38620字硕士毕业论文含荧光单元光致变色材料的合成与表征

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38620字

论点：变色,化合物,亚胺

论文概述：

目前，光致变色材料的研究主要集中在高新技术领域如：全光子信息存储材料、分子幵关，光电驱动材料、分子逻辑电路等。在这些材料的器件化过程中，突光信号具备易于操作、器件制备成本

论文正文：

第一章有机光致变色化合物的研究进展

1.1导言
材料、能源和信息被称为科学和技术的三大支柱。随着21世纪科学技术的飞速发展，人们对各种结构和功能材料的需求越来越大。然而，许多领域的发展需要速度更快、容量更大、响应时间为纳秒和皮秒的信息存储材料。最终目标是在分子甚至原子层面实现海量信息的超高速存储。高性能有机光致变色材料只是满足这一需求潜力巨大的存储材料之一，因为光致变色材料通过光子记录信息。一旦工业化，光学信息存储和光电器件等相关材料的研究将迅速发展(1)。事实上，有机光致变色自从第一次被[发现以来，已经有了很长的研究历史。1867年，弗里奇观察到黄色四烯在空气体和光的作用下褪色现象。当加热时，这种化合物产生的物质会再生二十四碳烯，并恢复原来的颜色。1876年，Meer首次报道了二苯并对甲基在光照下燃烧钾盐的颜色变化，称这种现象为光致变色。20世纪50年代赫斯特伯格先后报道了螺环化合物在光下变色，在另一波长光的照射下或在热的作用下恢复到原来的颜色的现象，称之为光致变色现象。

1.2光致变色定义
光致变色现象15\"\"]是指化合物(a)在受到一定波长的光照射时，可以发生特定的化学反应，得到产物(b)，化合物(a)的吸收光谱因结构变化而发生明显变化。在另一种波长的光的照射下或在热的作用下，它可以恢复到原来的形式。其典型的紫外-可见吸收光谱和光致变色反应可由图1.1定性描述。

1.3有机光致变色化合物
近几十年来，有机光致变色化学和材料的研究不断拓宽和深化。2000年，《化学》全面综述了有机光致变色材料的研究现状。有机光致变色材料是分子中带有光致变色官能团的材料。这些材料的光致变色特性来自分子中包含的光致变色基团。光致变色材料有多种类型，根据不同的分类方法可以分为多种类型。例如，根据不同的光致变色机理，光致变色材料一般可以分为七种类型:键断裂(异裂或同裂)、顺反互变异构、氢键转移互变异构、价键互变异构、氢化还原反应、三重-三重吸收等。根据热稳定性分类，光致变色有机化合物可分为热不稳定化合物，如螺噁嗪、螺吡喃、萘并吡喃等。变色后，这些化合物在黑暗中会发生热变色，恢复到原来的无色状态，而另一类化合物是热稳定的，如二芳基乙烯和富吉德。目前，有机光致变色化合物的研究主要集中在偶氮苯、富吉德、螺吡喃、螺美兰、二芳基乙基化及相关杂环化合物上，新的光致变色体系也在探索和发现中。本文研究的光致变色化合物可分为两类，一类是热稳定的二噻乙烯。

第2章基于萘酰亚胺和二茂铁基单元的二噻吩乙烯:氧化还原燃烧分子开关、门控光致变色和多重表达状态

2.1简介
光致变色化合物由于其在光学信息存储和光学器件中的潜在应用价值，在材料化学领域受到越来越多的关注。近年来，光致变色化合物如双噻吩乙烯(Bisthenylethenes)、BTEs)由于其优异的热稳定性和耐疲劳性，已经成为高密度存储、高响应速度、可擦除分子开关材料等地方的研究热点。为了读出光致变色分子的两种不同状态，常用的方法包括紫外吸收、燃烧光、红外和折射率等。其中，突光以其操作简单、器件制造成本低、响应速度快等优点得到了广泛的研究和应用。然而，传统的以全氟(氢)环戊烯为中心的薄桥二噻乙烯光致变色化合物一般没有突光或只有微弱的荧光，这极大地限制了其在光学材料等地方的应用。为了使二噻乙烯具有荧光性质，有两种常用方法。一个是侧链，香豆素[113]，萘酰亚胺，庄乔亚胺[72，73，95] 15，罗丹明[63-65]等轻基团。这种方法合成步骤长，成本高，常常难以实现。其次，改性燃烧直接作为二噻乙烯的中心桥，大大拓宽了二噻乙烯桥的类型。近年来，一些研究小组以这种方式合成了许多新的光致变色材料，这些材料具有有趣的性质。在以前的工作中，我们的研究小组成功地设计并合成了以萘酰亚胺荧光团为中心的BTE-NA1和BTE-NA2(图2.1)。

