可溶性聚噻吩衍生物的合成及性质

论文摘要

聚噻吩衍生物具有良好的电化学活性、环境稳定性以及可加工性能,是一类重要的导电聚合物,它们被广泛地应用在光学、电子学、生物学等领域。本论文首先以3-甲基噻吩为起始原料经一系列步骤合成了溴化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三甲铵、溴化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三乙铵、3-（3-噻吩基）丙烯酸乙酯、1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶、溴化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶和氯化1-乙酸乙酯基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶这六种单体。以2-溴噻吩为起始原料经格氏反应得到（1-甲基-3-哌啶）（双-2-噻吩）甲醇和（1-甲基-4-哌啶）（双-2-噻吩）甲醇,然后接下来得到了几种相应的双-2-噻吩甲烯类哌啶单体。并用核磁、红外等手段对所合成的单体的结构进行了表征。用三氯化铁氧化聚合方法将以上合成的单体进行了聚合反应。得到了6种可溶性的聚噻吩衍生物,分别为聚4-（双-2-噻吩-甲烯）-1-（2-甲氧基-2-氧代乙基）-1-甲基哌啶盐酸盐、聚3-（3-噻吩基）丙烯酸、聚氯化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶、聚1-羧甲基-4-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶、聚3-（3-噻吩基）丙烯酸乙酯及聚1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶。其中,对聚1-羧甲基-4-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶进行了全面的表征。用红外光谱、核磁共振谱验证了其结构,并对聚合物进行了热重分析,GPC法测定了分子量,结果显示该聚合物具有很好的热稳定性和较高的分子量和很高的纯度。通过对聚合物紫外、荧光性质的测试发现该聚合物在水中有三种发射光谱,能显示紫色和蓝色两种荧光颜色,这说明该聚合物是一种潜在的荧光探针材料。对该聚合物用电化学循环伏安法进行了光电性质的测试,结果表明该聚合物的带隙能仅为1.96eV。在共轭聚合物中这一数值相对来说是比较低的,这有利于聚合物在光电材料方面的应用。此外,对其它几种可溶性的聚合物的结构用核磁、红外等进行了表征,并测试了它们的紫外、荧光性质。结果表明,几种聚合物在稀溶液中均具有很好的光学性能。尤其是聚1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶和聚氯化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶它们的紫外吸收分别在487和496nm,属于可见光的吸收范围,这有利于材料在太阳能光电材料方面的应用。而它们在稀溶液中均具有较强的的荧光发射,分别发出绿光、橙光等颜色,这表明以上几种聚合物在荧光材料方面有潜在的应用价值,为聚噻吩衍生物在生物医学方面,如神经探针和生物传感器等的研究,打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 高分子聚合物的研究意义
• 1.2 聚噻吩衍生物的研究现状
• 1.2.1 聚噻吩衍生物的合成方法
• 1.2.2 聚噻吩衍生物的导电性及掺杂
• 1.2.3 聚噻吩衍生物的应用
• 1.3 本课题的研究目的及意义
• 第二章 噻吩类单体的合成及结构表征
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 单体的制备及表征
• 2.2.1 溴化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三甲铵的合成
• 2.2.2 溴化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三乙铵的合成
• 2.2.3 3-（双-2-噻吩甲烯）-1-甲基哌啶及4-（双-2-噻吩甲烯）-1-甲基哌啶的合成
• 2.2.4 碘化3-（双-2-噻吩甲烯）-1,1-二甲基哌啶及碘化4-（双-2-噻吩甲 烯）-1,1-二甲基哌啶的合成
• 2.2.5 3-（双-2-噻吩-甲烯）-1-（2-甲氧基-2-氧代乙基）-1-甲基哌啶盐酸盐及4-（双-2-噻吩-甲烯）-1-（2-甲氧基-2-氧代乙基）-1-甲基哌啶盐酸盐的合成
• 2.2.6 1-羧甲基-3-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶及1-羧甲基-4-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶的合成
• 2.2.7 3-（3-噻吩基）丙烯酸乙酯的合成
• 2.2.8 1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的合成
• 2.2.9 溴化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的合成
• 2.2.10 氯化1-乙酸乙酯基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成3-溴甲基噻吩的反应的影响因素
• 2.3.2 合成3-羟甲基噻吩的反应的影响因素
• 2.3.3 合成2-[（3-噻吩甲氧基）-甲基]环氧乙烷的反应的影响因素
• 2.4 结论
• 第三章 聚噻吩衍生物的制备及溶解性和发光性能
• 3.1 实验仪器及试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 聚噻吩衍生物的制备
• 3.2.1 聚氯化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三甲铵的制备
• 3.2.2 聚氯化2-羟基-3-（3-噻吩甲氧基）丙基-N,N,N-三乙铵的制备
• 3.2.3 聚3-（双-2-噻吩甲烯）-1-甲基哌啶及聚4-（双-2-噻吩甲烯）-1-甲基哌啶的制备
• 3.2.4 聚氯化3-（双-2-噻吩甲烯）-1,1二甲基哌啶及聚氯化4-（双-2-噻吩 甲烯）-1,1二甲基哌啶的制备
• 3.2.5 聚4-（双-2-噻吩-甲烯）-1-（2-甲氧基-2-氧代乙基）-1-甲基哌啶盐酸盐及聚1-羧甲基-4-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶的制备
• 3.2.6 聚3-（3-噻吩基）丙烯酸乙酯及聚3-（3-噻吩基）丙烯酸的制备
• 3.2.7 聚1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的制备
• 3.2.8 聚氯化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚合物的溶解性
• 3.3.2 聚4-（双-2-噻吩-甲烯）-1-（2-甲氧基-2-氧代乙基）-1-甲基哌啶盐酸盐及聚1-羧甲基-4-（双-2-噻吩基-甲烯）-1-甲基哌啶的结构及性能表征
• 3.3.3 聚3-（3-噻吩基）丙烯酸乙酯及聚3-（3-噻吩基）丙烯酸的结构及性能表征
• 3.3.4 聚1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶结构及性能表征
• 3.3.5 聚氯化1-乙基-1-（2-苯乙基）-4-（3-噻吩甲烯）哌啶的结构及性能表征
• 3.4 结论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、在校期间发表的学术论文
• 二、在校期间获奖情况