1. 研究目的与意义
二苯乙烯是一种典型的光致荧光增强材料,是一种具有双苯基构型的分子,具有碳-碳双键和苯环结构。它的分子结构使得它具有较高的荧光量子产率和光化学稳定性等优点,在化学检测、生物分析等领域有应用。二苯乙烯光致荧光增强材料的发展可以追溯到上世纪60年代,当时,科学家们开始研究有机分子的荧光特性,包括其荧光光谱和产生荧光的机理。二苯乙烯由于其分子结构的特殊性质,产生多种荧光并经久不衰,因此成为了研究的热点。在研究的过程中,科学家们发现,二苯乙烯的荧光性能可以被其他化合物调制,进而得到具有更好性能的光致荧光增强材料。例如,可以通过化学修饰、合成杂化化合物等手段来改善其光学性能和生物相容性。近年来,随着生物医学、光电信息等领域的迅速发展,对于光致荧光增强材料的需求不断增加,推动了二苯乙烯及其衍生物的研究和应用。目前,目前,二苯乙烯类化合物的应用领域和研究热点已经拓展到荧光增白剂、双光子荧光探针、分子开关材料、有机光存储材料、频率上转换激射、双光子荧光显微术、光限幅等方面。
这种材料由于其特殊的分子结构,可以通过关环反应发生荧光变化。在光敏剂的刺激下,二苯乙烯分子中的π电子从基态跃迁至激发态后,它们可以参与一系列的化学反应,形成不同的环状分子,这些环状分子具有不同的光学性质,因此会导致荧光发射信号的变化。因而二苯乙烯光致荧光增强材料具有光活化荧光效应。
光活化荧光作为一种光学性质,它通过光激发荧光材料产生荧光,具有广泛的应用前景和重要的研究意义,在化学传感、生物医学成像、光电子学等领域都有广泛应用,研究光活化荧光对于探索新型荧光材料的基本性质、研发新型荧光探针具有重大研究意义。
2. 研究内容和预期目标
一、国内外相关研究的综述。阅读相关的中英文文献资料,了解国内外相关研究和开发的现状和进展,制定本研究的具体步骤、技术流程和进度安排。
二、相关背景知识和技术准备。
1、熟悉并掌握材料制备常用的方法、基本操作;
2、熟练并掌握相关表征仪器的操作和谱图分析。
3、熟悉并掌握相关测试仪器的基本操作和数据分析。
三、材料的制备、表征与性能研究。
1. 制备二苯乙烯衍生物;
2. 测试二苯乙烯衍生物光活化荧光性能;
3. 测试二苯乙烯衍生物对金属离子的选择性和灵敏度;
4. 探索分子结构与性能之间的关系。
3. 研究的方法与步骤
二苯乙烯类材料的合成方法按照原料不同可以分为以二芳基衍生物为原料和以单芳基衍生物为原料两种合成思路。其中,以二芳基衍生物为原料的合成方法主要有二.芳基乙烷的氧化脱氢反应、二芳基乙炔的还原反应、二芳基乙酮的还原反应及二芳甲基化合物消除聚合反应等该类反应虽然合成路线较短,但是在反应中存在收率不高、副产物多等不足,使其未能在二苯乙烯类化合物的合成方面得到广泛应用。而以单芳基衍生物为原料的合成方法有 Witti反应、Wittig-Hormner 反应、Heck 反应、Perkin反应、Suzuki偶联反应、Knoevenagel 反应McMurry偶联反应等。以上方法应用较为广泛。(1)在圆底烧瓶中加入对溴苄基溴9.0g(36.0mmol)和亚磷酸三乙酯7.0g(54.0mmol),112℃搅拌回流反应17h。在150℃减压蒸出未参加反应的亚磷酸三乙酯,得淡黄色固体。产物未提纯,直接进行下一步反应。
(2)氮气保护下,在Schlenk瓶中加入上述产物5.0g(18.0mmol),二苯甲酮3.0g(16.4mmol)和THF(四氢呋喃)35mL,搅拌下缓慢加入氢化钠3.2g(80mmol),于60℃~65℃反应24h。冷却至室温,加入甲醇至反应混合物呈透明均一状;用乙醚萃取,有机层用无水硫酸镁干燥,浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂:石油醚)纯化得无色固体XL-3。
(3)在Schlenk瓶中加入0.7g(2mmol)XL-3,抽通气三次,注入30mlTHF,将体系置入-78℃,再缓慢注入1.6ml正丁基锂(2.4M).搅拌半小时后,注入0.8ml硼酸三异丙酯。关闭制冷,自然升温至室温反应12h。乙醚萃取,饱和食盐水洗,浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂:V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=1/2],得到0.38g淡黄色粘稠状产物,放置一段时间后变成固体。
(4)在三颈瓶中加入0.06g(0.2mmol)硼酸和0.05g(0.22mmol)2-溴邻菲啰啉,加入7ml甲苯和3.5ml乙醇。再加入绿豆粒大小的四(三苯基膦)钯,通氮气10min。最后加入2.7ml的碳酸钾水溶液(2M),在90℃加热回流24h。
(5)荧光光谱分析测试:从产品中取出部分,用电子天平精确称量1.08mg的化合物,将其倒入5ml容量瓶中,用二氯甲烷进行定容,将其配制成510-4 mol/L 的母液。后用注射器移取50 ul 母液,注入到容量为5 ml 的容量瓶中,配制浓度成510-6 mol/L 的溶液,后将其放入比色皿中用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪中测试其的紫外- 可见吸收和荧光光谱。
4. 参考文献
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5. 计划与进度安排
(1)第1周~第4周,阅读文献,完成文献综述和开题报告,外文论文翻译;
(2) 第5周~第9周,制备材料,完成结构表征;测试光活化荧光性能;
(3) 第10周~第12周,测试材料对金属离子的响应性,分析结构与性能之间的关系;
(4) 第13周~第14周,完成数据整理,进行毕业论文的写作、修改完善、打印、装订、制作答辩演示文稿,准备答辩。
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