四苯乙烯的合成、表征及在爆炸物检测中的应用 ——介绍一个大学化学综合实验

因具有聚集诱导发光特性、螺旋桨结构的四苯乙烯及其衍生物,在有机光电材料、荧光传感和生物成像等领域表现出优异的荧光性能。本实验以二苯甲酮为原料,利用McMurry偶联反应合成四苯乙烯。采用萃取、干燥和柱层析等手段对产物进行分离和纯化,通过熔点测定、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱对其结构进行表征后,使用苦味酸作为模型化合物,利用荧光光谱测定其对爆炸物的荧光检测极限。本实验寓科研热点于实验教学中,不仅提高了学生的实验操作技能,而且有助于学生了解具有聚集诱导发光性能的四苯乙烯及其衍生物的研究现状和应用前景,激发了学生的科研兴趣和创新意识。     

AIE荧光聚合物RAFT可控合成与表征及光物理性质研究

聚集诱导发光(AIE)分子是与传统的聚集态荧光淬灭染料分子具有截然相反的光物理性质的新型有机发光材料,可广泛应用于化学/生物传感、生物探针与成像、诊疗一体化和光电子器件等诸多领域中。本论文通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法,可控合成了侧链型四苯乙烯TPE聚丙烯酸酯AIE聚合物。通过实验条件的优化与探索,尤其采用半衰期较短、活性更高的偶氮二异庚腈(ABVN)取代常规的偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂,将原来超过12 h的过夜反应前沿科研实验,改造为较短的3–5 h聚合反应时间内即可达到中等收率和较好的聚合物产品质量,使其成为一个适合本科教学环境的新创实验。本实验融合了无水无氧操作技术、柱层析分离纯化、RAFT可控聚合和GPC分子表征技术、FTIR、NMR、UV-Vis、荧光光谱等多种现代实验技术和表征方法,考查了所合成四苯乙烯TPE侧基的AIE聚合物的光物理性质,测定其溶液中的相对荧光量子产率达17%。     

本科生有机化学实验与前沿科学研究的融合—四(4-甲基苯基)乙烯的合成、表征及聚集发光性能研究

四苯乙烯(TPE)及其衍生物,作为一类典型的聚集诱导发光分子,由于其合成简单、易于修饰和发光性能优异等优点,已被广泛的应用于化学生物传感器、生化检测、生物成像和有机光电材料等领域。在此,我们将聚集诱导发光这一前沿研究热点融入有机化学实验教学中,进行教学对象为化学专业本科生的前沿有机化学实验设计：四(4-甲基苯基) 乙烯的合成、表征及聚集发光性能研究。该实验内容包括通过McMurry 偶联反应合成四(4-甲基苯基) 乙烯、四(4-甲基苯基) 乙烯的结构表征,以及利用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪对其聚集诱导发光性能进行研究。通过本实验,使学生了解聚集诱导发光这一科学研究前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣、拓展科研视野、激发科研热情、培养学生的科研探究能力。本实验综合了有机化学、仪器分析和发光材料等知识点的学习,培养学生的实验操作技能,提升学生的综合及创新能力,建议纳入高年级中级有机化学实验课程。     

一种新型有机质子响应荧光分子的合成在实验教学中的设计与探索

本实验将最新的科研热点——有机发光材料引入实验教学,开发了基于一个荧光分子二甲氨基苯乙烯基苯并噁唑的合成实验,并考查了其质子响应性质。本实验反应温和易控,操作简单,现象明显,绿色环保,并且可以用于模块化教学,拆分成多个环节实验,适合不同学时的实验教学要求,既可培养学生的基本操作,又能激发学生的实验兴趣,锻炼学生的综合能力。     

微波辅助合成菲并咪唑衍生物及微波非热效应

以1,10-邻菲啰啉5,6-二酮及苯甲醛(或取代苯甲醛)为原料, 在微波辐射条件下制备了一系列菲并咪唑类衍生物, 考察了温度、 时间以及投料比对微波辅助合成菲并咪唑类衍生物的影响, 并进一步探讨了微波非热效应的影响. 设计正交实验优化了反应条件; 使用SiC管作为反应容器屏蔽微波对反应的影响; 通过元素分析、 核磁共振波谱、 质谱及红外光谱等对化合物进行了表征. 结果表明, 微波辅助反应的最佳反应条件为: 1,10-邻菲啰啉-5,6-二酮与苯甲醛(或取代苯甲醛)的投料比为1: 1.5, 反应温度为100℃, 反应时间为20 min; 并且发现SiC管中反应的产率明显低于石英管反应容器. 与传统制备方法相比, 微波辅助合成方法可在更短时间内快速方便地制得菲并咪唑类衍生物; 反应温度、 反应时间以及投料比对微波辅助合成反应有明显影响; 微波非热效应有助于提高反应产率.     

