亲水性咪唑鎓偶氮苯基离子液体的合成及光控离子传导应用

2020-01-09李佩琪王彩虹

云南化工 2019年12期

李佩琪，王彩虹*

（四川大学化学工程学院，四川成都 610065）

离子液体是通过阴阳离子形成的室温熔融盐，具有蒸汽压低、不易燃、电化学性能稳定等优异性质而被广泛应用[1]。通过选择特定功能阴、阳离子组合或在其结构上引入特定功能官能团，可制备功能化离子液体[2]。将偶氮苯引入阴/阳离子结构，可制备偶氮苯基离子液体。目前，偶氮苯基离子液体研究集中于两方面。一是偶氮苯基离子液晶[3]，由于其具有液晶有序性和偶氮结构顺反异构特性，使其在光信息存储、光控分子取向和光控分子开光等众领域有重要价值。另一是偶氮苯基离子液体在有机溶液中自组装，研究其微观结构对宏观性能影响[4]，以实现离子液体有序自组装在轻工和药物释放等方面的特定功能。

偶氮苯基铵盐离子液体具有良好水溶性，研究发现偶氮苯光致异构可改变离子液体传导性能。王键吉课题组曾报道[5]，2-（4-（（4-丁基苯基）-二氮烯基）苯氧基）-N-（2-羟乙基）-N，N’-二甲基乙溴化铵离子液体水溶液在紫外条件电导率显著提升，在光电生物信号传输方面有重要应用。而咪唑鎓盐作为杂环类离子体系，有良好的热稳定性，但水溶性较差，因而还未被研究。因此，本研究通过离子交换制备亲水性偶氮苯基咪唑鎓盐离子液体[Azo][BF4]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker 500 MHz 核磁共振仪；Cary 630 型红外光谱仪；所用试剂均为分析纯。

1.2 合成方法及数据

室温条件，将1.32 g（1.20 mmol）Na [BF4]的水溶液逐滴滴加到3.99 g（1.00 mmol）[Azo]Br 水溶液中（100 mL），充分搅拌36h 后结束。氯仿和水多次分液，得橙色固体产物 [Azo][BF4]（4.51 g，75%）、1H NMR（500 MHz，CDCl3）：δ9.30（s，1H），7.87（d，4H），7.69-7.66（m，2H），7.45-7.52（m，4H），7.34（s，1H），5.45 （s，2H），4.10（s，2H），1.85-1.30（m，6H），0.89（s，3H）。

2 结果与讨论

2.1 傅里叶红外变换波谱分析

图1 中1084 cm-1是苯环平面内C-H 弯曲振动峰；波数1565 cm-1处较强吸收峰表明-N=N-双键存在；1457 cm-1是苯环上C=C 骨架伸缩振动峰，是偶氮苯典型吸收峰。3123 cm-1周围的吸收峰由咪唑环上C-H 伸缩振动所引起[6]，说明咪唑环被成功引入偶氮苯基元。在1037 cm-1和537 cm-1的吸收峰为典型B-F 的伸缩和弯曲振动吸收峰[7]，表明 [Azo][BF4]成功合成。同时，767 cm-1处吸收峰存在表明该结构亚甲基数目小于3，进而验证[Azo][BF4]的结构。

2.2 传导性能测试

如图2 所示0.1mol/L [Azo][BF4]水溶液离子传导率随光照变化，紫外照射下，离子传导率为5.68 mS/cm；当可见光照射时，迅速下降至3.93 mS/cm，且该过程多次可逆。紫外照射下由于[Azo][BF4]极性增强[8]，π-π* 跃迁减弱，n-π*跃迁增强，使顺式异构体含量增多，电离作用增强，因此，载流子增多使其获得较高离子电导率。因此， [Azo][BF4]水溶液可通过光调控微观结构变化影响宏观离子传导率，为离子液体自组装研究提供基础。