基于B--O点击反应的共价结构构建及其可视化应用
点击反应是合成化学中的通用工具,在温和的反应条件下合成功能性化合物，具有高的底物选择性、区域选择性和适应性，有效避免了副反应和副产物的生成，并以高产率获得免纯化的目标产物。B-O点击反应基于含硼酸基团与含羧基或羟基基团的分子之间形成共价键合成高度稳定的化合物，具有优异的反应活性和温和环保的反应条件，无需复杂的设备和技术，可以实现功能材料的高产率制备，广泛应用于有机合成和材料科学等领域。在本工作中，基于B-O点击反应构建了共价交联结构，合成了具有荧光及室温磷光（RTP）的有机小分子复合材料，对其生长过程进行了可视化研究。进一步利用B-O共价键的特异性识别，将带有硼酸基团的荧光探针靶向标记聚合物降解过程产生的羟基，通过三维成像及定量分析实现了对聚合物降解过程的监测及寿命预测。具体研究内容如下: 1.基于B-O点击反应的共价结构构筑及其RTP性能研究 将芳基硼酸作为发射中心，基于芳基硼酸与乙二醇的B-O点击反应构筑了具有共价交联的有机小分子复合材料。通过调控反应温度、反应物比例等条件，在273 nm紫外激发下，获得具备蓝色荧光和绿色磷光的有机小分子复合材料，其荧光寿命和磷光寿命分别为7.76 ns和1.33 s。通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪确定了复合材料中的B-O共价键的形成，基于这一共价网络，有效抑制了芳基硼酸的非辐射跃迁，提高了其荧光及RTP性能。通过荧光成像可视化了复合材料的微观形貌及反应过程。构筑的复合材料具有较好的稳定性，在防伪加密领域具有潜在的应用前景。以上工作通过构筑具有B-O共价结构的有机小分子复合材料，探究了共价结构在提高材料荧光及RTP性能中的重要作用，为B-O点击反应的进一步应用奠定了基础。 2.基于B-O点击反应对聚合物降解的早期荧光可视化及寿命预测 通过B-O点击反应的特异性识别及高准确性，提出了一种对聚合物降解早期的三维荧光成像和定量分析,并将其应用于对聚合物使用寿命的预测中。将含有硼酸基团的荧光探针对聚合物降解过程产生的羟基进行靶向定位，实现了聚合物降解位点的三维可视化分析。进一步对聚合物降解荧光位点体积(V)进行定量分析，其荧光体积随时间增长而逐渐增大，且降解反应速率常数随温度升高而不断增加。进一步对聚合物降解过程中杨氏模量的变化进行了监测，建立了降解聚合物薄膜荧光体积和杨氏模量之间的关系，提出了对聚合物材料降解过程使用寿命及剩余失效时间(tTTF)的计算公式:tTTF=-145.66-4.29lnV(T=110℃)。通过输入不同温度下的荧光体积(V)即可实现对降解聚合物的剩余失效时间(tTTF)的评估,为聚合物寿命预测提供了一种灵敏且具有低成本效益的方法。
荧光探针;有机小分子复合材料;点击反应;共价交联结构;聚合物;寿命预测
北京化工大学
硕士
材料与化工
吕超;梁立娜
2023
中文
TQ421.324
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）