利用聚集诱导发光现象观察分子定向运动的综合实验*

设计了一个综合实验,将“聚集诱导发光(AIE)”“分子机器”等科学前沿问题引入实验教学。该实验将化合物合成、荧光性能表征和化学动力学测试相结合,集有机化学、分析化学和物理化学相关内容于一体。通过课堂讲解和拓展阅读,使学生了解“分子机器”的基本概念,熟悉AIE现象产生的机理,提升学生利用理论知识解决实际问题的能力。本实验项目所需仪器简单、原料廉价、安全性高,适合于不同层次院校的本科实验教学。本实验项目基本学时为4学时,具有良好的可拓展性,建议在第五学期开设。更重要的是,本实验项目将课程思政与实验教学相结合,通过对AIE这一由中国人原创的科学理论的学习,增强学生的民族自豪感和自信心,激发学习热情。     

“乙酰水杨酸的制备和分析表征”教学实验的优化和改进

以水杨酸和乙酸酐为原料,硅胶为催化剂,利用微波技术优化改进“乙酰水杨酸的制备和分析表征”大学有机化学教学实验,通过实验探究,分析了微波功率、反应时间、原料配比等因素对最终产率的影响,得到了最佳实验条件：硅胶目数为100–200目,用量为0.25 g,反应时间60 s,反应温度70°C,微波功率500 W,乙酸酐与水杨酸的物质的量之比为2:1,平均产率约为68.0%。与常规加热情况下乙酰水杨酸的制备相比,微波辅助合成法具有操作简便、反应时间短、产品的产率高、杂质少、对环境友好等优势。将该微波实验引入大学本科生有机化学实验教学,能开阔学生视野、丰富实验教学内容,进一步提高教学水平。     

微波辅助法合成新黄酮类化合物骨架

探索了一种新黄酮类化合物骨架的新的合成方法,以取代苯甲醛和丙二酸为起始原料,在哌啶的催化下生成取代苯基丙烯酸衍生物;采用微波辅助的方法,以三氟乙酸为溶剂,取代苯基丙烯酸衍生物和苯酚类化合物反应合成了新黄酮类化合物;研究了微波反应功率、反应时间等因素对产物收率的影响,并确定了优化反应条件.在最优条件下,以61%~85%的收率得到6种含不同取代基的新黄酮类化合物骨架.用MS、IR和1H-NMR对目标产物的结构进行了表征.     

单取代与1,1'-双取代1,2,3-三唑基二茂铁衍生物的光谱、电化学与热性质

合成并表征了一系列单取代及1,1'-双取代1,2,3-三唑基二茂铁衍生物.与单取代二茂铁衍生物相比,1,1'-双取代二茂铁衍生物具有较大的摩尔吸光系数.荧光光谱中,烷氧链的增加和氯原子的引入均使化合物的荧光强度减弱,量子产率降低.循环伏安实验中,代表化合物展示准可逆的单电子氧化还原进程,并且1,1'-双取代三唑基二茂铁衍生物的半波氧化还原电位较单取代化合物向阳极移动150 m V左右,表明前者难于发生失电子氧化反应.热性质研究表明,这些化合物的降解温度在285~305℃之间.含有单烷氧链的单取代二茂铁衍生物熔点较高,在加热过程中未熔解而是直接发生了降解反应;含有多烷氧链的化合物熔点降低,在加热和冷却过程中有的发生了单晶相的熔解和凝固过程,有的发生了多晶相到液相的转变.     

