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葫芦[n]脲主体对二乙烯基蒽类衍生物力致变色性质的影响
李卓, 孙冬冬, 韩勰, 刘思敏
高等学校化学学报    2023, 44 (10): 20230171-.   DOI:10.7503/cjcu20230171
摘要   (512 HTML8 PDF(pc) (2259KB)(161)  

设计合成了3种9,10-二乙烯基蒽衍生物G1~G3; 通过紫外-可见光谱、 荧光光谱、 核磁共振波谱和质谱等表征手段, 研究了其作为客体分子与葫芦[n]脲(CB[n]s, n=8, 10)主体的主客体识别过程及主客体作用对其力致变色(MCL)性能的影响. 研究结果表明, CB[8]和CB[10]可分别与客体分子形成摩尔比为2∶2和1∶2的主客体包合物, 被包合的客体分子间π-π相互作用得以增强. 与自由客体分子相比, 主客体包合物的荧光发射产生了显著红移(>100 nm), 研磨处理使得包合物的荧光发射进一步红移. 此外, 不同的葫芦[n]脲对客体分子的MCL性能的影响也有所区别. 本文揭示了主客体作用对MCL材料变色性能的影响, 为进一步设计基于主客体作用的新型MCL材料提供了新思路.



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Fig.2 UV⁃Vis spectra of G1(20 μmol/L in H2O) with different amounts of CB[8](0—20 μmol/L)(A) and CB[10](0—10 μmol/L)(B)
正文中引用本图/表的段落
冰浴条件下, 将190 mg(0.4 mmol)化合物1b和600 mg叔丁醇钾加入100 mL双口烧瓶中; 将600 mg 3-吡啶甲醛与40 mL无水四氢呋喃混合均匀后注射到烧瓶中, 鼓N2气5 min后于35 ℃反应24 h. 反应结束后, 将反应液离心, 取上层清液, 经旋转蒸发除去溶剂得到粗产物, 用柱色谱进行提纯, 以体积比为400∶1, 200∶1和100∶1的二氯甲烷/甲醇作为洗脱剂, 梯度过柱得到BP3VA黄绿色固体90 mg(0.23 mmol), 产率58.9%. 1H NMR(DMSO-d6, 600 MHz), δ: 8.97(d, J=2.3 Hz, 2H), 8.57(dd, J=4.8, 1.6 Hz, 2H), 8.41(dd, J=6.8, 3.3 Hz, 4H), 8.37~8.26(m, 4H), 7.58(dd, J=6.9, 3.2 Hz, 4H), 7.51(dd, J=7.9, 4.8 Hz, 2H), 7.00(d, J=16.7 Hz, 2H). 核磁共振氢谱图见本文支持信息图S2.
图1(A)为客体G1与CB[8]识别的核磁共振氢谱图. 由图1(A)可见, CB[8]浓度为1.0 mmol/L时, 可观察到自由和包合的客体分子的信号[图1(A)谱线d]以及CB[8]质子信号的分裂[图1(A)谱线g], 表明客体G1与CB[8]的结合在核磁时间尺度上表现为慢交换. 随着CB[8]浓度的增加, G1的吡啶鎓部分的质子信号峰He~Hi全部向高场有较大的移动(Δδ=?0.62, ?0.81, ?0.48, ?0.54, ?0.67), 蒽核部分的质子信号峰Ha向高场有较小的移动(Δδ=?0.20), Hb向低场轻微移动(Δδ=0.09), 烯键部分的质子信号峰Hc向低场轻微移动(Δδ=0.11), 而Hd向高场轻微移动(Δδ=?0.10). 质子信号峰的位移表明, G1的吡啶鎓部分位于CB[8]的空腔内, 蒽核部分位于CB[8]的羰基端口外围. 对图1(A)谱线g进行积分分析, 得知主客体的摩尔比约为1∶1, 而客体G1具有2个对称的吡啶鎓基团, 因此分子两端都会与CB[8]结合. 由此推测, CB[8]与G1以摩尔比2∶2的结合模式形成了主客体包合物, 即2个客体G1平行交错堆叠在2个CB[8]的空腔中[40]. 从二维NOESY核磁图谱可以看出, 吡啶鎓部分质子Hi与He~Hh的相关信号峰, 这种分子间的信号相关性进一步证明形成了摩尔比2∶2的主客体包合物(见本文支持信息图S16). 客体G2和G3与CB[8]的识别模式与上述结果相似, 核磁共振氢谱图见本文支持信息图S17和S18.
图2为客体G1与CB[8]和CB[10]的水相紫外-可见光谱图. 随着CB[8]浓度的增加, 溶液的紫外-可见吸收强度逐渐减弱, 最大吸收峰从417 nm处红移到444 nm处; 随着CB[10]浓度的增加, 溶液的紫外-可见吸收强度先减弱再增强, 最大吸收峰从417 nm处红移到445 nm处. 这是因为G1与CB[8]和CB[10]形成主客体包合物后, 分子间π-π相互作用增强, 从而导致吸收峰红移. 对客体G2和G3进行相同检测, 所得结果与上述结果相似(见本文支持信息图S22和S23).
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