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第一部分:四苯基乙烯衍生物非共价修饰及荧光增强研究
有机发光化合物在发光器件、荧光标记、荧光化学敏感器等领域有着广泛的应用。人们通过共价修饰、非共价组装等方式增强化合物的发光以发展新型光功能体系,其中非共价修饰具有可逆性、选择性、可调性等优点,方便构筑复杂的光功能体系以实现不同功能和用途。
本论文工作设计合成了一系列四苯基乙烯衍生物,研究了聚酰胺-胺树枝形聚合物(PAMAM)诱导四苯基乙烯衍生物的组装及增强荧光过程;通过稳态光谱、1HNMR、ESI-MS等方法研究了四苯基乙烯衍生物和葫芦[6-8]脲(CB[6-8])超分子组装体结构和光物理性质,取得如下研究结果:
1.PAMAM诱导四苯基乙烯衍生物荧光增强研究:合成了四羧基、二羧基和单羧基取代的四苯基乙烯衍生物四(4-羧基甲氧基苯基)乙烯(TPE-4-COOH)、1,1-二(4-羧基甲氧基苯基)-2,2-二苯基乙烯(TPE-2-COOH)和1-(4-羧基甲氧基苯基)-1,2,2-三苯基乙烯(TPE-1-COOH)。研究表明,甲醇溶液中PAMAM树枝形聚合物与TPE-4-COOH或TPE-2-COOH通过氨基和羧基间的酸碱相互作用组装成超分子体系,超分子体系的形成使四苯基乙烯苯环基团的旋转受到限制,抑制了四苯基乙烯激发态的非辐射跃迁,增强了体系的荧光发射,高代数树枝形聚合物对非辐射跃迁的抑制能力更强;在甲苯溶液中TPE-1-COOH与PAMAM树枝形聚合物通过羧基和氨基间的酸碱作用诱导组装在树枝形聚合物分子外围,形成类似单分子反胶束的结构,由于树枝形聚合物外围空间有限,组装在PAMAM分子外围的四苯基乙烯发色团紧密排列,抑制了分子中苯环的自由旋转受到,使荧光发射明显增强。
2.四苯基乙烯衍生物与葫芦脲超分子组装体光物理性质研究:合成了一系列末端为氮鎓基的烷基取代四苯基乙烯衍生物(TPE-nC-NH,n=3,6,8)。研究发现:1)葫芦[6-7]脲与四(3-氨基丙氧基苯基)乙烯盐酸盐(TPE-3C-NH)之间的相互作用较弱,不能形成包结复合物,葫芦[8]脲由于空腔尺寸较大可以与TPE-3C-NH形成超分子复合物;葫芦[6-8]脲的加入,导致TPE-3C-NH分子所处的微环境发生变化,体系在400nm的荧光发射增强,在460-500nm的荧光发射没有明显变化。2)葫芦[6-8]脲能稳定地结合在四(6-氨基己氧基苯基)乙烯盐酸盐(TPE-6C-NH)的烷基链部分,包结复合物的形成使四苯基乙烯基团倾向于部分扭曲的构象,抑制了非辐射衰减,发色团在400nm和460-500nm区域的荧光增强,其中400nm附近荧光增幅较大。3)四(8-氨基辛氧基苯基)乙烯盐酸盐(TPE-8C-NH)在水中会形成聚集体,葫芦[6-7]脲与TPE-8C-NH间的组装使TPE-8C-NH聚集体解离,导致发色团聚集态发光减弱(460-500nm),部分扭曲构象的发射增强(400nm);CB[8]加入量较少时(CB[8]∶TPE-8C-NH<2∶1),一个CB[8]与两个TPE-8C-NH结合,形成结构紧密的聚集体,聚集态的发光增强,随着CB[8]的量增大,一个TPE-8C-NH与多个CB[8]结合导致聚集体解离,使聚集态荧光减弱,部分扭曲构象的发射增强。
第二部分:阴离子响应的大环化合物合成及其成凝胶性质研究
大环化合物以其独特的结构和性质被广泛应用于离子识别与运输、催化以及超分子组装等领域。设计合成具有阴离子识别性质的大环化合物,并通过修饰使其成为阴离子响应超分子凝胶对于拓宽大环化合物在新材料领域的应用具有重要的意义。
本论文通过片段偶联法合成了骨架上含有脲基团、两端带有烷基链的氧杂杯[4]芳烃[2]_嗪衍生物(环2b和2c)。紫外吸收光谱滴定研究表明,二氯甲烷溶液中环2b和2c对各种阴离子都有响应,与F-离子、Cl-离子、乙酸根离子以1∶1的模式结合,结合常数可高达108M-l以上,1HNMR滴定实验表明脲基团是大环化合物与阴离子结合的作用位点。环2c分子在正辛烷、环己烷和甲基环己烷中可以形成稳定无色透明的凝胶,红外光谱、1HNMR研究发现大环分子间脲基团的氢键相互作用和烷基链之间的范德华力是大环形成凝胶的主要驱动力。F-、cl-和CH3COO-阴离子可以有效地破坏环2c分子间氢键,从而调控凝胶向溶液的转变,环2c分子形成的凝胶是具有阴离子响应能力的超分子凝胶。