介绍一个材料化学综合性实验

介绍一个材料化学综合性实验

材料化学实验相关内容涉及范围非常广泛，其中包括无机非金属材料、有机高分子材料、生物功能材料等[1]，相关材料的制备原理和性能测试是高等学校授课的重点[2]。材料化学综合性实验是我校材料化学专业本科生教学大纲中必须完成的教学环节，其教学目的在于使学生综合以往所学的单一专业实验技能，通过从材料制备到性能测试分析的系统工作激发学生的科研热情，提高学生的综合素质。基于上述的出发点，结合笔者的科研和教学经验，介绍一个关于含硼有机发光材料的制备与性能研究的综合性实验。B为IIIA族元素，价电子构型为2s，价轨道4个，价电子3个，原子的价电子数（3）<价层轨道数（4），因此它是缺电子原子。硼原子轨道可采用sp杂化方式得到缺电子的三配位硼化合物，缺电子化合物因有空的价层轨道，能接受HF，NH，醚等化合物的配位原子上的孤对电子，从而形成四配位化合物，如BF等。本实验利用水杨醛和2，6-二异丙基胺在无水无氧条件下发生羟醛缩合反应，再和BO反应得到目标化合物。该实验包括从材料合成到后续光学性能测试的系统性工作，充分体现综合性实验开设的宗旨。

一、实验目的

（1）简单了解无水无氧系统的操作;（2）学会简单的有机合成方法;（3）掌握薄层色谱分析及柱色谱提纯的操作;（4）掌握紫外可见吸收光谱及荧光光谱仪的操作方法与谱图分析。

二、主要的实验仪器和试剂

紫外―可见光谱仪，荧光光谱仪，磁力搅拌器，真空油泵，气球（冲氩气用），调压电热套，磁子，旋转蒸发仪，两口圆底烧瓶100ml，冷凝管，色谱柱，薄层色谱板。试剂：水杨醛，苯胺或2，6-二异丙基胺，甲醇钠（A.R.），甲苯（A.R.），二氯甲烷（A.R.），石油醚（A.R.），硅胶（200～300目，柱色谱用）。

三、实验步骤

1.配体L的合成。取100ml带有搅拌子两口圆底瓶中，把冷凝管装上，冷凝管顶端用橡皮塞塞好，圆底烧瓶的另一个口也用橡皮塞塞好，用针筒连接真空油泵，抽真空，然后用装有氩气的气球冲满，反复抽充四次，把固定在针筒上的氩气气球插在冷凝管顶端，使系统处于氩气条件下，用注射器取水杨醛0.5ml（4.8mmol）和2，6-二异丙基胺1ml （5.3mmol）加入圆底烧瓶中。再加入30ml甲苯，冷凝管接通冷凝水后，体系加热回流2h，溶剂冷却，用旋转蒸发仪旋干，不用提纯备用，产率约为87%（见图1）。

图1 目标化合物的合成步骤

2.产物L-BF的合成。取配体L 0.281g（1mmol）装入带有搅拌子的两口瓶中，把装置按上一步装好，充入氩气，加入四氢呋喃20ml、在0℃下加入甲醇钠64mg（1.2mmol）缓慢恢复到室温，在该温度下搅拌1h，缓慢加入 1.26ml （10mmol）BF。在室温下搅拌，用色谱板和反应原料对比，直至反应原料完全消耗掉。停止反应，用旋状蒸发仪把溶剂蒸干，剩余物用硅胶过柱，用石油醚和二氯甲烷（体积比3∶1）作为淋洗液，收集黄色主要产物，除去溶剂得黄色固体0.23g，产率约为70%（见图1）。

3.L-BF的紫外-可见（见图2）和荧光光谱（见图3）分析。把L-BF的THF溶液，测其吸收光谱[λ：358nm]。该位置吸收可归属为分子内部的π-π*电子跃迁[3]。。

四、实验思考与讨论

本实验包括一种光学功能材料的合成及后续性质分析的系统性工作。在材料制备过程中学生们能够简单掌握无氧操作的基本步骤;在对产物的检测与提纯过程中涉及薄层板及柱色谱分离技术;在后续的光学性质测试过程中可了解紫外-可见光吸收光谱和荧光光谱的测试原理及相关仪器操作。整个实验过程是有机化学与分析化学等相关学科知识的有机融合与实际应用，很好地体现了综合性实验的教学宗旨，有效提高了学生的综合能力。

参考文献：

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

[2]张树永，贝逸翎，王洪鉴，主编.综合化学实验，化学工业出版社，2006.

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

基金项目：青岛农业大学特色名校建设工程教学研究项目[XJG2013077]