取代基对苝酰亚胺衍生物超分子自组装及性质的影响

摘要

在n型有机半导体材料中，苝酰亚胺衍生物（简称PTCDIs）因其独特的光、电特性，受到越来越多的关注，并广泛应用于光伏器件，有机场效应晶体管，气体传感器，荧光探针和医学生物领域。许多研究小组合成的苝类化合物，既具有规整的形貌，又有稳定的化学性质，并将其制作为单分子的气敏传感器。本论文中，通过对苝酰亚胺衍生物进行修饰，设计合成了一系列苝酰亚胺系列的化合物，并对其在溶液中自组装行为和相关性质进行研究。主要研究工作包括:
　　1.设计合成了(1)N，N'-双（1，7-二甲基辛基）-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(PTCDI-C10)、(2)N，N'-双（1，7-二甲基辛基）-1，7-二溴-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(PTCDI-Br2C10)和(3)N，N'-双（1，7-二甲基辛基）-1，7-二对叔丁基苯酚-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(PTCDI-BP2C12)。并研究了这些化合物在氯仿/甲醇二元混合溶剂中的自组装行为，及形成的微米带/纳米带的气体传感性能。结果表明，在水合肼(10ppm)气氛中，PTCDI-BP2C12表现的最灵敏，而PTCDI-Br2C10表现的灵敏度最差。证明，侧链取代基对PTCDIs气体传感器件有显著的影响，这种影响是通过调节化合物的能系带和骨架结构实现的。
　　2.设计合成了(1)N，N'-双（1，7-二甲基辛基）-1，7-二氰-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(PTCDI-CNC10)、(2)N，N'-双（1，7-二甲基辛基）-1，6，7，12-四氯-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(PTCDI-ClC10)。并且研究了不同吸电子取代基对这些化合物自组装形貌和性能的影响。结果表明，与PTCDI-ClC10相比，PTCDI-CNC10对水合肼气体的灵敏度较低而环境稳定性却较强。证明，不同吸电子取代基的对气敏传感灵敏度和环境稳定性有较大影响，这种影响和组装出的形貌和表面积无关，而与化合物分子的结构，能级，能系带有关。
　　3.设计合成了(1)N-辛烷基-N'-（（4-氨基苯基）-β-D-葡萄糖苷)-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(OBAG)、(2)N-十二烷基-N'-((4-氨基苯基)-β-D-葡萄糖苷)-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(DBAG)和(3)N-十六烷基-N'-（（4-氨基苯基）-β-D-葡萄糖苷)-3，4∶9，10-苝二酰亚胺(HBAG)。并且研究了不同长度的烷基链取代基对这些化合物圆二色光谱和自组装形貌的影响。结果表明，OBAG和HBAG在THF/H2O混合溶液中出现CD信号反转，而DBAG没有发生反转。证明，不同长度的烷基链取代基对自组装形成的形貌有很大影响，这种变化是通过调节双亲性分子疏水与亲水的相互作用实现的;另外，也引起了分子间的π-π堆叠面的改变，从而导致其电导性的不同。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 取代基对茈酰亚胺纳米结构的传感性质的研究

2．1 仪器与试剂

2．2 目标化合物PTCDIs的制备

2．2．1 N，N’-双(3，7-二甲基辛烷基)-1，7-二溴-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(PTCDI-Br2C10)

2．2．2 N，N’-双(3，7-二甲基辛烷基)-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(PTCDI-C10)

2．2．3 N，N’-双(3，7-二叔丁基苯酚基)-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(PTCDI-BP2C10)

2．3 苝酰亚胺纳米结构对水合肼气敏传感性质的影响

2．4 结果与讨论

2．4．1 三种化合物的超分子自组装研究

2．4．2 三种化合物传感器件对水合肼气体的响应

2．4．3 探究三种化合物传感器件对水合肼气体的不同响应的原因

2．5 结论

参考文献

第三章 吸电子取代基对苝酰亚胺衍生物的纳米／微米结构传感性质影响的研究

3．1 仪器与试剂

3．2 目标化合物PTCDIs的制备

3．3．1 N，N’-双(3，7-二甲基辛烷基)-1，7-二氰基-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(PTCDI-CNC10)

3．3．2 N，N’-双(3，7-二甲基辛烷基)-1，2，6，7-四氯-3，4﹕9，10苝二酰亚胺的合成(PTCDI-ClC10)

3．3 两种苝酰亚胺衍生物纳米结构对水合肼气敏传感性质的影响

3．4 结果与讨论

3．4．1 三种化合物的超分子自组装研究

3．4．2 两种化合物传感器件对水合肼气体的响应

3．4．3 探究两种化合物传感器件对水合肼气体的不同响应的原因

3．5 结论

参考文献

第四章 非手性侧链烷基链对苝酰亚胺衍生物自组装的手性翻转的调控

4．1 仪器与试剂

4．2 目标化合物PTCDIs的制备

4．2．1 N-辛烷基-N’-(4-氨基苯基)-β-D-吡喃葡萄糖苷-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(OBAG)

4．2．2 N-十二烷基-N’-(4-氨基苯基)-β-D-吡喃葡萄糖苷-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(OBAG)

4．2．3 N-十六烷基-N’-(4-氨基苯基)-β-D-吡喃葡萄糖苷-3，4﹕9，10-苝二酰亚胺的合成(HBAG)

4．3 不同烷基链对苝酰亚胺纳米结构及其传感性质的影响

4．4 结果与讨论

4．4．1 三种化合物的超分子自组装研究

4．4．2 探讨三种化合物的超分子自组装螺旋翻转的原因

4．4．3 探讨三种化合物传感器对水合肼气体的响应

4．5 结论

参考文献

第五章 结论

第六章 文献综述

6．1 引言

6．2 苝酰亚胺及其衍生物的制备合成方法

6．2．1 在bay处取代的苝酰亚胺及其衍生物的合成方法

6．2．2 在N端处修饰的苝酰亚胺及其衍生物的合成方法

6．2．3 具有大平面π共轭体系菲酰亚胺及其衍生物的合成方法

6．3 苝酰亚胺衍生物的超分子自组装

6．3．1 氢键诱导的苝酰亚胺衍生物自组装

6．3．2 基于π-π相互作用的菲酰亚胺衍生物自组装

6．3．3 基于离子键相互作用的苝酰亚胺衍生物自组装

6．4 苝酰亚胺衍生物的性质研究

6．4．1 苝酰亚胺衍生物在染料和涂料应用

6．4．2 苝酰亚胺在有机超效应晶体管中应用

6．4．3 苝酰亚胺在生物医院领域的应用

6．4．4 苝酰亚胺衍生物在气体传感器中应用

6．5 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文