluminescence of bicapped [60]&llerene-y-cyclodextrin complex in aqueous solutions // Analytica Chim-ica Acta 2002. Vol. 472. P. 83-87. DOI: 10.1016/S0003-2670(02)00941-8.
31. Luo C., Fujitsuka M., Watanabe A., Ito O., Gan L., Huang Y., Huang C. -H. Substituent and solvent effects on photoexcited states of functionalized fullerene [60] // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998. Vol. 94. P. 527-532. DOI: 10.1039/A706672D.
32. Matsuo B. Y., Sato Y., Hashiguchi M., Matsuo K., Nakamu-ra E. Synthesis, Electrochemical and Photophysical Properties, and Electroluminescent Performance of the Octa- and De-ca(aryl)[60]fullerene Derivatives // Adv. Funct. Mater. 2009. Vol. 19. P. 2224-2229. DOI: 10.1002/adfm.200900021.
33. Xu G., Han Y., Sun M., Bo Z., Chen C. Synthesis and Characterization of Star Polyfluorenes with a C60 Core // J. of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 2007. Vol. 45. P. 4696-4706. DOI: 10.1002/pola.22215.
34. Urnikaite S., Malinauskas T., Gaidelis V., Maldzius R., Jankauskas V., Getautis V. Solution processable C60 fullerene-hydrazone dyads for optoelectronics // Carbon. 2011. Vol. 49. P. 320-325. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.09.030.
35. Li C.-Z., Yip H.-L., Jen A. K.-Y. Functional Fullerenes for Organic Photovoltaics // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22. P. 4161-4177. D01:10.1039/C2JM15126J.
36. Chuard T., Deschenaux R. Design. Mesomorphic Properties, and Supramolecular Organization of [60]fullerene-containing Thermotropic Liquid // Crystals. J. Mater. Chem. 2002. Vol. 12. P. 1944-1951. DOI: 10.1039/B201353N.
37. Montellano A., Da Ross T., Bianco A., Prato M. Fullerene C60 as a Multifunctional System for Drug and Gene Delivery // Nanoscale. 2011. Vol. 3. P. 4035-4041. DOI: 10.1039/c1nr10783f.
38. Mroz P., Tegos G. P., Gali H., Wharton T., Sarna T., Hamblin M.R. Photodynamic Therapy with Fullerenes // Photochem. Pho-tobiol. Sci. 2007. Vol. 6. P. 1139-1149. DOI: 10.1039/B711141J.
39. Hirsch A. The Chemistry of the Fullerenes. Thieme: Stuttgart. Germany. 1994.
40. Taylor R., Walton D. R. M. The chemistry of fullerenes // Nature.1993. Vol. 363. P. 685-693. URL: https://www.nature. com/articles/363685a0.
41. Troshin. P. A., Troshina O. A., Lyubovskaya R. N., Razu-mov V. F. Functional fullerene derivatives, methods of synthesis and perspectives for use in organic electronics and bio-medicine. Ivanovo State University: Ivanovo. 2008.
42. Piotrovsky L. B., Kiselev O. I. Fullerenes in biology. Rostock: St. Petersburg. 2006.
43. Bulgakov R. G., Kinzyabaeva Z. S. First synthesis of a new fullerene oximes bis(9-[hydroxo]-1-[1'-hydroxymino-2'-oxo-2'-alkyl-ethyl])1,9-dihydro-[C60-Ih][5,6]fullerenes via reaction of C60 with ketones and NaNO2 promoted by HCl // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures 2016. Vol. 24. P. 441-445. DOI: 10.1080/1536383X.2016.1174697.
44. Kinzyabaeva Z. S., Bulgakov, R. G. Synyhesis of bis[9-hydroxy-1-{N-hydroxy-2-[(2,4-dinitrophenyl)hydraziny-
lidene]alkanimidoyl}]-1,9-dihydro[C60-Ih][5,6]fullerenes // Russian J. of Org. Chem. 2017. Vol. 53. P. 118-122. URL: https://link.springer.com/article/10.1134/S1070428017010213.
45. Кинзябаева З. С., Шарипов Г. Л. Синтез цис-2 и цис-3 бис-триазоло[60]фуллеренов // Вестник Башкирского унивеси-тета 2018. Т. 23. №4. C. 1096-1099. DOI: https://doi.org/ 10.33184/bulletin-b su-2018.4.26.
46. Нурмухаметов, Р. Н. Поглощение и люминесценция ароматических соединений. М., Химия. 1971. 216 с.
