随着石油资源的日益枯竭,基于化石资源的高分子由于其不可再生性和非生物降解性引起的资源和环境问题日益突出。为此,可再生生物质资源的开发与利用逐渐引起人们的重视,可持续发展战略已成为全球共识。作为地球上年产量最高的天然高分子,纤维素及其衍生物已经成为了人类生活中不可替代的一部分。但纤维素难以溶解、熔融,其应用受到许多限制。本实验室开发的碱/尿素低温溶解体系既能快速、充分溶解纤维素,又提供一个理想的均相醚化反应环境。本工作首次在此体系下制备合成烯丙基纤维素(AC),进一步通过烯-硫醇点击反应制备多种具有不同结构与性质的纤维素衍生物,并对其应用进行了探究。本论文的主要创新包括以下几点:1)首次在碱/尿素水体系中合成AC,并探讨了其在硫醇-烯点击反应方面的应用;2)通过硫醇-烯点击反应由AC制备两性纤维素衍生物(AC-Cys-NDM),并利用其自组装胶束(MC)作为软模板制备了具有催化活性的Ag@MC复合纳米胶束;3)通过点击反应制备了一种新型的荧光纤维素衍生物(AC-AET-DMANM),并将其用于有机小分子和Cu2+的定量检测;4)将AC-AET-DMANM与纤维素纳米晶须共混,制备了兼具荧光性质和液晶行为的复合膜,并对其结构与性质进行表征。本论文的主要研究内容和结论包括以下几个部分:以NaOH/尿素水体系作为纤维素溶剂和反应介质、氯丙烯为醚化剂,成功合成了 AC。反应以均相开始,异相结束,所得AC取代度较高且易于纯化。通过尺寸排除色谱-光散射联用、NMR和溶解性等表征了 AC的结构和性质。随着氯丙烯与纤维素脱水葡萄糖单元(AGU)的摩尔比从9:1增加到24:1,AC的取代度由0.98增加到1.65。AC在有机溶剂如DMSO、DMF中具有较好的溶解性。进一步研究了 AC与正十二硫醇(NDM),巯基乙胺盐酸盐(AET),半胱氨酸(Cys)和1-巯基甘油(MG)进行硫醇-烯点击反应的能力。结果表明,该点击反应的副反应少,AC和巯基反应物的转化率较高。通过AC与Cys、NDM的点击反应制备两性纤维素衍生物AC-Cys-NDM,并在水溶液中自组装形成纳米胶束(MC)。胶束的尺寸可以通过控制疏水链段(NDM)的取代度来控制。之后,以此胶束为软模板和保护剂通过光还原制备Ag@MC复合纳米胶束。复合纳米胶束中的AgNPs含量相近,而其粒径随模板胶束粒径的增加而从3 nm增加至15 nm。AC-Cys-NDM通过Ag与S的相互作用将AgNPs紧密包裹在胶束中,保护和稳定效果较好,且具有很好的分散性。通过催化硝基苯酚的还原考察了 Ag@MC复合纳米胶束的催化性能。结果表明,它们显示良好的催化活性和循环稳定性,其反应速率符合一级反应动力学。以4-二甲氨基萘二甲酰亚胺为荧光基团,通过点击反应成功合成了一系列新型荧光纤维素衍生物AC-AET-DMANM,并通过IR、1HNMR、UV-Vis、荧光测试等对其结构和性能进行表征。通过改变中间产物AC-AET的取代度,AC-AET-DMANM 的 DSDMANM也从 0.03 增加到 0.25 或更高。AC-AET-DMANM的荧光性质和溶解能力受到DSDMANM的强烈影响。DSDMANM较低的试样表现出较高的荧光,在低于3 mg/mL的浓度下不会出现荧光基团的聚集行为,同时它在固态下也显示良好的荧光性质。AC-AET-DMANM-2(DSDMANM=0.09)进一步与AET进行硫醇-烯点击反应得到水溶性荧光产物AC-AET-DMANM-2W,其水溶液显示良好的荧光性质,荧光强度在pH 2～9范围保持稳定。通过荧光猝灭现象,AC-AET-DMANM可用于有机相中2,4,6-三硝基苯酚与2,4-二硝基苯肼的定量检测,检出限分别为 9.9×10-8和 1.38×10-7mol/L。AC-AET-DMANM-2W 在水体系中对Cu2+具有高选择性和灵敏性,检出限为8.2×10-8mol/L。此类荧光纤维素衍生物的取代度与溶解性可控,荧光性质稳定,在环境监测、生物探针、化学传感器等领域具有潜在应用。将在固态下仍具有荧光性质的水溶性荧光纤维素AC-AET-DMANM-2W(标记为FC)与氨基化改性的纤维素晶须(ACNC)共混,制备了一系列FC/ACNC复合膜,并通过IR、XRD、DSC、SEM、偏光显微镜和接触角测试等对其进行表征。复合膜的两组分通过静电相互作用紧密结合,显示良好的共混相容性。所有的复合膜均具有荧光现象与液晶行为,其荧光强度与FC的总含量线性相关。随着ACNC含量的增加,复合膜出现虹彩现象,同时结晶度增加。复合膜的液晶相转变温度与纯ACNC膜相比显著升高。各组分的荧光性质、液晶行为和结晶度相互独立,受到其它组分影响较小。为此,可以通过调控FC/ACNC含量与比例来控制其荧光强度和液晶行为,制备出所需性能的荧光/液晶复合材料。上述研究表明,碱/尿素溶液体系可作为纤维素的溶剂和反应介质合成烯丙基纤维素,进而可通过烯丙基纤维素与巯基化合物的硫醇-烯点击反应制备各类新型纤维素衍生物,为纤维素的化学改性和新材料的构建提供了新的方法,具有学术价值和应用前景。