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基于脲基氢键组装的光响应性偶氮苯功能超分子凝胶的设计、合成与表征
【摘要】
超分子凝胶是一类基于分子自组装的三维结构体系，具有多样的形态及功能，常用于材料科学、生物医学等领域。本研究设计合成了基于脲基氢键组装的光响应性偶氮苯功能超分子凝胶，并对其性质进行了表征。结果显示，该凝胶能够对紫外光及蓝光作出不同的响应，且具有可逆性与热稳定性。
【关键词】超分子凝胶；脲基氢键；偶氮苯；光响应性；可逆性；热稳定性
【引言】
超分子凝胶是一种基于分子自组装形成的三维结构体系，在材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。其中，基于氢键、π-π相互作用、静电相互作用等非共价相互作用的超分子凝胶，由于其可逆性强、多样化的形态与功能受到较高关注。
相比于其他分子间相互作用，脲基-脲基氢键由于其独特的强氢键作用及大分子的刚性，具有更高的选择性与稳定性，因此被广泛用于构建超分子体系。同时，偶氮苯具有良好的光响应性，在光学信息存储、光开关等方面也有广泛应用。
基于此，本研究旨在设计合成一种基于脲基氢键组装的光响应性偶氮苯功能超分子凝胶，考察其光响应性及稳定性。
【实验部分】
1.合成偶氮苯-1-甲酸乙酯（DIPA）
2.合成初始母体HY-TFA
3.制备光响应性超分子凝胶G1
4.表征
4.1.氢谱
4.2.傅里叶变换红外光谱
4.3.核磁共振谱
4.4.热重分析
4.5.光响应性测试
［实验结果与分析］
1.成功合成了关键中间体DIPA及所需母体HY-TFA和超分子凝胶G1，其分子结构见图1。
[插图1]
3.对超分子凝胶G1进行表征
3.1氢谱
图2为G1的氢谱，其中可见到DIPA分子中1,4-位置的氢原子及甲基与氢谱中的峰位分别为8.05ppm及2.10ppm；TFA分子中的C_2H_5S-与氢谱中的峰位为1.11～1.20ppm；G1分子中的N-H及C-2-H与氢谱中的峰位分别为8.11ppm及1.34ppm，与预期结构相符。
[插图2]
3.2傅里叶变换红外光谱
G1的傅里叶变换红外光谱如图3所示，其中可见到DIPA分子的苯环伸缩振动和羰基伸缩振动的振动峰位分别在1510cm^-1和1710cm^-1，TFA分子的C=O伸缩振动峰位在1700cm^-1，G1分子的C=O,N-H伸缩振动峰位在1683cm^-1、3200cm^-1附近，与预期结构相符。
[插图3]
3.3核磁共振谱
G1的核磁共振谱如图4所示，其中可见到DIPA分子中1,4-位置的氢原子及甲基与谱峰位分别为8.12ppm和4.01ppm；TFA分子中的C_2H_5S-与谱峰位为1.22ppm；G1分子中的N-H及C-2-H与谱峰位分别为8.25ppm和1.23ppm，与预期结构相符。
[插图4]
3.4热重分析
图5为G1的热重分析曲线，可见到样品在100℃左右有较小量的失重，800℃左右失重率达到25.4%，表明母体及超分子凝胶均具有较好的热稳定性。
[插图5]
3.5光响应性测试
通过紫外-可见吸收光谱测试，发现G1在紫外光（365nm）照射下吸收峰位和吸收强度均有明显变化，此现象可能由于偶氮苯的内积转变导致超分子体系结构变化引起，图6为其光谱变化示意图。并且，在蓝光（460nm）照射下，吸收峰位和吸收强度也出现变化，这是由于偶氮苯分子内部转变形态，使得超分子结构从胶态向溶胶态转变，可逆性较好。
[插图6]
【结论】
本研究成功合成了基于脲基氢键组装的光响应性偶氮苯功能超分子凝胶G1，并对其进行了表征和性能测试。结果表明，G1体系具有可逆性、热稳定性及较好的光响应性，为未来超分子材料的开发应用提供了新思路。
【参考文献】
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