合成席夫碱类光致变色有机化合物.pdf

总第2 1 5 期2023年第1 0 期科研与开发摘要：光致变色性能的化合物在许多领域表现出重要的应用前景，引起人们越来越多的关注。本实验立足于合成简单的有机光致变色化合物席夫碱类的2-（2,4-二硝基基)吡啶(DNBP)。通过2-苄基吡啶的硝化反应，合成黄色固态晶体2-(2,4一二硝基苄基)吡啶。受热或光照下的2-(2,4一二硝基苄基)吡啶由黄色变为蓝色，本文设计了不同简单安全的变色塑料、蓝晒法冲洗照片、紫外线防护等相关实验。本实验仪器简单、成本低廉，适于在化学等相关专业的本科实验教学中推广，同时观赏性强，兼具科学性，易于理解、接受和参与，受众范围广，也适合面向大众进行化学科普讲解。关键词：光致变色化合物;2-(2,4-二硝基芊基)吡啶；化学科普；紫外线中图分类号：TQ253.20引言光致变色指的是一个化合物A，在特定波长的光照射之下进行特定的化学反应或物理效应,并最终生成产物B,因为结构上出现变化使得其吸收光谱的颜色出现变化,而在另外一个波长的光照射或者是热的作用之下,产物B又可以恢复到原来的形式。光致变色现象为现代生活提供斩新的色彩,将相应的化合物引人到包装装潢、玩具制造、油墨生产、液晶显示等新领域内；会有极其广阔的发展前景。目前，有机光致变色化合物可分为螺吡喃类、螺嗯嗪类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、俘精酸酐类、席夫碱类。本实验将简易合成席夫碱类2-(2,4-二硝基苄基)吡啶,结合光致变色原理,用环氧树脂做成形态各异会变色的物品，例如变色的眼镜、变色小熊、变色花朵等。本实验试剂仪器简单、成本低廉、操作紧凑、现象明显，有着较强的趣味性，不仅可以帮助学生提高知识水平和专业素养，还可以激发学生对于专业的热爱。让公众领略化学与艺术的完美融合，让参与者真切感悟到生活中的化学现象。1实验部分1.1实验原理1)2-苄基吡啶溶液在1 0 0 下水浴加热，与硝酸发生硝化反应,2 个硝基基团取代氢,得到2-(2,4-二硝基苄基)吡啶。吡啶化合物直接硝化,亲电试剂主要进攻N的间位，反应条件强烈，但硝化产率很低 1,收率仅在40%5 0%。2)用氢氧化钠溶液除去溶液中的硝酸和硫酸,反应方程式见式(1）式(2)：H,SO4+2Na0HNaSO4+2H,0,HNO3+NaOHNaNO,+H,O.3)2-(2,4-二硝基苄基)吡啶变色主要是由于紫收稿日期：2 0 2 3-0 1-1 3作者简介：李金洲，男，2 0 0 2 年出生，沈阳理工大学本科在读，研究方向为化学工程与工艺。山西化工Shanxi Chemical Industry合成席夫碱类光致变色有机化合物李金洲，耿嘉浩，刘聪达，李继龙（沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳1 1 0 1 5 8）文献标识码：A外线照射下，分子结构变化,发生了分子内的质子迁移,使其从黄色变为蓝色,数小时后能恢复原状1.2试剂和仪器试剂：浓硝酸（6 8%）、浓硫酸（9 8%）2-苄基吡啶（A R）、蒸馏水、氢氧化钠（AR）、乙醚（AR）无水硫酸镁(AR)乙醇(AR)。仪器:HH-1型恒温水浴锅、水浴锅、球形冷凝管、直型冷凝管、CPA225D型电子天平、CJJ79-1可控温磁力搅拌器及常规实验室用仪器。1.3实验操作及效果1.3.1制备2-(2,4-二硝基苄基)吡啶1)硝化反应：向烧瓶中加入1 2 mL浓硫酸和搅拌子,建立冰浴,使其冷却至5,1 0 min后再向酸中缓慢加入2.5 mL2-苄基吡啶，搅拌3min后，逐滴滴加2.25mL浓硝酸。取出烧瓶，安装球形冷凝器，放人恒温水浴锅，于1 0 0 下水浴2 0 min。2)提纯：将产物从小烧瓶倒入烧杯中，建立冰浴，使其冷却至5,蒸馏水洗涤烧瓶，然后倒人烧杯中，称取2 0 g氢氧化钠溶于2 5 0 mL水中，配制氢氧化钠溶液，倒入烧杯中，检验溶液酸碱度呈碱性，提纯完成。3)萃取：将烧杯放在磁力搅拌器上，向烧杯中加人2 0 0 mL乙醚,搅拌2 0 min。4)分液：将烧杯中的溶液倒人分液漏斗,静置1 h，溶液分层，上层是乙醚层，下层是水层，排掉下层废液，将上层溶液倒人锥形瓶中。5)除水：向锥形瓶中加人适量的无水硫酸镁，静止1 h。6)过滤：将溶液倒人过滤装置中,用少量乙醚洗(1)涤烧杯滤渣滤纸。(2)7)蒸馏：将溶液倒人蒸溜装置的烧瓶中,加热至溶液中有沉淀生成,将烧瓶转移到水浴锅中,不断有Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.003文章编号：1 0 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)1 0-0 0 0 5-0 2山西化工第43卷沉淀产生，放置1 h，沉淀完全产生。