吲哚取代的俘精酸酐类光致变色化合物的合成.doc

原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：弓善日期：厶如年，月沙。日学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅、借阅和复印；学校可以将学位论文的全部或部分内容公开或编入有关数据库进行检索，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书学位论文作者签名：彳鬲盖日期：沙年月力日导师签名：躲日期：，年，月二日，、枷，（）（）（）（），（）（）：；目录摘寻要第章前言光致变色概述光致变色的定义光致变色化合物的分类俘精酸酐类化合物俘精酸酐化合物的结构俘精酸酐化合物的研究进展俘精酸酐衍生物的研究进展一俘精酸酐化合物的合成俘精酸酐化合物的应用本课题的设计思路及主要内容第章中间体吲哚醛（酮）化合物的合成实验实验药品和仪器甲基吲哚醛（酮）化合物的合成卜一一甲基吲哚一一甲醛化合物的合成吲哚醛（酮）化合物的结构表征实验结果与讨论吲哚醛（酮）化合物的结构表征合成结果讨论结论第章吲哚取代的俘精酸酐类光致变色化合物的合成实验实验药品和仪器异丙叉丁二酸二乙酯的合成（）一一（卜甲基一一吲哚亚甲基）一一亚异丙基丁二酸酐的合成一（，甲基一一吲哚亚甲基）亚异丙基丁二乙酯的合成一（甲基一哚亚甲基）亚异丙基丁二酸酐的合成吲哚取代的俘精酸酐化合物的结构表征实验结果与讨论异丙叉丁二酸二乙酯的结构表征（）一一（卜甲基一，哚亚甲基）亚异丙基丁二酸酐的结构表征一（，一二甲基一一吲哚亚甲基）一一亚异丙基丁二乙酯的结构表征一（卜一一甲基一一吲哚亚甲基）一一亚异丙基丁二酸酐的结构表征结沦第章吲哚取代的俘精酸酐类光致变色化合物的性能研究实验。实验试剂及设备紫外一可见吸收光谱的测定光致变色性能的测定稳定性的测定结果与讨论紫外一可见吸收光谱光致变色性能稳定性结论结论参考文献附录攻读硕士学位期间发表的学术论文致谤北京服装学院硕十学位论文第章前言光致变色化合物自问世以来得到了人们的广泛关注，随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们越来越多地接触到光致变色化合物，并且对其需求同益增强。这类化合物在一定波长的光照射下，形成电子吸收谱明显不同的异构体，导致化合物颜色发生明显的变化，且光致变色反应速度较快，褪色速度也较快，因此光致变色化合物在人们的生活中具有巨大的发展潜力和应用价值。近年来，大量有机光致变色化合物被合成并应用于光致变色的研究，有机光致变色材料主要应用于光信息存储、光学器件以及纺织业和服装业等传统行业，目前，世界上只有少数国家（如美国、日本）有有机光致变色的民用产品出售，但是，该类材料在民用行业的应用也仅处于起步阶段，并没有大规模生产上市。我国东华大学采用淡黄绿色的三甲基螺呃嗪与聚丙烯切片共混后制成切片，经高温熔融纺丝形成的光敏纤维也具有良好的性能，这种纤维经过紫外线的照射后能迅速地由无色变为蓝色，光照停止后又可以迅速变为无色并且具有良好的耐洗性能和一定的光照耐久性。但国内用光致变色材料生产的纺织品还很少，这给我们开发光致变色材料在服装、装饰物和各种日用品的应用上留下很大的发展空间和广阔的市场。纺织业和服装业是我国的传统行业，是首先面对国际市场直接冲击的特大型行业，如果我们利用光致变色材料提升纺织业和服装业的技术水平，在世界上更能站稳脚跟，将会创造更多就业机会，更有利于中国经济的发展。