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含均三嗪环树状大分子的合成、表征及性能研究

一、引言

（一）研究背景与意义

在材料科学不断演进的进程中，新型功能材料的研发始终是科研领域的关键焦点。均三嗪环，作为一类具有独特共轭结构的六元杂环化合物，凭借其特殊的电子云分布和化学活性，在功能高分子材料领域逐渐崭露头角。均三嗪环中，三个氮原子与三个碳原子以sp2杂化的方式形成六中心六电子的芳香共轭体系，赋予了其良好的热稳定性和化学稳定性。这种稳定的结构基础使得均三嗪环及其衍生物在面对高温、化学腐蚀等严苛环境时，仍能维持自身的结构完整性和性能稳定性。

均三嗪环的反应活性也十分突出。以三聚氯氰为例，作为均三嗪环的重要衍生物，其环上的三个氯原子具有良好的化学选择性和反应可控性。在不同的反应条件下，这些氯原子能够依次参与反应，通过亲核取代等反应机制，与多种亲核试剂发生反应，从而为引入不同的功能基团提供了便利，极大地拓展了均三嗪环衍生物的结构多样性和功能可调性。正是基于这些特性，均三嗪环在阻燃材料、光电材料、生物医药等众多领域展现出了广阔的应用前景。

树状大分子，作为一类具有高度支化结构的新型大分子，近年来也受到了广泛的关注。从结构上看，树状大分子通常由一个中心核、重复的支化单元以及外围的功能性基团组成。这种独特的结构赋予了树状大分子许多优异的性能。例如，树状大分子具有精确的分子结构和分子量，分子尺寸和形状可以在分子水平上进行精确控制，这是传统线性聚合物所无法比拟的优势。树状大分子内部存在着大量的空腔结构，这些空腔能够容纳各种客体分子，如药物分子、催化剂等，为其在药物输送、催化等领域的应用提供了可能。树状大分子的表面具有高密度的官能团，这些官能团可以通过化学修饰的方式连接各种活性物质，进一步拓展了树状大分子的功能和应用范围。

当将均三嗪环引入树状大分子的结构中时，两者的优势得到了有机结合，为新型材料的设计和开发提供了全新的思路。均三嗪环的稳定性可以增强树状大分子的整体性能，使其在更广泛的条件下保持结构和功能的稳定；而树状大分子的规整层级结构则为均三嗪环的有序排列和功能发挥提供了良好的载体，有助于实现均三嗪环的特殊性能。含均三嗪环的树状大分子在催化领域，可能由于其独特的结构和活性位点分布，展现出更高的催化活性和选择性；在生物医药领域，其良好的生物相容性和可控的药物释放性能，有望为药物输送和疾病治疗提供新的解决方案。

尽管含均三嗪环的树状大分子展现出了巨大的潜力，但目前对于这类材料的研究仍处于相对初级的阶段。在合成方面，现有的合成方法往往存在步骤繁琐、产率不高、反应条件苛刻等问题，限制了含均三嗪环树状大分子的大规模制备和应用。在结构表征方面，虽然已经有多种分析技术用于研究树状大分子的结构，但对于含均三嗪环的树状大分子，由于其结构的复杂性和特殊性，现有的表征方法仍存在一定的局限性，难以全面、准确地揭示其结构信息。在性能研究方面，虽然已经对含均三嗪环树状大分子的一些基本性能进行了初步探索，但对于其在不同环境下的性能变化规律以及结构与性能之间的内在关系，还缺乏深入系统的研究。

因此，深入开展含均三嗪环树状大分子的合成、表征及性能研究具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论层面来看，通过对含均三嗪环树状大分子的研究，可以进一步深化对这类新型材料结构与性能关系的认识，丰富和完善高分子材料科学的理论体系。从实际应用角度出发，研究成果将为含均三嗪环树状大分子在催化、生物医药、光电材料等领域的应用提供坚实的理论基础和技术支持，有助于推动这些领域的技术创新和发展，满足社会对高性能、多功能材料的需求。

二、含均三嗪环树状大分子的可控合成策略

（一）发散法合成低代树状大分子

在含均三嗪环树状大分子的合成研究中，发散法是一种常用且重要的合成策略。以乙二胺为核，这是因为乙二胺分子结构中含有两个氨基，为后续的支化反应提供了活性位点，能够作为构建树状大分子的核心起始点。三聚氯氰作为支化单体，其独特的结构赋予了整个合成过程良好的可控性。三聚氯氰分子中的三个氯原子在参与反应时，表现出了良好的化学选择性，可以通过精确控制反应条件，实现分步取代反应。

在合成第1代树状大分子G1.0(Cl)?时，原料配比是一个关键因素。研究发现，当乙二胺与三聚氯氰的摩尔比为1:4时，能够为反应提供较为理想的化学计量关系，有利于提高反应的产率和产物的纯度。在这个比例下，乙二胺的两个氨基能够与三聚氯氰的四个氯原子充分反应，形成稳定的化学键，从而高效地构建出第1代树状大分子的基本结构。

碱试剂的选择和溶剂的性质也对反应有着显著的影响。在碱试剂的选择上，研究对比了三乙胺和氢氧化钠。三乙胺是一种有机碱，其碱性相对较弱，在反应体系中能够温和地促进反应进行，减少副反应的发生。而氢氧化钠是一种强碱，具有较强的碱性，能够加快反应速率，但同时也