苯胺衍生物的结构设计及理论研究开题报告

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1. 研究目的与意义

苯胺是苯分子中的一个氢原子被氨基所取代从而生成的化合物，是最简单的一级芳香胺，为无色油状液体。苯胺稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。它暴露于空气中或日光下则变为棕色，可用水蒸气进行蒸馏，蒸馏时加入少量锌粉以防氧化。聚苯胺则是苯胺分子的高聚物，它与其他共轭聚合物相似，具有特殊的电学、光学性质。但它本身的电导率较低，掺杂质子酸可以提高它的电导率，达到原来十倍以上的效果，使其具有良好的电化学反应活性，是一种新型的电极活性材料，已成为最有前途的导电高分子材料之一。

聚苯胺由于其原料丰富、合成简单、性质稳定，现在成为导电高分子的热点研究领域之一。聚苯胺虽然具有优良的电化学活性和环境稳定性，但其加工性能、溶解性能、物理力学性能差等问题极大的限制了应用及发展。为了解决这一问题，可以采用以下几种方法：1、使用功能化质子酸掺杂聚苯胺；2、使用热塑性聚合物与聚苯胺制备成复合材料；3、用苯胺衍生物自聚或是用苯胺与其衍生物共聚得到聚合物。

而对苯胺进行结构设计和理论研究则可以更好的认识到苯胺的性质，并从理论上分析解决聚苯胺不易加工等问题，使聚苯胺能够拥有一些特殊性质。

2. 国内外研究现状分析

聚苯胺取代衍生物按其取代基的位置不同可分为两大类，即苯环上的取代衍生物和氨基n上的取代衍生物。而在聚苯胺的苯环上引入取代基能有效地降低链刚性，减小链间作用力，提高其溶解性；而且可以有效阻止在取代位置可能发生的副反应，从而有利于整个分子大共轭体系的形成。此外，取代基的存在也给结构测试带来了方便。

环取代的衍生物单体与苯胺有相差不大的氧化电位，而它们的均聚物的溶解性能大为改善，但电导性有所下降，环上取代基位置对聚合物结构也有影响。现在研究得最多的苯环上的取代基是供电子取代基和亲水性取代基两类。供电子取代基使得苯胺单体氧化电位下降、活性升高，易于受亲电性增长链的进攻，使得阳离子自由基更稳定、寿命更长，从而影响共聚进程和共聚物组成；供电子取代基使得电子能带及电子在链内定域分布发生改变，从而影响聚合物的电导性。常见的供电子取代基是氨基、烷氧基和烷基等。

苯环上取代衍生物通过一定比例取代苯胺与苯胺共聚得到。苯环邻位氢原子被氨基、烷氧基和烷基等取代后增大了聚苯胺对有机溶剂的亲和性，因此在很大程度上改善了聚苯胺在一般有机溶剂中的溶解性，取代烷基越大，其溶解性越好，所得的共聚产物同时能改变聚苯胺的某些物理化学性能。

氨基氮上取代衍生物是取代基与聚苯胺结构中的nh和n=基团上的n原子直接相连的聚合物。n取代对芳香环的电子效应影响不大，主要是通过位阻效应影响共聚进程和聚合物性能，苯胺氮原子上取代基越长，聚合物在电极表面的成膜能力越小，电导率也越低，但溶解性提高。

3. 研究的基本内容与计划

本次将采用量子化学的DFT方法，采用6-31G基组，选取不同取代基取代的苯胺衍生物单体作为研究目标，理论分析其几何结构、电子结构、带隙宽度，探讨不同取代基、取代基数量与苯胺衍生物带隙宽度的影响规律，为设计优良导电聚苯胺材料提供理论依据。所有计算采用Gaussian03软件包来完成。

4. 研究创新点

尽管通过掺杂或是制备成复合材料的方法对于解决导电聚合物的一些固有问题（如不易加工）取得了很好的效果，但是通过化学取代对导电聚苯胺的单体结构进行调控仍是最好、最直接的方法，它不但可以得到功能化的导电聚苯胺，而且真正达到了在分子水平上控制聚苯胺的几何结构、电子性能和光电性能。此外，通过化学取代的方法可以得到很多新的导电聚合物，它们不仅具有光、电化学性能，还具有某些特定功能，如氧化还原性或分子识别特性。