光致变色材料所能用到的行业均市场特别大，例如：如果有百分之一的服装印染用上光致变色材料，那么全国就有几千万套服装销售额，最低也达到亿元左右。同时，光致变色材料能给我们带来丰富多彩的颜色变化，调节生活环境和生活情趣，有益于身体健康，人们会欣然接受的。此外，光致变色纺织品的制作并不复杂，可以用光致变色染料像常用染料一样去染布，然后用它们做成各种各样光致变色的服装和装饰用品，也可以用印染的方法，把光致变色材料制成各种图案印染到各种布料或服装上。目前，限制光致变色服装材料的普遍使用的原因有以下几个方面：）光致变色染料数量少，而且大部分稳定性低，耐疲劳性差；）在制备性能优良的光撤纤维材料方面还遇到染料变色性能较差，和纤维的亲和力低，以及受温度等因素的影响较难使用常规纤维染色工艺；）采用微胶囊、涂层技术将变色材料整理到纺织品纤维上，但是会改变纤维第章前言的优良性能，如纤维强力下降，吸湿透气性下降等。因此针对这些问题，开发良好性能的有机光致变色染料，用于制备光致变色纤维已经成为市场化的基础。光致变色概述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，世纪年代发现了无机化合物和有机化合物的光致变色现象。随着越来越多的光致变色体系的开发，以及相应的理论研究的不断深入，光致变色己经逐渐形成一个在化学、物理、新材料和光电子技术基础上形成的交叉学科和新领域【。光致变色的定义光致变色现象（）是指一个化合物（），在受到一定波长的光照射时，可进行特定的化学反应，获得产物（），由于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射或热的作用下，又能恢复到原来的状态，其典型的紫外可见吸收光谱的光致变色反应原理可用图定性描述【】：当矗呐图光致变色反应及其吸收光谱示意图光致变色是一种可逆的化学变化，这是一个首要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只能属于一般的光化学范畴，而不属于本课题所讨论的光致变色范畴。其次，通常情况下，为无色体，从到的转化要用近似于物种的最大吸收波长处（一般在紫外区）的光激发；一般为成色体，其最大吸收波长在可见光区。随着科学研究的发展和深入，目前在光致变色研究领域还包括以下三个反应模式【】：多组分反应模式：在光的作用下，两个或两个以上（很少见）的反应组分产生一种或多种产物，这种反应也必须是可逆的。环式反应模式：在多稳态中通过化学或物理方法，使其中某些特定态发生变化。这类反应较有意义，如视觉过程，就是多稳态之间变化的结果，从而感知万紫千红，给人以美的享受。北京服装学院硕十学位论文多光子光致变色反应：某些物质在单光子作用下不发生光致变色反应，必须通过多光子激发才能实现，而有些光子由于能量上的原因不能引发反应，通过多光子的连续激发，则可实现光致变色反应。光致变色化合物的分类光致变色化合物是指具有光致变色特性的化合物，包括无机光致变色化合物和有机光致变色化合物【】，它们的变色机理是不同的。无机光致变色化合物主要是一类具有光致变色性能的无机化合物材料和过渡元素氧化物，它们依靠化合物中的会属离子化合价变价或化合物分解和再化合来实现颜色变化，通常有金属离子变价型和卤化物分解化合型两种。有机光致变色化合物的种类很多，最近二十年来，已经报道了一系列有机光致变色化合物，它们从结构上大致可划分为下面七类：二芳基乙烯类、偶氮类、吡喃类、螺吡喃类、螺噫嗪类、希夫碱类和俘精酸酐类光致变色化合物。无机光致变色化合物如掺杂单晶的，虽然其热稳定性和耐疲劳性较好，但是无机材料具有发色和消色较慢、粒径大以及造价高等缺点。