新型萘并吡喃化合物的合成与光致变色性质研究

作     者：刘珂君 

作者单位：喀什大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩杰

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：光致变色 萘并吡喃 手性 褪色速率 耐疲劳度 合成 

摘      要：光致变色材料因在可变透射玻璃、分子开关、成像设备、智能窗等领域中的应用以及在光形态发生、视觉过程等生物现象中的相关性而受到当代的极大关注。在光致变色材料中萘并吡喃类光致变色化合物因其具有色度高、光敏性强、耐疲劳性优越、易于合成等优点而备受科学家们的重视,使其成为光致变色材料不可或缺的组成部分。使用紫外光照射萘并吡喃会导致C（sp）-O键在单重激发状态下断裂,从而生成具有颜色的被称为邻醌类的中间产物。这种中间体的共轭结构赋予它们新颖的可见光吸收特性。开环体有色形式（TC,TT）可以通过加热或可见光照射而恢复到它们的无色闭环体形式（CF）。设计并合成褪色速率快并且色度高的萘并吡喃类光致变色化合物,并根据分子结构调控化合物的性能是目前光致变色研究的热点。因此本文将以有手性的联二萘并吡喃为骨架,通过引入不同基团改变分子结构以得到色度高且褪色快速的光致变色材料。论文包括以下内容:第一章:光致变色材料的简介。其包括光致变色材料的发展史、概念、类别以及本论文的重点——手性光致变色材料当下的研究方向及进展,并以此为基础提出了本论文的立题思路及依据。第二章:解决3H-萘并[2,1-b]吡喃褪色慢的问题,我们通过将萘并吡喃与手性联二萘酚基团结合构建了含氧五元环的手性联二萘并吡喃Y系列化合物,探究了二苯基团上取代基的诱导效应对光致变色效应的影响。结果表明,五元环联二萘并吡喃具有色度高、变色速率快且基本无底色残留、耐疲劳度好的优秀特性;在二苯基上引入给电子基团能有效地促进该系列化合物的变色速率,其中含有甲氧基的Y3的褪色速率τ仅为3 s,Y系列化合物的吸光度在经过10次变色褪色循环后没有明显变化;然后我们将该系列化合物制备成PMMA膜,固体的变色速率也很优异,Y2、Y3的褪色速率τ分别为22.5 s和15.8 s。我们还将有稠环的萘并吡喃Y1与无稠环的萘并吡喃K的半衰期进行对比,结果显示Y1的褪色速率比K提高了12倍以上。综上所述,稠环骨架的位阻效应与取代基的诱导效应均可用于调控萘并吡喃化合物的光致变色性质。第三章:萘并吡喃的光致变色性质依赖于结构特征。以我们课题组之前的研究成果为基础,即茚稠环基团与2H-萘并[1,2-b]吡喃的5,6-位（f面）的融合能改善光致变色性能,因为它有效地扩展了共轭结构并在开环体引入非键相互作用,而不影响导致有色形式的过程。为调控2H-萘并[1,2-b]吡喃的光致变色性质,我们在萘并吡喃骨架上引入甲氧基并在2-位苯环引入不同电子效应的取代基合成表征了一系列新型茚稠环萘并吡喃化合物（NP）,并详细了光致变色性质。结果表明,在萘并吡喃骨架上引入甲氧基的NP比未引入基团的5NP褪色速率快了1倍以上;在2-位苯环上引入强给电子集团的NP3比NP1的褪色速率快了11倍,而在2-位苯环上引入吸电子基团的NP4比NP1的褪色速率降低了30s。因此,在萘并吡喃骨架上和2-位苯环上引入给电子基团均能提升化合物的褪色速率。