1. 研究目的与意义
偶氮苯是具有一种光响应性质的分子和有机染料,具有特殊的光学活性,在光机系统、波导开关、全息存储、液晶材料等领域具有很大的应用潜力。近年来，偶氮苯及其衍生物越来越受到人们的广泛关注,并逐渐受到世界各国的重视。
离子液体具有许多传统溶剂无法比拟的优点,在绿色化学领域受到越来越多的关注。离子液体种类很多,可以根据需要改变阳离子或阴离子的结构,从而设计合成不同性能的离子液体。近年来,具有光响应特性的功能化离子液体成为人们的研究热点,该类离子液体兼具光响应和离子液体的双重特性,是一种新型的功能化离子液体。
本课题研究的目的及意义：偶氮苯化合物是一种极具吸引力以及较为常用的光响应材料, 其在粘结性材料、光致动器、光致热导开关器件及非热纳米压印中均有应用。本课题将对光灵敏性强、可逆性好的偶氮苯基团引入离子液体的阳离子结构中,设计、合成一种含有偶氮苯结构单元的光响应离子液体，在实验过程中确定合成的最佳合成工艺。2. 研究内容和预期目标
| 离子液体由于其独特的性质，优异的可设计性，已被广泛应用于不同的研究领域。虽然离子液体在某些领域中的应用仍处于早期阶段，但相关研究人员给予了离子液体越来越多的关注。尤其是含有偶氮苯结构单元的离子液体，由于其独特的环境响应性，亦受到了广泛的关注及应用,如：光控传导率、光控分离二氧化碳、光控相变等。 为了合成出一种光响应的离子液体，本课题采用多步合成法探讨合成的最佳工艺。并通过熔点、红外、核磁等分析手段，对所合成目标化合物进行结构表征。 实验设计主要以1-甲基咪唑和对硝基苯胺及其他有机试剂为原料制备中间体，进一步制得最终产物 NAzIL。分子结构： 图1.目标产物NAzIL的分子结构
|
3. 研究的方法与步骤
| 步骤一.以1-甲基咪唑和1,3-二溴丙烷为原料制备中间体1. 具体步骤为： 在三口烧瓶中加入1,3-二溴丙烷，再加入适量丙酮，取定量1-甲基咪唑溶于适量丙酮中，缓慢滴加进三口烧瓶，在65℃回流20小时，收集产物。 其反应原理如下图所示。
图2.中间体1的合成原理
步骤二. 以4-硝基苯胺和苯酚为原料制备中间体2 具体步骤为： 0℃下在4-硝基苯胺中缓慢滴加酸化的亚硝酸钠溶液，再室温下加入苯酚反应4小时，收集产物。 其反应原理如下图所示。
图3.中间体2的合成原理
步骤三. 以中间体2和3-溴丙烷-1-醇为原料制备中间体3 具体步骤为： 往中间体2中加入3-溴-1-丙醇、碳酸钾和DMF，在100℃回流48小时，收集产物。 其反应原理如下图所示。
图4.中间体3的合成原理
步骤四. 以中间体1和中间体3为原料，合成最终目标产物NAzIL 具体步骤为： 中间体3与金属钠反应，再加入相转移催化剂丁醇和中间体1，加热回流若干小时，收集产物。 其反应原理如下图所示。
图5.目标产物的合成原理 |
4. 参考文献
| [1]张涛, 李娜, 武莉, 徐智,刘魏娜,王帅斌,马晓峰.光敏性离子液体的制备和性能研究进展[J]. 河南化工, 2020, 37, 1-2,16 [2] X. Yuan, Z.Li, Y. Feng, Y. Pei, H. Wang, D. Liu, D. Wang, J. Wang.Phase behavior andmicrostructure of azobenzene ionic liquids based photo-responsivemicroemulsions[J]. J. Mol. Liq., 2019, 277, 805-811. [3] Funaki K. ,Ma S., Kawamura S., Miyazaki A. , Sugie A. ,Mori A. , Muramatsu A., and KanieK. Metal Selective Deprotection-mediated palladium(II) extraction by ionicliquids with THP-protected thiol moieties[J]. Chem. Lett., 2017, 46, 434-437 [4] 谢昕. 基于偶氮苯发色团的离子液体及离子液体聚合物的制备[D]. 湖南大学, 2011. [5] Z. Li,Y.Feng, X. Yuan, H. Wang, Y. Zhao and J. Wang. Photo-Triggered Reversible PhaseTransfer of Azobenzene-Based Ionic Liquid Surfactants between Oil andWater[J]. Int. J. Mol. Sci., 2019, 20, 1685 [6] Ma S.,Kurihara S., Tomimori Y., Kim S., Kwon E., Muramatsu A., Kanie K.Self-assembly of photoresponsive azo-containing phospholipids with a polargroup as the tail[J]. RSC Adv., 2020, 10, 32984-32991
[7] 张晓娟.偶氮苯类离子液体的合成及其光致异构性能研究[D]. 河南师范大学, 2015 [8]潘明光, 赵永升,曾小勤,邹建新. 偶氮苯基型离子液体溶液对空气中湿度的变色响应[J]. 物理化学学报, 2019, 35,624-629 [9] Ma S.,Funaki K. , Miyazaki A. , Muramatsu A. , and Kanie K. . Ionic liquids withamino moieties: selective and reversible extraction/back-extraction forplatinum group metal ions from aqueous solutions[J].Chem. Lett.,2017, 46, 1422-1525 [10] S. Zhang,S. Liu, Q. Zhang, Y. Deng. Solvent-dependent photoresponsive conductivity ofazobenzene-appended ionic liquids[J]. Chem. Comm. 2011, 47, 6641-6643. [11] Yuan Rongrong,Sun Hao,Yan Zhuojun,He Hongming. Rational design and synthesis of a task-specificporous organic framework featured azobenzene as a photoresponsive low-energyCO2 adsorbent. [J]Journal of SolidState ChemistryVolume 297, 2021. [12] 宋玉婉,冯韶静,韩维,肖亚平.苯胺基于钛硅分子筛的选择性氧化合成氧化偶氮苯（英文）[J].有机化学.2019(04) [13] 刘宇芳,刘博,董振明,金硕,梁彩云,朱瑞涛,鲁云.氧化偶氮苯类化合物的新法合成[J].高等学校化学学报.2010(12) [14] Youdi Yang,Shaopeng Li,Chao Xie,HangyuLiu,Yanyan Wang,Qingqing Mei,Huizhen Liu,Buxing Han.Ethylenediamine promoted the hydrogenative coupling ofnitroarenes over Ni/C catalyst[J]. Chinese Chemical Letters.2019(01) [15] 秦承群.聚电解质基超分子组装体的构建及其响应性能研究[D].天津大学2017
|
5. 计划与进度安排
| 一、2022.11.23-2022.3.25 阅读文献，完成文献综述和开题报告，外文论文翻译； 二、2022.3.26-2022.5.15 确定并优化合成目标产物的工艺条件，能够对其结构进行表征与分析。 三、2022.5.16-2022.5.30 对上述实验进行查漏补缺，补充需要进行的表征测试，完成数据的分析。 四、2022.5.31-2022.6.11 完成数据整理，进行毕业论文的写作、修改完善、打印、装订、制作答辩演示文稿，准备答辩。
|
课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
