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1、开题报告题目:荧光聚合物的制备及表征1毕业设计综述1.1题目背景和意义荧光物质是指该物质在受到紫外光等能量激发后，电子能从基态跃迁到激发态， 然后通过辐射衰变释放出光子回复到基态，并将此前所吸收的能量释放出来而产生荧 光。荧光物质中的大多数分子在常态下处于基态，即最低振动能级状态，当被紫外光 等光线照射时，该物质的分子吸收与它所具有的特征频率相一致的光线，从原来的基 态能级跃迁至第一电子激发态或第二电子激发态中各个不同振动能级和转动能级。电 子吸收光子从基态跃迁到激发态后，寿命是有限的，激发能会很快地消失，回到基态。 荧光物质的荧光特性通常用荧光发射光谱表示，由于发射荧光前有一部分能量被消耗
2、掉，荧光发射光的能量通常比吸收的能量小，发射的特征波长比吸收光的特征波长要 长。随着科学技术的进步，人们对荧光的研究越来越多，荧光物质的应用范围越来越 广。荧光物质除用作染料外，还在光学增白剂、光氧化剂、涂料、化学及生化分析、 太阳能捕集器、防伪标记、药物示踪及激光等领域得到了更广泛的应用。其中超支化 聚合物的研究最为广泛。超支化聚合物作为重要的高分子材料，其结构介于线形聚合 物和树枝状聚合物之间，具有低粘度、高流变性、良好的溶解性以及分子链末端带有 大量的官能团等优点，同时由于其合成成本低，且合成方法简单，所以有比较大的应 用潜力。对其合成方法的深入研究、制备出新型的超支化聚合物以对其进行深
3、入研究， 已经成为高分子领域中的一个重要研究方向。常用的超支化聚合方法有：缩聚反应；开环聚合反应；自缩合乙烯基聚合反应 4(SCVP)； A2+B3型单体的聚合反应等。荧光聚合物的合成通常有两种方法：(1)是 先合成荧光单体，然后进行均聚或共聚反应得荧光高分子材料。其弊端是荧光单体结 构复杂，提纯困难，难以获得性能好且具有高分子量的聚合物。(2)通过官能团的反应， 用荧光物质对聚合物进行化学改性而制得。其缺点是很难使聚合物每个反应基团都进 行化学反应，其改性的转化率各不相同。对每一类荧光高分子材料，我们需要选择合 适的荧光基团，同时选择合适的合成方法才能制备得到性能优异的荧光材料。另外， pH
4、值、荧光基团的浓度，聚合物结构以及溶剂等因素对于聚合物的荧光性能都具有 较大的影响。其中含有叔胺的小分子荧光性质已被广泛的研究，研究表明其荧光极 易发生淬灭。研究结果发现，具有叔胺支化单元的超支化聚合物可以保留叔胺生色 团较高的荧光效率，超支化聚合物中叔胺氮原子与钻石中氮原子一样具有较强的荧光 ，且该生色团只在超支化聚合物的内部区域可以发出较强的荧光91。此外，超支化聚合物还在其他方面显示出它的应用价值，如粘合剂、分离介质、 液晶材料、传感器、非线性光学材料、分子印码、单细胞反应器、催化剂和酶的载体、 聚电解质溶液、热固性涂料、工程塑料等。总之，随着对超支化聚合物研究的深入和发展，这类聚合物应
5、用前景必将越来越广阔10。1.2研究目的和意义聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine PEI）11-16，是一种水溶性的阳离高分子聚合物，有 许多独特的性质：（1）很好的水溶性、高附着性和吸附性，能够与不同的物质相结合。（2）阳离子性。在水中以聚阳离子形态存在，能够中和和吸附所有阴离子物质，螯合重 金属离子，可应用于金属离子的吸附分离、环境保护等领域。另外，PEI在转基因领 域已得到广泛的应用，它与DNA间的静电作用可压缩DNA形成复合物，有利于DNA 跨细胞膜进入细胞核表达。（3）高反应性。由于具有活泼性的伯胺和仲胺，能够与醛基、 环氧基、羧基等基团反应Ml。可见，具有荧光标记功能的
6、聚乙烯亚胺的应用范围将更加广泛。研究表明它本身 具有较弱的荧光性能，但在其分子链上接上一些小分子后，可大大增强其荧光性能。 因此，本文将利用具有良好生物相容性的柠檬酸通过酰胺化反应对其结构改性，来提 高聚乙烯亚胺的荧光性能，增强其荧光标记功能，以扩大其应用范围。2主要内容及采用方法和措施2.1主要内容通过具有良好相容性的柠檬酸来改性聚乙烯亚胺而提高它的荧光性能，用4-（4,6- 二甲氧基三嗪）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）为活化剂使-COOH活化，而形成具有 网络结构的荧光聚合物。通过红外、紫外、元素分析、核磁共振氢谱、Zeta电位等， 对比各种浓度反应的效果，影响荧光量子产率的因素，提出
