偶氮苯化合物的合成及其光致异构化研究

摘要

偶氮苯化合物是一种典型的光致变色材料，其光致异构化特性在诸多领域得到了广泛的应用。本文设计合成了五种不同结构的偶氮苯衍生物，着重探讨了其结构对光谱性能的影响。在此基础上，将偶氮苯的光致异构化性能应用于无机量子点以及石墨烯的改性。
　　首先，我们采用了重氮偶合法合成了五种不同的偶氮苯衍生物，其中包括含有强吸电子基团、给电子基团以及含有不同数目偶氮基的化合物。合成过程中也涉及到氨基的氧化、氨基保护以及硝基还原。目标产物通过红外和紫外-可见吸收光谱进行了分析表征。
　　其次，偶氮苯化合物的光致异构化性能主要与分子结构上取代基的性质有关。我们分别对含有吸电子基团-NO2、给电子基团-NH2以及不同数目偶氮基的化合物的光致异构化动力学行为进行了比较研究，发现不同性质的取代基对化合物光致异构化性能的影响不同，吸电子基团具有抑制作用，而多个偶氮基团的作用较为复杂。此外，溶剂的极性以及酸性对偶氮苯化合物的紫外-吸收光谱存在一定的影响。极性溶剂的极化作用影响了分子中电子跃迁的能量差，导致谱带的最大吸收波长(λmax)发生位移;介质中的H+使分子中的生色团质子化，化学键发生改变，从而产生酸致变色现象。
　　然后，在对无机量子点的改性方面，我们将具有良好光致异构化性能的4-氨基偶氮苯与巯基丙酸(MPA)通过酰胺化缩合反应制成新的偶氮苯化合物(MPAA)，并通过1HNMR、FTIR以及UV-Vis光谱对其结构进行表征分析。将这种化合物与MPA共同作为配体制备了CdSe-MPAA量子点。与单纯以MPA作为配体合成的CdSe量子相比，在紫外-可见吸收光谱中，新型量子点具有光致异构化特性;在荧光光谱中，偶氮苯分子的加入对CdSe量子点的荧光起到了猝灭效应。
　　最后，在对氧化石墨烯(GO)功能化方面，我们利用了GO表面上大量的极性亲水基团-COOH和4，4'-二氨基偶氮苯通过酰胺化缩合反应，将偶氮苯分子接枝到GO表面，制成GO-Azo杂化材料。这种材料同时具有GO的单片层基本结构和偶氮苯生色团的光致异构化行为。功能化的GO-Azo的电导率与GO相比显著提高，并在紫外光作用下的电导率逐渐下降，说明可将其应用于光控电导率研究。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 偶氮苯化合物概述

1．2 偶氮苯化合物的光致异构化

1．2．1 偶氮苯光致异构化的机理

1．2．2 偶氮苯光致异构化的影响因素

1．3 偶氮苯化合物的合成

1．3．1 偶氮苯类化合物的合成方法

1．3．2 重氮化-偶合法合成偶氮苯的反应条件概述

1．4 偶氮苯化合物的应用

1．4．1 偶氮苯化合物应用于光控分子开关

1．4．2 偶氮苯化合物应用于液晶高分子材料

1．4．3 偶氮苯化合物在生物方面的应用

1．4．4 偶氮苯／无机复合材料方面的应用

1．5 本论文研究的主要意义及内容

第二章 含不同基团的偶氮苯化合物的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 偶氮苯化合物的合成

2．3 目标产物的分析表征

2．3．1 4-氨基偶氮苯(a)的FTIR和1HNMR分析

2．3．2 4-硝基-4’-氨基偶氮苯(b)的FTIR和1HNMR分析

2．3．3 4，4’-二氨基偶氮苯(c)的FTIR和1HNMR分析

2．3．4 d的FTIR和1HNMR分析

2．3．5 e的FTIR分析

2．3 目标产物的UV-Vis图谱分析

2．4 小结

第三章 偶氮苯化合物的光致异构化性质研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验中所用仪器与试剂

3．2．2 实验内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 偶氮苯化合物结构对其光致异构化的影响

3．3．2 溶剂对偶氮苯化合物光谱性能的影响

3．3．3 水溶液中H+对偶氮苯化合物光谱性能的影响

3．4 小结

第四章 偶氮苯对量子点荧光调控的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 化合物MPAA的合成

4．2．3 乙醇相中合成CdSe量子点

4．2．4 乙醇／乙腈相中合成CdSe-MPAA量子点

4．3 结果与讨论

4．3．1 MPAA的FTIR表征

4．3．2 MPAA的1HNMR表征

4．3．3 CdSe量子点和CdSe-MPAA量子点的FTIR表征

4．3．4 MPAA及CdSe-MPAA量子点的紫外-可见吸收图谱

4．3．5 MPAA对CdSe量子点的荧光光谱的影响

4．4 小结

第五章 偶氮苯对石墨烯的改性及其光控电导率研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂与仪器

5．2．2 氧化石墨烯(GO)的制备

5．2．3 偶氮苯功能化的氧化石墨烯(GO-Azo)的制备

5．2．4 测试与表征方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 GO-Azo的FTIR光谱

5．3．2 GO-Azo的UV-Vis吸收光谱

5．3．3 GO-Azo的光控电导率性能

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文