芳香磺酸有机超分子晶态网络结构的设计合成与性能研究

发布时间：2017-07-20 01:03

  本文关键词：芳香磺酸有机超分子晶态网络结构的设计合成与性能研究

  更多相关文章： 有机超分子晶态网络 芳香磺酸 氨基酸 三苯甲胺 荧光 手性

【摘要】：有机超分子晶态网络化合物不仅具有丰富迷人的拓扑结构,而且在光化学、吸附与分离、生物医学和制药学等方面表现出优越的性能,目前受到科学工作者的青睐。经过十几年的发展,已经取得了丰硕的研究成果,积累了一些设计合成的策略和经验。但有机磺酸超分子晶态网络化合物的研究起步较晚,有关定向设计合成、结构和性能调控方面的研究缺乏系统性,很多问题亟待解决。因此,选择合适的有机分子建筑块和溶剂体系,通过不同的组装过程构筑具有新颖结构和良好性能的有机超分子晶态化合物是一个富有挑战性的研究课题。本论文在对磺酸超分子晶态网络结构与性能进行调研和综述的基础上,以晶体工程学和超分子化学的基本原理为理论依据,选择具有不同结构特点的芳香磺酸和芳香胺、氨基酸为合成子,旨在合成一系列具有新颖网络结构和良好荧光性能的有机超分子晶态网络化合物,为定向设计合成这类化合物积累一些有价值的经验。论文采用自然挥发和研磨等不同的组装方法,在一系列普通溶剂中合成了45个有机磺酸超分子晶态网络化合物,并对它们的超分子花样、网络结构和荧光性能等进行了表征,获得的主要研究成果包括以下几方面:1.选择平面刚性的1,5-萘二磺酸(1,5-NDS)和三苯甲胺(TPMA)为建筑块,在一系列具有不同体积、极性和氢键构筑能力的溶剂中,采用液相自组装的方法制备了9个有机超分子晶态网络化合物。同时,将化合物9在50和120°C进行热处理的产物分别浸入到水中,一个月后得到化合物10和11。在系列不同的溶剂中,由 SO3-和 NH3+基团构筑了四种有趣的超分子花样:化合物4-8、11为分立结构,化合物1、3和10为一维带状结构,化合物2为二维层状结构,化合物9为独特的轮式花样。而且在不同溶剂分子的调控下,这些超分子花样通过不同取向的萘环建构出七种晶态网络堆积方式。尤其是在小分子H2O中,得到了具有规则六方孔道的网络结构新颖的化合物9,其吸-脱水过程的晶态网络结构转变是不可逆的。在不同溶剂和化合物网络结构的共同影响下,11个化合物在382~393 nm展现出不同的荧光发射,且10和11的荧光发射强度相比化合物9有大幅提高。2.选择长间隔基、半刚性的4,4?-联苯二磺酸(h2bpdsa)和tpma为建筑块,在一系列纯溶剂及其含水的混合溶剂中,采用液相自组装的方法制备了14个有机超分子晶态网络化合物,而且不同合成体系中的超分子化合物对水的敏感程度不同。在系列纯溶剂体系中,由 so3-和 nh3+基团构筑了多种有趣的超分子花样:具有氢键给受体的溶剂分子趋于形成单(双)链状结构(12-17),而只有氢键受体的溶剂分子可以形成分立(19)、链状(18)和层状结构(20);在混合溶剂体系中,h2o分子以hb2’、hb3’及hb4氢键模式调控着超分子花样:化合物21和25表现为单链结构,而化合物22-24呈现出具有四方窗口的层状结构,而且上述超分子花样通过不同取向的联苯环构筑出八种晶态网络堆积方式。随着溶剂分子的改变,13个化合物在343~359nm内展现出不同的荧光发射,尤其是水分子的引入能进一步增强化合物的荧光发射强度。3.设计合成了新的4,4’-二羟基联苯-3,3’-二磺酸(h4m)有机合成子,采用液相自组装和固相研磨的方法与tpma在系列溶剂中制备了12个有机超分子晶态网络化合物,其中的化合物30可以通过单晶转化生成化合物31。不同的溶剂分子对由 so3-与 nh3+基团形成的超分子花样有重要影响,并调控产生了分立的[2+2]结构(37和38)、[4+4+6]簇(29)以及一维???( so3)???( nh3)???(solvent)???链(27、28、31和36)和带状结构(30、32、33-35),进而通过不同空间取向和构象的联苯芳环拓展为五种晶态网络堆积方式,且只有化合物31中h2m2 的两个 so3-基团采取顺式构象。在不同的组装过程中,小的溶剂分子趋于形成不同的结构(27和28、29和30),而大的溶剂分子通常可以得到相同的结构(32-38),且在长碳链溶剂分子中形成的化合物33-35都展现出具有六方窗口的(6,3)层状结构。此外,12个化合物在365~371nm内展现出不同强度的荧光发射。4.选择刚性共轭的1,5-nds和系列手性α-氨基酸为建筑块,采用液相自组装的方法,在甲醇和水混合溶剂中合成了7个手性超分子晶态网络化合物,其中化合物45可以通过单晶转化生成化合物44,同时h2his2+阳离子的构型由r变为s。不同取代基的α-氨基酸使得 so3-与 nh3+基团形成了丰富的超分子花样,即多样[(so3)x(nh3)y]的分立结构(x或y=1,2;39、41、43、44)、单链和双链(42)以及三维网络(40)结构,并在萘环取向和氨基酸取代基的调控下形成五种晶态网络堆积方式。此外,6个化合物在342~402 nm内展现出比1,5-萘二磺酸和α-氨基酸更强的荧光发射,并且某些化合物(42和44)有不同程度的蓝移。
【关键词】：有机超分子晶态网络 芳香磺酸 氨基酸 三苯甲胺 荧光 手性
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.3
【目录】：