47. Parker C. A. Photoluminescence of Solutions. Elsevier: Amsterdam-London-New York. 1968.
48. Turro N. J. Molecular Photochemistry; W. A. Benjamin, Inc.: New York-Amsterdam, 1965.
49. Zhao Y., Fang Y., Jiang Y. Fluorescence study of fullerene in organic solvents at room temperature // Spectrochimica Acta Part A. 2006. Vol. 64. P. 564-567. DOI: 10.1016/ j.saa.2005.07.054.
50. Mihut L., Preda N., Baibarac M., Baltog I., Lefrant S., Wery J. Photoluminescence studies on [C60] fullerene solutions in N-methyl-2-pyrrolidinone and pyrrolidine // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2004. Vol. 415. P. 9-21. DOI: 10.1080/15421400490478209.
51. Nakamura Y., Minowa T., Hayashida Y., Tobita S., Shizuka H., Nishimura J. J. Relaxation processes in the excited state of C60-o-quinodirnethane adducts // Chem. Soc., Faraday Trans. 1996. Vol. 92(3). P. 377-382. DOI: 10.1039/FT9969200377.
52. Homocianu M., Airinei A., Dorohoi D. O. Solvent Effects on the Electronic Absorption and Fluorescence Spectra // J. of Adv. Res. in Phys. 2011. Vol. 2(1). P. 011105. URL: http:// citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1007. 2329&rep=rep 1&type=pdf
Поступила в редакцию 01.06.2019 г.
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2019.3.9
LUMINESCENT PROPERTIES OF NITROGEN-CONTAINING BISADDUCTS
OF FULLERENE C60
© Z. S. Kinzyabaeva*, G. L. Sharipov
Institute of Petrochemistry and Catalysis, Ufa Federal Research Center of RAS 141 Oktyabrya Avenue, 450075 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (347) 284 27 50. *Email: [email protected]
The spectral-luminescent characteristics of a mixture of cis-2 and cis-3 bis-oximes, bis-hydrazones and bis-triazoles of fullerene C60 were studied for the first time. Photoluminescence of aqueous solutions of these compounds with emission maxima at 515 (bis-oximes), ~470, ~650 (bis-hydrazones), and 530 (bis-triazoles) nm was detected. The maximum photoluminescence of C60 bis-triazoles is bathofloric shifted compared with C60 bis-oximes and bis-hydrazones. The quantum yield of photoluminescence for C60 bis-oximes was -3.6-10-4, which is consistent with published data for bisadducts of C60 fullerene. The dependence of the photoluminescence spectra on the dielectric constant of the solvent for bis-hydrazones was revealed: the quantum yield of luminescence in DMSO (-1.M0-3) is 3 times higher than in an aqueous solution. Among the obtained nitrogen-containing ad-ducts, the quantum yield of photoluminescence of bis-triazoles of fullerene in DMSO has the highest value; which is 1.7-10-2.
Keywords: photoluminescence, C60 bisadducts, oximes, hydrazones, 1,2,3-triazoles.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Kratschmer W., Lamb L. D., Fostiropoulos K., Huffman D. R. Solid Pp. 0: a new form of carbon// Nature. 1990. Vol. 347. Pp. 354-358. URL: https://www.nature.com/articles/347354a0
2. Bethune D. S., Meijer G., Tang W. C., Rosen H. J. Chem. Phys. Lett. 1990. Vol. 174. Pp. 219- 222. DOI: 10.1016/0009-2614(90)85335-A.
3. Johnson R. D., Meijer G., Bethune D. S. J. Am. Chem. Soc. 1990. Vol. 112. Pp. 8983- 8984. DOI: 10.1021/ja00180a055.
4. Andong X., Haibin P., Xinyi Z., Yilin H., Shaojun F., Junyan S., Jian Z., Cunyi X. J. Lumin. 1995. Vol. 63. Pp. 301-308. DOI: 10.1016/0022-2313(94)00073 -L.
5. Kim D., Lee M., Suh Y. D., Kim S. K. J. Am. Chem. Soc. 1992. Vol. 114. Pp. 4429-4430. DOI: 10.1021/ja00037a075.
6. Ma B.; Sun Y. P. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1996. Pp. 2157-2162. DOI: 10.1039/P29960002157.
7. Lee M., Song O.-K., Seo J.-C., Kim D., Suh Y. D., Jin S. M., Kim S. K. Chem. Phys. Lett. 1992. Vol. 196. Pp. 325-329. DOI: 10.1016/0009-2614(92)85976-H.
8. Shiu L.-L., Chien K.-M., Liu T.-Y., Lin T.-I, Her G.-R., Huang S.-L., Luh T.-Y. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1994. Pp. 3355-3357. DOI: 10.1039/P199400033 5 5.
