酸碱可逆的网状超分子聚合物及其荧光响应和自组装行为的研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:s3100401
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超分子化学是以多种弱相互作用力为基础,两个或多个分子通过弱相互作用组装而成的有组织的复杂体系为研究对象的化学。主客体化学是超分子化学的重要组成部分。通过大环分子的主客体识别,科学家们制备了具有特殊拓扑结构和功能的小分子,如准轮烷,轮烷以及索烃。此外,科学家们还将主客体化学和传统的高分子相结合,借助分子间弱的相互作用构筑了拓扑结构与传统高分子聚合物类似的超分子聚合物,如线性、星状、支化、超支化以及网状聚合物等。目前,超分子聚合物是超分子化学领域内的一个研究热点。这些通过主客体相互作用构建的二维和三维有序的超分子大环聚合物不仅在拓扑结构上具有重要意义,而且在性质和功能上也有别于传统的聚合物。相比于传统聚合物,超分子聚合物不仅继承了非共价相互作用响应外界刺激的能力,还拥有了自己独特的性质,如超强的自治愈和降解能力。因此超分子聚合物在智能材料、分子机器以及自治愈材料和降解材料等方面具有潜在的应用价值。总结这些研究,我们不难发现,当前的工作主要集中于发展新的组装原理、寻找新的冠醚识别体系、构筑新颖的拓扑结构,但是对这些新颖结构的性质和功能性的研究却乏新可陈,结构新颖性向功能新颖性的转变才刚刚起步。聚合物的拓扑结构是影响聚合物性能的一个重要参数。如果能控制聚合物的拓扑结构,就能控制聚合物的性质。我们知道,冠醚主客体相互作用构建的二维和三维有序的超分子聚合物继承了冠醚体系对外界刺激响应的能力。施加刺激时,超分子聚合物的拓扑结构很容易改变,那么它们的性质是否也随之改变呢?根据报道,AB2型共轭分子在主客体识别后形成超支化聚合物。在此过程中,分子间的π-π堆积作用发生改变,体系的荧光随之发生明显的变化。而主客体识别构建的柔性超支化和网状超分子聚合物,在高浓度时,这些聚合物会形成凝胶;改变外界刺激时,这些聚合物会解离,并发生凝胶-溶胶的改变。那么,网状超分子聚合物组装解组装能否也能带来荧光的变化呢?为此,我们设计合成了一系列含有二苯并[24]冠[8](DB24C8)侧链的刚性共轭高分子。在加入双头二级铵盐DBA客体分子(C12-2H·X,X=PF6,Cl)后,共轭高分子被交联起来,形成网状超分子聚合物;然后施加刺激,使网状超分子聚合物解聚。本文具体做了如下几个方面的研究:1、通过金属配位相互作用构建了含有DB24C8侧链的线性金属超分子聚合物,加入客体分子C12-2H·PF6使其交联形成网状超分子聚合物,荧光减低;加碱后,网状超分子聚合物解离,荧光恢复。2、将具有聚集诱导发光(AIE)特性的四苯基乙烯(TPE)引入到共轭高分子中,制备了一系列组成相似但结构不同的聚四苯基乙烯,这些聚四苯基乙烯继承了TPE的AIE特性。加入C12-2H·X后,四苯基乙烯聚合物被交联形成网状超分子聚合物,四苯基乙烯的AIE特性被激活,体系的荧光会增强;加入碱后,客体分子去质子化,网状超分子聚合物解聚,荧光降低。3、在聚四苯基乙烯和C12-2形成的混合体系中反复滴加HCl和NaOH,荧光表现出逐步增强的趋势。并且研究发现,在加入HCl后,主客体分子形成了尺寸均一的聚集体;并且随着酸碱循环次数的增多,聚集体由胶束转变为囊泡。我们期望这种酸碱响应同时伴随光物理性质改变的超分子体系,在未来的有机光电、分子器件以及荧光传感等多个方向具有潜在的应用价值。
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