含多面体笼状硅氧烷的卟啉衍生物的构建及自组装

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卟啉类衍生物由于其特有的大π共轭分子结构及其光学、电学、生物学特性,广泛应用于光电、催化及生物医药等领域。作为一种新型功能材料及构造纳米材料的优良组件,卟啉类衍生物的可控超分子自组装有着广泛的应用前景。多面体笼状硅氧烷(POSS)是一类新型具有空间立体结构的有机/无机杂化纳米材料,通过POSS构建有机/无机杂化功能性材料也得到了人们的广泛关注。本文将四苯基卟啉及POSS相结合,构建了一种含POSS的有机/无机杂化卟啉衍生物,并研究了其可控自组装行为:  1.分别对四苯基卟啉及POSS进行改性,得到了带炔基的四苯基卟啉分子和带叠氮基的POSS分子,并通过“Click”化学,高效地合成了分子尺度上的含POSS的有机/无机杂化卟啉衍生物:四苯基自由卟啉-POSS(H2TPP-POSS)及四苯基锌卟啉-POSS(ZnTPP-POSS)。通过1H NMR、13C NMR、FT-IR、元素分析、MALDI-TOF-MS对合成的过程及结果进行了一系列的表征,经数据处理与分析,发现合成过程及目标产物均准确无误。  2.系统地研究了浓度对H2TPP-POSS分子组装过程及结果的影响:以三氯甲烷为溶剂,配制了三种不同浓度(5×10-5,10-4及5×10-4M)的H2TPP-POSS组装样品,利用TEM对自组装形貌进行观察,发现在浓度小于等于10-4 M时,H2TPP-POSS组装得到了囊泡结构,而在浓度高于10-4 M时,H2TPP-POSS组装得到了一种发散形的棒状结晶结构。此外,通过紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对组装液进行了光学性质检测,发现H2TPP-POSS分子中四苯基卟啉部分在溶液中出现了典型的H型π-π堆积。  3.系统地研究了溶剂的极性对H2TPP-POSS分子组装的影响:在正己烷、甲醇的纯溶剂中,H2TPP-POSS分子组装分别得到了球形胶束和方形的片状结构,而在正己烷/CHCl3(v/v1∶1)及甲醇/CHCl3(v/v1∶1)的混合溶剂中,H2TPP-POSS组装分别得到了月牙形及面包圈状纳米结构。紫外-可见吸收光谱数据显示,在混合溶剂及纯的正己烷、甲醇中,Soret带和Q带吸收峰均发生了蓝移,且H2TPP-POSS在正己烷及甲醇中的荧光强度和荧光量子产率显著下降,表明溶剂的极性对组装过程及光学性质影响显著。  4.系统地研究了ZnTPP-POSS在不同溶剂中的自组装行为及外加配体4,4-联吡啶对ZnTPP-POSS组装体系的影响:ZnTPP-POSS在CHCl3中组装得到了呈不规则分布的大的复合胶束,而在正己烷/CHCl3(v/v1∶1)混合溶剂中组装得到了缺口中空囊泡结构。当在ZnTPP-POSS组装体系中加入配体4,4-联吡之后,通过分子间的π-电子作用力及金属-配体作用力的协同作用,在CHCl3中组装得到了规整的层状结构,而在正己烷/CHCl3(v/v1∶1)混合溶剂中组装得到了均一的中空囊泡结构。
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