8)再过滤：将蒸馏产物倒入过滤装置，并用乙醇洗涤过滤器和烧杯,滤纸上的颗粒就是的2-(2,4-二硝基苄基)吡啶,待其烘干后,得到1.5 8 g黄色2-(2,4-二硝基苄基)吡啶晶体。1.3.2冲洗照片1)准备负片,选择照片,调整图像为黑白,完成黑白处理后调整图片为反相，得到反相图像，打印该图片就得到了想要冲洗照片的负片 2 。2)称取1 g2-(2,4-二硝基苄基)吡啶,加人3mL丙酮和3mL水，混合，并用其涂在水彩纸上，经过干燥处理（提前准备）,将负片放在纸上，用两片玻璃夹在中间,在阳光下照射1 min,纸上就形成了负片上的图案 9。1.3.3变色的小熊1)准备环氧树脂,提前准备环氧树脂a、b 胶,将0.5g2-(2,4-二硝基苄基)吡啶加入到研钵中,倒人环氧树脂a,混合搅拌,再倒人环氧树脂b,混合搅拌，倒人泰迪熊模具中,缓慢固定后,形成蓝色的小熊,由于氮酸形式与硝基形式之间的转变，通过光或者热相互转化,有3种互变异构形式。环氧树脂的固化反应为放热反应,分子进人环氧树脂之后,进行热致变色，使其变为蓝色。2)用0.5 g2-(2,4-二硝基苄基)吡啶制作小熊模型,固定后,紫外线照射1 h,小熊由蓝色变浅蓝色，2h小熊变透明,持续照射3h变为黄色,由于长时间的紫外线照射破坏了2-(2,4-二硝基苄基）吡啶的分子结构，小熊颜色并不能回复成蓝色。3)用0.5 g2-(2,4-二硝基苄基)吡啶制作花朵模型，固定后，在紫外线照射下下3h，花朵从蓝色变为黄色。2科普展示2.1展示条件及对象根据不同场景，进行不同类型的实验，对于实验室和宽室内场所,如科技馆、中小学教室等,可以进行操作型实验，合成目标产物，进行指导教学；对于室外场所，如广场、公园等地点，可以做验证性实验，冲洗照片，制作变色的小熊等。室外展示时最好是阳光充足的晴天，有电源时对天气没有要求。实验用品需存储于棕色玻璃瓶中。根据参与者年龄,将展示对象分为小学阶段(6 一12岁）中学阶段（1 2 一1 8 岁）,本专业相关大学生及成年阶段（1 8 岁以上)3个人群。小学阶段学生,对于颜色的变化较为敏感,并且感兴趣，然而不具备有化学知识，所以重点是让他们体验制作变色小熊以及冲洗照片的过程，对化学科学有一定的了解,并感受化学之美与实验之趣。中学阶段学生，已经有了一定的化学学科知识积累,但是对于化学原理缺乏相应的认知。因此在制作的时候，主要是引导学生去理解光致变色现象的化学原理,并尝试用学到的化学原理去解答生活中与光化学反应相关的问题。本专业相关大学生及成年人，对于本专业相关大学生，可以开展相关实验，掌握光致变色原理以及一系列实验操作；对于成年人，具备丰富的社会实践经验，在制作物品和照片之后，进行紫外线防护拓展实验，能更好地帮助他们进行紫外线防护，了解生活中常见的光致变色原理,纠正其可能存在的认知误区。2.2展示方案1)蓝晒法冲洗照片：还可以采用多种媒介,像纸、蛋壳、玻璃等,可拓展蓝晒的应用范围，丰富蓝晒的表现方式，展现化学科学的魅力。2)制作变色物品：用多种模具制作不同形状变色的物品，像变色眼镜、变色手机壳、变色车膜、变色鞋等。还可以让学生自由发挥,用不同质量的2-(2,4-二硝基苄基)吡啶,在太阳光下照射不同时间，制备出不同颜色不同程度的物品3结语本文设计了一个综合化学实验，通过硝化反应，合成2-(2,4-二硝基苄基)吡啶。通过学习该有机物的合成和光致变色性能的表征方法，掌握称量、提纯，萃取，分液，过滤、蒸馏等实验操作，普及光致变色等相关的化学概念以及化学基本操作,对化学发展前沿理论形成初步了解。该实验所需的试剂仪器较为简单、成本比较低廉，因此适合在化学或相关专业的本科实验教学中推广，同时其实验现象较为明显，具有较强的趣味性,可以面向大众进行化学科普讲解。此外，本实验不但可以提高学生的知识水平和专业素养，也可以培养其对专业的兴趣和热爱。本实验安全可靠,操作性强,适用面广,是一个值得推广的化学科普项目。1张启戎,左军,陈学林,等.吡啶硝化衍生物的合成及应用 J.化学研究与应用,2 0 0 2(4):38 3-38 6.2张瀚.重温古典摄影一一氰版（蓝晒法）制作实践 J.艺术教育，2019(10):280-281.3吕小兰,胡昱，吴思豪,等.借光执笔的“蓝色精灵”：蓝晒中奇妙的光化学反应 J.大学化学,2 0 2 2,37(5)：1 2 7-1 31.（英文摘要下转第9 页）参考文献2023年第1 0 期曾龙,等：防结块热塑性弹性体材料的制备与性能Liaoning 110158,China)性弹性体材料还具有脱模效果好、拉伸强度高和断裂伸长率高等优异的性能。