外壁作用驱动的瓜环基超分子框架化合物及其功能性质

多孔材料,特别是快速发展的MOFs,COFs和近年来出现的超分子有机骨架(SOFs)被广泛应用于多相催化,吸附,离子交换等领域。瓜环(Q[n]s)因其具有带负静电势羰基端口,正静电势外表面和中性静电势空腔的特殊结构,可成为构筑Q[n]基超分子框架化合物(QSFs)的基本单元。本文对利用瓜环外壁作用构筑QSFs的设计和构建进行了评述。根据外壁作用方式的不同,构筑QSFs的作用可分为:自身诱导作用;无机阴离子与Q[n]s外壁的相互作用;芳族化合物与Q[n]s外壁的相互作用。这为探索QSFs结构与其功能特征之间的关系,实现具有新颖结构和特定功能特性的QSFs的设计和构筑,以及Q[n]化学建立新的研究方向奠定了良好的基础。     

瓜环的缚酸行为及催化环己醇合成环己烯研究

文中以实验室合成的Q[n](n=5～8)与一定浓度的硫酸作用,形成瓜环硫酸盐晶体。运用酸碱滴定法,对该产物的酸度进行测定,通过计算得出不同瓜环的缚酸比例,进而总结出瓜环缚酸的规律。另采用该瓜环硫酸盐催化环己醇合成环己烯,既减少硫酸用量,降低了实验操作的危险性和实验室污染,又增加了瓜环的应用范围。对催化剂用量、反应时间对产率的影响进行了研究,收到了较满意的效果。     

六元瓜环与1，6-二吡啶己烷包结配合物的晶体结构

在[ZnCl4]^2-阴离子存在的条件下,制备了六元瓜环（Q[6]）与1,6-二吡啶己烷（Hdpy）形成包结配合物的晶体,该晶体是由主客体通过Q[6]空腔的疏水作用以及外部的离子一偶极作用形成的稳定的类轮烷结构,相邻类轮烷之间通过[ZnCl4]^2-阴离子与水分子以及瓜环端口羰基氧原子氢键作用连接成超分子链。     

瓜环-金属离子配位作用驱动的瓜环基框架

自金属有机框架和配位网络概念提出以来,以连接简单结构单元方式形成周期性多孔框架为基本原理,构筑新型结构多孔框架和性能研究使网状化学及其应用得到了显著的发展。具有两个端口的刚性空腔使瓜环(Q[n]s)适合作为与Q[n]/金属离子(M^z+)配合物相关框架的构筑单元。根据Q[n]/M^z+配合物的类型,对实验室近年来在瓜环与金属离子配位驱动构筑的瓜环基框架及其功能性质方面的内容进行较为全面的归纳和总结。构建与Q[n]/M^z+配合物相关框架不仅可以获得不同优雅结构的框架结构,更重要的是为探索其在吸附分离、检测、催化等方面的实际应用提供理论依据和实践依据。     

八元瓜环对1,1'-亚乙基-2,2'-联吡啶及金刚烷胺的分子识别作用研究

本文研究了八元瓜环(Q[8])与1,1'-亚乙基-2,2'-联吡啶(EB)及金刚烷胺(AD)在水溶液中的超分子相互作用,探讨了主客体作用体系的作用机制,作用模式及热力学性质等。研究结果表明Q[8]与EB及AD均形成了包结计量比为1∶1的主客体配合物,通过主客体包合物的结合能力不同,AD能竞争与Q[8]作用,使EB被挤出Q[8]内腔,从而引起光谱学及热力学性质变化,其结果为瓜环在自组装方面的应用提供一定的理论依据。     

瓜环对抗癌药物二甲苯磺酸拉帕替尼溶解度及溶出度的影响研究

本文研究了七元瓜环(Q[7]),八元瓜环(Q[8])与抗癌药物二甲苯磺酸拉帕替尼(LD)之间的主客体相互作用,以及瓜环对LD溶解度及溶出度的影响,研究结果表明:Q[7],Q[8]两种瓜环均可与LD形成稳定的1∶1配合物。其作用平衡常数分别为:2.43×105L·mol~(-1),1.02×106L·mol~(-1)两种瓜环的加入对LD具有较好的增溶效果,且对LD的溶出度均有一定程度的改善,该实验结果为瓜环促进难溶药物溶解度提供了一定的理论依据。     

