含螺吡喃光致变色单元的有机硅材料研究

摘要

光致变色材料现在具有广泛的应用前景，光致变色材料在光开关，信息存储，变色眼镜等方面具有非常大的应用价值。螺吡喃类化合物是典型的光致变色化合物，它作为光致变色材料，变色性以及光致变色速率非常好；由于种种优点使螺吡喃类化合物成为了光致变色材料研究的热点。螺吡喃光致变色材料具有较好的褪色速率引起人们的广泛关注，但是有关螺吡喃接枝含氢硅油的研究报道却不是很多。螺吡喃与含氢硅油聚合可以极大地提高光致变色材料的热稳定性，能够使光致变色材料应用于多种表面或其他方面。本文设计合成了一种含有螺吡喃光致变色单元的含氢硅油聚合物。研究内容分为两部分：
　　第一部分是新型螺吡喃化合物的合成与表征，并把带有双键的螺吡喃化合物与含氢硅油通过硅氢加成反应接枝成为聚合物。应用1-烯丙基-2,3,3-三甲基吲哚啉和5-氯水杨醛合成了一种未见文献报道的新型的螺吡喃化合物：1-烯丙基-6-氯螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-吲哚啉]。该合成产物的产率为57％。该合成产物合成过程的反应条件温和又易于控制。并将这种含有双键的螺吡喃化合物通过硅氢加成反应，使化合物中的双键和聚甲基氢硅氧烷中活泼的硅氢键进行反应，生成了新型的螺吡喃接枝聚合物。通过凝胶渗透色谱对聚合物的分子量做了测定：Mw：59094，Mn：41482，Mw/Mn：1.425。本文主要采用1H NMR,13C NMR和IR，GPC等分析手段对合成的新化合物进行了结构的确证。
　　第二部分主要对合成的聚合物的性能进行了研究，并对其进行了紫外吸收光谱检测。首先对聚合物的热稳定性进行了测试，实验测得聚合物从245.3℃到552.4℃质量损失78.72%，由此可以看出聚合物具有较好的热稳定性。在聚合物的光谱性质测试中，首先测得了摩尔消光系数，得到聚合物的摩尔消光系数为0.224×106 L/(mol·cm)。聚合物随着光照时间的增加，肉眼可观测到溶液由淡黄色变为了无色，紫外吸收光谱也发生变化。光照停止后，溶液颜色可逆性的回复为淡黄色。并对聚合物做了金属离子的选择性实验，在加入 C e3+，F e3+， F e2+后聚合物溶液由无色变成黄色，在可见光区域内出现了新的吸收峰，发现聚合物对 C e3+，F e3+，F e2+具有选择性识别的性质。同时做了聚合物在检测F e3+浓度时的检测下限，得到聚合物检测F e3+溶液的检测下限为2×10-5mol/L。本文测试了聚合物在检测金属离子 Ce3+， Fe3+，Fe2+时其他金属离子的干扰性，研究发现在同时加入其他金属离子时，吸收光谱的最大吸收波长并没有发生变化，可以得出聚合物具有很好的抗干扰性。同时做了聚合物在不同的酸碱性条件下的光学性能测试，聚合物溶液在酸性条件下颜色由淡黄色变为黄色，在中性和碱性的条件下颜色不发生变化，可以看出聚合物具有pH响应特性。由此说明本文合成了一种具有多重响应性质的螺吡喃接枝聚合物。

目录

声明

第1章 研究背景及意义

1.1 引言

1.2 光致变色的基本概念

1.2.1 光致变色现象

1.2.2 光致变色化合物

1.2.3 光致变色聚合物

1.2.4 光致变色材料的研究概况

1.2.5 光致变色材料的分类

1.2.6光致变色材料的应用

1.3 螺吡喃化合物

1.3.1 螺吡喃类化合物的研究现状

1.3.2 螺吡喃类化合物的反应机理

1.3.3 螺吡喃类化合物的应用

1.4 聚硅氧烷的概述

1.4.1 含氢硅油的基本概念

1.4.2 硅氢加成反应的概述

1.5 本课题的选题依据及研究意义

1.5.1 本课题的选题依据

1.5.2 本课题的选题意义

第2章 结果与讨论

2.1 合成部分

2.1.1 2, 3, 3-三甲基-3H-吲哚的合成及探索

2.1.2 螺吡喃SP1的合成及探索

2.1.3 目标聚合物的合成及探索

2.1.4 合成路线小结

2.2 合成产物的结构表征

2.2.1 1-烯丙基-6-氯螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-吲哚啉]（ SP1）的表征

2.2.2 目标聚合物的表征

2.3 聚合物的热稳定性测试

2.4 聚合物的光学性质测试

2.4.1 摩尔消光系数

2.4.2光照前后聚合物吸收光谱的变化

2.4.3时间对聚合物吸收光谱的变化

2.4.4 聚合物的抗疲劳性研究

2.4.5聚合物在不同的酸碱性条件下的光学性能测试

2.4.6 不同金属离子对吸收光谱的影响

2.4.7加入Fe3+对聚合物吸收光谱的变化

2.4.8不同浓度Fe 3+溶液对吸收光谱的变化

2.4.9聚合物的抗干扰性研究

第3章 实验部分

3.1 实验试剂

3.2 实验仪器

3.3 测试表征方法

3.4 合成部分

3.4.1 5-氯水杨醛（化合物1）的制备

3.4.2 5-溴水杨醛（化合物2）的制备

3.4.3 2, 3, 3-三甲基-3H-吲哚（化合物4）的合成

3.4.4 1-烯丙基-2,3,3-三甲基吲哚啉（化合物5）的制备

3.4.5 螺吡喃单体SP1的合成

3.4.6 目标聚合物的合成

3.5 聚合物的光谱测试溶液的配制

3.5.1 聚合物母液的配制

3.5.2 pH试剂的配制

3.5.4 0.11mg/mL聚合物溶液（乙醇：水=9:1）的配制

3.5.5不同浓度下的聚合物溶液的配置

3.5.6 不同pH值下的聚合物溶液的配制

3.5.7不同金属离子的聚合物溶液的配制

3.5.8不同Fe3+浓度下的聚合物溶液的配制

3.5.9 参比溶液的配制

3.5.10聚合物测试离子抗干扰性溶液的配制

3.5.11 pH的测定

3.5.12 紫外吸收光谱的测定

第4章 总结与展望

参考文献

致谢