苝湾含取代基的苝酰亚胺衍生物的制备及气敏传感性能研究

摘要

苝及其衍生物最广泛的研究在染料化学中的生色团，因为它们对可见光有高的吸收系数以及它们的高的化学稳定性和热稳定性。他们被发现在材料和超分子化学领域有许多潜在的应用。苝酰亚胺衍生物(PTCDIs)的另一种可能的应用是其作为气体传感装置，这是基于在气体分子的影响下其荧光或传导性的变化。苝酰亚胺衍生物(PTCDIs)属于n-型有机半导体材料(电子接受体)能够检测还原剂(电子给体)，比如水合肼。本文通过对苝酰亚胺衍生物主链与苝湾位置的修饰，设计与合成了一系列化合物，并进一步研究了其在两相溶液中的自组装行为和其他相关性质。主要研究内容包括：
　　1.四个核芳香族取代的苝酰亚胺衍生物：N, N'-双(正十二烷基)-1,7-二(苯基乙炔基)-3,4,9,10-苝酰二亚胺(DEY)，N, N'-双(正十二烷基)-1,7-二(2-乙炔基吡啶)-3,4,9,10-苝酰二亚胺(DSPY)，N, N'-双(正十二烷基)-1,7-二(3-乙炔基吡啶)-3,4,9,10-苝酰二亚胺(DTPY)，N, N'-双(正十二烷基)-1,7-二(4-乙炔基吡啶)-3,4,9,10-苝酰二亚胺(DFPY)被制备和通过电导率测量其气体对水合肼蒸气的响应。这个工作主要集中于两种类型的芳香族基团，即苯基和吡啶基，以及氮原子在吡啶环上在PTCDIs传感器的传感性能同分异构效应的效果。我们发现芳香基团的变化和在吡啶基环上取代的氮原子的位置，不仅改变能量水平，也导致苝核的扭曲和显著地影响固态聚合模式，以至于对它们的气体反应有显著影响。本课题详细分析这些核取代团体对传感性能的影响。
　　2.烷基硅烷取代的苝酰亚胺衍生物：N, N'-二(正十六烷基)-1,7-二(三甲基硅乙炔)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(TMSA)，N, N'-二(正十六烷基)-1,7-二(三乙基甲硅烷)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(TESA)，N, N'-二(正十六烷基)-1,7-二((三异丙基)乙硅烷)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(TPSA)的制备和通过电导率测量他们的气对肼蒸气的相应特点。这项工作主要集中在烷基硅烷链的分支点和长度对PTCDIs传感器传感性能的作用上。为了阐明对响应硅烷链的作用，用于比较目的还制备另一种烷基取代苝酰亚胺衍生物的N, N'-二(正十六烷基)-1,7-二(3,3-二甲基-1-丁炔基)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(DMB)。我们发现，虽然两者的烷基取代DMB和硅烷取代的TMSA表现出相似的感知性能，烷基硅烷链的长度和支化点的变化，不仅导致苝芯的扭绞而且还改变了聚合模式和晶体结构，从而对PTCDIs气体反应显著影响。我们希望详细的分析柔性链角色，将有助于更好地了解有机半导体的结构-性能关系和促进设计新的化合物和改善其设备性能。
　　3.制备了手性苝衍生物在苝湾的手性烷基链的两种立体异构体：N, N'-二(正十二烷基)-1,7-二((R)-1-辛炔-3-醇)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(ROT), N, N'-二双(正十二烷基)-1,7-二((S)-1-辛炔-3-醇)-3,4,9,10-苝二酰亚胺(SOT)。为了阐明对气敏特性立体异构的效果，另外苝酰亚胺衍生物与苝湾位置的类似非手性烷基链N, N'-二(正十二烷基)-1,7-二(1-辛炔-3-醇)3,4,9,10-苝二酰亚胺(OT)也被合成作为对比。人们发现，晶体结构和π-π重叠以及它们的固态膜的π-π间距对烷基链的立体异构高度敏感，从而对电流变化具有显著影响。我们希望对烷基链立体异构的作用进行详细分析，这将有助于更好地了解有机半导体的结构-性能关系，并促进其器件性能的设计和改进。

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2苝酰亚胺及其衍生物的合成方法

1.3 苝酰亚胺衍生物的超分子自组装

1.4苝酰亚胺衍生物性质研究

1.5 本课题意义

参考文献

第二章 探测芳香取代基苝酰亚胺衍生物在水合肼中的传感属性

2.1芳香基取代苝酰亚胺衍生物的意义

2.2仪器与试剂

2.3芳香基取代苝酰亚胺衍生物的制备

2.4四种芳香取代基苝酰亚胺衍生物分别对水合肼气敏传感性质的探究

2.5结论

参考文献

第三章 烷基链对苝酰亚胺衍生物气敏传感性能影响

3.1烷基硅烷基功能化的苝酰亚胺衍生物的设计

3.2 仪器与试剂

3.3 烷基硅烷基功能化苝酰亚胺衍生物的制备

3.4结果与讨论

3.5结论

参考文献

第四章 烷基链上的立体异构对苝染料气敏特性的影响

4.1立体异构苝酰亚胺衍生物的选题意义

4.2 仪器与试剂

4.3 目标化合物苝酰亚胺衍生物的制备

4.4.立体异构苝酰亚胺衍生物材料对水合肼蒸汽气敏传感性质的探究

2.5 结论

参考文献

第五章 结 论

附图

致谢

攻读学位期间发表的学术论文