水溶性折线型聚苯撑乙炔的合成、光物理性质及其在传感中的应用研究

论文摘要

水溶性共轭聚合物因为同时具有共轭聚合物优异的光电活性和聚电解质的水溶性特点而广泛应用在化学物质以及生命体系的传感检测中。近十几年来,基于水溶性共轭聚合物的化学/生物传感器已经成为国内外光电信息科学领域的研究重点和热点。由于水溶性共轭聚合物的两亲性质（共轭主链的疏水和离子型官能团的亲水性）,结构不同的水溶性共轭聚合物会随着外界环境条件的变化呈现多样化的聚集态,进而影响它们的光物理性质,这是荧光传感检测效应变化的最重要的原因之一。本论文从制备折线型水溶性共轭聚合物入手,通过改变水溶性共轭聚合物的侧链结构或共轭主链的组成来调控分子在溶液中的构象,研究其结构演变对光物理性质和自组装性质的影响,从而得出结构和性质的关系,旨在为进一步设计、制备新材料,并获得更高效的荧光传感材料提供新的思路和理论依据。主要研究工作包括以下几个方面：1.设计、合成了一系列不同侧链结构的折线型阳离子型水溶性聚苯撑乙炔P1’-P3’。先通过Sonogashira聚合得到中性聚合物,然后由中性聚合物进行季铵化反应得到季铵化程度约为100%的产物。水溶性聚合物在极性有机溶剂（如DMSO和甲醇等）中能够溶解,在水中能够微量溶解。2.通过改变溶液条件时光谱和动态光散射的变化,研究了P1’,-P3’在甲醇和水混合溶液中和溶液pH值诱导下的构象变化和自组装行为。发现在P1’在良溶剂甲醇中能够呈现伸展的无规线团构象,而在水含量较高的混合溶液中,发生了分子内折叠形成螺旋构象,而P2’、P3’则不能形成典型的螺旋构象,但是也发生了明显聚集；P1’在甲醇/水（4:1）混合溶剂中随着pH的升高,也发生了从伸展的无规线团构象到螺旋形构象的转变,P2’和P3’由于侧链的影响而没有发生相似的自组装行为。最后对水溶性聚苯撑乙炔可能的化学与生物传感应用进行了初步的探索。3.通过把苯并噻唑引入聚苯撑乙炔共轭主链,合成了得到季铵化程度约为100%的折线型阳离子型聚芳撑乙炔P4’。通过改变溶液条件的改变来探索P4’的自组装行为,发现随着混合溶液中水含量的提高,发生了分子内折叠形成螺旋构象；而随着pH值升高,聚合物构象则没有形成螺旋构象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 共轭聚合物的分类
• 1.3 超分子自组装机理
• 1.3.1 超分子自组装驱动力类型
• 1.3.1.1 氢键作用
• 1.3.1.2 π-π堆积作用
• 1.3.1.3 疏水效应
• 1.3.1.4 静电作用
• 1.3.1.5 多种作用力协同作用
• 1.3.2 超分子自组装外界环境的导向作用
• 1.3.2.1 溶剂构成
• 1.3.2.2 离子强度
• 1.3.2.3 pH效应
• 1.3.2.4 温度
• 1.3.2.5 其他因素
• 1.4 超分子自组装体的形态
• 1.4.1 零维结构
• 1.4.2 一维结构
• 1.4.3 二维结构
• 1.4.4 三维结构
• 1.5 超分子自组装的应用
• 1.5.1 超分子自组装在光电器件中的应用
• 1.5.2 超分子自组装在药物缓释中的应用
• 1.5.3 超分子自组装在生物传感中的应用
• 1.6 本论文的设计思路
• 第二章 不同支链折线型阳离子水溶性聚苯撑乙炔：合成、表征与光物理性质研究
• 2.1 背景简介
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和药品
• 2.2.2 实验仪器和方法
• 2.2.3 单体的合成与表征
• 2.2.4 不同支链折线型阳离子型聚苯撑乙炔的合成和表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成与表征
• 2.3.2 光物理性质
• 2.3.2.1 P1,P2,P3的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱
• 2.3.2.2 溶剂对P1',P2',P3'光物理性质的影响
• 2.3.2.3 pH对P1',P2',P3'光物理性质的影响
• 2.3.2.4 P1'对生物大分子的检测
• 2.4 本章小结
• 第三章 主链掺杂苯并噻唑水溶性聚苯撑乙炔：合成、表征与光物理性质研究
• 3.1 背景简介
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和药品
• 3.2.2 实验仪器和方法
• 3.2.3 单体的合成与表征
• 3.2.4 折线型苯并噻唑掺杂阳离子型聚苯撑乙炔的合成和表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成与表征
• 3.3.2 光物理性质
• 3.3.2.1 P4的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱
• 3.3.2.2 溶剂对P4'光物理性质的影响
• 3.3.2.3 pH对P4'光物理性质的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文及专利情况
• 致谢