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。     

瓜环基超分子水凝胶的构筑及应用

瓜环基超分子水凝胶通过分子间弱相互作用驱动而成，具有良好的刺激响应性能。根据驱动力类型瓜环基超分子水凝胶可分为三种类型：依托瓜环自身诱导的外壁作用为主、氢键作用为辅助驱动力；依托瓜环主客体包结作用为主要驱动力；依托瓜环主客体端口作用为主要驱动力。对国内外以及本实验室报道的瓜环基超分子水凝胶的结构及应用进行归纳总结，为进一步开发性能优异的水凝胶提供理论依据。     

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。     

瓜环基主客体探针对金属离子的识别和响应

瓜环具有接近电中性的空腔和负电性羰基端口的结构特征,这不仅能使瓜环(空腔)包结不同的客体分子形成主客体包结配合物,还能使瓜环(端口)与金属离子配位形成配合物,从而形成了以瓜环主客体化学为主流、瓜环配位化学为辅的瓜环化学格局。然而金属离子的存在可能影响瓜环主客体相互作用,或竞争削弱瓜环主客体相互作用或协同促进瓜环主客体相互作用,从而使原有瓜环主客体性质发生改变。本文抓住这一特性,对国内外以及重点实验室在这方面研究进行较全面的归纳和总结,并拟开展"瓜环基主客体探针对金属离子的识别和响应"的研究课题,为瓜环化学开辟一个新的研究方向。     

寡聚芳酰胺类受体在分子识别方面的研究进展

寡聚芳酰胺是一类以芳环为构筑单元、酰胺键链接的稳定化合物，因含有氢的供体和受体使它对客体分子表现出特殊的识别能力，目前已成为国内外研究的热点领域之一。结合近年来国内外相关文献，首先综述了寡聚芳酰胺受体高效识别有机分子的研究进展，目前认为它主要通过氢键来识别醇类、胺类以及糖类等客体分子，并可通过修饰受体分子来提高选择性识别客体的能力；其次介绍了该受体识别无机分子的研究现状，当前研究较多客体分子包括富勒烯、水分子、肼、双氧水等，π-π共轭和氢键是该受体主要识别作用力；然后分别综述了该类受体分子在识别阳离子和阴离子方面的进展，前者包括有机阳离子、碱金属以及过渡金属，识别它们的主要作用力有配位键和氢键，后者包括无机阴离子和有机阴离子，识别它们的是电荷中性偶极作用力。然而，该类受体在制备和识别环境方面存在着不足，制备功能特定、性能稳定的寡聚芳酰胺受体分子是未来发展方向。
     

六元瓜环与La(Ⅲ)离子在不同阴离子Cu(Ⅱ)盐诱导作用下的晶体结构

在CuCl2或Cu(NO3)2存在条件下,分别合成了六元瓜环(Q[6])与La(NO3)3形成的配合物,并通过单晶X-射线衍射方法对其结构进行了测定。结果表明,在两种不同阴离子铜(Ⅱ)盐诱导作用下,Q[6]与La3+离子都直接配位形成了"半分子胶囊"结构的配合物。进一步研究表明,在CuCl2溶液中,六元瓜环(Q[6])与La(NO3)3形成的"半分子胶囊"通过结晶水分子形成了一维超分子链。而在Cu(NO3)2溶液中,六元瓜环(Q[6])与La(NO3)3形成的"半分子胶囊"则通过共用硝酸根阴离子形成了一维超分子链。     

萘系偶氮型通用染料结构与染色性能之间关系

从超分子化学角度研究了双萘环和单萘环通用染料在染色过程中的构效关系.对腈纶纤维染色时,由于双萘环染料分子对相邻阴离子染席的空间屏蔽作用,其上染率下降.对涤纶纤维染色时,染料分子自身的空间结构对上染率的影响不明显.对棉纤维染色时,由于双萘环染料分子对纤维的直接性好、磺酸基在分子中所占的比例低,其上染率提高.对羊毛和丝绸染...     