第三章基于萘酰亚胺单元的光致变色聚合物的合成……88-103[/比尔/] 3.1导言……88-89[/比尔/] 3.2实验部分……89-92
3.2.1试剂和仪器……89-90[/溴/] 3.2.2目标化合物和中间体的合成路线……90[/溴/] 3.2.3中间体和目标化合物的制备……90-92
3.2.3.1 N-烯丙基-3-碘-4-溴-1，8-萘酰亚胺……90-91
3.2.3.2单体BTE……91
3.2.3.3聚合物聚(nip mam-co-bte)……91-92
3.3结果和讨论……92-101 [/BR/] 3.4本章概述……101-103
第4章新……103-123，萘酐和萘酰亚胺作为烯烃[/BR/] 4.1简介……103-104
4.2实验部分……104-105
4.2.1试剂和仪器……104
4.2.2目标化合物的合成路线……104[/溴/]4 . 2 . 3 BTE-氧的合成……104-105
4 . 2 . 4 BTE-NH的合成……105[/比尔/] 4.3结果和讨论……105-122
4.4本章概述……122-123
第五章萘并吡喃衍生物……123-147
基于萘酰亚胺单元5.1简介……123-125
5.2实验部分……125-131
5.2.1试剂和仪器……125
5.2.2中间体和目标化合物的合成路线……125-126[/溴/] 5.2.3中间体和目标化合物的合成……126-131 [/BR/] 5.3结果和讨论……131-146
5.4本章概述……146-147

结论

本文以萘酰亚胺抛光基团为基体，在其酰亚胺单元上引入不同的功能单元，作为二噻乙烯的中心薄桥，设计并合成了一系列目标化合物。此外，创新性地将萘酰亚胺和苯并噻二氮杂单元引入萘并吡喃光致变色体系，并对目标化合物的结构和性能进行了详细的表征和研究。
1。设计并合成了一种基于萘酰亚胺燃烧和二茂铁单元的新型二噻吩乙烯光致变色化合物BTE-氟化钠。利用二茂铁优异的氧化还原性能，通过电化学和化学方法，可以实现BTE-氟化钠光致发光和光致变色性能以及光电协同效应下多种寻址状态的转换。由于二茂铁和萘酰亚胺之间的正电子发射效应，萘酰亚胺单元的发光完全淬灭iOFF)。通过用0.8 V电压氧化二茂铁单元，阻断正电子发射断层效应和荧光恢复(OAO在此基础上，在用-0.6 V的电压还原后，恢复了正电子发射断层扫描效应，并且突然的光再次将WFF击昏)。因此，突发光分子开关得以成功实现。在相同条件下，BTE-NAFC+的光敏性和光稳态下的吸光度明显提高，闭环过程中恢复的出射光再次淬灭。oBTE-NAFc和cnBTE-NAFC+闭环形式的电化学研究表明，0.8 V电压可诱导碳-BTE-NAFc+开环转化为BTE-NAFC+同时恢复碳-BTE-NafC闪络。同样，在-0.6 V电压的降低下，碳-BTE-氟化钠+转化为BTE-氟化钠。因此，在光电的协同作用下，BTE-北美自由贸易区、BTE-北美自由贸易区、BTE-北美自由贸易区和BTE-北美自由贸易区可以相互转化。以铁(C104)3为氧化剂，LAS为还原剂的化学氧化还原法也能实现对强光的调控。不同之处在于化学氧化态BTE+-NAFC+不具有光致变色性能。LAS还原后，性能恢复，光致变色“门控”效应成功实现。类似地，化学氧化也会导致闭环开环。因此，BTE-北美自由贸易区、BTE+-NAFC+和BTE-北美自由贸易区可以相互转化。
2。设计并合成了基于萘酰亚胺钉的光致变色聚合物聚(NIPMAM-cro-BTE)。凝胶色谱法用于测定m？表征了重均分子量Mw和分散指数。单体和聚合物表现出良好的光致变色性能，如响应速度、可着色性等。在四氧呋喃溶液中。光致变色前后，单体和聚合物均出现光猝灭现象，光猝灭程度分别为75%和55%。该聚合物在薄膜中还显示出优异的荧光和其他性能。
3。设计并合成了以萘酐和萘酰亚胺为中心的二噻吩乙烯光致变色化合物BTE-0和BTE-NH。通过核磁共振跟踪实验，研究了光照前后闭环和开环中各种氧的化学位移。还研究了BTE-0和BTE-NH在非极性环己烷和极性乙腈溶液中的光致变色性、荧光寿命、光致变色猝发控制和溶剂光致变色性。对BTE-0和BTE-NH化合物深层性质的研究仍在继续，如BTE-NH的自组装性能。此外，BTE-0作为一种重要的光致变色中间体，由于萘酐单元的易修饰性，对光致变色体系的开发具有参考价值。

参考
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