一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法

文档序号:44197 发布日期:2021-09-28 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法 (Preparation method of atypical polymerization-induced luminescent aliphatic polyamide ) 是由 严骏杰 杨敏 潘栋辉 徐宇平 王立振 赵富宽 张波 于 2021-06-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法,包括,将N-ACHCT和烯丙胺溶解在二氧六环中,并在室温下搅拌过夜;将三羧基乙基膦添加到混合物中,搅拌;添加DMPA作为光引发剂,并将反应混合物暴露于UV照射;在乙醚中沉淀来纯化所得混合物,并在真空下干燥以产生粘性固体。本发明制备了具有酰胺单元和亚结构的脂肪族聚酰胺,由于不同的局部化学环境和自身/非自身分子间作用力,含伯酰胺,仲酰胺和叔酰胺的脂肪族聚酰胺表现出不同的PIE。这项研究不仅可以提供脂肪族聚酰胺的结构与NTIL之间的相关性,而且可以为脂肪族聚合物的PIE提供新的研究思路。(The invention discloses a preparation method of atypical polymerization-induced luminescent aliphatic polyamide, which comprises the steps of dissolving N-ACHCT and allylamine in dioxane, and stirring overnight at room temperature; adding tricarboxyethylphosphine into the mixture, and stirring; adding DMPA as a photoinitiator and exposing the reaction mixture to UV radiation; the resulting mixture was purified by precipitation in ether and dried under vacuum to yield a viscous solid. Aliphatic polyamides having amide units and substructures are prepared according to the present invention, and aliphatic polyamides containing primary, secondary and tertiary amides exhibit different PIEs due to different local chemical environments and self/non-self intermolecular forces. The research not only can provide the correlation between the structure of the aliphatic polyamide and the NTIL, but also can provide a new research idea for the PIE of the aliphatic polymer.)

一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法

技术领域

本发明属于荧光聚合物制备

技术领域

,具体涉及一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法。

背景技术

自20世纪Carothers率先提出,聚酰胺已发展成为最重要的高性能工程材料之一,广泛用于机械,纺织,电气设备和成型等领域。与其突出的机械特性相比,聚酰胺的荧光研究历来不受重视。由于禁阻跃迁,酰胺既没有吸收也没有荧光,而脂肪族酰胺通常由于电子转移而显示出荧光猝灭作用。因此,合成荧光聚酰胺的策略通常依赖于(芳香族)共轭单元的修饰。直到最近,许多含富电子的杂原子单元都被证明能发射荧光,不仅加速了非传统本征荧光(NTIL)的发展,扩展了传统的荧光范式原理;同时,也建立了一些新的荧光理论,例如聚集诱导发光(AIE),簇发光(CTE),和聚合诱导发光(PIE)。

设计和合成具有可调结构的脂肪族荧光聚酰胺势在必行,并且进一步区分调节其多样化的NTIL。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

本发明提供一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法。

为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法,其包括,将N-ACHCT和烯丙胺溶解在二氧六环中,并在室温下搅拌过夜;将三羧基乙基膦添加到混合物中,搅拌;添加DMPA作为光引发剂,并将反应混合物暴露于UV照射;在乙醚中沉淀来纯化所得混合物,并在真空下干燥以产生粘性固体。

作为本发明所述的非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法的一种优选方案:所述N-ACHCT和烯丙胺,其加入量为95.4mg,0.6mmol;所述烯丙胺,其加入量为37.6mg,0.66mmol,所述二氧六环,其加入量为0.6mL。

作为本发明所述的非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法的一种优选方案:所述三羧基膦,其加入量为10mM,所述搅拌,时间为0.5~1.5h。

作为本发明所述的非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法的一种优选方案:所述DMPA,其添加量为0.5~2wt%,所述UV照射,时间为20~40min。

作为本发明所述的非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法的一种优选方案:所述N-ACHCT,其制备方法为,将D,L-高半胱氨酸硫内酯盐酸盐(3.07g,0.02mol)与三乙胺(5.56g,0.055mol)混合加入到50mL二氯甲烷中,在冰浴条件下形成悬浮物;逐滴加入乙酰氯(2.36g,0.03mol),滴加过程大于20min,将所得混合溶液在室温下搅拌过夜;加入20mL二氯甲烷,过滤,洗涤,再用二氯甲烷萃取;有机层用无水硫酸钠和真空蒸发干燥;所得产物经硅胶柱层析得到白色粉末状产物N-ACHCT。

