基于萘型有机凝胶材料的构筑及性能研究

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小分子有机凝胶作为一种重要的智能软材料,通过分子间π-π相互作用、氢键作用和范德华力等可以自组装形成有序的三维网络结构,使有机溶剂凝胶化。其在传感器、刺激响应材料、吸附和分离、光学器件和药物释放等领域具有巨大的应用前景。本文合成了系列基于烷基链取代的查尔酮类凝胶因子,并探索了其凝胶体系在刺激响应及对水中污染物处理等领域的应用。并且以查尔酮类凝胶因子为反应物,经关环反应合成吡唑啉化合物。具体的内容如下:(1)简述了小分子有机凝胶的研究进展。总结小分子有机凝胶的定义、分类以及自组装的驱动力种类。同时介绍了其在许多领域的应用。(2)合成了一种多功能的有机凝胶因子Ga1,通过UV-Vis、FT-IR、SEM、XRD及流变学等测试手段,研究了凝胶的性质和自组装行为。发现Ga1在多种有机溶剂、燃料和食用油中可以形成良好力学性能的凝胶。在自组装过程中,分子间氢键、π-π堆积和范德华力是主要的驱动力。既具有相对绿色、高效的染料去除特性,又具有对有机污染物苯和甲苯蒸馏回收及恶劣环境下油水分离的特性。(3)合成了系列查尔酮衍生物有机凝胶因子Gb1-6,并研究了其凝胶性能。能在非极性溶剂(包括各种商用燃料,诸如汽油、煤油及柴油等)中形成稳定的凝胶。利用FT-IR、SEM和XRD等手段对凝胶化过程进行了深入研究。发现这些有机凝胶在氢键、范德华力和π-π相互作用的主要驱动力下,分子自组装成纤维缠绕的三维网状结构。由于化合物在燃料油中具有很好的凝胶性能,因此对其在油的掺假及溢油处理中的应用进行了测试。结果表明,可以对油的掺假有一个良好的辨别效果,在室温下可以达到简便和高效的除油效果,是今后溢油治理的良好选择。此外,还可以较灵敏的检测环境中微量水合肼。(4)合成了三种吡唑啉衍生物有机凝胶因子Gc1-3,在醇溶剂和DMSO溶液中均有良好的凝胶化行为,其中Gc3凝胶可在紫外光辐射下发出蓝色和黄绿色荧光,并具有光、热、震荡和离子多重刺激响应。Gc3在VTHF/Vdeionized water=9:1溶液中可以特异性识别Cu2+,并表现出较高的灵敏度。由Benesi-Hildebrand方程和Job’s plot曲线的结果可知Gc3与Cu2+是1:1配位,并通过密度泛函理论计算优化了凝胶因子与离子结合前后的结构。在活细胞中具有良好的生物相容性。
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