基于聚酰亚胺薄膜的综合实验项目设计

以高性能聚合物材料聚酰亚胺(Polyimide,PI)为例,将目前新材料行业亟待解决的“卡脖子”问题引入本科教学中,设计了一个高分子化学综合性实验项目——聚酰亚胺薄膜制备及性能测试。项目包括高分子材料的设计、化合物合成、薄膜加工、薄膜性能表征等实验内容,涵盖分子模拟计算、图谱分析、聚合物结构与性能关系等诸多知识点。通过实验教学,让学生了解我国新材料领域的发展动态,训练其对化学及材料学科知识的综合运用能力,培养科研素养、创新意识及使命担当精神。     

四苯乙烯和三苯乙烯修饰的8-羟基喹啉聚集诱导发光特性研究

将2-甲基-8-羟基喹啉与四苯乙烯或三苯乙烯基团结合,合成了两种新型喹啉衍生物(4-Br-TPE-8HQ及TriPE-8HQ),并对其进行了光物理性能研究。结果发现,连接有四苯乙烯的喹啉衍生物能够体现聚集诱导发光(AIE)特性,而连接三苯乙烯的喹啉衍生物却显示温和的聚集诱导猝灭(ACQ)效应,实现了通过功能基团来调节目标分子聚集诱导效应的目的。研究发现,不同体系下分子的整体平面性有所不同,其中三苯乙烯修饰的衍生物在溶液中的荧光寿命(0.55 ns)高于固体荧光寿命(0.43 ns);循环伏安法证明两者具有良好的电化学稳定性,计算得到的4-Br-TPE-8HQ和TriPE-8HQ的LUMO能级分别为-2.40 eV和-2.43 eV,表明为两个化合物注入电子是可行的。     

五芳基取代环戊二烯衍生物的合成及其聚集诱导荧光性质研究

五芳基取代环戊二烯衍生物是一类具有聚集诱导荧光性质的化合物,但相应的研究比较少.为了研究不同推拉电子能力的取代基以及取代位置对聚集诱导荧光性质的影响和拓展其在化学传感器、生物探针等方面的应用,我们合成了不同芳香取代基的五芳基取代环戊二烯及其衍生物,并对其进行了紫外吸收、荧光光谱、荧光量子产率、单晶分析等方面的测试表征,重点研究了其聚集诱导荧光性质.     

4,4'-[(2,2-二苯乙烯)-1,1-双(4,1-亚苯基)]二吡啶的合成、表征及其聚集诱导发光性能研究

以提升学生的实验操作及创新能力为目的的综合化学实验，采用简单的2步法（缩合和Suzuki反应）合成了一种具有聚集诱导发光性能的化合物4，4'-[（2，2-二苯乙烯）-1，1-双（4，1-亚苯基）]二吡啶（简称2Py-TPE）。利用过滤、洗涤、萃取、干燥和柱层析等常用的有机分离操作手段对该化合物进行纯化；使用核磁共振仪、高分辨质谱仪、红外光谱仪及稳态瞬态荧光光谱仪对其进行结构表征和聚集诱导发光性能研究。该实验不仅可以促使学生了解以四苯乙烯衍生物为代表的聚集诱导发光材料的研究现状，而且能够培养学生的综合实验能力和科学探究能力。     

内酯开环塔斯品碱香豆素酯衍生荧光化合物的合成及其抗癌活性

以异香草醛为原料,经溴代、苄基保护、氧化、Ulmman反应和还原等6步反应合成了塔斯品碱内酯开环衍生物（化合物8）。 通过在其结构中分别引入含有2种不同取代基的香豆素衍生物,设计、合成了2个新型荧光性的内酯开环塔斯品碱香豆素酯衍生物（化合物9a和9b）。 产物结构经IR、1H NMR和MS进行了表征。 同时,对产物的荧光特性及其对乳腺肿瘤细胞增殖的抑制活性进行了初步测定。     