作为本发明所述的非典型性聚合诱导发光脂肪族聚酰胺的制备方法的一种优选方案:所述非典型性荧光脂肪族聚酰胺,其结构式如式(I)所示:

其中,n=5~100。

本发明的有益效果:本发明制备了具有酰胺单元和亚结构的脂肪族聚酰胺,由于不同的局部化学环境和自身/非自身分子间作用力,含伯酰胺,仲酰胺和叔酰胺的脂肪族聚酰胺表现出不同的PIE。本发明发现,可以通过改变聚酰胺结构中的分子间氢键相互作用来调节PIE性质。这项研究不仅可以提供脂肪族聚酰胺的结构与NTIL之间的相关性,而且可以为脂肪族聚合物的PIE提供新的研究思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1为硫内酯单体(M1-M5)和聚酰胺(P1-P5)在THF中的吸收光谱、荧光光谱及其在DMF中的量子产率。

图2为P1-P7聚酰胺重复单元的分子轨道能级。

图3为P1的光物理性质表征。

图4为通过紫外光谱和荧光光谱动态监测P1的聚合反应。

图5为P1、P6、P8在不同环境中的光物理性质表征。

图6为P9-P13的光物理性质表征。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

N-取代的硫内酯文库的合成:N-取代的硫代内酯库是由D,L-高半胱氨酸硫代内酯和各种酰氯或氯甲酸酯的起始原料合成的。通常,将D,L-高半胱氨酸硫代内酯盐酸盐(0.02mmol)与2.2当量的三乙胺在50mL DCM中混合以形成悬浮液。然后在冰浴中滴加当量的酰氯或氯甲酸酯,并将混合物在室温搅拌过夜。然后,将反应混合物用DCM稀释、过滤、用盐水洗涤,并用DCM萃取两次。有机层用无水Na2SO4干燥,浓缩,并通过硅胶柱色谱法纯化以获得产物。

环状仲胺对N取代的硫内酯的氨解作用:N-取代的硫代内酯的所有氨解反应均以等当量的硫代内酯和环状仲胺投料比进行。通常,氨解反应在除氧的氯仿中进行,并在30℃下反应过夜。然后,将产物直接进行1H,13C NMR和HRMS分析。用类似的合成方法进行溶剂,不同取代基硫代内酯,胺类(环状仲胺,环状叔胺,伯胺和线性仲胺)对氨解反应的影响。

甲基丙烯酰胺单体(M1-M8)的合成:通过一锅合成硫内酯的开环反应和巯基-甲基丙烯酸酯的迈克尔加成反应来制备甲基丙烯酰胺单体。将N-MAHCT(37.1mg,0.2mmol)和PEG500(100.2mg,0.2mmol)溶于1mL无水THF/DMSO(v/v=1/1)中,并用氩气除氧10分钟。然后,向混合物中加入当量的仲环胺,并在黑暗中于30℃搅拌过夜。通过硅胶柱色谱法纯化所有甲基丙烯酰胺单体,以除去未反应的试剂。以类似的方式制备由伯胺的氨解作用衍生的甲基丙烯酰胺单体。

N-甲基丙烯酸高半胱氨酸硫内酯(N-MAHCT)的合成:D,L-高半胱氨酸硫内酯盐酸盐(6.14g,0.04mol)加入到150mL氯仿中,冰浴形成悬浮液;向混合物中添加甲基丙烯酰氯(5.02g,0.048mol);之后,在20min内逐滴加入三乙胺(9.70g,0.096mol),悬浮液逐渐变为微红色溶液。将溶液在冰浴中搅拌2小时并用薄层色谱法进行示踪。反应混合物用盐水(60ml×2)洗涤,氯仿(60ml×2)萃取,有机相用硫酸钠干燥,过滤。将所得溶液浓缩至50mL的体积,并且缓慢加入到100mL己烷中,过滤分离沉淀粉末并真空干燥2h,收率:83.9%。1HNMR(300MHz,CDCl3)δ6.37–6.17(m,1H),5.78(s,1H),5.41(t,J=1.4Hz,1H),4.54(ddd,J=12.7,6.8,5.7Hz,1H),3.40(td,J=11.8,5.1Hz,1H),3.28(ddd,J=11.4,7.0,1.3Hz,1H),3.09–2.94(m,1H),1.99(s,2H),1.80-2.05(m,2H).13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ205.78,168.59,139.06,120.78,59.41,31.59,27.53,18.50.

