介紹一個材料化學綜合性實驗

高立彬 陳蔚燕

材料化學實驗相關內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]，相關材料的制備原理和性能測試是高等學校授課的重點[2]。材料化學綜合性實驗是我校材料化學專業本科生教學大綱中必須完成的教學環節，其教學目的在于使學生綜合以往所學的單一專業實驗技能，通過從材料制備到性能測試分析的系統工作激發學生的科研熱情，提高學生的綜合素質。基于上述的出發點，結合筆者的科研和教學經驗，介紹一個關于含硼有機發光材料的制備與性能研究的綜合性實驗。B為IIIA族元素，價電子構型為2s，價軌道4個，價電子3個，原子的價電子數（3）<價層軌道數（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生羥醛縮合反應，再和BO反應得到目標化合物。該實驗包括從材料合成到后續光學性能測試的系統性工作，充分體現綜合性實驗開設的宗旨。

一、實驗目的

（1）簡單了解無水無氧系統的操作;（2）學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），調壓電熱套，磁子，旋轉蒸發儀，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，用旋轉蒸發儀旋干，不用提純備用，產率約為87%（見圖1）。

圖1 ? ?目標化合物的合成步驟

2.產物L-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，用色譜板和反應原料對比，直至反應原料完全消耗掉。停止反應，用旋狀蒸發儀把溶劑蒸干，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，收集黃色主要產物，除去溶劑得黃色固體0.23g，產率約為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功能材料的合成及后續性質分析的系統性工作。在材料制備過程中學生們能夠簡單掌握無氧操作的基本步驟;在對產物的檢測與提純過程中涉及薄層板及柱色譜分離技術;在后續的光學性質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儀器操作。整個實驗過程是有機化學與分析化學等相關學科知識的有機融合與實際應用，很好地體現了綜合性實驗的教學宗旨，有效提高了學生的綜合能力。

參考文獻：

[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.綜合化學實驗，化學工業出版社，2006.

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

基金項目：青島農業大學特色名校建設工程教學研究項目[XJG2013077]