有机光致变色化合物的热稳定性、抗氧化性以及耐疲劳性相对稍差，但具有光发色和消色快、易于合成和加工等优点，因此有机光致变色化合物成为光致变色化合物中研究的热点。在所有有机光致变色化合物中，俘精酸酐因其优良的性能，特别是芳杂环基取代的俘精酸酐所表现出的良好的耐疲劳性、热稳定性，使其越来越多地受到重视和研究。俘精酸酐类化合物俘精酸酐化合物的结构俘精酸酐类光致变色化合物是取代的琥珀酸酐衍生物，近年来获得了广泛、深入的研究，已有一些相关的综述发表。年，德国大学的在他的文章中把，丁二烯，二酸和它的酸酐分别称为“俘精酸”（）和“俘精酸酐”（）【，其分子结构如图所示。他发现了一些苯基取代的双亚甲基琥珀酸酐在固态的光致变色现象，由于有些衍生物具有光致变色的性质，并且它们通常都呈漂亮的黄色，他称之为俘精酸酐，（该词来源于拉丁词，代表光亮、耀眼之意）。第章前言“）削曾鲥）掣出图俘精酸（）与俘精酸酐（）的分子结构式具有光致变色性质的俘精酸酐在它外面的亚甲基碳上、和础中至少有一个基团是芳环或芳香杂环（），如苯基、呋喃和吲哚等。俘精酸酐的结构可以视为己三烯构型，因此有构型和构型两种不同的异构体。其中构型具有“全顺式己三烯”结构单元，可以形成体系，进行兀电环化反应形成环式结构构型【，等人【体进一步证实了俘精酸酐的光成色反应是一种符合选择规则的周环反应。一般情况下，俘精酸酐反应过程中不产生活泼的自由基、粒子或偶极中间体，故其热稳定性和耐疲劳性较其他类型的光致变色化合物如螺吡喃获得了很大提高【】。俘精酸酐的光致变色反应如图所示：，枷（）删。）（；一）图俘精酸酐的光致变色反应机理构型异构体在光致变色过程中不起主要作用，目前没有报道构型可以直接吸收一个光子环化形成构型，因此，的光致异构化同的光致异构化的竞争导致能量损耗同时也使俘精酸酐的光致变色过程变得复杂，同时俘精酸酐的光致变色反应受温度影响较小，但受分子的立体效应和电子效应的影响较大，因此通过分子修饰和改造可以抑制的光异构化反应，进而改进其光致变色性质。通常，和构型吸收峰在紫外光区域，构型吸收峰在可见光区域。当俘精酸酐的四个取代基、和均不相同时，可以有四组几何异构体存在，即（，）、（，）、（，）和（，）。俘精酸酐化合物的研究进展俘精酸酐因其具有优良光致变色性能，使其越来越多地受到重视和研究，其光致变色性质随分子结构不同而表现出较大的差异。俘精酸酐可分为两大类：芳环取代俘精酸酐和芳杂环取代俘精酸酐。北京服装学院硕士学位论文芳环取代俘精酸酐是指由碳芳香环取代的双亚甲基丁二酸酐衍生物，目前已报道的有苯基取代俘精酸酐【，】、萘基取代俘精酸酐【之、亚芴基取代俘精酸酐【、双葸亚甲基取代俘精酸酐【和二茂铁取代俘精酸酐【】等。芳基取代俘精酸酐的呈色体根据其结构不同一般呈现黄、橙、红或蓝色，具有显著的溶剂化显色现象。早期的研究多集中在苯基取代俘精酸酐体系上，一些苯基取代俘精酸酐在晶态、溶液、玻璃和聚合物中都观察到了光致变色现象。取代基的电子效应和立体效应都能影响芳环取代俘精酸酐的光致变色性能，这种影响在甲氧基取代苯基俘精酸酐中得到充分体现。绝大多数苯基取代俘精酸酐都不满足实际应用要求，主要是由于它们的耐疲劳性较差所致。近年来，双给电子取代基引入到苯基取代俘精酸酐以后，取得了可喜的结果圳】。萘基取代俘精酸酐和苯基取代俘精酸酐具有相似的光致变色性能，二茂铁取代俘精酸酐没有光致变色性能，在紫外光照射下只进行顺反异构化反应，双葸亚甲基琥珀酸酐在紫外光照射下经过光反应生成【】的淡黄色产物，这与通常的芳环取代俘精酸酐光反应有所不同。