多功能变色材料紫精化合物的合成与可视变色传感

变色材料广泛应用于航空航天、能源化工、日用食品、国防及科学研究等诸多领域。紫精化合物(N-取代的-4,4’-联吡啶季铵盐,V)能在外界光、电、热等激发下表现出多样的变色性质,是一类重要的变色材料。本文将紫精变色材料的科学前沿成果引入本科实验教学,创新设计了一个面向本科低年级学生开设的大学化学基础实验。该实验以激发学生的好奇心与探索欲,培养学生对化学的学习兴趣,开阔学生的视野,提高学生对化学的认知为目的,合成了邻羟基苯乙酮取代基紫精,研究了它的溶剂化显色、热致变色及对NH3的可逆显色反应。实验的特点是反应原料简单易得、合成方法简便、反应时间短、产率高、实验操作安全可靠、变色现象均可以不借助仪器而裸眼直接观察、变色过程快速且灵敏。这些优势为实验项目的应用与推广提供了极大的便利。     

有机化学创新设计性实验“甲基化反应”的改进*

结合科研成果及实验教学经验,对有机化学实验中传统的甲基化反应实验进行改进。教材中涉及的传统甲基化试剂具有毒性大等缺点,不利于实验教学的实施。因此,提出使用三氟乙酸甲酯取代传统甲基化试剂,应用于本科有机化学实验教学中,加强学生对甲基化反应理论知识的理解。本实验结合新颖的科研内容,引入科研实验的设计思路,不仅有利于学生更好地掌握理论知识,而且有利于激发学生对科学研究的兴趣,提高学生的综合素养。     

钴-席夫碱-壳聚糖/凹凸棒土对苯乙烯环氧化的催化性能

以NaOH固化法制备的壳聚糖/凹凸棒土（CS/ATP）复合树脂为载体,以水杨醛和天冬氨酸合成的席夫碱为配体,分别合成Co、Mn、Cu、Fe和Ni的席夫碱金属配合物及其负载型席夫碱金属配合物,并通过FT-IR对其进行结构表征,且以苯乙烯为底物,分子氧为氧源,分别考察了各种催化剂对苯乙烯的环氧化性能。 实验结果表明,在小分子席夫碱金属配体中,Co-Schiff碱催化性能较好。 将Co-Schiff碱负载到CS/ATP复合树脂中,综合考察了Co-Schiff碱-CS/ATP的用量、温度、时间对苯乙烯催化环氧化性能的影响,结果表明,反应温度为80 ℃,反应时间为8 h,苯乙烯的转化率达93.1%。     

四苯乙烯衍生物的应用研究进展

四苯乙烯衍生物因其分子内含有较大的共轭体系,表现出许多独特的光电性能及生物活性,在光电材料、生物成像等诸多领域具有广泛的应用前景.该类化合物具有合成简便、易功能化以及聚集诱导发光效应明显等优点,近年来吸引了越来越多科学家的注意,在多个研究领域均获得了突破性的进展.综述了四苯乙烯衍生物在化学传感、生物探针、有机发光二极管等领域的研究进展,并对其发展趋势作了展望.     

钴-席夫碱-壳聚糖/凹凸棒土对苯乙烯环氧化的催化性能

以NaOH固化法制备的壳聚糖/凹凸棒土(CS/ATP)复合树脂为载体,以水杨醛和天冬氨酸合成的席夫碱为配体,分别合成Co、Mn、Cu、Fe和Ni的席夫碱金属配合物及其负载型席夫碱金属配合物,并通过FT-IR对其进行结构表征,且以苯乙烯为底物,分子氧为氧源,分别考察了各种催化剂对苯乙烯的环氧化性能。实验结果表明,在小分子席夫碱金属配体中,Co-Schiff碱催化性能较好。将Co-Schiff碱负载到CS/ATP复合树脂中,综合考察了Co-Schiff碱-CS/ATP的用量、温度、时间对苯乙烯催化环氧化性能的影响,结果表明,反应温度为80℃,反应时间为8 h,苯乙烯的转化率达93.1%。     

CdTe水溶性量子点的合成表征及生物毒性测定——一个化学生物学实验

本实验以反应时间为变量,一步水相法合成了具有不同粒径的CdTe量子点。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征不同反应时间得到的量子点,并计算其粒径、浓度以及荧光量子产率。取表征最优的量子点组次,配制成不同浓度,与酵母混合培养,用Biomass法测定CdTe量子点生物毒性。该实验涵盖无机合成相关知识,涉及分析表征方法应用以及量子点对生物细胞活性的影响,化学与生物学科交叉融合,有助于学生科研能力的培养与实验综合能力的提升。