兩親性萘酰亞胺類化合物的性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、萘酰亞胺類化合物具有優(yōu)異的光、熱和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種具有獨(dú)特的光物理和光化學(xué)性質(zhì)的有機(jī)光電材料。這一類化合物在太陽能電池、有機(jī)晶體管、生物抑制劑、生物探針以及離子探針等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，對(duì)其光物理性質(zhì)和應(yīng)用的研究越來越受到關(guān)注，并逐漸成為研究熱點(diǎn)。在表面活性劑物理化學(xué)當(dāng)中，有序分子聚集體的研究是最重要的內(nèi)容之一。正是多種多樣聚集體的形成使表面活性劑在生命、信息、能源、材料等眾多高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
　　本論文的

2、研究將1，8-萘酰亞胺類熒光染料和表面活性劑結(jié)合起來。通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)引入到熒光染料中，合成兩親性的1，8-萘酰亞胺類熒光化合物，并研究其在水溶液中的聚集行為。同時(shí)還研究了這類兩親性熒光染料作為探針在膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。以下是本論文的主要內(nèi)容:
　　第一章:概述了萘酰亞胺類化合物的發(fā)展歷史、合成方法、基本性質(zhì)及萘酰亞胺類化合物的應(yīng)用研究進(jìn)展。簡(jiǎn)要介紹了表面活性劑及其有序聚集體的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)介紹了兩

3、親性熒光化合物的研究進(jìn)展。
　　第二章:通過在1，8-萘酰亞胺的酰亞胺氮位置連接含不同數(shù)目烷基的疏水鏈，在萘環(huán)4-位上連接哌嗪季銨鹽親水基團(tuán)，合成了三種不同疏水鏈長(zhǎng)的萘酰亞胺類熒光表面活性劑[C8ndi]I、[C10ndi]I和[C12ndi]I。與傳統(tǒng)離子型表面活性劑體系類似，它們?cè)谒芤褐锌梢宰跃奂纬汕蛐文z束，而且疏水鏈的長(zhǎng)度對(duì)膠束的形成有影響。隨著疏水鏈長(zhǎng)度的增加，疏水相互作用增強(qiáng)，膠束易于形成，臨界膠束濃度(CMC)減小

4、。在考察的溫度范圍內(nèi)，[C8ndi]I和[C10ndi]I膠束的形成一直是焓起主導(dǎo)作用。與傳統(tǒng)的季銨鹽表面活性劑相比，萘酰亞胺類熒光表面活性劑的CMC更小，表面活性更高，主要是由于萘酰亞胺基團(tuán)的引入使熒光表面活性劑分子之間存在強(qiáng)烈的π-π相互作用。萘酰亞胺基團(tuán)作為典型的發(fā)色團(tuán)使[Cnndi]I的水溶液在可見光下呈亮黃色，且具有穩(wěn)定高強(qiáng)度的熒光性質(zhì)。其吸收和熒光光譜會(huì)隨著溶液濃度的改變而變化。在不加入其它熒光探針分子的情況下，利用[Cnn

5、di]I自身的發(fā)光性質(zhì)，通過吸收光譜和熒光光譜即可監(jiān)測(cè)熒光表面活性劑在水溶液中的膠束化過程并確定CMC值，得到的結(jié)果跟傳統(tǒng)的方法相吻合。
　　第三章:合成了疏水碳鏈數(shù)為4的[C4ndi]I和另外兩種區(qū)別于[Cnndi]I的萘酰亞胺類熒光表面活性劑。對(duì)比了五種熒光表面活性劑分子(1a、1b、1c、2b、3b，其中1a、1b和1c分別對(duì)應(yīng)于[C4ndi]I、[C8ndi]I和[C12ndi]I)在不同溶劑中的光譜性質(zhì)。疏水碳鏈的長(zhǎng)度、

6、正電荷中心與發(fā)光團(tuán)之間的距離以及正電荷中心在分子結(jié)構(gòu)中的相對(duì)位置對(duì)熒光表面活性劑在不同溶劑中的溶解度及其ICT結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響從而影響其光學(xué)性質(zhì)。這些陽離子型萘酰亞胺熒光分子跟陰離子表面活性劑之間的靜電相互作用和疏水相互作用促使兩者在水溶液中形成復(fù)合物。復(fù)合物的形成使溶液的光譜性質(zhì)發(fā)生巨大的改變，而其它類型的表面活性劑及簡(jiǎn)單無機(jī)離子與陽離子型萘酰亞胺熒光分子共存時(shí)，溶液的光譜性質(zhì)變化不明顯，因此這一類陽離子熒光分子可以作為陰離子表面活性劑的

7、探針。探針的性能跟分子結(jié)構(gòu)有關(guān):疏水碳鏈長(zhǎng)度適中，正電荷中心與發(fā)光團(tuán)之間距離接近且正電荷中心位于萘環(huán)4-位上的1b分子對(duì)陰離子表面活性劑的響應(yīng)信號(hào)最佳。當(dāng)陰離子表面活性劑濃度在CMC以下變化時(shí)，1b溶液的吸收和熒光強(qiáng)度隨陰離子表面活性劑濃度的增加表現(xiàn)出“on-off-on”的變化趨勢(shì)，吸收位移、吸收強(qiáng)度、發(fā)射位移、熒光量子產(chǎn)率和顏色變化都可以作為檢測(cè)陰離子表面活性劑的判據(jù)。根據(jù)吸收強(qiáng)度和熒光量子產(chǎn)率變化，1b可以對(duì)一定濃度范圍內(nèi)的SDS

8、進(jìn)行定量檢測(cè)。
　　第四章:在第三章研究的基礎(chǔ)上，我們選擇1b分子作為檢測(cè)陰離子表面活性劑膠束化過程的比色熒光探針。通過表面張力和電導(dǎo)率可以判斷少量的1b存在于陰離子表面活性劑水溶液中不會(huì)對(duì)陰離子表面活性劑的CMC值產(chǎn)生影響。萘酰亞胺類化合物的ICT結(jié)構(gòu)對(duì)極性極為敏感，隨著溶劑極性的改變，1b溶液的光譜性質(zhì)表現(xiàn)出有規(guī)律的變化。陰離子表面活性劑濃度在CMC前后變化時(shí)，1b周圍的微環(huán)境極性會(huì)發(fā)生突變進(jìn)而導(dǎo)致溶液吸收光譜和熒光光譜的突變

9、，據(jù)此可以確定陰離子表面活性的CMC值。以1b作為探針通過吸收位移、吸收強(qiáng)度、熒光位移、熒光量子產(chǎn)率確定的CMC值跟傳統(tǒng)的方法相吻合。此外，我們還可以方便地通過溶液顏色的變化（從無色到淺綠色）判斷陰離子表面活性劑的CMC值。
　　第五章:合成了一種包含苝二酰亞胺(PDI)和萘酰亞胺(NDI)兩種發(fā)光基團(tuán)的兩親性熒光染料。NDI的發(fā)射光譜跟PDI的吸收光譜具有較大范圍的重疊，另外NDI是富電子基團(tuán)而PDI是缺電子基團(tuán)，所以在PDI-