一种有机凝胶材料及其制备方法与流程

本发明属于超分子自组装的技术领域，具体涉及小分子凝胶因子4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙的合成，有机凝胶的制备方法以及多重刺激响应性。

背景技术：

有机凝胶是通过分子间氢键、π-π堆积、疏水作用以及范德华力等分子间非共价键相互作用自组装形成的具有高度自组织特性的三维网络结构。刺激响应有机凝胶具有对外界的物理或化学刺激进行响应而呈现不同物理、化学性质的特性，在模板化学、传感器、分子识别、药物缓释等领域具有潜在的应用前景。

由于光化反应非常迅速，外界光照能够引起分子自组装过程快速响应，光的波长、光照时间、以及光照强度等可以根据需要进行方便的调节，所以具有光响应的有机凝胶尤其受到广泛的关注。

外力作为一种广泛存在的外界刺激源，它在调控材料性质方面具有许多独特的优点：易于施加，调控方便，操作简单等。具有力致荧光变色性质的材料能够被应用于外力监测器、存储器和显示设备等领域。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种小分子凝胶因子4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙，该化合物在凝胶化过程中具有聚集诱导荧光增强的现象，有机凝胶材料同时具有光响应和外力响应的性质，有望在荧光开关、外力检测和传感器等方面具有潜在的应用价值。

本发明要解决的另一个技术问题是针对现有功能材料的结构复杂、合成困难的问题，提供一种具有结构简单、制备路线短、产品提纯方便等优点的有机凝胶材料的制备方法。

为实现具有多重刺激响应性的目的提供如下有机凝胶材料的技术方案。

一种有机凝胶材料，是由小分子凝胶因子和二甲基亚砜溶剂组成的混合体，所述的小分子凝胶因子是4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙，结构式如下：

所述的有机凝胶材料，其特征在于，临界凝胶浓度为1.25mg/mL。

本发明还可以制得干凝胶材料，所述的干凝胶，是把小分子凝胶因子和二甲基亚砜溶剂组成的混合体冷冻干燥，除去二甲基亚砜溶剂得到。

本发明还提供有机凝胶因子制备方法的技术方案。首先制备出3,4-辛烷氧基苯甲酰肼，再与1-芘甲醛反应，从而高产率地制备了本发明所述的有机小分子凝胶因子。本发明的制备方法中，3,4-辛烷氧基苯甲酰肼可以按照文献的方法制备，参见Langmuir,2003,19,6534-6536。本发明的有机凝胶材料制备方法具体的过程如下。

一种有机凝胶材料制备方法，以无水乙醇为溶剂，3,4-辛烷氧基苯甲酰肼和1-芘甲醛以1:1摩尔比混合，加热回流4～6小时；冷却至室温，抽滤干燥得到黄色固体粗产物；粗产物用无水乙醇重结晶2次。得到纯产物4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙；在4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙中加入二甲基亚砜溶剂，加热使4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙充分溶解，冷却至室温形成有机凝胶材料。

所述的加入二甲基亚砜溶剂，加入量按2.95mg的4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙加入0.5mL的二甲基亚砜溶剂计算。

所述的加热使4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙充分溶解，可以加热至190℃，使凝胶因子充分溶解。

本发明所述的干凝胶材料，制备过程是把有机凝胶材料，放入冷冻干燥机中，干燥40小时除去二甲基亚砜溶剂得到。

有机凝胶的光响应：本发明的有机凝胶材料在凝胶化过程中表现出聚集诱导荧光增强现象；有机凝胶进行可见光照射，持续一定时间后有机凝胶会变成澄清的棕褐色溶液，实现了凝胶-溶胶转变，并且随着光照时间增加，荧光强度明显减弱。

干凝胶的力响应：本发明所制备的干凝胶在外力作用下有两种颜色的可逆变化。利用外力能够有效地调控其发射光谱性质。未经外力作用的干凝胶发射出蓝色荧光，经过研磨后，发光波长红移，荧光由蓝色变为绿色。

综上所述，本发明合成了一种具有聚集诱导荧光增强性质，并且有机凝胶能够对可见光具有响应性、在外力研磨下荧光颜色能够发生变化的功能材料；这种聚集诱导荧光增强性质以及对可见光和外力具有响应的性质在荧光开关、外力检测和传感器等方面具有潜在的应用前景。本发明制备化合物时提纯方便，只需简单的重结晶就可以获得纯的最终产物，所用乙醇溶剂无毒且易于回收。