芳杂环取代俘精酸酐和芳环取代俘精酸酐相比在热稳定性和耐疲劳性上都有较大提高，因此尤为人们关注。常见的芳杂环取代基中，单原子杂环有呋喃、噻吩、吡咯和吲哚等，双原子杂环有咪哗、噻唑和嗯唑，其中单原子杂环被研究的最多。目前已有文献报道的芳杂环取代俘精酸酐有：吲哚取代俘精酸酐，如甲基吲哚取代俘精酸酐、甲基吲哚取代俘精酸酐；呋喃取代俘精酸酐，如呋喃取代俘精酸酐、呋喃取代俘精酸酐；还有其它的噻吩取代俘精酸酐、吡咯取代俘精酸酐，以及嗯唑、吡唑、噻唑和异嗯唑取代俘精酸酐等。自从年，等首先报道了芳杂环呋喃取代的俘精酸酐，该化合物显示出良好的热不可逆性的光致变色效应，从此，科学家们意识到，从分子设计的角度来看，可从两个方面实现热不可逆性：）在光照下，关环碳原子上引入取代基；）引入芳杂环。在所有芳杂环取代俘精酸酐中，吲哚取代的俘精酸酐类光致变色化合物具有在长波光区有较强吸收、良好的耐疲劳性和热稳定性等优良性能，从而具有较为广泛的实际应用价值【瑚。吲哚取代俘精酸酐化合物年，等首先报道吲哚取代的俘精酸酐化合物【，这类化合物具有比其它芳杂环俘精酸酐优越的热稳定性和耐疲劳性，但应用于光存储及光学器件时，其耐疲劳性还远不够，因此，从分子设计的角度来讲，为了获得光致变色性能较好的吲哚取代俘精酸酐光致变色化合物，需要引入取代基来改变其光化学性能。近年来，从吲哚取代俘精酸酐的分子结构方面进行改性研究【】，取得了较好的结果。目日仃吲哚取代俘精酸酐研究第章前育较多的是甲基吲哚取代俘精酸酐和甲基吲哚取代俘精酸酐，其中甲基引哚取代俘精酸酐相对来说研究的较少。等人设计合成了一系列一甲基吲哚取代俘精酸酐化合物并且研究了晶体结构】。化合物结构和光致变色反应如图所示：图一甲基吲哚取代俘精酸酐的光致变色反应当时，此类俘精酸酐化合物都是非光致变色的，也是非热致变色的：当时，这类化合物在晶念、溶液、玻璃和聚合物中用的光照射时，都能从浅黄色变成蓝色或者绿色，其式成色体在可见光区被漂白，形成式消色体。通过光衍射分析这些化合物的晶体结构，发现当时，化合物的晶体结构为构型，这种构型无法进行光环合反应生成成色体，因此没有光致变色性能；当时，化合物的晶体结构为构型，有利于环合反应的发生，因而具有光致变色性能。为了考察甲基吲哚取代俘精酸酐的苯环上取代基的影响，等人合成了一系列吲哚位取代和位取代的俘精酸酐化合物【。其结构和光致变色反应如图所示：量望土盯图位取代甲基吲哚取代俘精酸酐的光致变色反应当、和时，随着吲哚位取代基的供电子性的增强，俘精酸酐成色体的最大吸收波长红移，但光成色量子产率降低，说明电子效应影响吲哚取代俘精酸酐的光致变色性能，苯环上取代基在不同位置也同样影响吲哚取代俘精酸酐的光致变色性能，即当吲哚位和位分别由甲氧基取代时，后者在甲苯溶剂中的消光量子产率比前者要大很多，苯环上取代基越多，对光致变色性能影响就越大。吲哚取代俘精酸酐中关环碳原子上的取代基和烷叉取代基的不同对光致变色性能的影响也有研究报道，年，等人、等人和等人报道合成了一系列和取代基不同的吲哚取代的俘精酸酐化合物【卜，并研究了不同取代基对其吲哚取代俘精酸酐光致变色性能的影响，化合物结构和光致变色反应如图卜所示：北京服装学院硕士学何论文且晦铽，警晖婚，图石关环碳原子上的取代基和烷叉取代基不同的吲哚取代俘精酸酐的光致变色反应当关环碳原子上的取代基为甲基、正丙基和异丙基时，取代基增大，吲哚取代俘精酸酐的式和式的最大吸收波长无明显变化，然而在甲苯溶剂中的成色量子产率随之增大，在光照下消色量子产率比较接近。当为异丙基时，异构化得到禁阻。当关环碳原子上的取代基为；、和等吸电子取代基时，该类俘精酸酐化合物式产率比式要高很多，而且具有良好的热稳定性和耐疲劳性。