4结论本文以SEEPS为基材,添加一定量的石蜡油、单脂肪酸甘油酯以及抗氧剂,制备得到的热塑性弹性体材料，避免因出油或者表面光亮带来的结块问题，且弹性体具有良好的弹性、高透明度，具有脱模效果好、拉伸强度高和断裂伸长率高等优异的性能。参考文献1王清才，,周志峰,赵天琪，等.高性能热塑性弹性体及其应用研究进展 J.橡胶工业,2 0 1 8,6 5(1 2)：1 42 5-1 432.2余庆彦，田洪池，韩吉彬，等.热塑性弹性体的研究与产业化进展Preparation and Properties of Anti-caking Thermoplastic Elastomer Materials(1.Sungallon Plastic(Heyuan)Co.,Ltd.,Heyuan Guangdong 517600,China;2.Sungallon PlasticAbstract:This article uses SEEPS as the substrate,adding a certain amount of paraffin oil,monofatty acid glycerides,and antioxidants toprepare thermoplastic elastomer materials.The results show that the addition of monoglyceride can solve the agglomeration problem of TPEmaterials,and the best effect is achieved when the content of monoglyceride is between 0.01 to 0.1 parts.The prepared thermoplasticelastomer material has good elasticity,high transparency,and excellent properties such as good demolding effect,high tensile strength,andhigh elongation at break.Key words:anti-caking;high transparency;excellent performance;thermoplastic elastomer(上接第2 页）Preparation of Bismuth Vanadate by Hydrothermal Method and its PhotocatalyticAbstract:Bismuth vanadate catalyst was prepared by hydrothermal method,and the photocatalytic performance of the catalyst wasmeasured with rhodamine B as the target degradation product.The effects of hydrothermal reaction pH,reaction temperature,and reactiontime on the photocatalytic performance of the catalyst were investigated.The optimal hydrothermal reaction conditions for preparing bismuthvanadate catalyst were obtained:hydrothermal reaction pH 7,reaction temperature 100 C,and reaction time 8 hours.Under the optimalhydrothermal reaction conditions,adding 5 mg of bismuth vanadate catalyst resulted in a photocatalytic degradation rate of up to 96.5%for5 mL of rhodamine B solution with an initial mass concentration of 10 mg/L.Finally,the structure of the bismuth vanadate catalyst preparedunder the optimal hydrothermal reaction conditions was characterized using X-ray