7、反应机理，以及形成新的 荧光聚合物体系。2.2研究方案以聚乙烯亚胺与柠檬酸为单体（设聚乙烯亚胺分子量为1800，n为6mmol，条 链上有六个-NH2，与一个柠檬酸中的-COOH反应），无水吗啉乙磺酸（MES）为缓 冲液，4-（4,6-二甲氧基三嗪）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）为活化剂，通过酰胺化反 应制备荧光聚合物。并探究聚合物网络结构的组成、不同浓度的柠檬酸、温度、荧光 量子产率等因素对聚合物荧光性能的影响。2.3荧光聚合物的合成CH.COOH4-H C OOHCHXOOHDMTMM讪EL忖NHnh2ch2cqh2cqnh2HQCCOOH2.4研究方法比较法：配置柠檬酸不同的浓度比例
8、，观察其对荧光发光强度的影响；配置相 同浓度的柠檬酸与苹果酸合成不同交联密度的聚合物，观察对荧光强度的影响。合成产物鉴定与测定：红外、紫外、元素分析、核磁共振氢谱、Zeta电位等。3重点及难点以及前期工作（1）重点对聚乙烯亚胺与柠檬酸合成的聚合物荧光性能的表征：1）吸收光谱；2）荧光性 能的测定：通过激发光谱和发射光谱；3）荧光量子产率的测定；4）Zeta定位。（2）难点1）聚乙烯亚胺量的选取与配比。通过紫外、核磁等方式确定其荧光聚合物的网 状结构。2）确定荧光聚合物的发光机制。（3）前期工作包括1）阅读相关文献，探究相关反应的可行性以及部分药品的提前制备；2）熟悉实验室的相关仪器并熟悉一些简
9、单操作（如红外、紫外、元素分析、核 磁共振、Zeta电位等）；3）完成聚乙烯亚胺与柠檬酸的合成。4工作方案及进度计划4.1工作方案荧光聚合物聚乙烯亚胺与柠檬酸（PEI-CA ）的合成：（1）在烧杯中加入0.315g （1.5mmol）的柠檬酸（CA），用少量的去离子水使柠檬酸 完全溶解，然后再加入1.2g (6mmol)的聚乙烯亚胺(PEI),将其摇匀使两种物质充 分混合。(2) 将烧杯放入150C烘箱中，使其充分反应1h,将其产物取出，加入20ml的去离 子水使产物充分溶解。(3) 将反应所得的的聚合物放入透析袋中进行透析处理三天。然后将产物倒入蒸发 皿中，放入冰箱进行冷冻。(4) 将冷冻后
10、的产品放入冷冻干燥机中进行冻干处理两天得到最终产品。 荧光聚合物PEI-CA的结构表征：用红外光谱仪测定PEI-CA样品的红外光谱；用核磁共振氢谱测定PEI-CA的核 磁光谱；通过红外光谱和核磁表征PEI-CA的结构。荧光性能表征：用紫外分光光度计测定PEI-CA样品的吸收光谱；用荧光光谱仪测定PEI-CA样 品的激发光谱、发射光谱以及荧光量子产率。通过吸收光谱、激发光谱、发射光谱和荧光量子产率的表征来测定PEI-CA样品的荧光性能。4.2进度计划第1-2周做前期准备，查阅相关资料，完成开题报告;第3周开题答辩；第45周荧光聚合物的制备；第6-7周荧光聚合物的结构表征；第8周完成中期报告，中期
11、答辩；第910周荧光聚合物吸收光谱、荧光性能的检测；第11 -12周荧光聚合物里子产率的测定、Zeta定位；第13 -14周整理试验结果并写出完整的毕业论文；第15周毕业答辩。参考文献1 杨文荧光超支化聚合物的研究与应用D安徽:中国科学技术大学,2010.2 孙淼双烯单体的超支化聚合反应和叔胺基荧光超支化聚合物的合成和应用D中国科 学技术大学,2013.3 Magnusson H,Malmstrom E ,Hult A.Synthesis of hyperbranched aliphatic polyethers viacationic ring-opening polymerization
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