五元瓜环与氯化钙配合物的合成及晶体结构

利用单晶X-射线衍射分析方法测定了普通五元瓜环(Q5)与Ca2+在氢溴酸里形成配合物的晶体结构。结构表明Ca2+和Q5可以形成类似二聚体形式的短链,每个瓜环的空腔中都包结着溴离子,形成分子胶囊结构。通过[Zn Cl4]2-和游离的氯离子瓜环之间可以形成一维超分子链和网状结构。     

系列瓜环与甲基黄作用体系研究

利用1H NMR技术和紫外-可见吸收光谱法考察了七元瓜环(Q[7])及对称四甲基六元瓜环(TMeQ[6])与甲基黄的分子包结作用,以及体系pH值对主客体作用的影响.结果表明,在体系pH约为1的条件下, Q[7]、TMeQ[6]与甲基黄均有明显的主客体相互作用,形成了1∶1的包结配合物,包结常数KQ[7]-g为3.54×106 L·mol-1,KTMeQ[6]-g为2.50×106 L·mol-1.测试了上述客体与不同瓜环作用体系的线性范围和检出限.     

二甲基五元瓜环与KNO_3、Gd(NO_3)_3配合物的合成及晶体结构

利用单晶X-射线衍射分析方法测定了二甲基五元瓜环(DMeQ[5])与K+及Gd3+两种金属离子形成配合物的晶体结构,结果表明K+及Gd3+分别与DMeQ[5]的两个端口配位,硝酸根离子位于DMeQ[5]的空腔,形成分子胶囊结构。分子胶囊间通过共用水分子连接成一维的超分子链,相邻超分子链通过水分子、硝酸根离子以及瓜环端口的羰基氧之间的氢键作用形成网络结构。     

不同阴离子条件下六元瓜环与硝酸镧的超分子自组装

本文利用X射线单晶衍射方法测定了不同阴离子条件下六元瓜环(Q[6])与La(NO3)3自组装配合物的晶体结构。结果表明,在HNO3溶液中,Q[6]与La~(3+)离子形成1∶2配合物1,La~(3+)离子与两个Q[6]羰基氧原子配位,配合物1阳离子通过游离NO_3~-阴离子与配位水分子间的氢键作用形成超分子链;而在HCl溶液中,Q[6]与La~(3+)离子也形成1∶2配合物2,但组装模式与配合物1不同,La~(3+)离子与三个Q[6]羰基氧原子配位,Q[6]空腔同时包结1个NO_3~-阴离子和1个水分子,形成分子胶囊结构,配合物2阳离子通过配位水分子间的氢键作用形成超分子链。     

2,6-二甲基-N-庚烷基吗啉与瓜环作用的~1HNMR分析

合成制备了2,6-二甲基-N-庚烷基吗啉及其盐酸盐客体分子,利用1H NMR考察了对称四甲基六元瓜环、七元瓜环以及八元瓜环与2,6-二甲基-N-庚烷基吗啉及盐酸盐的相互作用,结果表明上述瓜环均能与2,6-二甲基-N-庚烷基吗啉及其盐酸盐发生相互作用,并选择性包结烷基部分,形成主客体包结配合物。     

NMR study on self-assembled cage complex of hexamethylenetetramine and cucurbit[n]urils

Self-assembled complexes between cage com-pounds cucurbit[n = 5—8]urils and hexamethylenetetramine were studied by using NMR techniques. Experimental results reveal that hexamethylenetetramine can lid cucurbit[5]uril to forming self-assembled capsules in which nothing is encap-sulated yet; the cavity of the cucurbit[7]uril can accommo-date a hexamethylenetetramine molecule to form a self- assembled host-guest inclusion. Moreover, both the cavity interaction of the cucurbit[7]uril with hexamethylenetetra-mine稨Cl and the portal interaction of the dipole carbonyl of the cucurbit[7]uril with hexamethylenetetramine稨Cl lead to form self-assembled capsules in which the hexamethylene-tetramine稨Cl are encapsulated in the hexamethylenetetra-mine稨Cl lidded cucurbit[7]uril. Although the structures of the portal and cavity to cucurbit[5]uril are similar, there is no obvious interaction between decamethylcucurbit[5]uril and hexamethylenetetramine, and also between cucurbit [6]uril or cucurbit[8]uril and hexamethylenetetramine.     

