新型长链螺吡喃类光致变色化合物的合成及其性质研究

摘要

光致变色现象是指一个化学物种在吸收光谱明显不同的两种形态之间的可逆转换过程，至少其中的一个过程是光驱动的转换反应。光致变色学是二十世纪九十年以来由化学、物理、材料和光电子技术等学科交叉形成的新领域。近年来，由于光致变色化合物在信息储存、眼科镜片、电子显示、光学开关等领域存在着巨大的潜在应用，光致变色现象成为了研究的热点。 目前，对光致变色化合物的研究大都集中在Shift碱、偶氮化合物、俘精酸酐、二芳基乙烯、螺吡喃、螺嗪及相关的杂环化合物上。其中螺吡喃是非常重要的一类光致变色化合物，因其具有优良的热不可逆性和耐疲劳特性等光致变色性质而成为目前最具潜力的光致变色化合物。 本论文研究的主要目的是向简单的螺吡喃类化合物上引入长链取代基，以期合成新的具有更加优良的光致变色性质的螺吡喃类化合物，进而研究这些化合物的光致变色性质。 本论文的研究工作大体分为三个部分： 第一部分是对光致变色现象及光致变色化合物的研究进展综述，介绍了光致变色化合物的定义及变色机理；近年来各类光致变色化合物的研究进展以及光致变色化合物在光信息存储、生物活性分子的光调控、光致变色超分子、防护与装饰材料等方面的最新进展及应用。 第二部分是螺吡喃类光致变色化合物的合成。本文主要合成了三个系列的螺吡喃类化合物：1)通过在吲哚环氮原子上引入长链烷烃取代基进而与不同的水杨醛衍生物反应合成了一系列含简单长链烷烃取代基的新型螺吡喃类化合物；2)通过在吲哚苯环上引入长链酰胺基团合成了一系列含长链酰胺取代基的新型螺吡哺类化合物；3)采用含醛基的螺吡喃类化合物进一步与巴比妥酸反应合成了一系列含长链烷基和巴比妥酸取代基的新型螺吡喃类化合物。所合成的目标化合物中四个为未见文献报道的新化合物。本文主要采用红外光谱、紫外-可见光谱、核磁共振氢谱、质谱等手段对所合成的螺吡喃类化合物进行了结构确证。 第三部分是对所合成的螺吡喃类化合物的性质研究。应用紫外-可见光谱研究了各个螺毗喃类化合物的光致变色性质，结果显示螺吡哺类化合物SPl、SP2、SP3、SP4、SP8、SP9在乙醇溶液具有良好的光致变色性质：而螺吡喃类化合物SP5、sP6、sP7在乙醇溶液中却显示良好的逆光致变色性质。所合成的这些螺吡喃类化合物同时也具有热致变色性质。此外，SPl、SP2、SP3、SP4、SP6、SP7、SP8、SP9还具有对pH敏感的变色性质。研究不同溶剂对螺吡喃类化合物变色性质的影响，发现螺吡哺类化合物SPl、SP2、SP3、SP5、SP6、SP8、SP9显示负的溶剂化显色效应；SP4和SP7显示正的溶剂化显色效应。通过对含长链取代基的螺吡喃类化合物和传统的螺吡喃类化合物进行一系列光致变色性质的研究和比较，发现含长链取代基的螺吡喃类化合物在溶解性、变色性质及耐疲劳性等方面具有明显的优越性。另外我们还对这些螺吡喃类化合物的荧光性质进行了研究、比较。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1光致变色化合物研究进展

1.2光致变色化合物的定义及变色机理

1.3几种常见的光致变色化合物简介

1.4光致变色化合物的应用

2所使用的主要试剂、仪器

2.1主要原料、试剂

2.2原料、试剂预处理

2.3检测仪器及主要操作方法

3含简单长链烷烃取代基的新型螺吡喃类化合物的合成与表征

3.1含N-甲基和醛基的螺吡喃类化合物SP1

3.2含N-十六烷基和醛基的螺吡喃类化合物SP2

3.3含N-十六烷基和羟基的螺吡喃类化合物SP3

3.4含N-十六烷基和萘环的螺吡喃类化合物SP4

3.5小结

4含长链酰胺取代基的新型螺吡喃类化合物的合成与表征

4.1十八碳酸酰胺基取代的螺吡喃类化合物SP5

4.2戊二酰胺基取代的双螺吡喃类化合物SP6

4.3十八碳酸酰胺基取代的萘环螺吡喃类化合物SP7

4.4小结

5含长链烷基和巴比妥酸取代基的新型螺吡喃类化合物的合成与表征

5.1含N-十六烷基和巴比妥酸基的螺吡喃类化合物SP8

5.2含N-甲基和巴比妥酸基的螺吡喃类化合物SP9

5.3小结

6本论文所设计合成的螺吡喃类化合物的性质研究和讨论

6.1长链取代螺吡喃类化合物的优越性研究

6.2光致变色性质研究

6.3逆光致变色效应研究

6.4溶剂化显色效应研究

6.5热致变色效应研究

6.6 pH敏感性研究

6.7荧光性质研究

6.8小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间科研成果