氟代苝酰亚胺二聚体分子的合成及其性质的研究

摘要

苝酰亚胺衍生物是一类在许多领域都有巨大应用价值的功能染料。由于其具有独特的光学和电学性质，例如强的光电性质和半导体性质，已经在电子器件、光学器件领域化学传感器和催化剂等诸多领域引起了人们极大的兴趣。本论文主要包括以下两方面的内容。
　　一种新型的双亲性七氟烷基链取代的苝酰亚胺二聚体，1-氨基-3，5-[ N-氨基-N'-七氟丁基-1,6,7,12-四(对叔丁基酚氧基)-3,4:9,10-苝二酰亚胺]-2，4，6-三嗪（2PDIF-TAZ）被设计和合成。通过改变混合溶液的体积比来研究了其在四氢呋喃/水的混合溶液中的自组装性质。利用扫描电子显微镜（SEM），电子吸收光谱，荧光光谱和X射线衍射技术对聚集体性质进行了表征。导电性通过电流-电压（I-V）曲线进行了分析。2PDIF-TAZ分子间的氢键作用和范德华力的竞争和合作关系以及溶剂和溶液间的作用力导致分子形成了具有不同形貌的微观结构，微米花簇（从75/25混合溶液中析出），微米蝴蝶结（从50/50混合溶液中析出）和纳米空心球（从50/50混合溶液中析出）。通过与THF溶液进行对比，发现2PDIF-TAZ分子在聚集体中都是J聚集。然而，这三种聚集体的吸收峰红移的程度是不一样的，这说明聚集体内分子间氢键，π-π作用和侧链的疏水作用是不同的，导致分子间的作用力也不同。XRD谱图分析说明聚集体间的作用力强弱是不同的，其强弱顺序为：纳米空心球<微米花簇<微米蝴蝶结。同时也表明溶剂对分子间作用力调控和2PDIF-TAZ分子在自组装微观结构中的排列有很大的影响。而且，微米蝴蝶结的电导率比花簇和空心球的电导率大了10倍。另外，这几种微观结构对水合肼都具有很好的响应。与在空气氛围中比较，这三种微观结构在饱和水合肼气氛中的电导率都有极大的提高，分别提高了3个数量级（微米蝴蝶结），4个数量级（微米花簇）和5个数量级（纳米空心球）。其中，用空心球制备的电子器件是目前为止最好的。我们的研究结果不仅为苝酰亚胺衍生物分子的形貌和结构的控制提供了一个可行的方法：通过分子设计和调节混合溶液中分子间的作用力来实现对形貌和结构的控制。更重要的是为制备高性能的传感器器件提供了机会。
　　通过对2PDIF-TAZ在不同的溶剂中电子吸收光谱和荧光光谱的研究，我们可以得知，其在二氯甲烷溶液中是以非聚集态存在的，而在甲醇溶液中是以H聚集形式存在。在甲醇溶液中，温度对其光谱的影响很小。这说明2PDIF-TAZ的聚集形式不受温度的影响，能在70℃内稳定存在。通过对比甲醇溶液中析出固体和溶液的光谱，我们得知2PDIF-TAZ的聚集形式从H聚集（溶液）转变成了J聚集（固体）。当往甲醇溶液中逐次加入不同的有机小分子试剂，混合溶液的荧光有不同程度的增加，其中四氯化碳溶液增加最大，荧光强度增强了3倍。这说明，2PDIF-TAZ的甲醇溶液有机小分子的检测方面具有很大的应用潜力。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 苝酰亚胺类化合物

1.1.1 概论

1.1.2 苝酰亚胺类化合物的合成

1.1.3 苝酰亚胺的性质

1.1.4 苝酰亚胺衍生物的应用

第二章 基于一种双亲性苝酰亚胺二聚体分子的半导体的形貌控制：从花簇到空心球

2.1 分子设计

2.2 实验试剂和仪器

2.2.1 实验所用试剂

2.2.2 实验仪器

2.3 苝酰亚胺衍生物（2PDIF-TAZ）的合成

2.3.1 N,N-二正丁基-1,6,7,12-四氯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺（a）的制备

2.3.2 N,N-二正丁基-1,6,7,12-四(4-叔丁基苯氧基) -3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺的制备

2.3.3 1,6,7,12-四(4-叔丁基-苯氧基)-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺的制备

2.3.41,6,7,12-四(对-叔丁基酚氧基)N-七氟丁基-3, 4-酸酐-9, 10-苝单酰亚胺的制备

2.3.5 1-氨基-3，5-二联胺-2，4，6-三嗪的制备

2.3.6 2PDIF-TAZ二聚体的制备

2.4 聚集体的制备

2.5 器件的制备

2.6 电化学的测定

2.7 结果与讨论

2.7.1 聚集体的形貌

2.7.2 聚集体的电子吸收和荧光发射光谱

2.7.3 聚集体的XRD分析

2.7.4 聚集体的形成机理

2.7.5 2PDIF-TAZ的氧化还原性质的研究

2.7.6 还原性气体的检测

2.8 结论

第三章 有机小分子的荧光识别

3.1 实验溶剂和仪器

3.1.1 实验溶剂

3.1.2 实验仪器

3.2 实验步骤

3.2.1 基片的提前处理

3.2.2 各种溶液的配制

3.2.3 固体光谱样品的制备

3.2.4 2PDIF-TAZ的甲醇溶液对有机小分子的识别

3.3 结果与讨论

3.3.1 2PDIF-TAZ二氯甲烷溶液浓度依赖的吸收光谱

3.3.2 不同溶剂中的紫外吸收光谱和荧光发射光谱

3.3.3 甲醇溶液中不同温度时的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱

3.3.4 甲醇溶液和固体的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱对比

3.3.5 有机小分子的荧光识别

3.4 结论

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

附录