论文总字数：26391字

摘 要

相变材料早已成为了新型的多功能材料，应用范围宽广，前景一片光明。近代以来，无论是在信息、通讯，还是在传感器件等各个方面，铁电材料都发挥着重要作用。众所周知，有机化合物类分子材料具有种类多、质量轻、柔性好等优良性质。因此，在近一百年来铁电材料的发展历程中，有机化合物是很重要的一类，如TGS （硫酸三甘氨酸）、DIPAB/C （二异丙胺溴/氯盐）。想要得到这些新型多功能分子材料，并有相变、压电或铁电等种种性质，在本课题丰富的研究经验的基础上，本文合成了四个有机长链胺盐类主-客体包合物，且继续对其进行了表征，如单晶结构、粉末衍射、红外等，对其热重、介电等性质进行了研究。

本文以冠醚和氨基戊烷为原料，与高氯酸反应合成冠醚包合物，结晶形成四种新颖的化合物。主要研究了18-冠-6和15-冠-5以及有机长链胺对包合物的结构和相关性质的影响。通过对化合的测试数据的解析、处理和分析，发现减小饱和合物（冠醚环）的大小，即用15-冠-5取代18-冠-6，其结构对称性会有一定程度的升高；减小有机长链胺的对称性，即用2-甲基-戊二胺取代戊二胺，其结构的对称性仍随包合物环的大小而升减。

关键字：相变材料；介电性质；有机长链胺；冠醚包合物；对称性

Structure and Dielectric Properties of Host-Guest Inclusion Complexes of Organic Long Chain Amine Salts

Abstract

Phase change materials have long been a new type of multi-functional materials with wide application and bright prospects. Since modern times, ferroelectric materials have played an important role in information, communication and sensing devices. As we all know, organic compounds have many kinds of molecular materials, light weight, good flexibility and other excellent properties. Therefore, in the development of ferroelectric materials in the past 100 years, organic compounds are very important, such as TGS (triglycine sulfate), DIPAB/C (diisopropylamine bromine / chlorate). In order to obtain these new multi-functional molecular materials and have all kinds of properties such as phase transition, piezoelectric or ferroelectric, we have synthesized four host-guest complexes of organic long-chain amine salts on the basis of the rich research experience in this subject. The structure of single crystal, powder diffraction, infrared and so on were further characterized. The thermogravimetric and dielectric properties were also studied.

Crown ether inclusion compound was synthesized by the reaction of crown ether and amino pentane with perchloric acid, and four novel compounds were formed by crystallization of crown ether and amino pentane. The effects of 18-crown ether-6, 15-crown ether-5 and organic long-chain amine on the structure and related properties of inclusion compounds were studied. Through the analysis, processing and analysis of the measured data, it is found that the structure symmetry of the saturated compound (crown ether ring) will be increased to a certain extent if 15-crown ether-5 is used to replace 18-crown ether-6, and the size of the saturated compound (crown ether ring) is reduced. The symmetry of organic long chain amines is reduced, that is, 2-methyl-pentanediamine is substituted for pentanediamine, and the symmetry of the structure is still increased and decreased with the size of the inclusion ring.

Keywords：Phase-Change Material; Dielectric Properties; Organic Long Chain Amine;

