CN102516980B - 一种salophen型双席夫碱光致变色材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于无机有机杂化材料领域的一种通过共价修饰构筑的salophen型双席夫碱光致变色材料及其制备方法。其制备方法可简要概括为以下步骤：首先制备席夫碱结构的过渡金属配合物和偶氮苯类衍生物，然后两者混合合成出双席夫碱的偶氮苯共价修饰产物。这种结构的化合物制备方法简单，所得的产品产率较高，具有光致变色性能。本发明深入探索了席夫碱类化合物在材料领域潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于无机有机杂化材料领域，特别涉及一种基于salophen型双席夫碱基础上采用共价修饰构筑具有光致变色性能的材料及其制备方法。
背景技术
光致变色现象是指一个化合物(A)在受到一定波长的光照下，可进行特定的化学反应，生成产物(B)，由于化合物结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化，而在另一波长的光照下或热的作用下，又能恢复到原来状态的现象。如下图所示，这种在光的作用下能发生可逆颜色变化的化合物，称为光致变色化合物。
光致变色示意图
光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标准。光致变色现象最早是在生物体内发现，距今已有一百多年的历史。自1867年Fritzsche首次观察到橙色的并四苯在光照下褪色和在黑暗中恢复颜色的现象以来，光致变色材料的研究与应用就有了长足的发展，人们研制出了多种有机和无机类光致变色材料。光致变色材料的特异性能给这类化合物带来了广阔、重要的应用前景，如光信息记录材料、分子导线、分子开关等。
偶氮苯是一类典型的具有顺反几何异构体的光致变色分子，通过紫外光照π→π*键产生反式到顺式的变化，由于反式比顺式热力学更稳定，而顺式到反式的异构化过程则可通过蓝光照射或加热方式实现。偶氮苯类化合物具有波长短、光致变色可逆的特点，将此类官能团接在聚合物大分子上，可以得到兼有偶氮苯及高聚物优良性能的聚合物大分子。偶氮苯光致变色液晶聚合物所具有的光诱导各向异性以及非线性光学性质等特点，使它成为光致变色研究领域的一个热门研究方向。
席夫碱(Schiff碱)因其结构的多样性以及在发光、磁性、电化学、催化等功能材料领域具有潜在的应用价值引起越来越多人们的关注。席夫碱是一类重要的、结构上可设计调控的有机化合物。由于其结构中含有C＝N双键且是一种不饱和阴离子配体，使这类化合物具有较强的反应活性。目前，研究较多的是水杨醛及其衍生物的席夫碱，其中水杨醛缩胺类双席夫碱是一类有代表性的离域π共轭有机分子，在合成上具有极大的灵活性和强络合作用，此类席夫碱具有一个N，N，O，O构成的空腔，可以容纳金属离子，形成稳定的金属配合物，并通过共价修饰衍生出一系列性能迥异、结构多变的席夫碱配体，从而在分子设计及应用上独具特色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种salophen型双席夫碱光致变色材料及其制备方法。
本发明的技术方案为：将偶氮苯部分链通过共价修饰，连接到salophen Ni(II)化合物上，构筑基于双席夫碱的光致变色材料。
本发明所述的salophen型双席夫碱光致变色材料的制备方法的具体操作步骤为：
(1)将含有5-30mmol水杨醛类化合物和2-15mmol二胺类化合物的100-500ml无水甲醇溶液置于带有冷凝回流搅拌装置的反应容器中加热60-80℃，反应2-10小时，然后加入5-30mmol醋酸镍，继续反应2-10小时，然后在室温下静置0.5-3天，有大量深红色固体析出，过滤，并依次用水和甲醇冲洗1-3次后干燥即得Salophen Ni(II)双席夫碱化合物；
(2)将10-200mmol芳香胺溶解在100-4000ml去离子水中，搅拌至溶液澄清，然后加入含亚硝酸钠20-400mmol的水溶液5-50ml，搅拌，最后加入10-200mmol苯酚，搅拌至有黄色固体析出，减压抽滤，水洗干燥得偶氮苯的衍生物；
(3)将10-200mmol二溴代烷、15-300mmol无水碳酸钾和10-200mmol步骤(2)制备的偶氮苯的衍生物分散于100-2000ml丙酮中，并将混合物置于带有冷凝回流搅拌装置的反应容器中加热60-70℃，反应2-24小时后蒸出丙酮，剩余物依次用水和乙醇冲洗1-3次后，干燥，得到末端是溴的偶氮苯中间体化合物；
(4)将1-10mmol步骤(1)制得的Salophen Ni(II)双席夫碱化合物和2-20mmol步骤(3)制得的末端是溴的偶氮苯中间体化合物以及2-20mmol无水碳酸钾分散于5-50ml N，N-二甲基甲酰胺中，并将混合物置于带有冷凝回流搅拌装置的反应容器中加热至90-120℃，反应2-24小时后，将混合物倒入冰水中，抽滤，水洗，干燥后用氯仿重结晶，得到红色固体，即salophen型双席夫碱光致变色材料。
步骤(1)所述的水杨醛类化合物为2，4-二羟基苯甲醛。
步骤(1)所述的二胺类化合物为邻苯二胺。
步骤(2)所述的芳香胺为苯胺、4-甲氧基苯胺或4-氟苯胺。
步骤(3)所述的二溴代烷为1，10-二溴癸烷。
本发明制备的salophen型双席夫碱光致变色材料的结构式如下：
其中，R基团代表：H、F或CH3O。
本发明的有益效果在于：把含有光致变色性质的偶氮苯引入salophen型席夫碱体系，通过共价修饰，能够有效地控制席夫碱类化合物的功能化过程并开发出新型光致变色材料，深入探索席夫碱类化合物在材料领域潜在的应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的salophen型双席夫碱光致变色材料的FT-IR图。