线性聚酰胺的合成:通过自由基聚合(P1-P8)来制备由甲基丙烯酰胺单体得到的相应的线性聚酰胺。以P1为例,将含有0.5wt%AIBN的1mL M1(100.1mg)THF溶液加入玻璃管中,并进行两次冻融循环以排除空气。然后,将管在真空下密封,随后置于65℃的预热油浴中。在预定时间后,通过沉淀到乙醚/己烷(1/1,v/v)的混合溶剂中来纯化所得混合物,并在真空下干燥3小时以产生粘稠的浅色或浅黄色产物。产率:67.3%。

P9的制备:将N-ACHCT(N-乙酰高半胱氨酸硫代内酯)(95.4mg,0.6mmol)和烯丙胺(37.6mg,0.66mmol)溶解在0.6mL二氧六环(二恶烷)中,并在室温下搅拌过夜;将TCEP(三羧基乙基膦)(10mM)添加到混合物中,搅拌1h(以减少可能偶联的二硫键);之后,添加DMPA(安息香二甲醚)(1wt%)作为光引发剂,并将反应混合物暴露于UV(365nm紫外灯,功率9W)照射30分钟;在乙醚中沉淀用于纯化所得混合物,并在真空下干燥3小时,得到粘性固体P9。产率:78.4%。

P14的制备方法与DMSO中的P10相似,不同之处在于不添加PEG500来消耗巯基。

N-乙酰同型半胱氨酸硫内酯(N-ACHCT)的合成:将D,L-高半胱氨酸硫内酯盐酸盐(3.07g,0.02mol)与三乙胺(5.56g,0.055mol)混合加入到50mL DCM(二氯甲烷)中,在冰浴条件下形成悬浮物;逐滴加入乙酰氯(2.36g,0.03mol),滴加过程大于20min,将所得混合溶液在室温下搅拌过夜;加入20mL DCM,过滤,洗涤,再用DCM(40ml×2)萃取;有机层用无水硫酸钠和真空蒸发干燥;所得产物经硅胶柱层析得到白色粉末状产物。收率:61.4%。

1H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.01(s,1H),4.52(dt,J=12.8,6.4Hz,1H),3.36(ddd,J=12.2,11.4,5.1Hz,1H),3.26(ddd,J=11.4,6.9,1.3Hz,1H),2.95(dddd,J=12.1,6.6,5.1,1.3Hz,1H),2.05(s,3H),1.92(qd,J=12.4,6.9Hz,1H).

对于P11,P12和P13,利用N-异丙基甲基丙烯酰胺,N,N-二甲基甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺的相应商业单体自由基聚合制备,并在乙醚中进行纯化,生成白色粉末。产率:85.4%(P11),92.7%(P12),96.3%(P13)。

在过去的十年中,硫代内酯化学在聚合物精准合成和双重修饰中展现出了很好的竞争力。通常,硫代内酯的氨基解反应很容易与伯胺发生,生成直链仲酰胺,同时在侧基生成一分子巯基。但是,硫代内酯通常不与线性仲胺或叔胺反应。有意思的是,在N-甲基丙烯酸同型半胱氨酸硫代内酯(N-MAHCT)与四氢吡咯(等当量投料比)的对照氨解中,通过1H,13C核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HRMS)证明了硫代内酯完全开环并定量转化为叔酰胺。N-MAHCT的氨解反应适用于其他仲环状胺(例如哌啶,氮杂戊烷,哌嗪,1-甲基哌嗪,吗啉和二氢吲哚),氨解效率与胺的pKa值有关。尽管吡咯和咪唑也具有仲胺单元,但它们的低亲核性不能使N-MAHCT开环,环状叔胺(例如1-甲基哌啶)或线性仲胺(例如二乙胺)也不能开环。此外,这种环状仲胺介导的氨解(CSAMA)反应在多种溶剂中均有效,在多种N-取代的高半胱氨酸硫内酯体系下也可以高效反应。