附图说明

图1是实施例1热溶液在向凝胶转变过程中的荧光逐渐增强的荧光光谱。

图2有机凝胶在可见光照射后的凝胶-溶胶转变以及相应的发光变化。

图3荧光强度随可见光照射时间变化的荧光光谱。

图4是实施例3制得的干凝胶在365nm紫外灯下看到的研磨前后力致荧光变色材料(干凝胶)的颜色变化。其中(a)未经外力作用的样品；(b)充分研磨后的样品，(c)研磨后的样品在130℃加热30min处理后。

图5是实施例3制得的干凝胶力致荧光变色材料(干凝胶)在不同条件下的归一化荧光光谱。其中(a)未经外力作用的样品；(b)充分研磨后的样品，(c)研磨后的样品在130℃加热30min处理后。

具体实施方式

实施例1 凝胶因子的合成和有机凝胶材料的制备

凝胶因子的合成步骤：称量2.0g(0.0051mol)的3,4,-辛烷氧基苯甲酰肼和1.179g(0.0051mol)的1-芘甲醛，放入250mL锥形瓶中，加入100mL无水乙醇为溶剂，加热回流6小时，反应结束后冷却至室温，抽滤干燥得到黄色固体。粗产物用无水乙醇重结晶2次。得到纯样品4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙2.7g，产率为87.6％。

反应式如下：

材料的分子结构表征数据：¹H NMR(300MHz,DMSO-d6),(ppm,from TMS):11.94(s,1H),9.645(s,1H),8.753(s,4H),8.20-8.16(d,1H),7.655-7.58(m,4H),7.30(s,2H),4.10-3.96(m,6H),1.782-1.70(m,6H),1.485(s,6H),1.281(s,24H),0.87(s,9H).FT-IR(KBr,pellet,cm^-1)：3433,3170,3065,3034,2926,2857,1675,1637,1600,1581,1541,1513,1467,1426,1389,1377,1343,1296,1272,1225,1132,1067,1042,857,751,723,649.Elemental analysis：calculated for C₄₀H₄₈N₂O₃,C,79.43；H,8.00；N,4.63,Found：C,79.47；H,7.90；N,4.64。

有机凝胶的制备方法：取一个密封良好且干净的1mL小瓶，称取2.95mg的4-(3,4-(辛烷氧基)苯基)-芘甲酰腙化合物加入瓶中，然后再量取0.5mL的二甲基亚砜溶剂加入瓶中。加热190℃，使凝胶因子充分溶解，放在空气中自然冷却至室温，瓶中便形成了稳定的有机凝胶。临界凝胶浓度是1.25mg/mL。图1给出热溶液在向凝胶转变过程(就是冷却至室温的过程)中的荧光强度随放置时间增强的荧光光谱(热溶液的浓度1×10^-2mol/L)。

实施例2 有机凝胶的光响应

本发明凝胶因子在凝胶化过程中表现出聚集诱导荧光增强现象，如图1。

有机凝胶的光响应：有机凝胶进行可见光照射，持续一定时间后有机凝胶转变成澄清的棕褐色溶液。浓度为5.91mg/mL的有机凝胶，需要光照195min后发生凝胶-溶胶转变；并且随着光照时间的增加，荧光强度明显减弱，发生凝胶-溶胶转变后，溶液基本不发光(参见图2和图3)。

实施例3 干凝胶的制备方法和干凝胶的力响应

把实施例1所得到的有机凝胶，放入冷冻干燥机中，干燥40小时除去二甲基亚砜溶剂，就得到干凝胶。

如图4，在365nm紫外灯下看到的研磨前后力致荧光变色材料(干凝胶)的颜色变化。该干凝胶发出蓝色荧光，用研钵的杆人工充分地摩擦该干凝胶后，固体的荧光由蓝色变为绿色。而研磨后的样品在130℃加热30min后在紫外灯下观察发现又恢复到原来的蓝色.

由图5荧光光谱可知，未经外力研磨的干凝胶，其发射峰在457nm左右，对应蓝色荧光；利用研钵进行研磨之后的固体，其发射峰红移至514nm，对应绿色荧光。而研磨后的样品在130℃加热30min后发射峰又恢复到原来的457nm左右。