介紹一個材料化學(xué)綜合性實驗

高立彬 陳蔚燕

材料化學(xué)實驗相關(guān)內(nèi)容涉及范圍非常廣泛，其中包括無機非金屬材料、有機高分子材料、生物功能材料等[1]，相關(guān)材料的制備原理和性能測試是高等學(xué)校授課的重點[2]。材料化學(xué)綜合性實驗是我校材料化學(xué)專業(yè)本科生教學(xué)大綱中必須完成的教學(xué)環(huán)節(jié)，其教學(xué)目的在于使學(xué)生綜合以往所學(xué)的單一專業(yè)實驗技能，通過從材料制備到性能測試分析的系統(tǒng)工作激發(fā)學(xué)生的科研熱情，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。基于上述的出發(fā)點，結(jié)合筆者的科研和教學(xué)經(jīng)驗，介紹一個關(guān)于含硼有機發(fā)光材料的制備與性能研究的綜合性實驗。B為IIIA族元素，價電子構(gòu)型為2s，價軌道4個，價電子3個，原子的價電子數(shù)（3）<價層軌道數(shù)（4），因此它是缺電子原子。硼原子軌道可采用sp雜化方式得到缺電子的三配位硼化合物，缺電子化合物因有空的價層軌道，能接受HF，NH，醚等化合物的配位原子上的孤對電子，從而形成四配位化合物，如BF等。本實驗利用水楊醛和2，6-二異丙基胺在無水無氧條件下發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)，再和BO反應(yīng)得到目標(biāo)化合物。該實驗包括從材料合成到后續(xù)光學(xué)性能測試的系統(tǒng)性工作，充分體現(xiàn)綜合性實驗開設(shè)的宗旨。

一、實驗?zāi)康?/p>

（1）簡單了解無水無氧系統(tǒng)的操作;（2）學(xué)會簡單的有機合成方法;（3）掌握薄層色譜分析及柱色譜提純的操作;（4）掌握紫外可見吸收光譜及熒光光譜儀的操作方法與譜圖分析。

二、主要的實驗儀器和試劑

紫外—可見光譜儀，熒光光譜儀，磁力攪拌器，真空油泵，氣球（沖氬氣用），調(diào)壓電熱套，磁子，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，兩口圓底燒瓶100ml，冷凝管，色譜柱，薄層色譜板。試劑：水楊醛，苯胺或2，6-二異丙基胺，甲醇鈉（A.R.），甲苯（A.R.），二氯甲烷（A.R.），石油醚（A.R.），硅膠（200～300目，柱色譜用）。

三、實驗步驟

1.配體L的合成。取100ml帶有攪拌子兩口圓底瓶中，把冷凝管裝上，冷凝管頂端用橡皮塞塞好，圓底燒瓶的另一個口也用橡皮塞塞好，用針筒連接真空油泵，抽真空，然后用裝有氬氣的氣球沖滿，反復(fù)抽充四次，把固定在針筒上的氬氣氣球插在冷凝管頂端，使系統(tǒng)處于氬氣條件下，用注射器取水楊醛0.5ml（4.8mmol）和2，6-二異丙基胺1ml（5.3mmol）加入圓底燒瓶中。再加入30ml甲苯，冷凝管接通冷凝水后，體系加熱回流2h，溶劑冷卻，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋干，不用提純備用，產(chǎn)率約為87%（見圖1）。

圖1 ? ?目標(biāo)化合物的合成步驟

2.產(chǎn)物L(fēng)-BF的合成。取配體L 0.281g（1mmol）裝入帶有攪拌子的兩口瓶中，把裝置按上一步裝好，充入氬氣，加入四氫呋喃20ml、在0℃下加入甲醇鈉64mg（1.2mmol）緩慢恢復(fù)到室溫，在該溫度下攪拌1h，緩慢加入1.26ml（10mmol）BF。在室溫下攪拌，用色譜板和反應(yīng)原料對比，直至反應(yīng)原料完全消耗掉。停止反應(yīng)，用旋狀蒸發(fā)儀把溶劑蒸干，剩余物用硅膠過柱，用石油醚和二氯甲烷（體積比3∶1）作為淋洗液，收集黃色主要產(chǎn)物，除去溶劑得黃色固體0.23g，產(chǎn)率約為70%（見圖1）。

3.L-BF的紫外-可見（見圖2）和熒光光譜（見圖3）分析。把L-BF的THF溶液，測其吸收光譜[λ：358nm]。該位置吸收可歸屬為分子內(nèi)部的π-π*電子躍遷[3]。。

四、實驗思考與討論

本實驗包括一種光學(xué)功能材料的合成及后續(xù)性質(zhì)分析的系統(tǒng)性工作。在材料制備過程中學(xué)生們能夠簡單掌握無氧操作的基本步驟;在對產(chǎn)物的檢測與提純過程中涉及薄層板及柱色譜分離技術(shù);在后續(xù)的光學(xué)性質(zhì)測試過程中可了解紫外-可見光吸收光譜和熒光光譜的測試原理及相關(guān)儀器操作。整個實驗過程是有機化學(xué)與分析化學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識的有機融合與實際應(yīng)用，很好地體現(xiàn)了綜合性實驗的教學(xué)宗旨，有效提高了學(xué)生的綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]F.B.Koyuncu，S.Koyuncu，E.Ozdemir.Synthetic Metals，1005，161，2011.

[2]張樹永，貝逸翎，王洪鑒，主編.綜合化學(xué)實驗，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]K.Dhanunjayarao，V.Mukundam，M.Ramesh，K.Venkatasubbaiah.Eur.J.Inorg.Chem，2014：539.

基金項目：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)特色名校建設(shè)工程教學(xué)研究項目[XJG2013077]