光响应型主客体超分子聚合物

通过主客体非共价键作用将光响应基团引入超分子聚合物体系中可以获得光响应型超分子聚合物,此类聚合物在自愈合体系、聚集诱导发光、光控组装等领域具有重要应用。综述了近期基于冠醚、环糊精、杯芳烃、柱芳烃和葫芦脲为主体的光响应超分子聚合物的合成与性质,并对此类主客体超分子聚合物的发展前景进行了展望。     

超分子包合技术在新药研制中的应用

在药物研究中用以进行超分子包合研究的主体有冠醚、环糊精、杯芳烃及瓜环等,它们均具有穴状结构,能通过非共价键与离子及中性分子形成超分子,可以提高药物的稳定性。本文重点介绍了这几种主要的超分子包合主体在药物研发中的应用研究进展,并对超分子包合技术在新药研制中的应用前景进行了展望。     

铁-芳烃络合物阳离子光引发剂的合成、引发活性及活性中心浓度测定

合成了六种具有不同阳离子结构和不同配阴离子的铁芳烃络合物光引发剂.测定了氧化环已烯聚合中的活性中心浓度,发现活性中心浓度随聚合时间线性增加,而随聚合温度增加有一极大值.引发剂芳环取代基给电子性愈强,引发活性愈大.阳离子结构相同的引发剂,以六氟锑酸根为配阴离子的引发剂活性比六氟磷酸根为配阴离子的引发剂活性大.测定了环戊二烯基异丙苯铁六氟磷酸盐的紫外光谱.     

寡聚芳酰胺类受体在分子识别方面的研究进展

寡聚芳酰胺是一类以芳环为构筑单元、酰胺键链接的稳定化合物,因含有氢的供体和受体使它对客体分子表现出特殊的识别能力,目前已成为国内外研究的热点领域之一。结合近年来国内外相关文献,首先综述了寡聚芳酰胺受体高效识别有机分子的研究进展,目前认为它主要通过氢键来识别醇类、胺类以及糖类等客体分子,并可通过修饰受体分子来提高选择性识别客体的能力;其次介绍了该受体识别无机分子的研究现状,当前研究较多客体分子包括富勒烯、水分子、肼、双氧水等,π-π共轭和氢键是该受体主要识别作用力;然后分别综述了该类受体分子在识别阳离子和阴离子方面的进展,前者包括有机阳离子、碱金属以及过渡金属,识别它们的主要作用力有配位键和氢键,后者包括无机阴离子和有机阴离子,识别它们的是电荷中性偶极作用力。然而,该类受体在制备和识别环境方面存在着不足,制备功能特定、性能稳定的寡聚芳酰胺受体分子是未来发展方向。     

杯芳烃自组装的非共价键的协同作用

本文主要综述杯芳烃衍生物通过氢键、金属诱导配位、π-π作用、疏水作用等非共价键弱相互作用力在超分子化学的分子自组装的协同作用。     

部分甲基取代瓜环合成技术的改进与分离的研究

瓜环(cucurbit[n]uril)是继冠醚(crown ether)、环糊精(cyclodetrin)和杯芳烃(calixarene)之后备受瞩目的一类新型笼状大环主体分子化合物,它在主客体化学、自组装超分子化学等领域展现良好的应用前景.然而,瓜环的溶解度小、分离纯化难限制了它的进一步研究与应用.本文研究了以苷脲二聚体和甲基苷脲二醚合成部分甲基取代瓜环(n=5,6,7)的技术(即合成二甲基取代五元(DiMe-Q[5])、对四甲基取代六元瓜环(TMe-Q[6])、二甲基取代七元瓜环(DiMe-Q[7])的混合物);并研究了色谱分离部分甲基取代瓜环的方法,经1HNMR表征证明,用色谱分离的方法可分离得到纯度较高的DiMe-Q[5]、TMe-Q[6])和DiMe-Q[7]).     

丙氨酰胺基硫脲及其阴离子配合物的手性传递

通过改变丙氨酸N端的取代基,设计合成了2种基于丙氨酸残基的酰胺基硫脲衍生物.通过X-射线单晶衍射、核磁共振波谱、吸收光谱和圆二色(CD)光谱等方法研究了2种不同取代基对硫脲分子自身及其阴离子络合物的氢键网络的影响以及由此引起的手性传递能力的不同.实验表明,当丙氨酸N端取代基为N,N-二甲基甘氨酸残基时,其羰基氧能与硫脲基团中的NH以分子内十元环氢键结合,分子呈折叠构象,实现了手性从丙氨酸残基到苯基硫脲基团的传递.阴离子加入后,该分子的硫脲基团与阴离子以双重氢键结合,分子原有的氢键网络发生改变,羰基氧与酰胺氮氢(NH)之间七元环氢键的存在将手性更多的限制于丙氨酸残基部分,手性传递至阴离子结合部位的效率极低.而N端被二甲基取代的硫脲衍生物由于分子内不同的氢键网络而表现出不同的手性传递能力:结合阴离子前,分子本身不具有折叠构象而无手性传递发生,结合阴离子后,新的氢键网络诱导了手性信号的长程传递.     

