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由于具有良好的热稳定性、抗疲劳性和快速的响应时间等优良的物理化学性质,二芳基乙烯化合物是最具应用潜力的光电功能材料之一,其在可擦写高密度光信息存储、光控分子开关、光控自组装、逻辑门等技术领域具有广阔的应用前景。目前,利用二芳基乙烯单元的开-关环特性实现对光、电和传感性能的调控是该领域的研究热点。本论文着眼于此,设计合成了一系列新型的含有并三噻吩的光致变色二芳基乙烯化合物;将二芳基乙烯单元引入到水溶性聚芴化合物中并对其光响应性能进行了研究。主要研究内容和结果如下:
1.设计、合成了含并三噻吩单元的三种新型不对称二芳基乙烯衍生物:1-(2,5-二甲基噻吩-3-)-2-(3,5-二甲基并三噻吩-2-)全氟环戊烯(1)、1-(2-甲基苯基-5-噻吩-3-)-2-(3,5-二甲基并三噻吩-2-)全氟环戊烯(2)和1-(2-甲基苯并噻吩-3-)-2-(3,5-二甲基并三噻吩-2-)全氟环戊烯(3),利用核磁共振、质谱、元素分析等手段对此类化合物进行了分析鉴定,研究了该系列化合物在溶液、晶体中的光致变色性能和乙腈溶液中电化学性能;并用X射线衍射方法对其开、闭环态晶体结构进行了详细的研究分析,发现此类化合物开环态异构体在固态下均可以发生光致变色反应;用HPLC方法对溶液和晶体中的光致变色反应转化率进行了研究:在光稳态时,溶液中最高的转化率为81.2%,晶体中的最高转化率为12.5%。
2.首次合成了三种具有固态光致变色特性的双二芳基乙烯单元化合物:2,5-二[1-(2,5-二甲基噻吩-3-)全氟环戊烯-2-]-3,5-二甲基并三噻吩(4)、2,5-二[1-(2-甲基苯基-5-噻吩-3-)全氟环戊烯-2-]-3,5-二甲基并三噻吩(5)和2,5-二[1-(2-甲基苯并噻吩-3-)全氟环戊烯-2-]-3,5-二甲基并三噻吩(6),用质谱、核磁共振、元素分析等手段进行了结构鉴定,研究了此类化合物在溶液中和晶体中光致变色性质及乙腈溶液中电化学性能,我们发现对于此类化合物由于发生分子内能量转移,只有单个二芳基乙烯单元发生闭环反应。通过HPLC法测定了这三种化合物在溶液和固态中光稳态时光致变色转化率,溶液中最高的转化率为87.9%,晶体中的最高转化率为15.0%。
3.合成以二芳基乙烯单元封端的水溶性聚芴衍生物,对其在溶液中的紫外吸收和荧光光谱进行了详细研究探索,探索研究了不同溶剂对其光致变色性能的影响,结果显示:当DMSO-H2O中DMSO/H2O的体积比大于2∶1时,我们发现该化合物在溶液中可以发生光致变色反应,紫外吸收光谱显示具有良好的开-关环反应特性,开环态荧光光谱在紫外光的照射下增强。当DMSO/H2O的体积比小于2∶1时,溶液中紫外吸收和荧光光谱在光调控下没有开关环反应效应,我们推测由于发生聚集抑制了其发生光致变色反应。