[发明专利]一种螺吡喃原位催化交联的阳离子水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种螺吡喃原位催化交联的阳离子水凝胶及其制备方法，合成原料包括甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐和1ʹ‑(2‑甲基丙烯酰氧基乙基)‑3ʹ,3ʹ‑二甲基‑6‑硝基‑螺‑(2H‑1‑苯并吡喃‑2ʹ,2ʹ‑二氢吲哚)，在引发剂的作用下进行无规共聚得到，水凝胶内具有对可见光稳定的部花菁结构，部花菁结构为1ʹ‑(2‑甲基丙烯酰氧基乙基)‑3ʹ,3ʹ‑二甲基‑6‑硝基‑螺‑(2H‑1‑苯并吡喃‑2ʹ,2ʹ‑二氢吲哚)的开环结构。本发明通过该聚合方法可以直接得到紫红色水凝胶，在纳米尺度下可以看到丰富的纤维结构，合成的水凝胶中螺吡喃运动被严格约束，开环构象稳定存在，对可见光稳定，光开关能力被冻结，在研磨等机械力作用下恢复光致变色。

技术领域

本发明属于水凝胶及其制备方法，尤其涉及一种螺吡喃原位催化交联的阳离子水凝胶及其制备方法。

背景技术

螺吡喃是一种常见的光致变色分子，在紫外光照射下可以转变为带荧光的部花菁分子，可见光照射部花菁能够使其恢复螺吡喃的结构。因此螺吡喃被广泛应用于多响应刺激材料、荧光成像等领域。但是，由于部花菁的结构不稳定性，且8个顺反异构体结构和能量相近，难以获得单一结构的部花菁分子，即使在非常苛刻的条件中(如超低温)都难以达成，因此大多数对于部花菁分子的研究都停留在计算层面，而如通过何冻结螺吡喃的光响应能力，以得到稳定的部花菁结构，将成为拓展调控螺吡喃基础性质的新研究方向。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种使光致变色分子失去光响应能力的阳离子水凝胶；本发明的第二目的在于提供上述水凝胶的制备方法。

技术方案：本发明的一种螺吡喃原位催化交联的阳离子水凝胶，合成原料包括甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐和1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)，所述水凝胶内具有对可见光稳定的部花菁结构，部花菁结构为1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)的开环结构。

上述的方案中，使用光响应螺吡喃单体1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)，在聚合过程中作为质子受体诱导另一个单体甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐的去质子化，催化该单体上氨基对其他酯键的亲核进攻，导致了聚合过程中的原位交联，该水凝胶的制备需要酯键和质子化氨基同时存在才能够完成。单体1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)以其开环结构部花菁稳定存在于凝胶中，结构稳定，凝胶中的交联网络结构导致了部花菁的稳定与光响应的失活，研磨或不生成凝胶时光响应仍然存在。

本发明还保护一种螺吡喃原位催化交联的阳离子水凝胶的制备方法，所述制备方法包括：以甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐和1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)在引发剂的作用下进行无规共聚，其中，

所述甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐具有如下结构式：

所述1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)具有如下结构式：

上述的方案中，反应过程如下：

合成方法中不需要使用交联剂，单体1′-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-3′,3′-二甲基-6-硝基-螺-(2H-1-苯并吡喃-2′,2′-二氢吲哚)充当了催化单体甲基丙烯酸氨基乙酯盐酸盐交联的功能，通过该聚合方法可以直接得到紫红色水凝胶，可用于螺吡喃光响应能力的束缚。