大平面共轭聚合物的设计与合成

发布时间：2017-09-29 22:13

  本文关键词：大平面共轭聚合物的设计与合成

  更多相关文章： 平面共轭聚合物 芘 Suzuki偶联 关环反应

【摘要】：共轭聚合物通常具有独特的光学和电学性质,同时拥有聚合物的可设计性及热稳定性。虽然部分共轭聚合物因为刚性较强而导致加工困难和柔韧性不好等问题,但是往往可以通过向其重复单元引入柔性链来改善或解决,所以共轭聚合物备受学术界和工业界的关注,如今已被应用于光伏电池、图像传感、场效应晶体管等领域。平面共轭聚合物是共轭聚合物中重要的一类,其分子链是由连续的环状结构组成的,这种环状结构几乎完全限制了分子主链上重复单元的自由旋转,也基本上消除了构型和构象上的异构化。因此,相比于一般的共轭聚合物,平面共轭聚合物拥有更大的共轭平面和电子离域范围,荧光量子效率和电导率也相对较高。不足之处是在合成平面共轭聚合物的过程中,容易产生结构缺陷。结构缺陷的存在对聚合物的光电性能、热稳定性等都有较大影响。此外,平面共轭聚合物的刚性较强,不利于加工,也不利于溶解。针对平面共轭聚合物存在的问题,我们尝试着采用2,7-二叔丁基芘为原料制备成带有硼酸酯基的单体,再同带有卤素的芳香烃单体经过Suzuki偶联反应以及两步关环反应来设计合成一种平面共轭聚合物。芘本身是一种平面共轭小分子,具有独特的光电性质,芘的引入可以减少后期关环反应的反应位点,从而降低了在反应过程中产生结构缺陷的几率;叔丁基的存在则可以增加聚合物的柔性。基于此想法,本文进行了以下研究:1.以2,7-二叔丁基芘为原料与联硼酸频哪醇酯反应,制得化合物a1,a2;以对溴叔丁基苯为起始原料,合成了化合物b3;以4-叔丁基苯胺为起始原料,制备了化合物c3。2.将a1和b3进行Suzuki偶联反应得到化合物s1,s1在CF3COOH作用下进行分子内关环得到化合物m1,之后以Mo Cl5为催化剂进一步关环得到模型平面共轭小分子x1;以a2和c3为原料,用同样的合成方法进行反应,得到相应化合物s2,m2和x2。3.使用前面摸索出的实验条件和方法,以单体a2和b3为原料,设计合成出了聚合物P1,P2和P3。4.对模型小分子和聚合物进行紫外吸收和荧光光谱测试,数据显示关环以后的小分子和聚合物与关环之前相比,均发生了明显的红移现象,而且关环次数越多,红移现象越明显;对模型小分子和聚合物进行热重分析,数据表明两者均具有良好的热稳定性。使用循环伏安法测试了模型小分子x1,x2的电化学性质,并计算出其Band Gap分别为1.78eV,2.90eV。由于所得平面共轭聚合物在二氯甲烷中的溶解性不好,因此使用循环伏安法没有测出其电化学性质。聚合物的溶解性需要进一步改善。
【关键词】：平面共轭聚合物 芘 Suzuki偶联 关环反应
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 前言11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 共轭聚合物的分类及应用11-16
• 1.2.1 共轭聚合物分类11-14
• 1.2.2 共轭聚合物的应用14-16
• 1.3 平面共轭大分子16-19
• 1.3.1 平面共轭聚合物的合成方法16-19
• 1.4 平面共轭聚合物的展望19-21
• 第2章 平面共轭小分子的合成与表征21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-28
• 2.2.1 试剂及药品21-22
• 2.2.2 实验仪器22
• 2.2.3 单体的合成22-24
• 2.2.4 平面共轭小分子的合成24-28
• 2.3 共轭小分子的表征28-32
• 2.3.1 共轭小分子的光学性质28-30
• 2.3.2 平面共轭小分子的热性能30-31
• 2.3.3 平面共轭小分子的电化学性能31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 平面共轭聚合物的合成与表征33-39
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 试剂及药品33
• 3.2.2 实验仪器33-34
• 3.2.3 平面共轭聚合物的合成34-35
• 3.3 结果与讨论35-38
• 3.3.1 聚合物的GPC淋出曲线35-36
• 3.3.2 聚合物的光学性质36-37
• 3.3.3 聚合物的热性能37
• 3.3.4 聚合物的电化学性能37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 总结39-41
• 参考文献41-45
• 附录45-54
• 致谢54-55
• 攻读硕士学位期间的科研成果55

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本文编号：944521