基本信息
- 項目名稱：
- 側鏈含膽固醇的二茂鐵基寡聚物的合成及其特異性質
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本作品通過縮聚反應合成了一種新型側鏈含膽固醇的二茂鐵基寡聚物，首次提出利用膽甾基的范德華堆積作用調(diào)制聚合物分子中的茂鐵基之間的空間關系，從而實現(xiàn)對二茂鐵基聚合物整體電化學性質的調(diào)控。該寡聚物在紫外線、較高電壓、較高酸度等苛刻條件下都具有良好的穩(wěn)定性，同時由于該化合物在材料表面具有良好的成膜能力，因此該化合物能可方便地用于戶外、水下等苛刻條件下的材料的防腐保護。同時二茂鐵衍生物還具有電化學活性，因而它還可以作為涂覆材料防止材料表面靜電電荷的積累，從而防止事故的發(fā)生。研究中還發(fā)現(xiàn)，該化合物形成的薄膜具有多孔結構，這種結構有望能使不同氣體選擇性透過，從而達到凈化氣體的目的。另外，膽固醇基團是良好的液晶片段，結合二茂鐵基團優(yōu)異的光、電、磁學性能，該化合物有望成為制備新型液晶材料的重要化合物。
- 詳細介紹：
- 通過1,1-二茂鐵二甲酰氯與N-膽固醇基二乙醇胺的縮聚反應得到一種新穎的側鏈為膽固醇主鏈為二茂鐵的寡聚物，其平均分子量是2251 ± 188。紫外-可見光譜和循環(huán)伏安測定結果表明這種寡聚物不僅光化學穩(wěn)定，而且電化學穩(wěn)定性也很好。該寡聚物在四氫呋喃和四氫呋喃與苯的混合溶劑中的氧化電位高達1.5 V，這是迄今報道的有關二茂鐵衍生物及其聚合物的最高結果。Langmuir-Blodgett (L-B)方法研究表明寡聚物在水-空氣界面可形成典型的單分子膜。表面壓?-面積等溫線測定表明寡聚物中二茂鐵基團和膽固醇基團分類形成有序排列，其中膽固醇暴露在空氣中。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，通過揮發(fā)溶劑法可得到高度有序，機械性能良好的自組裝膜。 通過上述對制備的含膽固醇的二茂鐵基寡聚物全面的性質研究表明該化合物能可方便地用于戶外、水下等苛刻條件下的材料的防腐保護，同時它還可以作為涂覆材料防止材料表面靜電電荷的積累，從而防止事故的發(fā)生，另外，考慮到膽固醇基團是良好的液晶片段，結合二茂鐵基團優(yōu)異的光、電、磁學性能，該化合物有望成為制備新型液晶材料的重要化合物。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品通過縮聚反應合成了一種新型側鏈含膽固醇的二茂鐵基寡聚物，通過紅外光譜、核磁共振、元素分析和凝固點降低等方法確定了其組成和結構，研究了它的抗輻射性能、氧化還原性能、在空氣-水界面的自組裝行為等特異性質，為其在電化學材料、電化學器件制備、材料保護及表面修飾，尤其是水下裝置特種部件的防護等方面的應用奠定了基礎，為發(fā)展新型功能材料提供了新的設計思想。
科學性、先進性及獨特之處
- 本作品合成的新型含膽固醇的二茂鐵基寡聚物，具有紫外光穩(wěn)定性、氧化還原穩(wěn)定性、機械性能以及特異的空氣-水界面自組裝行為，為制備性能優(yōu)異的電學、光學材料奠定了基礎，拓展了有機金屬聚合物的研究內(nèi)容。 此項目的獨特之處在于首次提出利用膽甾基的范德華堆積作用調(diào)制分子中的茂鐵基之間的空間關系，從而實現(xiàn)對二茂鐵基化合物整體性質的調(diào)控。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 對制備的含膽固醇的二茂鐵基寡聚物全面的性質研究表明此類化合物具有特異的光、電性質和優(yōu)異的自組裝行為。相信隨著研究的深入，研究者將會設計、合成結構更加新穎，電學、光學、磁學性能更加優(yōu)異的此類化合物，在此基礎上，構建更加合理、能實現(xiàn)特定功能的體系，進而制備能在電子器件、光學器件、電磁材料中得到應用的材料。
