一种含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及光致变色材料技术领域，具体涉及一种含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料、制备方法及其应用。


背景技术：

2.光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下，在两种物理或化学状态之间的可逆变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变。这可用以下方程表示：
[0003][0004]
其中a和b分别表示同一物质的两种不同颜色状态；λ1和λ2分别表示两种不同的波长。
[0005]
光致变色材料包括无机和有机光致可逆变色材料两大类。有机体系的光致变色往往伴随着与光化学反应有关的过程，从而导致化合物结构的某种改变，其反应方式主要包括：价键异构、顺反异构、键断裂(包括异裂与均裂)、聚合作用、氧化
‑
还原、周环反应等。有机光致变色对包括紫精、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮苯等在内的化合物的研究较多，应用也较为广泛。二吡啶乙烯类化合物具有非常好的热稳定性和化学稳定性，其研究正受到国内外材料工作者越来越多的关注。但是多数二吡啶乙烯类化合物本身并不表现良好的光致变色性能。
[0006]
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于解决多数二吡啶乙烯类化合物本身没有良好的光致变色性能，无法应用到光致变色材料中的问题，提供了一种含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料、制备方法及其应用。
[0008]
为了实现上述目的，本发明公开了一种含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料，由主体七元瓜环或八元瓜环与壳体二吡啶乙烯类化合物中的任意一种，按摩尔比在溶液中生成的主客体包结物。
[0009]
主体化合物七元瓜环或八元瓜环，如通式ⅰ所示，客体化合物选择系列二吡啶乙烯类化合物中的一种，如通式ⅱ所示。
[0010][0011]
通式ⅰ[0012][0013]
通式ⅱ[0014]
通式ⅱ中的x
‑
代表f
‑
，cl
‑
，br
‑
，i
‑
，pf6
‑
等阴离子。r，r’可以是苯基，苄基，萘基，呋喃基，噻吩基等芳环基，也可以是4
‑
羧基
‑
苯亚甲基等含有羧基的取代基。
[0015]
所述二吡啶乙烯类化合物为苯甲酸单边取代二吡啶乙烯或苄基双边取代二吡啶乙烯。
[0016]
本发明还公开了上述含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]
s1：将主体七元瓜环或八元瓜环与客体二吡啶乙烯类化合物中的一种溶解在水中，室温下搅拌均匀得到澄清溶液；
[0018]
s2：将步骤s1中得到的澄清溶液用旋转蒸发仪在40℃下浓缩干燥，即得光致可逆变色材料。
[0019]
所述步骤s1中二吡啶乙烯类化合物为苯甲酸单边取代二吡啶乙烯，主体和客体的摩尔比为1:1。
[0020]
所述步骤s1中二吡啶乙烯利化合物为苄基双边取代二吡啶乙烯，主体和客体的摩尔比为2:1。
[0021]
本发明利用大环化合物－瓜环对二吡啶乙烯类化合物的包结作用，提供一种基于主客体包结化合物的光致变色材料及其合成方法。该光致变色材料的变色机理是：在光诱导条件下，缺电子的二吡啶乙烯类化合物客体和富电子的瓜环主体之间，发生电子转移生成显色自由基，从而实现颜色的改变。当二吡啶乙烯类化合物被包结进瓜环空腔形成主客体化合物时，瓜环能起到电子供体和稳定二吡啶乙烯类化合物结构的作用。
[0022]
本发明还公开了上述含有瓜环和二吡啶乙烯类化合物的光致变色材料在光信息存储、防护装饰、防伪与鉴伪以及保密领域中的应用。
[0023]
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
[0024]
(1)方法简单，操作简便，需要的工序少，所需要的原料简单易得；
[0025]
(2)所得的光致可逆变色材料性能优异，除具有灵敏度高、响应速度快以外，还具有稳定性和抗疲劳性高等特点；
[0026]
(3)所得的光致可逆变色材料最突出的优点在于褪色速率快，一般在3
‑
5分钟就恢
复为原来的颜色。
附图说明
[0027]
图1为实施例1得到的主客体化合物的结构示意图；
[0028]
图2为实施例2的主客体化合物光致变色前后的固体紫外漫反射图；
[0029]
图3为实施例3的主客体化合物光致变色前后的固体紫外漫反射图；
[0030]
图4为实施例1的主客体化合物光致变色前后的单电子自旋共振核磁图。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0032]
实施例1
[0033]
1、分别秤取0.1162g的七元瓜环和0.0476g的苯甲酸单边取代二吡啶乙烯，室温下将它们混合搅拌溶解在约30ml水溶液中；二者在水溶液中能通过自组装方式形成主客体化合物；得到的主客体化合物的结构示意图如图1所示，客体分子一端的吡啶和乙烯基团被包结进瓜环的疏水空腔中。
[0034]
2、将上述主客体化合物的溶液用旋转蒸发仪40℃旋干彻底干燥，即得基于七元瓜环和苯甲酸单边取代二吡啶乙烯的光致变色材料；
[0035]
3、该光致变色材料在全波长的氙灯光照时，在极短时间内(2min)即可由淡黄色变为红棕色。停止光照时，红棕色很快(5min)彻底退回为淡黄色。
[0036]
实施例2
[0037]
1、分别秤取0.1328g的八元瓜环和0.0476g的苯甲酸单边取代二吡啶乙烯，室温下将它们混合搅拌溶解在30ml水溶液中；二者在水溶液中能通过自组装方式形成主客体化合物；
[0038]
2、将上述主客体化合物的溶液用旋转蒸发仪40℃旋干，彻底干燥后即得基于八元瓜环和苯甲酸单边取代二吡啶乙烯的光致变色材料；
[0039]
3、该光致变色材料在全波长的氙灯光照时，在极短时间内(1min)即可由淡黄色变为红棕色。停止光照时，红棕色很快(5min)彻底退回为淡黄色。主客体化合物光致变色前后的固体紫外漫反射图如图2所示；主客体化合物光照后在可见光范围的吸光度显著增强。
[0040]
实施例3
[0041]
1、分别称取0.1162g的七元瓜环和0.0525g的苄基双边取代二吡啶乙烯，室温下将它们混合搅拌溶解在约30ml水溶液中；二者在水溶液中能通过自组装方式形成主客体化合物；
[0042]
2、将上述主客体化合物的溶液用旋转蒸发仪40℃旋干，彻底干燥后即得基于七元瓜环和苄基双边取代二吡啶乙烯的光致变色材料；
[0043]
3、该光致变色材料在全波长的氙灯光照时，在极短时间内(2min)即可由淡黄色变为粉红色。停止光照时，红棕色很快(5min)彻底退回为淡黄色。主客体化合物光致变色前后的固体紫外漫反射图如图3所示，主客体化合物光照后在可见光范围的吸光度有所增强。
[0044]
实施例4
[0045]
1、分别称取0.1328g的八元瓜环和0.0528g的苄基双边取代二吡啶乙烯，室温下将
它们混合搅拌溶解在30ml水溶液中；二者在水溶液中能通过自组装方式形成主客体化合物；
[0046]
2、将上述主客体化合物的溶液用旋转蒸发仪40℃旋干，彻底干燥后即得基于八元瓜环和苄基双边取代二吡啶乙烯的光致可逆变色材料；
[0047]
3、该光致变色材料在全波长的氙灯光照时，在极短时间内(2min)即可由淡黄色变为粉红色。停止光照时，红棕色很快(5min)彻底退回为淡黄色。主客体化合物光致变色前后的单电子自旋共振核磁图如图4所示，主客体化合物光照后出现显著的电子转移引发的自由基共振峰。
[0048]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。