含二苯甲酮片段的对硝基偶氮苯染料的合成及其性质的研究

论文摘要

近些年来高效的双光子吸收材料得到了飞速的发展,故基于双光子吸收过程的分子设计、组装及性能研究成了光电子领域的热门课题。偶氮苯染料由于分子结构中含有偶氮基（―N=N―）,可形成“D-π-A”、“A-π-A”、“D-π-D”的结构,为共轭体系,具有较大的偶极矩,通过醚键或其他化学键,可以引入适当的分子片段到偶氮苯分子骨架上。为了实现高灵敏度的长波长光聚合,本论文中我们合成了两个含有二苯甲酮片段的对硝基偶氮苯染料:[对-（N-乙基-N-羟乙基）氨基-对硝基偶氮苯]-（亚甲基二苯甲酮）醚和[对-（N,N-双羟乙基）氨基-对硝基偶氮苯]-（亚甲基二苯甲酮）醚。紫外-可见吸收光谱表明其最大吸收在可见光区,目标化合物可与助剂三乙醇胺组成光敏体系用于溶液中烯类单体的可见光聚合或用于光固化材料。研究了目标化合物的吸收和发射光谱,讨论其光物理性质。通过与已知的硝基偶氮苯染料化合物（未引入二苯甲酮片段）和二苯甲酮相比,目标化合物吸收光谱显示了明显的重叠效应,但是其在可见光区的摩尔消光系数略为减少;而在激发波长350nm处参比化合物和目标产物均有荧光发射。目标化合物在甲基丙烯酸甲酯中的可见光聚合产量比已有的偶氮苯染料光引发剂要高,这可以归功于分子内二苯甲酮和偶氮生色片段间的快速电子转移。在甲基丙烯酸甲酯中的可见光聚合产量双二苯甲酮分枝结构的大约是单二苯甲酮分枝的两倍,显示出“分枝效应”可以有效提高可见光聚合的效率。还通过X射线晶体衍射分析了化合物[对-（N-乙基-N-羟乙基）氨基-对硝基偶氮苯]-（亚甲基二苯甲酮）醚的结构。利用循环伏安法研究了目标化合物的电化学性质,发现引入二苯甲酮片段后造成的HOMO的能级变化可以导致电位的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光化学
• 1.2 可见光光照聚合和光敏引发剂
• 1.3 双光子吸收和聚合
• 1.3.1 双光子吸收的概念
• 1.3.2 双光子吸收截面（δ）
• 1.3.3 双光子聚合
• 1.3.4 双光子光聚合技术的应用
• 1.4 偶氮苯染料（azobenzene dyes）
• 2 光功能性染料的设计与合成
• 2.1 光功能性染料的设计
• 2.1.1 合成的光功能性染料
• 2.1.2 光功能性染料的反应原理
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 实验准备
• 2.2.2 光功能性染料的合成过程
• 2.3 目标化合物的分析比较
• 3 光功能性染料的检测
• 3.1 核磁共振（Nuclear magnetic resonance, NMR）检测染料化合物
• 3.1.1 核磁共振的原理
• 3.1.2 核磁共振频谱学
• 3.1.3 核磁共振谱和化学位移分析
• 3.2 化合物的熔点和元素分析
• 3.3 X 射线衍射测化合物的结构
• 3.3.1 晶体的X 射线衍射（X-ray crystallography）
• 3.3.2 晶体对X 射线衍射效应
• 3.3.3 晶体的培养
• 3.3.4 晶体解析步骤
• 3.3.5 目标化合物的晶体解析和结构优化结果及分析
• 4 染料化合物的性质研究
• 4.1 化合物的紫外吸收
• 4.1.1 溶剂的选择
• 4.1.2 溶液的配置
• 4.1.3 谱线的绘制
• 4.1.4 谱线的处理和分析
• 4.2 荧光光谱
• 4.2.1 荧光光谱的测定
• 4.2.2 谱线处理和分析研究
• 4.3 荧光量子产率
• 4.3.1 荧光量子产率（YF）
• 4.3.2 荧光量子产率测定方法
• 4.3.3 实验方法
• 4.3.4 荧光量子产率计算与结果分析
• 4.4 染料化合物电化学参数的研究
• 4.4.1 循环伏安法（Cyclic Voltammetry）
• 4.4.2 循环伏安法的应用
• 4.4.3 循环伏安法测电化学参数的结果和分析
• 4.5 光照聚合反应的研究和结果分析
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 1H-NMR 谱'>附录A.化合物2 的¹H-NMR 谱
• 1H-NMR 谱'>附录B.化合物3 的¹H-NMR 谱
• 1H-NMR 谱'>附录C.化合物4 的¹H-NMR 谱
• 1H-NMR 谱'>附录D.化合物5 的¹H-NMR 谱
• 1H-NMR 谱'>附录E.化合物6 的¹H-NMR 谱
• 13C 谱'>附录F.化合物5 的¹³C 谱
• 13C 谱'>附录G.化合物6 的¹³C 谱
• 附录H.攻读硕士学位期间发表论文