Crown Eether Inclusion; Organic Salt; Symmetry

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 引言 1

1.1 冠醚 1

1.1.1 冠醚的定义 1

1.1.2冠醚包合物的发展 1

1.2晶体 1

1.2.1晶体的含义 1

1.2.2晶体的基本性质 2

1.2.3晶体的介电性质 2

1.3相变 3

1.3.1 相变的定义 3

1.3.2 相变的分类 3

1.3.3 相变材料的发展与应用 3

第一章 主要实验仪器与药品 4

2.1 实验主要器材 4

2.2 实验主要试剂 4

2.3 实验准备及操作 4

2.3.1 X射线单晶衍射(XRD) 4

2.3.2 介电常数测量 5

2.3.3 傅里叶红外光谱(IR) 5

第三章 长链胺类包合物的研究 6

3.1 C₁₂H₂₄O₆·C₆H₁₆N₂·2ClO₄^-(1) 6

3.1.1 化合物1的合成 6

3.1.2 化合物1的表征 6

3.1.3 化合物1的晶体结构 7

3.1.4 化合物1的介电性质 10

3.2 C₁₀H₂₀O₅·C₅H₁₄N₂·2ClO₄^-(2) 11

3.2.1 化合物2的合成 11

3.2.2 化合物2的表征 11

3.2.3 化合物2的晶体结构 12

3.2.4 化合物2的介电性质 15

3.3 C₁₂H₂₄O₆·C₆H₁₆N₂·2ClO₄^-(3) 16

3.3.1 化合物3的合成 16

3.3.2 化合物3的表征 16

3.3.3 化合物3的晶体结构 17

3.3.4 化合物3的介电性质 20

3.4 C₁₀H₂₀O₅·C₅H₁₄N₂·2ClO₄^-(4) 21

3.4.1 化合物4的合成 21

3.4.2 化合物4的表征 21

3.4.3 化合物4的晶体结构 22

3.4.4 化合物4的介电性质 25

第四章 总结 26

参考文献 27

致谢 28

第一章 引言

1.1 冠醚

1.1.1 冠醚的定义

冠醚，也被称为“太环醚”，是大环多醚类化合物。冠醚组成的结构单元常是呈现的(CH₂CH₂X)n的模式，其分子是重要的分子定子^[1]。观其立体结构，状如冠顶，故起了一个好听又形象的名字形容他，称为冠醚。它与碱金属、碱土金属和胺及其衍生物能形成稳定的配合物或包合物，并有着良好的介电性、铁电性和压电性等性质。

1.1.2冠醚包合物的发展

冠醚在晶体学中也经常被用来合成复杂的超分子。超分子化学^[2]这个话题是由LelmJ.M.提出的，他的理论在于以静电引力、范德华力、氢键等作用，冠醚主体分子能选择性地与客体配体结合形成主-客配合物。因其主体的各结构因素，使其有稳定性，发生配位时也表现出较高的专一性。而组成物质的冠醚以及铵离子的性状则能反作用合成得到的主-客体配合物的计量比和稳定性。

冠醚能与铵离子反应，从而合成氢键配合物，这一优异表现极为重要。冠醚有空穴结构，对离子有着选择作用，能与质子化的铵盐^[3]络合，形成包合物，同时也有N-H…O氢键的存在。这样的对离子或分子的高选择性由主体与客体物质的分子间相互作用就能得以做到。对设计晶体的构造，N-H…O氢键是十分重要的组成部分，伯胺更是其中较为重要的一环，通常易与18-冠-6形成N-H…O氢键^[4]，而这种冠醚包合物生成出的相变性质愈发瞩目。在相变前后还有序-无序的转变。C10₄^-、BF₄^-、PF₆^-是分子量较小且对成性较高的无机酸，本文就选用了C10₄^-。为探寻相变材料，现在有着许多对18-冠-6及相关冠醚形成的包合物的研究，他能与质子化的胺盐络合，形成包台物，大多数情况下表明，18-冠-6及衍生物与有机铵阳离子RNH ₃有着较为显著的亲和力。本文同样合成了冠醚包合物，研究其结构和介电性质。

1.2晶体

1.2.1晶体的含义

一般说来，大自然里已有的物质通常都是呈三种聚集的形态，就是本文认知的固态、液态、气态。而对这其中的固态物质来说，还被分成两类，晶体和非晶体。据分析，生活中所见的大多数固体物质，多是属于晶体类，如岩石、沙子、冰等。事实上，正常状态下的大部分元素和化合物皆存有固体形态，且也多数都为晶体。相较于非晶体而言，晶体不仅是有着稳固的几何形态，且是有固定的熔点和各向异性等种种特征。如此当然亦能过通过人工培养的方式来形成晶体。暨当下，绝大的多数的晶体都能经过人工方式，培育而来，故此就可以生长出许多自然界本不存在的晶体。

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