硫代内酯的CSAMA丰富了聚酰胺中酰胺的结构。例如,吡咯烷,哌啶,氮杂戊烷,哌嗪,吗啉经正交PEG化对N-MAHCT进行氨解,生成了一系列的甲基丙烯酰胺单体(M1-M5),这些单体同时具有仲酰胺和叔酰胺(图1),分别在~325nm和~355nm处有典型的吸收和弱荧光信号。通过常规的自由基聚合,生成的聚酰胺(P1-P5)比单体(图1h)具有更高的量子产率(Φ)。P1-P5的吸收信号仍然在~325nm左右,但Em波长(360-443nm)都有一定的红移。尽管有相近的分子量,但亚结构的不同(环胺中的环大小和杂原子)导致了其不同程度的荧光增强。其中,P1表现出最高的Φ(在DMF中测试见图1h,P1在水中的Φ为9.6%)和最大的荧光增强(79倍)。由于溶剂和环境的影响,P1-P5在各种溶剂中表现出不同的光物理参数。

为了研究这些脂肪族聚酰胺的NTIL,我们制备了另外两种单体(M6,M7)作为对照,其中N-MAHCT被伯胺(正丁胺和乙醇胺)开环,得到相应的聚酰胺(P6,P7)在结构内仅具有仲酰胺。利用密度泛函理论(DFT)计算聚酰胺重复单元的分子轨道能级,如图2所示,所有硫原子中最高占有分子轨道(HOMO)位于酰胺轨道上,但最低未占用分子轨道(LUMO)表现出不同的分布。对于P1-P5,LUMOs主要位于邻近的羰基和叔酰胺的轨道上,较少被仲酰胺和硫原子的轨道占据。而对于P6-P7,LUMOs被酰胺和羰基之间的链占据。从聚酰胺的能级水平来看,具有较大环胺环的仲酰胺具有较高的LUMO和HOMO能量,而仲酰胺具有比叔酰胺更低的LUMO和HOMO能量。在所有聚酰胺中,P1的能隙最低,为5.921eV,表明P1的共轭和电子离域最大,这两者都有助于贡献潜在的荧光。为了从聚酰胺中获得更多的光物理信息,我们进一步确定了它们在变化的激发波长(λex)下的荧光发射谱。P1-P7在发射光谱中均显示出双重分布,一组发射在~375nm(Em375)左右,另一组在420nm以上(>Em420)。前者的发射几乎与λex无关,而后者的发射与λex有关。先前在石墨烯量子点的相关研究中观察到了λex有关和λex无关的NTIL共存的情况,这是由于量子点表面缺陷状态和尺寸效应引起的。为了得到更精细的信息,我们分析了在各自指定激发区域(Em375的[Ex255,Ex300]和>Em420的[Ex345,Ex390])下两组发射的偏移波长。有趣的是,在不同的λex下,P1-P3的Em375波长几乎恒定,但是P4和P5中的其他氧原子或氮原子的存在会引起发射波长(λem)的轻微蓝移。由于聚酰胺中酰胺的不同,P6和P7在363nm处具有典型的吸收峰,并且随着λex的变化在Em375处呈现出更大的蓝移(Δλem>15nm),并且它们在水中的Φ值低于P1。另一方面,所有的聚酰胺中,>Em420随λex的增加而呈现出红移的λem([Ex345,Ex390])。其中,P1呈现最小的红移λem(8nm),而没有明显的荧光强度减弱,获得了最大的Φ。这些结果表明了脂肪族聚酰胺两组NTIL的不同性质。

浓度是调节NTIL和确定荧光发射中心的关键参数。因此,我们对不同浓度P1(0.5、2、4、8、16、32mg mL-1水溶液和本体P1)的光物理性质进行了表征(UV/Vis和荧光光谱)(图3)。如图3a-3b所示,P1水溶液在320nm处的典型吸收峰与浓度成正比(R2=0.9990),更高的浓度可确保在更长的波长(λ>350nm)处具有较强的吸收峰。当改变λex时,所有P1水溶液在~375nm(Em375)和~440nm(Em440)处都有两组不同的发射信号(图3c-3l),而本体P1仅在446nm处呈现单发射信号。当浓度超过16mg mL-1时,Em375呈非线性增长并到达平台;相反,即使浓度高达32mg mL-1,Em440仍表现出荧光强度线性增长(R2=0.9992)。荧光激发光谱验证了P1中存在两个单独的荧光发射中心(图3n),最大λex分别位于~300nm(Ex300)和~375nm(Ex375)。