图2是本发明实施例1制备的salophen型双席夫碱光致变色材料的1H NMR图。
图3是本发明实施例1制备的salophen型双席夫碱光致变色材料的UV-Vis图。
具体实施方式
本发明通过偶氮苯衍生物中的溴与salophen型双席夫碱体系中羟基作用合成双席夫碱的偶氮苯共价修饰产物，经过1H NMR和ESI-Ms表征，表明光致变色组分偶氮苯衍生物成功地共价修饰salophen Ni(II)配体；其次通过红外谱图和紫外光照前后紫外谱图的变化，证实了产物的正确性。
下面通过具体的实施例来进一步解释本发明。
实施例1
1.将含有0.02mol 2，4-二羟基苯甲醛和0.01mol邻苯二胺的200ml无水甲醇溶液加入到500ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至60℃，反应2小时后，加入0.01mol醋酸镍，继续反应2小时，然后室温静置1天，过滤并依次用水和甲醇冲洗3次后干燥即得Salophen Ni(II)双席夫碱化合物2.24g；
2.将0.04mol苯胺溶于100ml水中，搅拌至溶液澄清，然后滴加含亚硝酸钠0.08mol的水溶液40ml，再加入0.04mol苯酚，搅拌至有黄色固体析出，抽滤，水洗，干燥，得4-羟基偶氮苯约8.80g；
3.将含有0.01mol 1，10-二溴癸烷、0.02mol无水碳酸钾和0.01mol 4-羟基偶氮苯的150ml丙酮溶液加入到250ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至60℃，反应12小时后，蒸出丙酮，剩余物依次用水和乙醇冲洗三次，干燥，得到黄色固体即4-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯约3.23g；
4.将含有1.5mmol步骤1得到的Salophen Ni(II)双席夫碱化合物、4.0mmol无水碳酸钾和3.0mmol 4-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯的30ml N，N-二甲基甲酰胺溶液加入到100ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至90℃，反应12小时后，将混合物倒入冰水中，抽滤，水洗，干燥后用氯仿重结晶，得到红色固体0.89g，即salophen型双席夫碱光致变色材料，其结构式如下：
反应产物经FT-IR，1H NMR，ESI-MS确认其结构表征如下：
(1)FT-IR(KBr，cm-1)：2922，2849，1605，1577，1499，1467，1432，1366，1320，1252，1204，1122，1016，836，767，739，687。
(2)1H NMR(CDCl3，ppm)：δ＝8.04(s，2H)，7.91～7.89(d，4H)，7.88～7.86(d，4H)，7.62～7.60(dd，2H)，7.49(t，4H)，7.42(t，2H)，7.18～7.14(m，4H)，7.01～6.99(d，4H)，6.61(s，2H)，6.32～6.29(dd，2H)，4.04(t，4H)，3.96(t，4H)，1.86～1.74(m，8H)，1.46(m，8H)，1.35(m，16H)。
(3)ESI-MS：1077.48([M+H]+)。
以上部分图谱详见附图。
光致变色性能：把上述合成的salophen型双席夫碱光致变色材料配成摩尔浓度为1.0×10-5mol/L的二氯甲烷溶液，在紫外光的照射下，测试其紫外光谱，可观察到最大吸收峰随着紫外光照时间增加而逐渐降低，说明此化合物有较好的光致变色性能。
实施例2
1.将含有0.02mol 2，4-二羟基苯甲醛和0.01mol邻苯二胺的200ml无水甲醇溶液加入到500ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至沸腾，反应2小时后，加入0.01mol醋酸镍，继续反应2小时，然后室温静置1天，过滤并依次用水和甲醇冲洗3次后干燥即得Salophen Ni(II)双席夫碱化合物2.24g；
2.将0.04mol 4-甲氧基苯胺溶于100ml水中，搅拌至溶液澄清，然后滴加含亚硝酸钠0.08mol的水溶液30ml，再加入0.04mol苯酚，搅拌至有黄色固体析出，抽滤，水洗，干燥，得4-甲氧基-4’-羟基偶氮苯约9.24g；
3.将含有0.01mol 1，10-二溴癸烷、0.02mol无水碳酸钾和0.01mol 4-甲氧基-4’-羟基偶氮苯的150ml丙酮溶液加入到250ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至沸腾，反应12小时后，蒸出丙酮，剩余物依次用水和乙醇冲洗三次，干燥，得到黄色固体即4-甲氧基-4’-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯约3.56g；
4.将含有1.5mmol步骤1得到的Salophen Ni(II)双席夫碱化合物、4.0mmol无水碳酸钾和3.0mmol 4-甲氧基-4’-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯的25ml N，N-二甲基甲酰胺溶液加入到100ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至90℃，反应15小时后，将混合物倒入冰水中，抽滤，水洗，干燥后用氯仿重结晶，得到深红色固体1.02g，即salophen型双席夫碱光致变色材料，其结构式如下：