当烷叉取代基分别为甲基和金刚烷基时，吲哚取代俘精酸酐的式的最大吸收波长无明显变化，但式的最大吸收波长红移左右，前者的成色量子产率比后者大，但消色量子产率却比后者小。当甲基中的氢用重氢置换后，对其最大吸收光谱没有太大影响。以上研究表明：吲哚取代俘精酸酐中关环碳原子上的取代基和烷叉取代基的不同，造成的空间位阻效应有所不同，因而对化合物的光致变色性能具有一定的影响。吲哚环位上除了引入烷基如甲基、乙基外，还可引入芳基如苄基和对甲苯磺酸基彤，随着引入取代基的不同，俘精酸酐的光致变色性能也会有所不同。当吲哚环位上引入苄基时，吲哚取代俘精酸酐成色体的最大吸收没有明显变化；当吲哚位上引入对甲苯磺酸基时，吲哚取代俘精酸酐的吸收波长蓝移，但成色体的消色量子产率明显增大。等人设计合成了一系列甲基吲哚取代俘精酸酐化合物【引，并研究了其光致变色性能。化合物结构和光致变色反应如图所示：卫且？一图甲基吲哚取代俘精酸酐的光致变色反应当关环碳原子上的取代基无论是氢还是甲基时，这些俘精酸酐化合物都具有光致变色性能，在晶态、溶液、玻璃和聚合物中用光照射时，都能进行光环合反应生成式成色体，从浅黄色变成红色，其式成色体在可见光区被漂白，发生开环反应生第章前言成式消色体。当分别为氢、甲基和异丙基时，随着取代基的增大，空间位阻作用也增大，因而吲哚取代俘精酸酐的光致变色性能的变化也较大。当吲哚位上引入取代基分别为甲基、烯丙基、苄基和对乙烯基苄基时，随着取代基团的增大，对吲哚取代俘精酸酐的光致变色性能影响不大。基态下的吲哚取代俘精酸酐的环状构型即式构型具有平面结构，受空间位阻作用而变得不稳定，然而处于激发态的吲哚取代俘精酸酐，由于双键的旋转而使得空间位阻效应显著地降低。同样的，甲基吲哚取代俘精酸酐的位引入不同的取代基对俘精酸酐光致变色性能也有一定的影响，等人合成了一系列吲哚位取代的俘精酸酐，并研究了光致变色性能，化合物结构和光致变色反应如图所示：一。图位取代甲基吲哚取代俘精酸酐的光致变色反应当、和时，随着吲哚位取代基的供电子性的增强，甲基吲哚取代俘精酸酐成色体的最大吸收波长红移，但光成色量子产率降低。还有文献报道了吲哚环上位无取代基的吲哚取代俘精酸酐化合物侈，其结构和光致变色反应如图所示：球一潞图位无取代基的吲哚类俘精酸酐化合物的光致变色反应上述吲哚取代俘精酸酐化合物的式异构体并没有同其它俘精酸酐化合物一样在紫外光照射下先转化为式异构体，然后再转化为式异构体，而是直接由式异构体在紫外光的照射下转化为式异构体。北京服装学院硕十学位论文其他芳杂环取代俘精酸酐（）呋喃取代俘精酸酐这是研究最广泛、最深入的一类俘精酸酐。最早合成的呋喃取代俘精酸酐并没有光致变色性，在紫外光照下只发生顺反异构化反应。七十年代末，等人开始对呋喃取代俘精酸酐进行了全面而系统的研究【】，发现呋喃取代俘精酸酐具有良好的光致变色性能。呋喃取代俘精酸酐中的取代基效应首先体现在关环碳原子上取代基的变化，当关环碳原子上没有取代基时，呋喃取代俘精酸酐没有光致变色性能，紫外光照射时只发生顺反异构化反应；当关环碳原子上有取代基并且增大时，呋喃取代俘精酸酐具有光致变色性能，且光成色量子产率也增大，而顺反异构化量子产率却降低，但消色量子产率几乎没有变化，当关环碳原子上取代基为异丙基时，顺反异构化严重受阻。等人报导了一系列呋喃取代的俘精酸酐化合物，当用二环丙亚甲基替代异丙叉时。其成色体的最大吸收波长红移，二环丙亚甲基的立体作用并不显著增加消色量子产率，只有很大的刚性基团如金刚烷叉才明显增加消色量子产率。指出，在呋哺取代俘精酸酐中，呋喃环的位甲基对其耐疲劳性方面的贡献是非常重要的【】。