过渡金属离子对八元瓜环溶解性的影响

实验结果表明过渡金属离子对八元瓜环的溶解性有影响。在测试浓度范围里，随着过渡金属离子溶液浓度的增加，八元瓜环的溶解度逐渐降低。通过原子吸收光谱法测定表明八元瓜环单晶中含有金属离子，但是晶体结构测定仅找到八元瓜环的结构，尚未发现八元瓜环与过渡金属离子形成自组装结构。     

瓜环对香料吲哚的分子包结

利用紫外吸收光谱法、荧光光谱法及核磁共振技术考察了瓜环与香料吲哚的分子包结.实验表明,主客体相互作用时,吲哚分子进入瓜环的空腔,形成主客体物质的量之比为1:1的分子胶囊;热力学研究表明主客体包结物的形成与瓜环空腔的疏水作用引起的焓变、熵变有关;用紫外吸收光谱法考察了反应的动力学过程,对于不同的瓜环增大客体或瓜环的初始浓度对体系反应速率常数的影响不尽相同.     

苯胺盐酸盐与瓜环主客体包结物的晶体结构

用X射线单晶衍射方法研究六元瓜环和八元瓜环与苯胺盐酸盐的相互作用及其结构特征。从主客体包结配合物的晶体结构,可以看出苯胺的苯环进入了六元瓜环空腔,形成1：1包结配合物,两分子苯胺以相反的方向平行地进入八元瓜环空腔,形成了2：1包结配合物;表明苯胺与两种瓜环有不同的作用模式。     

光谱法研究葫芦脲对褪黑素的分子识别作用

采用荧光光谱、紫外吸收光谱法研究了葫芦[5]脲、葫芦[6]脲、葫芦[7]脲分别与褪黑素的相互作用,考察了溶液的pH值、常用溶剂等对包合物的形成及荧光强度的影响.实验结果表明,褪黑素与葫芦[7]脲不发生作用,而与葫芦[5]脲和葫芦[6]脲发生相互作用,均形成物质的量比为1:1的稳定的包合物.     

二甲基苯甲酰亚甲基溴锍盐与瓜环的相互作用研究

利用^1H NMR技术、等温滴定量热（ITC）法和紫外吸收光谱等手段,研究了瓜环与二甲基苯甲酰亚甲基溴锍盐的相互作用.结果表明：Q[7]与二甲基苯甲酰亚甲基溴锍盐相互作用时,将其苯环包进Q[7]内腔内,形成1∶1的包结物.而Q[8]将两个二甲基苯甲酰亚甲基溴锍盐的两个苯环包进其内腔内形成1∶2的包结物.进一步通过热分析发现,包结物形成后,能够增强瓜环和二甲基苯甲酰亚甲基溴锍盐的热稳定性.     

六元瓜环对尼古丁捕集作用的测试

作者通过利用^1H NMR技术,荧光光谱和紫外吸收光谱方法,考察尼古丁(gN)与六元瓜环(Q[6]的相互作用情况,三种方法得到的结果相同。结果表明,六元瓜与尼古丁环能相互作用而形成配合物,是一个快速反应,且在pH=3～10时,相互作用效果均很好。     

瓜环与链状客体自组装结构模式的考察

以核磁共振技术为研究手段,系统考察了瓜环(Cucurbit[n]urils n=6)为主体,链状多元胺化合物N,N'-二(吡啶甲基)-二胺基烷烃为客体的主客体包结实体自组装过程及其特殊结构,这些结构还得到ESMS质谱分析的支持.