反应产物经FT-IR，1H NMR确认其结构表征如下：
(1)FT-IR(KBr，cm-1)：2921，2850，1603，1577，1499，1467，1388，1367，1319，1249，1204，1145，1124，1020，839，796，742。
(2)1H NMR(CDCl3，ppm)：δ＝8.03(s，2H)，7.88～7.84(dd，8H)，7.61～7.59(dd，2H)，7.18～7.13(m，4H)，7.00～6.97(dd，8H)，6.60(s，2H)，6.32～6.29(dd，2H，)，4.02(t，4H)，3.96(t，4H)，3.88(s，6H)，1.84～1.74(m，8H)，1.46(m，8H)，1.34(m，16H)。
实施例3
1.将含有0.02mol 2，4-二羟基苯甲醛和0.01mol邻苯二胺的200ml无水甲醇溶液加入到500ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至沸腾，反应2小时后，加入0.01mol醋酸镍，继续反应2小时，然后室温静置1天，过滤并依次用水和甲醇冲洗3次后干燥即得Salophen Ni(II)双席夫碱化合物2.24g；
2.将0.04mol 4-氟苯胺溶于100ml水中，搅拌至溶液澄清，然后滴加含亚硝酸钠0.08mol的水溶液10ml，再加入0.04mol苯酚，搅拌至有黄色固体析出，抽滤，水洗，干燥，得4-氟-4’-羟基偶氮苯约8.37g；
3.将含有0.01mol 1，10-二溴癸烷、0.02mol无水碳酸钾和0.01mol 4-氟-4’-羟基偶氮苯的150ml丙酮溶液加入到250ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至沸腾，反应12小时后，蒸出丙酮，剩余物依次用水和乙醇冲洗三次，干燥，得到黄色固体即4-氟-4’-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯约3.15g；
4.将含有1.5mmol步骤1得到的Salophen Ni(II)双席夫碱化合物、4.0mmol无水碳酸钾和3.0mmol 4-氟-4’-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯的25ml N，N-二甲基甲酰胺溶液加入到100ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至90℃，反应15小时后，将混合物倒入冰水中，抽滤，水洗，干燥后用氯仿重结晶，得到深红色固体0.93g，即salophen型双席夫碱光致变色材料，其结构式如下：
反应产物经FT-IR，1H NMR确认其结构表征如下：
(1)FT-IR(KBr，cm-1)：2921，2851，1604，1577，1498，1471，1429，1386，1367，1320，1251，1202，1142，1127，1013，844，765，742。
(2)1H NMR(CDCl3，ppm)：δ＝8.03(s，2H)，7.89～7.87(d，8H)，7.62～7.59(dd，2H)，7.19～7.13(m，8H)，7.00～6.98(d，4H)，6.60(s，2H)，6.31～6.28(dd，2H)，4.03(t，4H)，3.96(t，4H)，1.84～1.74(m，8H)，1.46(m，8H)，1.34(m，16H)。
Claims (1)
1.一种salophen型双席夫碱光致变色材料的制备方法，其特征在于：其具体操作步骤为:
1).将含有0.02mol2,4-二羟基苯甲醛和0.01mol邻苯二胺的200ml无水甲醇溶液加入到500ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至60℃，反应2小时后，加入0.01mol醋酸镍，继续反应2小时，然后室温静置1天，过滤并依次用水和甲醇冲洗3次后干燥即得Salophen Ni(II)双席夫碱化合物2.24g；
2).将0.04mol苯胺溶于100ml水中，搅拌至溶液澄清，然后滴加含亚硝酸钠0.08mol的水溶液40ml，再加入0.04mol苯酚，搅拌至有黄色固体析出，抽滤，水洗，干燥，得4-羟基偶氮苯8.80g；
3).将含有0.01mol1,10-二溴癸烷、0.02mol无水碳酸钾和0.01mol4-羟基偶氮苯的150ml丙酮溶液加入到250ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至60℃，反应12小时后，蒸出丙酮，剩余物依次用水和乙醇冲洗三次，干燥，得到黄色固体即4-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯3.23g；
4).将含有1.5mmol步骤1)得到的SalophenNi(II)双席夫碱化合物、4.0mmol无水碳酸钾和3.0mmol4-(10-溴癸烷氧基)偶氮苯的30ml N,N-二甲基甲酰胺溶液加入到100ml的带有冷凝回流和磁力搅拌的烧瓶中，升温至90℃，反应12小时后，将混合物倒入冰水中，抽滤，水洗，干燥后用氯仿重结晶，得到红色固体0.89g，即salophen型双席夫碱光致变色材料，其结构式如下：
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