但由于，二烷基乙酰基呋喃存在很大的空间立体障碍，使得缩合反应不能进行，因而不能得到，二烷基乙酰基呋哺取代俘精酸酐，所以呋喃环上取代基的变化通常都是在位。等人设计并合成了一系列取代基呋喃取代俘精酸酐【，位供电子基团的引入使得俘精酸酐的成色体和消色体在不同溶剂中的最大吸收波长均红移，且成色体的吸收光谱红移比较显著。（）噻吩取代俘精酸酐等人合成了一系列噻吩取代的俘精酸酐化合物，它和呋喃取代的俘精酸酐化合物具有相似的光致变色性能，主要不同在于噻吩取代的俘精酸酐化合物的成色体的最大吸收光谱较呋喃取代的俘精酸酐化合物稍微红移。（）吡咯取代俘精酸酐过去对吡咯取代俘精酸酐研究比较少，等人和等人报道了一系列吡咯取代的俘精酸酐化合物【确】，这类俘精酸酐化合物的成色体的最大吸收波长在可见光区超过了，比其它对应的呋哺和噻吩取代的俘精酸酐化合物的最大吸收波长要红移，而且溶剂极性对其成色体的吸收光谱影响较大，随着溶剂极性的增加，成色体的最大吸收波长红移约。虽然吡咯取代俘精酸酐在这方面显示出很好的优越性，但是它第章前言们的合成产率较低，很难分离和纯化】。同样，研究发现，烷基取代的毗咯取代俘精酸酐的最大吸收波长大于芳基取代的吡咯取代俘精酸酐，烷基取代的链长对其最大吸收光谱影响不大。在吡咯取代俘精酸酐的光成色反应中，激发单重态和激发三重态都参与了光反应，这与呋喃和噻吩取代俘精酸酐的光成色反应机理有所不同，在呋喃和噻吩取代俘精酸酐化合物的光成色反应中只包含激发单重态【。俘精酸酐衍生物的研究进展俘精酸酐的光致变色机理是光化学兀电环化过程，因此酸酐环与芳环或芳杂环一样都是不可缺少的。虽然没有报道说将芳环或芳杂环用其它功能基团代替的情况，但酸酐环被其它功能基团代替的研究已有报道，例如俘精酰亚胺（）、异俘精酰亚胺（）、俘精酸内酯（）、俘精酸酯（）以及俘精酸酐的二氰基化衍生物等。俘精酰亚胺等人在研究俘精酸酐化合物的基础上合成了俘精酰亚胺，它是取代的琥珀酰亚胺衍生物，也是俘精酸酐最重要的衍生物之一，其分子结构如图所示：帅图俘精酰亚胺的结构通式俘精酰亚胺的光化学反应与俘精酸酐相似，与俘精酸酐相比，俘精酰亚胺的最大吸收略呈蓝移，俘精酰亚胺的开环和闭环构型的量子产率与其对应的俘精酸酐的量子产率比较接近。在所有俘精酰亚胺中，芳杂环取代俘精酰亚胺在光信息存储方面具有潜在的应用价值，因此近年来，芳杂环取代俘精酰亚胺的研究相对较多。近年来，等人在亚胺基的上引入苄基【】，研究表明该类化合物的耐疲劳性较差，除此之外，还合成了大量的芳环或芳杂环取代的俘精酰亚胺，以呋喃取代俘精酰亚胺为例，其结构和光致变色反应如图卜所示：北京服装学院硕士学位论文：妨讹：鹕帅一帕刚，）爿。：）树；）刊，）（电吼乇件心图呋哺取代俘精酰亚胺的光致变色反应呋喃取代的俘精酰亚胺的成色体是一种给体俘精酰亚胺受体（）型分子，可发生分子内能量转移反应。在这个分子中，俘精酰亚胺单元是能量转换的开关，通过控制俘精酰亚胺分子的式构型或者式构型，就可以发生分子内能量转移，但是转移机理至今还不是很清楚【。近几年，等人对吲哚取代俘精酰亚胺进行了研究【，发现其热稳定性和耐疲劳性都很好，并且对酸碱催化水解稳定性也较好，此外，它们具有很强的发射荧光，荧光发射峰的波长比分子本身最大吸收波长更短。樊美公等人推测吲哚取代俘精酰亚胺之所以具有很强的荧光是由于分子本身扭曲结构的存在，使得分子局部受激发，由独立的吲哚环发出荧光。此外，等人研究了带有羧基活性基团的水溶性的吲哚取代俘精酰亚胺】，其结构和光致变色反应如图卜所示：，、）。