联吡啶鎓盐衍生物构筑的光致变色材料的研究

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光致变色化合物是一类大家熟知的可在光刺激下发生变色的化合物。这类化合物因具有很好的光化学可逆性而备受化学家的青睐。近年来,配位聚合物的研究也受到了化学家的广泛关注。将具有光致变色能力的单体分子通过超分子组装或配位组装构筑而成的配位聚合物已经是现代化学家开发光活性多功能先进材料的一个重要手段,这些材料可广泛用于光信息存储、光转换器件和光学开关等领域。本论文以具有光电活性的联吡啶鎓盐作为研究对象,选取不同的有机多羧酸作为辅助配体,通过配位组装的方法成功与金属离子构筑得到了六种新颖的配位化合物晶体。通过元素分析、热重分析、红外光谱、紫外光谱、电子顺磁共振谱图、荧光分析、单晶X-射线衍射分析、粉末衍射分析、气体吸附等手段对这些化合物进行了表征和分析,较为系统的研究了不同分子构型及配位组装条件对化合物光致变色性能的影响,本工作的创新之处如下:  (1)我们通过改变鎓盐母体骨架的电荷分布、长度及柔性合成了一例不含羧酸基团且氮端裸露的单取代联吡啶鎓盐配体,并应用于新颖光致变色材料的配位组装。  (2)我们在分子组装过程中引入不同的羧酸辅助配体,研究不同取代基配体对光活性配位聚合物构筑的影响,发现不同取代基配体对化合物结构的堆积模式及空间构型有较大影响,并且不同取代基会影响配体中羧酸基团的给电子能力从而影响化合物中给受体之间的相互作用从而对化合物光活性产生影响。比如我们利用5-R(R=-H、-COOH、-NO2)-间苯二甲酸作为辅助配体构筑得到了三例不同的化合物[Cd(EBpy)(m-BDC)(H2O)Br]·3H2O(2-2)、[Cd2(Bpyen)(HBTC)2Br2]·5H2O(2-1)及[Cd2(Bpyen)(5-NO2-m-BDC)3(H2O)]·2DMF·5H2O(2-6)。三种化合物在结构上有着较大差别并且表现出不同的光活性。一方面,由于三种不同的取代基导致这几例化合物中给电子的羧酸氧原子到吸电子的吡啶氮正离子之间的距离不同;另一方面硝基是很强的吸电子基团,会削弱其间位羧酸基团的给电子能力,所以化合物2-6表现出光惰性,而2-1及2-2的具有较好的光活性。  (3)我们利用相同的辅助配体在不同的反应物浓度及溶剂条件下组装,研究了这些因素对配合物结构及光活性的影响。例如,我们用邻苯二甲酸作为辅助配体,在不同的反应物浓度及溶剂条件下构筑得到了三例化合物[Cd(Bpyen)(o-BDC)Br2]·8H2O(2-3)、[Cd(o-BDC)2](Bpyen)·2(C2H6SO)·8.5(H2O)(2-4)、[Cd3(o-BDC)4][Cd(Bpyen)(H2O)3]·6H2O·(OH)2(2-5)。这三种化合物都有很好的光活性,在光刺激下都能较快发生颜色变化;然而它们变色后产物的褪色速度却有差别,其中2-3能在一小时内回复到初始状态,2-5能在一天内回复到初始状态,而2-4则需在两天内回复到初始状态。我们从结构中探究了这几个化合物自由基稳定性的影响因素。  (4)在多功能材料的开发方面,我们发现化合物2-5在紫外灯激发下有黄白色荧光发射,其光照后的产物荧光颜色变成蓝绿色,且荧光强度减弱。此外该化合物对水及乙醇蒸汽有着明显的选择性吸附作用。因此化合物2-5是一例光活性的多功能晶态材料,并且我们可以通过辅助配体及组装条件的选择以构筑光活性多功能材料。
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