9. Lin S. K., Shiu L. L., Chien K. M., Luh T. Y., Lin T. I. J. Phys. Chem. 1995. Vol. 99. Pp. 105-111. DOI: 10.1021/j100001a019.
10. Guldi D. M.; Asmus, K.-D. Photophysical Properties of Mono- and Multiply-Functionalized Fullerene Derivatives. J. Phys. Chem. A. 1997, 101, 1472-1481. DOI: 10.1021/jp9633557.
11. Ma B., Bunker C. E., Guduru R., Zhang X.-F., Sun Y.-P. J. Phys. Chem. A. 1997. Vol. 101. Pp. 5626-5632. DOI: 10.1021/jp971067k.
12. Sun Y.-P., Lawson G. E., Riggs J. E., Ma B., Wang N., Moton D. K. J. Phys. Chem. A. 1998. Vol. 102. Pp. 5520-5528. DOI: 10.1021/jp9801121.
13. Sun Y.-P., Ma B., Bunker C. E. J. Phys. Chem. A. 1998. Vol. 102. Pp. 7580-7590. DOI: 10.1021/jp982591+.
14. Williams R. M., Zwier J. M., Verhoeven J. W. J. Am. Chem. Soc. 1995. Vol. 117. Pp. 4093-4099. DOI: 10.1021/ja00119a025.
15. Accorsi G., Armaroli N. J. Phys. Chem. Pp. 2010. Vol. 114. Pp. 1385-1403. DOI: 10.1021/jp9092699.
16. Campidelli S., Vazquez E.; Milic D., Lenoble J., Castellanos C. A., Sarova G., Guldi D. M., Deschenaux R., Prato M.J. Org. Chem. 2006. Vol. 71. Pp. 7603-7610. DOI: 10.1021/jo0609576.
17. Matsubara Y., Muraoka H., Tada H., Yoshida Z. Chem. Lett. 1996. Pp. 373-374. DOI: 10.1246/cl.1996.373.
18. Nakamura Y., Asami A., Ogawa T., Inokuma S., Nishimura J. J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124. Pp. 4329-4335. DOI: 10.1021/ja0257063.
19. Nakamura Y., Taki M., Tobita S., Shizuka H., Yokoi H., Ishiguro K., Sawaki Y., Nishimura J. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1999. Pp. 127-130. DOI: 10.1039/A803891K.
20. Li Z.-J., Yang W.-W., Gao X. J. Phys. Chem. A. 2011. Vol. 115. Pp. 6432-6437. DOI: 10.1021/jp112411h.
21. Gonzalez-Rodriguez D., Carbonell E., Rojas G. M., Castellanos C. A., Guldi D. M., Torres T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol 132 (46). Pp. 16488-16500. DOI: 10.1021/ja105864r.
22. Schick G., Levitus M., Kvetko L., Johnson B. A., Lamparth I., Lunkwitz R., Ma B., Khan S. I. J. Am. Chem. Soc. 1999. Vol. 121. Pp. 3246-3247. DOI: 10.1021/ja984329k.
23. Hutchison K., Gao J., Schick G., Rubin Y., Wudl F. J. Am. Chem. Soc. 1999. Vol. 121. Pp. 5611-5612. DOI: 10.1021/ja990608b.
24. Matsuo Y., Tahara K., Morita K., Matsuo K., Nakamura E. Angew. Chem., Int. Ed. 2007. Vol. 46. Pp. 2844-2847. DOI: 10.1002/anie.200604839.
25. Zhang X., Matsuo Y., Nakamura E. Org. Lett. 2008. Vol. 10. Pp. 4145-4147. DOI: 10.1021/ol8017193.
26. Li C.-Z., Matsuo Y., Nakamura E. J. Am. Chem. Soc. 2009. Vol. 131. Pp. 17058-17059. DOI: 10.1021/ja907908m.
27. Nakamura E., Tahara K., Matsuo Y., Sawamura M. J. J. Am. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. Pp. 2834-2835. DOI: 10.1021/ja029915z.
28. Matsuo Y., Tahara K., Sawamura M., Nakamura E. J. Am. Chem. Soc. 2004. Vol. 126. Pp. 8725-8734. DOI: 10.1021/ja048683w.
29. Brites M. J., Santos C., Nascimento S., Gigante B., Luft-mann H., Fedorov A. New J. Chem. 2006. Vol. 30. Pp. 1036-1045. DOI: 10.1039/B601649A.