；）；）图水溶性吲哚取代俘精酰亚胺的光致变色反应吲哚取代俘精酰亚胺、和中带有羧基，因此它们在磷酸缓冲液（）中能稳定存在，且具有较好的水溶性，其中化合物和具有较好的光致变色性能，没有光致变色性能，化合物在甲苯和磷酸缓冲液中的最大吸收光谱比较接近。化合物和中的羧基不仅是吸电子基团，还使得空间位阻变大，因此其最大吸收光谱在磷酸缓冲液（）中发生显著的蓝移，此外，化合物在磷酸缓冲液（）中显示出了良好的热稳定性和光化学稳定性，是已知报道的在水溶液中耐疲劳性最高的一类俘精酰亚第章前言胺。在溶剂中，将俘精酰亚胺分子与高分子链相连接，其光致变色性能稍微有些改变，而在固体高分子聚合物中，其开环和闭环构型的量子产率和在溶剂中相比，降低的程度不大。相比之下，俘精酰亚胺在瑰之下的式构型转化成式构型因为缺少流动性，因而受到的影响很大，因此很难将俘精酰亚胺应用到高分子薄膜中【。当俘精酰亚胺分子被接到蛋白质骨架上时，可用作蛋白质活性的光调节开关【。异俘精酰亚胺异俘精酰亚胺是年等人首先制备的【引，它是由亚胺基取代俘精酸酐的酸酐环的一个羰基氧所得的俘精酸酐衍生物，其分子结构如图所示。根据取代的羰基位置的不同，分为【异俘精酰亚胺和异俘精酰亚胺。【异俘精酰亚胺定义为俘精酸酐闭环体中羰基为共轭体系的一部分的一种异俘精酰亚胺异构体，而异俘精酰亚胺定义为亚胺的双键作为共轭体系的部分的异构体，它们可分别由对应的俘精酰胺酸经二环己基碳酰二亚胺（）脱水环化来制备。舶制图异俘精酰亚胺的结构通式异俘精酰亚胺与相应俘精酸酐光致变色性质相似，主要差异在于异俘精酰亚胺成色体的最大吸收波长的吸光度更大。甜异俘精酰亚胺成色体的最大吸收波长相对于相应俘精酸酐而言蓝移很多。俘精酸内酯和俘精酸酯等人合成了一系列俘精酸内酯和俘精酸酯【，其光致变色反应与俘精酸酐类似，其分子结构如图所示，俘精酸内酯包括俘精酸内酯和一俘精酸内酯（假设为取代的芳基或芳杂环），其中只有俘精酸内酯具有光致变色性能。由埔幻朝岫即柏图俘精酸内酯和俘精酸酯的结构通式时北京服装学院硕十学位论文目前研究较多的有下面几类俘精酸酯和俘精酸内酯，其结构如图所示：仲砧羚），；），：）：）】眦鲫咖辨如一；），：。：），认斌图几种俘精酸酯和俘精酸内酯的分子结构其中，俘精酸酯可由半酯的酯化来制备，而半酯则由俘精酸酯的醇解或乙酰基吲哚与烷基叉丁二酸二乙酯缩合得到。环状俘精酸酯和俘精酸内旨和也可由俘精酸酐或其半酯来制备。除了俘精酸内酯以外，上述合成的俘精酸酯和俘精酸内酯都是光致变色化合物，这些俘精酸酯的光致变色反应都是热不可逆的。所有俘精酸酯和俘精酸内酯成色体的最大吸收波长比相应俘精酸酐成色体蓝移很多，紫外光照达光稳态时。俘精酸酯成色体所占比例比相应的俘精酸酐小，而消色量子产率却比相应的俘精酸酐大。知或亚甲基联接成环状俘精酸酯后，其成色量子产率增大并使其成色体最大吸收波长红移，但其消色量子产率变化不大。俘精酸酐的二氰基化衍生物俘精酸酐的二氰基化衍生物是由强吸电子的二氰亚甲基取代俘精酸酐的羰基氧得到的，该化合物可称为二氰亚甲基四氢呋喃酮衍生物，其分子结构如图所示，这类化合物可以由俘精酸酐与等摩尔的丙二腈在二乙胺存在下反应再经脱水而制备，其成色体的最大吸收波长比相应俘精酸酐成色体红移以上，这主要归因于二氰亚甲基的强吸电子性。图俘精酸酐的二氰基化衍生物的结构通式第章前言俘精酸酐化合物的合成缩合反应合成俘精酸酐最主要、最常用的方法是使用“缩合反应【，最早是由提出的，他是俘精酸酐化学的创始人。