冠醚体系LCST行为的调控研究

摘要

近年来，随着智能家电、智能器件、智能医疗进入人们的视野，智能材料在人们生产生活中所占的比重越来越大。所谓智能材料，是对外部刺激具有可感知性、可响应性，能够自监测、自判断和自处理的新型功能材料。热响应性材料作为智能材料的一部分，学者们对其作用机理、应用开发做了许多探索并且取得了诸多成果。低临界相变温度(LCST)材料就是热响应材料中研究最为广泛的一类，然而，对LCST行为的研究目前主要集中在高分子聚合物领域，很少涉及小分子体系，而且对于小分子体系LCST的研究范围也比较局限。冠醚，作为超分子化学第一代主体分子，因其具有两亲性，被广泛应用于热响应系统。因此，本论文从小分子体系出发，以冠醚为主体，通过引入阳离子匹配选择性、可降解性及水分子的氢键性质来调控LCST行为，主要包括以下三个部分。　　第一部分，我们设计并合成了四种不同环大小的三爪冠醚化合物。由于冠醚环上的乙二醇链具有亲水性，所以冠醚环越大，单体的水溶性更好。通过紫外可见光谱研究，我们发现同等浓度下，冠醚环越小，Tcloud越低，而最小冠醚环的化合物没有发生LCST行为。我们进一步利用三爪冠醚与阳离子的尺寸匹配选择性，来调控冠醚化合物的LCST行为及其Tcloud。　　第二部分，我们利用酰氯与苯并21-冠-7单元共轭，制备了具有四个冠醚单元的季戊四醇衍生物。这种季戊四醇衍生物不仅具有传统的LCST行为，而且具有时间依赖性的LCST现象。我们利用核磁、理论计算、动态光散射测量、扩散有序光谱核磁实验等确定该种季戊四醇衍生物在水中具有可降解性，并提出了分子内环化的降解机理。　　第三部分，我们设计并合成了两种类似的冠醚化合物，一种含醛基，另外一种不含醛基。相比较而言，含醛基的冠醚化合物在乙醇中的溶解度受水分子的影响更大，在乙醇-水溶液中有LCST现象。通过单晶衍射、荧光、红外、理论计算等验证了水分子与醛基的氢键作用。同时我们利用氢键作用简单高效的分离这两种类似物，这为类似物的分离提纯提供了新的思路。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 pH对LCST行为的调控

1.2 光对LCST行为的调控

1.3 抗衡离子对LCST行为的调控

1.3.1 阳离子

1.3.2 阴离子

1.3.3 多价阳离子

1.4 溶剂对LCST行为的影响

1.5 气体对LCST行为的影响

1.6 糖对LCST行为的影响

1.7 表面活性剂对LCST行为的影响

1.8 本论文选题思路与内容

第2章 小分子体系的尺寸匹配选择性控制LCST行为

2.1 引言

2.2 单体的设计与合成

2.3 结果与讨论

2.3.1 溶解度的多样性

2.3.2 单体在水中的热响应性

2.3.3 阳离子尺寸匹配选择性诱导的LCST相行为

2.3.4 讨论

2.4 小结

2.5 实验部分

2.5.1 材料与测试

2.5.2 实验步骤

第3章 小分子体系的可降解型LCST相变

3.1 引言

3.2 单体的设计与合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 单体3.1传统的LCST行为

3.3.2 单体3.1 LCST行为的时间依赖性

3.3.3 单体3.1的降解

3.3.4 单体3.1的降解机理

3.3.4 单体3.1 LCST行为的机制

3.4小结

3.5 实验部分

3.5.1 材料与测试

3.5.2 实验步骤

第4章 小分子体系中氢键诱导的LCST行为及其在分离类似物上的应用

4.1 引言

4.2 单体的设计与合成

4.3 结果与讨论

4.3.1 单体4.1与4.2的溶解性

4.3.2 氢键作用

4.3.3 单体4.1在乙醇-水中的LCST行为

4.3.4 类似物的分离

4.4 小结

4.5 实验部分

4.5.1 材料与测试

4.5.2 实验步骤

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 合成的化合物图谱

致谢