學術論文摘要
- 通過1,1-二茂鐵二甲酰氯與N-膽固醇基二乙醇胺的縮聚反應得到一種新穎的側鏈為膽固醇主鏈為二茂鐵的寡聚物，其平均分子量是2251 ± 188。紫外-可見光譜和循環(huán)伏安測定結果表明這種寡聚物不僅光化學穩(wěn)定，而且電化學穩(wěn)定性也很好。該寡聚物在四氫呋喃和四氫呋喃與苯的混合溶劑中的氧化電位高達1.5 V，這是迄今報道的有關二茂鐵衍生物及其聚合物的最高結果。Langmuir-Blodgett (L-B)方法研究表明寡聚物在水-空氣界面可形成典型的單分子膜。表面壓?-面積等溫線測定表明寡聚物中二茂鐵基團和膽固醇基團分類形成有序排列，其中膽固醇暴露在空氣中。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，通過揮發(fā)溶劑法可得到高度有序，機械性能良好的自組裝膜?？紤]到該寡聚物的光化學和電化學的穩(wěn)定性，良好的成膜能力以及二茂鐵基團特有的性質，該類寡聚物有望在電化學和電化學器件制備以及水下裝置的保護上得到應用。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 有機金屬聚合物具有獨特的氧化還原、電、光、磁等特性，又具有比金屬、陶瓷等材料更方便的加工性，如成膜、注塑等。因此對金屬有機聚合物的研究，特別是主鏈包含過渡金屬的聚合物的研究受到科學界和工業(yè)界越來越廣泛的重視。 二茂鐵基聚合物是一種典型的有機金屬聚合物。它以其優(yōu)異的電化學行為、光學特性展現(xiàn)出廣泛的應用前景而受到特別關注[1-4]。二茂鐵基聚合物均具有氧化還原活性，具有空間傳遞的金屬-金屬相互作用和空穴傳輸性質[5-7]，而且其在電化學氧化和加熱過程中都伴隨有顏色變化，因而有可能成為電致變色材料和熱致變色材料。二茂鐵基聚合物另一個引人關注的特點是其被氧化后具有一定的磁性。Hmyene等[8]發(fā)現(xiàn)中性聚二茂鐵硅烷是抗磁性的，而氧化態(tài)的聚二茂鐵在低溫下則表現(xiàn)出順磁性，且磁化率與氧化劑的氧化能力有關，氧化劑越強氧化態(tài)聚二茂鐵的磁化率越高。Manners等[9]在高溫下（>500 ℃）熱解二茂鐵聚合物制備了含C、Si、Fe的磁性陶瓷，他們發(fā)表在Science上的研究工作則報導了磁性可調(diào)的成型陶瓷[10]。而在二茂鐵基聚合物的側鏈上接上液晶片段，可得到新型的液晶材料[11]。二茂鐵基聚合物還具有良好的成型性和豐富的自組裝行為，這為它的實際應用提供了可能。Manners等[12]用沉淀聚合法制備了聚二茂鐵微球，該微球可自組裝成高度有序的單層膜；該小組還合成了一系列親水性和水溶性的高分子量的二茂鐵基聚合物[2, 13, 14]，這些聚合物可用于多層自組裝膜和膠束的制備。 由于缺少可加成聚合的單體，早期合成有機金屬聚合物多采用縮聚的方法，得到的大多是低分子量無規(guī)低聚物。直到1992年，加拿大Toronto大學Manners小組[1]開創(chuàng)性地采用熱引發(fā)開環(huán)聚合法制備了高分子量（Mn>105）的聚硅橋二茂鐵，開創(chuàng)了二茂鐵基聚合物的新局面，該小組多年來一直致力于開發(fā)新型的聚硅橋二茂鐵，已有多篇工作發(fā)表[1-7]。另有幾篇工作報道了聚錫橋[15]二茂鐵，聚二茂鐵磷烷和聚二茂鐵氮烷[16, 17]等。 從以上討論可以看出，二茂鐵基聚合物具有非常特異的光、電性能，但是前期的研究工作主要集中在合成含不同主鏈結構的二茂鐵基聚合物及其性質的研究，而極少有在二茂鐵基聚合物的側鏈上引入功能基團而提高該類化合物性質的報道。