30. Ala-Kleme T., Mäki R., Laaksonen P., Haapakka K. Analytica Chimica Acta 2002. Vol. 472. Pp. 83-87. DOI: 10.1016/S0003-2670(02)00941-8.
31. Luo C., Fujitsuka M., Watanabe A., Ito O., Gan L., Huang Y., Huang C. -H. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998. Vol. 94. Pp. 527-532. DOI: 10.1039/A706672D.
32. Matsuo B. Y., Sato Y., Hashiguchi M., Matsuo K., Nakamura E. Adv. Funct. Mater. 2009. Vol. 19. Pp. 2224-2229. DOI: 10.1002/adfm.200900021.
33. Xu G., Han Y., Sun M., Bo Z., Chen C. J. of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 2007. Vol. 45. Pp. 4696-4706. DOI: 10.1002/pola.22215.
34. Urnikaite S., Malinauskas T., Gaidelis V., Maldzius R., Jankauskas V., Getautis V. Carbon. 2011. Vol. 49. Pp. 320-325. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.09.030.
35. Li C.-Z., Yip H.-L., Jen A. K.-Y. J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22. Pp. 4161-4177. DOI:10.1039/C2JM15126J.
36. Chuard T., Deschenaux R. Design. Mesomorphic Properties, and Supramolecular Organization of [60]fullerene-containing Thermo-tropic Liquid. Crystals. J. Mater. Chem. 2002. Vol. 12. Pp. 1944-1951. DOI: 10.1039/B201353N.
37. Montellano A., Da Ross T., Bianco A., Prato M. Fullerene Pp. 0 as a Multifunctional System for Drug and Gene Delivery. Nanoscale. 2011. Vol. 3. Pp. 4035-4041. DOI: 10.1039/c1nr10783f.
38. Mroz P., Tegos G. P., Gali H., Wharton T., Sarna T., Hamblin M.R. Photochem. Photobiol. Sci. 2007. Vol. 6. Pp. 1139-1149. DOI: 10.1039/B711141J.
39. Hirsch A. The Chemistry of the Fullerenes. Thieme: Stuttgart. Germany. 1994.
40. Taylor R., Walton D. R. M. Nature.1993. Vol. 363. Pp. 685-693. URL: https://www.nature.com/articles/363685a0.
41. Troshin. P. A., Troshina O. A., Lyubovskaya R. N., Razumov V. F. Functional fullerene derivatives, methods of synthesis and perspectives for use in organic electronics and biomedicine. Ivanovo State University: Ivanovo. 2008.
42. Piotrovsky L. B., Kiselev O. I. Fullerenes in biology. Rostock: St. Petersburg. 2006.
43. Bulgakov R. G., Kinzyabaeva Z. S. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures 2016. Vol. 24. Pp. 441-445. DOI: 10.1080/1536383X.2016.1174697.
44. Kinzyabaeva Z. S., Bulgakov, R. G. Russian J. of Org. Chem. 2017. Vol. 53. Pp. 118-122. URL: https://link.springer.com /article/10.1134/S1070428017010213.
45. Kinzyabaeva Z. S., Sharipov G. L. Vestnik Bashkirskogo univesiteta 2018. Vol. 23. No. 4. Pp. 1096-1099. DOI: https://doi.org/10. 33184/bulletin-bsu-2018.4.26.
46. Nurmukhametov, R. N. Pogloshchenie i lyuminestsentsiya aromaticheskikh soedinenii [Absorption and luminescence of aromatic compounds]. M., Khimiya. 1971.
47. Parker C. A. Photoluminescence of Solutions. Elsevier: Amsterdam-London-New York. 1968.
48. Turro N. J. Molecular Photochemistry; W. A. Benjamin, Inc.: New York Amsterdam, 1965.
49. Zhao Y., Fang Y., Jiang Y. Spectrochimica Acta Part A. 2006. Vol. 64. Pp. 564-567. DOI: 10.1016/j.saa.2005.07.054.
50. Mihut L., Preda N., Baibarac M., Baltog I., Lefrant S., Wery J. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2004. Vol. 415. Pp. 9-21. DOI: 10.1080/15421400490478209.
51. Nakamura Y., Minowa T., Hayashida Y., Tobita S., Shizuka H., Nishimura J. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996. Vol. 92(3). Pp. 377382. DOI: 10.1039/FT9969200377.
52. Homocianu M., Airinei A., Dorohoi D. O. J. of Adv. Res. in Phys. 2011. Vol. 2(1). Pp. 011105. URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1007.2329&rep=rep1&type=pdf
Received 01.06.2019.