diffraction(XRD)proving that the purity of the preparedbismuth vanadate catalyst is high.Key words:bismuth vanadate;photocatalysis;rhodamine B;degradation rate(上接第6 页）Synthesis of Schiff Base Based Photochromic Organic Compounds(School of Environmental and Chemical Engineering,Shenyang University of Technology,ShenyangAbstract:Compounds with photochromic properties have shown important application prospects in many fields and have attractedincreasing attention.This experiment is based on the synthesis of 2-(2,4-dinitrobenzyl)pyridine(DNBP),a simple organic photochromiccompound of Schiff bases.Yellow solid crystal 2-(2,4-dinitrobenzyl)pyridine was synthesized through the nitration reaction of2-benzylpyridine.Under heat or light,2-(2,4-dinitrobenzyl)pyridine changes from yellow to blue.This article designs experiments ondifferent simple and safe color changing plastics,blue light method for photo development,and UV protection.This experimental instrumentis simple and cost-effective,suitable for promotion in undergraduate experimental teaching of chemistry and other related majors.It is alsohighly ornamental,scientific,easy to understand,accept,and participate in,and has a wide audience.It is also suitable for teachingchemistry science to the public.Key words:photochromic compounds;2-(2,4-dinitrobenzyl)pyridine;chemical science popularization;ultraviolet radiationJ.中国材料进展,2 0 1 2,31(2):2 4-32.3韩吉彬,陈文泉，张世甲，等.热塑性弹性体的研究与进展 J.弹性体,2 0 2 0,30(3):7 0-7 7.4肖红杰，梁国伟，梁国超.TPE热塑性弹性体的制备及其性能研究J.山西化工,2 0 2 2,42(8):8 1-8 2,8 5.5周杉鸿，陈俊琛.热塑性弹性体材料在汽车轻量化研究中的应用J.江苏科技信息，2 0 1 8,35(1 5)：35-37.6王恒.热塑性弹性体改性生产过程注意事项探讨 J.广州化工，2018,46(9):99-100.7石项伯.改性塑料生产过程常见质量问题及解决措施探索 J.电子乐园,2 0 1 9(1 3)：47 5.8张万杰，袁华，陈广强.改性塑料生产过程常见质量问题及解决措施 J.塑料,2 0 1 0(2):8 6-8 8Zeng Long,Qiu Jians,Li Pingl?(Shenzhen)Co.,Ltd.,Shenzhen Guangdong 518110,China)Performance ResearchCui Xinlei,Li Ran,Dai Yihan,Wang Zheyu,Guo Linyu,Wang Xinyi(Suihua University,Suihua Heilongjiang 152000,China)Li Jinzhou,Geng Jiahao,Liu Congda,Li Jilong