在P6水溶液的荧光光谱中,检测到一个主要的最大激发峰(Ex370),而Ex302是肩部信号,但不是独立的最大激发峰。在水中和本体P6的对应Em分别为437nm和429nm。因此,脂肪族聚酰胺中的不同酰胺会导致截然不同的NTIL。对于P1,Em375的荧光寿命(<τ>)为0.58/3.89ns(τ1/τ2),而Em440的寿命更长,为1.43/4.58ns(τ1/τ2)(图3o)。由于结构位阻的增加,P1的<τ>值在本体状态下比在水里更长。此外,在连续光照射下,两组荧光都是光稳定的,优于荧光素5-异硫氰酸酯(FITC),与硫酸奎宁相当(图3p)。应该注意的是,脂肪族聚酰胺的双发射来自不同的荧光中心,但不是来自荧光状态或量子约束的λex依赖的多色发射现象。这种发射材料不仅可以用不同的λex激发,而且还可以防止荧光强度(FI)的降低。

基于这些观察,我们研究体系中的脂肪族聚酰胺的NTIL基本符合PIE(聚合诱导发光)的特征。我们通过紫外光谱和荧光光谱动态监测P1的聚合反应(图4)。值得注意的是,P1的分子量随聚合时间的增加而增加,~324nm和~351nm处的吸收峰信号增强。M1的荧光较弱,在300nm和375nm的λexs下的Φ值分别为2.6%和0.5%。随着聚合的进行,Em375的FI连续增加至8h,Φ增加到了4.0%。另一方面,Em440的FI呈现上升趋势,但在8h时略有下降。这种荧光的降低或猝灭可能是由于自吸收和/或激子相互作用引起的,Em440的最终Φ接近9%。随着聚合反应的进行,小分子转变成具有更多链缠结的低聚物和聚合物,丁达尔效应清楚地表明了聚合后P1的团簇化或聚集(图4d)。然后利用DFT计算来研究随着重复单元(n)数量的增加,P1的最佳几何构象的变化。图4e显示,随着n从1增加到3,相邻羰基的距离从减少到胺和相邻的羰基(带有环胺)之间的距离从减少到。同时,胺与相邻的羰基(与环胺)之间的键角从107.6°降至106.9°。所有这些构象变化表明,P1的分子链在聚合后旋转并堆积成更紧密的结构,从而导致荧光的增强。

具有PIE的聚合物通常在溶液和本体均呈现荧光。Ex300导致P1的Em在水和本体中有12nm的间隙,而Ex375不会引起Em440的明显变化(图4f)。众所周知,刚性结构会降低聚合物链的柔韧性并限制非辐射衰变途径,因此通常会提高相应的Φ。因此,甲基丙烯酸叔丁酯替代了PEG500,生成刚性和疏水性脂肪族聚酰胺P8。与P1相似,P8也有两个荧光发射中心,分别可以在300和380nm处激发。在图4g中,Ex300的发射峰蓝移到了Em353,并且在DMF和本体中拥有相同的发射波长。相比之下,Ex380的发射产生了9nm的间隙。蓝移的λem通常暗示了刚性环境的产生。因此,发射光谱中不同的蓝移波长显示了在本体P1和P8中分子的不同堆积/聚集。对于P1和P8,溶液和本体中较长λex的发射峰都具有较高的Φ和较长的<τ>值(图4h,4i)。与AIE不同,即使在THF(溶剂)中浓度低至~0.05mM时,P1仍具有强荧光性,在Em375和Em434处的Φ值分别为4.5%和15.1%。此外,当将水(不良溶剂)加入P8的DMF溶液中时,在Ex300或Ex380上未观察到AIE效应(图4j)。

