易溶性含氟酞菁合成及性质研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:donglu1116
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酞菁类化合物有一个18π的高度共轭的大环体系,因此在可见光区有较强的跃迁,所以该类化合物能够有很强的光、热及化学稳定性。正因为这种独特的性质,酞菁化合物突破了染料的局限,受到世界各国研究人员的关注,被用作一种光电功能性材料,在高科技领域具有广阔的应用。但是也正是酞菁化合物的大环体系导致了酞菁化合物的溶解性差、难以成膜,这些构成了现在酞菁化合物在研究和应用上现在的瓶颈,因此设计合成具有不同取代基的酞菁化合物进行它们的增溶性研究,已成为一个各国研究者关注的热点领域。本论文的工作重点是,在酞菁大环上分别引入了四个四氟丙氧基和八氟戊氧基,合成了一系列四氟和八氟两类新型易溶性金属酞菁衍生物,对它们进行紫外、红外、质谱、元素分析等结构表征并研究它们的部分性质。总共分为三个部分:第一部分:以4-硝基邻苯二腈、四氟丙醇和八氟戊醇为主要原料合成了新型四氟和八氟酞菁前驱体,并进行了新型前驱体反应温度和时间的正交实验,得到了最佳反应条件为55℃和38h。以此为原料合成了一系列的四氟和八氟酞菁衍生物:M[Pc(O-C3H3F44]4(M=Fe、Co、Ni、Cu、Zn、H2)和M[Pc(O-C5H5F84]4(M=Fe、Co、Ni、Cu、Zn、H2)。并对这些酞菁衍生物进行了元素分析、紫外、红外、质谱和核磁等光谱表征。第二部分:我们对合成得到的新型含氟酞菁衍生物用循环伏安法(CV)和差示脉冲伏安法(DPV)进行了它们电化学性质的研究。在CH2Cl2的电化学窗口下,除了四氟铁酞菁和四氟铜酞菁是有两个单电子氧化过程与四个单电子还原过程外,其余的含氟酞菁化合物都是具有两个单电子氧化过程与三个单电子还原过程。而且它们在循环伏安法中阳极的电位和阴极的电位差都较小,在100mv以下,所以这些氧化还原过程都是准可逆的过程是单电子氧化还原行为,即从酞菁共轭的大环分子轨道上加减一个电子。与自由酞菁的电化学参数相比较,说明引入的含氟碳链是吸电子基团,并且含氟原子越少供电子能力较强。含氟碳链的引入还让酞菁分子的共轨性更集中。含氟碳链与其它的供电子基团不同,它们的引入影响到了酞菁分子的大环之间的产生的π-π共轭。第三部分:我们用紫外分光光度法以2,9,16,23-四-(-1,1,2,2-四氟丙氧基)铜酞菁和2,9,16,23-四-(-1,1,2,2,3,3,4,4-八氟戊氧基)铜酞菁为代表对合成的含氟金属酞菁的溶解性进行了研究。准确测得了2,9,16,23-四-(-1,1,2,2-四氟丙氧基)铜酞菁在20℃用甲醇当溶剂的溶解度为6.80g/L,同样条件下的2,9,16,23-四(-1,1,2,2,3,3,4,4-八氟戊氧基)铜酞菁溶解度为9.85g/L,这样的溶解度与H2Pc相比至少提高了60倍。并且八氟金属酞菁的溶解度大于四氟金属酞菁化合物,这说明含氟原子的个数越多酞菁的溶解度提高的越大,更进步印证了引入氟原子是改善其溶解性的有效方法,为以后有目的的进行分子设计合成打下了良好的基础。
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