• 中文摘要6-9
• Abstract9-19
• 第1章 绪论19-63
• 1.1 有机超分子晶态网络概述19-21
• 1.2 有机磺酸超分子晶态网络研究进展21-46
• 1.2.1 脂肪磺酸超分子晶态网络22-26
• 1.2.2 芳香磺酸超分子晶态网络26-37
• 1.2.3 杯磺酸超分子晶态网络37-46
• 1.3 磺酸·三苯甲胺超分子晶态网络研究概况46-49
• 1.4 磺酸·氨基酸超分子晶态网络研究概况49-51
• 1.5 有机磺酸超分子晶态网络化合物的性能研究51-59
• 1.5.1 荧光性能51-56
• 1.5.2 其他性能研究56-59
• 1.6 论文的选题依据及研究思路59-63
• 第2章 1,5-萘二磺酸与三苯甲胺超分子晶态网络的构筑和性能研究63-90
• 2.1 引言63-64
• 2.2 实验部分64-72
• 2.2.1 试剂与仪器64-65
• 2.2.2 超分子化合物的合成65-67
• 2.2.3 元素分析与谱学表征67-68
• 2.2.4 单晶结构的测试与解析68-72
• 2.3 结果与讨论72-89
• 2.3.1 合成方法探讨72
• 2.3.2 化合物 1-11的晶体结构72-78
• 2.3.3 溶剂对 SO_3~-和 NH_3~+基团氢键模式的影响78-81
• 2.3.4 不同溶剂分子调控的晶态网络堆积方式81-82
• 2.3.5 化合物 1-11的表征82-84
• 2.3.6 化合物 1-11的荧光性能84-87
• 2.3.7 化合物9的化学行为研究87-89
• 2.4 本章小结89-90
• 第3章 4,4’-联苯二磺酸与三苯甲胺超分子晶态网络的构筑和性能研究90-118
• 3.1 引言90-91
• 3.2 实验部分91-99
• 3.2.1 试剂与仪器91
• 3.2.2 超分子化合物的合成91-93
• 3.2.3 元素分析与谱学表征93-94
• 3.2.4 单晶结构的测试与解析94-99
• 3.3 结果与讨论99-117
• 3.3.1 合成方法探讨99-100
• 3.3.2 溶剂对超分子花样和晶态网络堆积模式的影响100-107
• 3.3.3 H_2O分子氢键模式对超分子花样和堆积模式的影响107-112
• 3.3.4 化合物 12-25的表征112-114
• 3.3.5 化合物 12-25的荧光性能114-117
• 3.4 本章小结117-118
• 第4章 4,4’-二羟基联苯-3,3’-二磺酸与三苯甲胺超分子晶态网络的构筑和性能研究118-147
• 4.1 引言118-119
• 4.2 实验部分119-128
• 4.2.1 试剂与仪器119
• 4.2.2 超分子化合物的合成119-122
• 4.2.3 元素分析与谱学表征122-123
• 4.2.4 单晶结构的测试与解析123-128
• 4.3 结果与讨论128-145
• 4.3.1 合成方法探讨128
• 4.3.2 化合物 26-38的晶体结构分析128-135
• 4.3.3 溶剂分子对???( SO_3)???( NH_3)???(solvent)???花样的影响135-137
• 4.3.4 溶剂分子对化合物的晶态网络堆积方式的调控137-141
• 4.3.5 化合物 26-38的表征141-143
• 4.3.6 化合物 26-38的荧光性能143-145
• 4.4 本章小结145-147
• 第5章 1,5-萘二磺酸与 α-氨基酸超分子晶态网络的构筑和性能研究147-169
• 5.1 引言147-148
• 5.2 实验部分148-154
• 5.2.1 试剂与仪器148-149
• 5.2.2 超分子化合物的合成149-150
• 5.2.3 元素分析与谱学表征150-151
• 5.2.4 单晶结构的测试与解析151-154
• 5.3 结果与讨论154-168
• 5.3.1 合成方法探讨154-156
• 5.3.2 化合物 39-45的晶体结构156-162
• 5.3.3 α-氨基酸的取代基对超分子晶态网络堆积方式的影响162-165
• 5.3.4 化合物 39-44的表征165-167
• 5.3.5 化合物 39-44的荧光性能167-168
• 5.4 本章小结168-169
• 结论169-171
• 参考文献171-186
• 附表一 主要氢键键长和键角186-200
• 致谢200-201
• 攻读学位期间发表和已投稿的论文201

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