分析P1的结构,可能的荧光基团是叔酰胺和仲酰胺,并且排除了来自PEG500和polyPEG500的荧光干扰。值得注意的是,仲酰胺可以形成分子间氢键,而叔酰胺则不能,但是它们都可以与质子溶剂形成氢键。如图5a所示,P1,P6和P8在1525cm-1处具有相似的酰胺||带,仲酰胺和叔酰胺的共存使P1和P8在1633cm-1处具有较低的酰胺||带。在3550-3200cm-1的范围内,在3514cm-1处观察到了典型的NH伸缩自由峰,在3295、3295和3303cm-1处检测到了氢键的NH伸缩带,分别对应P1、P6和P8。简而言之,更多的仲酰胺单元和更刚性的结构使本体聚酰胺具有更强的分子间氢键相互作用。由于重水(D2O)具有比水更强的氢键相互作用,并且已被证明可以稳定染料与溶剂之间的质子转移速率,因此可以同时提高FI和Φ。不出所料,在不同浓度(1-32mg mL-1)下,重水中的Em440比水中的Em440更强,但是Em375在重中没有显示出明显的差异(图5b)。同样,由于含氮原子,pH在聚合物的NTIL中也起着至关重要的作用。Em440在中性条件下表现出最强的荧光,酸性和碱性环境下的FI都会略微降低(图5c)。相比之下,Em375在酸性条件下显示出增强的荧光,这种现象普遍存在于含氮原子的聚合物中,并且大多与氮原子的质子化有关。在P1的结构中,环状仲胺比线性仲酰胺具有更大的应变,由于极性溶剂(H2O)的稳定作用,环状叔酰胺的N质子化作用受到重视,因此在酸性环境中可能导致潜在的荧光增强。此外,由于NTILs中杂原子(N,O,S和P)的重要性,我们也测试了与氧化剂相互作用的P1的荧光。如图5d-5e所示,随着H2O2(3eq)的孵育,Em375的FI略有增加,与过硫酸铵(APS,3eq)的孵育使Em375的FI增加40%。相比之下,Em440的FI表现为在氧化时荧光降低,而APS(3eq)P1加入水溶液会使Em440的FI降低63%。加入H2O2和APS可在酰胺和氧化剂之间提供额外的氢键相互作用,同时减弱酰胺之间的分子间氢键相互作用,从而减弱Em440的荧光。UV-Vis光谱表明在362nm处出现新的吸收峰,在323nm处的吸收明显降低,表明Em375和Em440的荧光性质不同。

密集的分子堆积/聚集可以抑制非辐射衰变途径并提高NTILs。由于聚乙二醇化使P1粘度变小,难以成型,因此我们选择了P8本体材料,并将粉末压制成片剂。仲酰胺局部分子间氢键浓度的增加使P8片剂的Φ增加了32.3%。尽管各自的荧光图类似,但P8粉末/片剂在350/336和461/471nm处分别具有不同的双重Em值,这也由其不同的<τ>值和激发光谱证明(图5h)。与粉末相比,P8片剂由于提高了结构刚度而具有更长的<τ>(Em440)。但是,Em375的<τ>缩短了,这经常发生在荧光猝灭过程中。考虑到P1和P8的Em375在浓溶液或材料本体中均表现出荧光降低或猝灭,我们推断Em375与溶剂有关,并进一步研究了具有不同氢键相互作用溶剂中脂肪族聚酰胺的荧光性能。总体上,P1在DMF(Em377,Em438)和CHCl3(Em375,Em438)中也呈现双重发射,并且浓度依赖性荧光与在水中呈现相似的特征。但是,CHCl3中Em375的FI弱于DMF和水中的FI,并伴随着最高的Em438/Em375荧光强度比。这种溶剂效应在NTIL中很常见,可能是由于溶剂与影响聚合程度的聚合物链段相互作用所致。

此外,低温条件可以抑制物质的分子运动,并且对荧光有显着影响。在77K下,P1水溶液(5mg mL-1)和本体P1在不同的λex下具有相似的发射光谱,且最大Ems分别在420和426nm处(图5i-5j)。值得注意的是,在该浓度的水溶液中没有在330-380nm之间观察到发射峰,这归因于氢键相互作用的限制与缺失。与298K时的样品相比,P1水溶液和本体P1在77K时的荧光分别增加了6.9和4.1倍。由于在冻结状态下分子振动减少,P1的Em在蓝移了~12-15nm。对于P8,在77K处出现了相似的荧光分布,但是由于其固有的刚性结构,从298K到77K的荧光增强受到了很大的限制,导致其增长空间比P1小得多(图5m-5p)。结合这些结果,我们推测Em440源自仲酰胺,并且与它们的分子间氢键相互作用有关;而Em375源自叔酰胺,并且取决于与溶剂的氢键相互作用。