此方法合成俘精酸酐大致分为三步：）丁二酸二乙酯单亚甲基衍生物的合成采用取代的芳环或芳杂环醛、酮与丁二酸二乙酯在碱催化作用下进行缩合反应，随后酸化、乙酯化，生成丁二酸二乙酯单亚甲基衍生物，合成路线如图所示：器且芈图缩法合成丁二酸二乙酯单亚甲基衍生物合成丁二酸二乙酯单亚甲基衍生物的方法除了上面的缩合反应法，还可用硝基丙烷与顺丁烯二酸二乙酯反应合成【，合成路线如图所示：犬告屯图硝基丙烷法合成丁二酸二乙酯单亚甲基衍生物）吲哚醛（酮）化合物的合成吲哚醛（酮）化合物是合成吲哚取代的俘精酸酐类光致变色化合物的重要中间体，通过查阅文献，有关甲基吲哚醛（酮）化合物和甲基吲哚醛（酮）化合物的合成方法总结如下：（）在甲基取代吲哚的位或位引入甲酰基或乙酰基在甲基吲哚位上或甲基吲哚位上引入甲酰基或乙酰基的方法有以下几种：直接通过反应合成】，首先选用三氯氧磷，二甲基甲酰胺（乙酰胺）生成相应的试剂，然后再与甲基吲哚或甲基吲哚反应得到在吲哚环引入甲酰基或乙酰基的相应化合物，这种方法是吲哚位或位引入甲酰基或乙酰基最常见的方法。在室温条件下，使用做催化剂，与（）和反应，可在甲基吲哚的位或甲基吲哚的位引入基团【，】，但三氟化硼乙醚溶液易爆炸。甲基吲哚位上引入甲酰基或乙酰基的反应除了以上两种最主要的方法外，还可问接北京服装学院硕十学位论文通过使用苯磺酰氯占据吲哚位的位置，然后通过傅克酰基化反应得到取代甲酰基（乙酰基）吲哚，最后脱去苯磺酰氯而得到目标产物：或在二氯甲烷中使用烷基铝试剂用乙酰氯与吲哚反应得到【】：或者利用吲哚与四氮六甲环在冰醋酸中反应，也可在吲哚的位上引入甲酰基或乙酰基，但该反应的产率较低【】。而甲基吲哚位上引入甲酰基或乙酰基的反应除了以上两种最主要的方法外，可将吲哚位甲基直接氧化成甲酰基，但需要吲哚苯环位上引入取代基活化位甲基【。（）在吲哚的位上引入取代基关于取代基吲哚的合成方法很多，归纳起来主要有以下种唧：使用各种强碱产生吲哚阴离子，再与烷基卤化物发生亲核取代反应得到目标化合物。常用的强碱主要是、等，反应需在严格的无水条件下进行，本方法原料易得，收率高，也是最常见的方法。近几年，许多反应都用到相转移催化剂，使反应更快速，操作更简单，产率也更高，其中，在吲哚的上引入取代基的合成也开始用到了相转移催化剂，反应过程如图所示：肌阢锷争吁上图吲哚的相转移催化反应将吲哚和二级醇在（）和催化下也可在吲哚的位上引入取代基，值得注意的是这个反应只对二级醇效果好，一级醇活性低，三级醇不反应。（年，等人采用活性较低的与吲哚反应制备吲哚阴离子【，然后与二硫代化合物如，二硫代二丙酸甲酯等进行迈克尔加成反应在吲哚的位上引入取代基，该反应操作简单、产物单一、产率较高。由非吲哚环为原料发生环化反应合成吲哚衍生物的方法非常多【，有关这方面的综述往往是以反应类型、人名反应或实用方法进行分类，如；哚合成法、带含氮侧链环合法等等，不再一一详述。因此，总结文献，合成取代吲哚醛或酮最常见的反应路线如图所示（以合成甲基吲哚甲醛为例）：蕊旺第章前言肚阱掣争吁良）俘精酸酐化合物的合成将异丙叉丁二酸二乙酯与取代吲哚醛或酮在无水条件下，用强碱催化进行缩合反应，再经酯水解、脱水反应生成俘精酸酐化合物，合成路线如图示：耐弋鼢等耐津）电。汀图俘精酸酐化合物的合成路线该方法中，碱的选择对缩合反应至关重要，一般是引入带有芳香环的空间体积较大的基团，可选择叔丁醇钾，如果反应不能顺利进行，则可选择空间位阻较小的强碱性试剂，如二异丙基胺基锂（）或氢化钠（）等【，。在最后一步脱水反应中常用的脱水剂有，无水乙酸、乙酰氯、三氯乙酸酐、三氟乙酰基咪唑等等【，这时得到的俘精酸酐常常是和的混合物。一些俘精酸酐化合物带有强供电子基的芳环，如吲哚环，可以通过柱层析的方法分离得到单一异构体问催化羰基化反应等人报导了采用催化的，二醇丁炔的羟基化反应制