为了验证我们的假设,即不同酰胺会导致不同的PIE,我们合成了一系列含有各种酰胺的脂肪族聚酰胺,其化学结构如图6a所示。具体来说,P9和P10仅具有仲酰胺,其中硫原子和/或PEG掺杂分布在聚酰胺的主链和/或侧链。P11,P12和P13分别仅具有仲酰胺,叔酰胺和伯酰胺,而没有杂原子或PEG掺杂。图6c揭示了P9在385和487nm处分别具有单Ex和Em。由于聚合物骨架中存在额外的仲胺,P10荧光谱图中出现了在338和373nm处的相邻双重Exs,并在416和438nm处出现了相应的Ems。但是,在P10水溶液和P10本体中,改变λex时仅观察到单Em。这种情况也发生在P11中,在258和333nm处有双重Exs,在~423nm处有单Em。对于P12,同样获得了典型的单荧光中心(Ex265和Em335)。但是,P13在水中没有荧光,但在CHCl3中可检测到荧光,表明伯酰胺和水之间可能发生了质子转移,这在脂环族荧光聚(酰胺-酰亚胺)中也观察到。此外,我们还具体研究了λex依赖、浓度依赖和低温实验的荧光发射谱,以确认这些聚酰胺的荧光发射中心。P9具有最高的Φ(水中为40.6%),<τ>值(水中τ1=2.52ns,τ2=12.54ns)和最大的冷冻诱导FI增强(水中为8.8倍)(图6b,6h-6i)。通过动态光散射(DLS)测量丁达尔效应和推算计数率(DCR),聚酰胺的所有水溶液均表现出明显的聚集,而P9拥有最高的DCR(图6b)。然后,通过FTIR光谱探索聚酰胺之间的分子相互作用。图6j表明P9中仅发现3279cm-1处氢键结合的NH伸缩带,而在P10和P11中均存在3459cm-1处的游离NH伸缩带。这些结果表明主链聚酰胺中的氢键相互作用比侧链聚酰胺中的氢键相互作用更强,并且硫原子可能会增强聚酰胺之间的氢键相互作用。然后,我们还计算P9-P12重复单元的MOs,P9和P10的HOMOs和LUMOs更明显的空间分离导致胶低的振荡强度和非辐射弛豫的抑制,因此保留了比P11和P12更多的荧光。有趣的是,在P13的3428cm-1处观察到了很强的自由NH伸缩带,而在3227cm-1处则观察到了弱的氢键N-H伸缩带,这很好地解释了P13的荧光性能并证实了分子间氢键确实有助于贡献脂肪族聚酰胺的NTIL。与P9相比,PEG修饰(排除了聚酰胺的交联)提高了P10的柔韧性却降低了其荧光强度,Φ降低为2.0%。没有聚乙二醇化,所得的聚酰胺(P14)可以进一步将Φ提升至8.8%,但是体系中的弱氢键相互作用无法进一步增强Φ。总的来说,脂肪族聚酰胺中不同类别的酰胺具有不同的PIE,并且可以通过更改聚酰胺结构之间或与环境的分子间作用力来轻松调节其光物理性质。与现阶段具有NTIL的传统脂肪族聚酰胺相比,本发明脂肪族聚酰胺具有可调节的酰胺类别,可控的酰胺分布和可变的化学环境。这些优势激发了我们探索脂肪族聚酰胺的结构与NTIL的关系。值得注意的是,脂肪族聚酰胺具有PIE特性而不是AIE。各种酰胺具有不同的分子间氢键相互作用,并为聚酰胺提供了可区分的荧光发射中心。这些PIE是λex依赖的,但有别于来自荧光状态集合的多色发射。此外,原位生成的巯基可用于通过硫醇基点击化学来掺杂和调节脂肪族聚酰胺的精细结构,以及由此产生的体系间或用于调节脂肪族NTIL的环境分子间作用力的变化。我们的研究不仅证明了如何通过硫代内酯化学实现酰胺的种类和酰胺链的详细亚结构以及掺杂的杂原子来区分各种脂肪族聚酰胺的PIE,而且还扩展了PIE和NTIL的范畴。

应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

13页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:一种萃取吸附树脂及其合成方法与应用

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!