六元瓜环与氯化钾分子的晶体结构

利用X-射线衍射方法测定六元瓜环(Q[6])与氯化钾分子形成的超分子自组装结构。在该化合物结构中,具有平行四边形结构的双氯化钾分子为"胶囊盖",包结了一个1,4-二氧六环分子的六元瓜环为"胶囊体",通过瓜环端口的羰基氧原子与钾离子的配位作用形成一个分子胶囊结构以及形成一维超分子链,进一步形成超分子结构实体。     

芳环取代基σI,σC对FMO能量贡献的定量分离研究

分离了芳环上取代基诱导效应能和共轭效应能，对Ph（X）n的（X）n基属性从能量角度提出量化解释及定量应用．     

多金属氧簇复合物体系的可逆动态组装、可控光致变色及超分子催化研究报告

分子自组装是分子自发形成特定有序聚集结构的过程。为了建立新的功能自组装体系,实现分子聚集体由单组分到多组分、由静态到动态,并通过环境变化进而实现从聚集体结构可控发展到功能可控,在过去一年里,我们从无机金属氧簇和与之匹配的有机组分构筑基元设计入手,通过组分间结构匹配和作用方式、组装性质、刺激响应及功能特性调节,合成了一系列新的以无机簇阴离子为核、以修饰的有机阳离子为壳的双组分通过静电相互作用形成的、具有刺激响应性和适应不同功能需要的、结构形态可变的两亲性超分子复合物预组装体。我们以研究复合物自组装形成的多级聚集结构为基础,通过揭示响应基团与组装结构间的联动关系,获得了具有可逆转变特性的分子组装体并阐明了动态转变过程和机理。在此基础上,我们利用溶液中组装结构的动态可调控特性,通过光照和温度变化调控分子间相互作用,实现了水相中分子聚集体的组装与解组装、极性相和非极性相之间的可逆相转移、可逆氧化还原和相转移催化氧化功能。该年度的工作实现了将有机和无机组分通过多种相互作用整合到同一个组装体系中,揭示了多金属氧簇超分子复合物的手性转移和可逆光致变色、手性组装结构与非手性组装结构的动态结构可逆转变和机理,同时实现了同时含有主体和客体基团的超分子复合物自识别、手性转移和手性放大的光调控。这些工作将为实现该研究的下一步目标提供很好的基础。     

柱芳烃单分子管人工通道构筑及其对手性氨基酸的选择性跨膜输送

该课题通过设计结构精确的分子单体,通过氢键、配位作用及疏溶剂作用和pi-pi堆积作用等为驱动力,构筑多层次的自组装体系,进而探索组装体的功能。2013年度,我们根据计划书要求开展工作,在以下几个方面取得重要进展:(1)设计了一类三角型平面分子,在其周围引入单N-苯基联二吡啶VB+,通过葫芦脲[8]对两个VB单元的强络合作用,在水相中实现了有序蜂窝型超分子有机框架(SOF)结构的自组装。(2)设计了两类刚性四面体分子,分别引入4个紫精和四硫富瓦烯片段,在把紫精还原或把四硫富瓦烯氧化为正离子自由基后,这两类正离子自由基在水相强烈堆积,从而诱导其形成三维网络超分子组装结构。(3)利用氢键控制芳香酰胺线性分子的构象,从而研究其结构-性质关系,并进而利用构象控制开展分子识别与自组装研究。1利用单分子力谱首次研究了驱动形成芳香酰胺螺旋孔状结构的氢键的强度及不同位置氢键强度的差异;2利用手性离子对识别,从并入氢键折叠片段的UPy四氢键组装单体构筑了一类交替堆积的手性超分子聚合物;3设计合成了两个大环分子,引入酰胺和1,2,3-三氮唑片段,通过对二酰胺和三碘客体分子的氢键和卤键结合,研究了分子间氢键和卤键的相对强度;4设计了新的双卟啉和三卟啉主体分子,通过分子内氢键诱导其形成刚性梳型构象,进而用于研究配位作用和堆积作用协同诱导的多组分超分子结构组装。(4)在配位自组装研究方面取得重要进展:1研究了含有氮杂环卡宾-金属键的金属有机大环分子的合成,发现氮杂环卡宾与11族金属(Cu,Ag,Au)可以形成较强的配位键,由此获得了中间桥连基团是不同长度、含有不同吡啶数目的系列金属有机大环分子;2对含有多配位位点的氮杂杯吡啶大环分子进行配位组装及金属簇可控合成的机理进行了深入研究。发现含有多个配位位点的氮杂杯吡啶大环分子可以结合多个金属离子,形成一个分立的组装结构,并且一种大环分子与某种特定金属形成的复合物结构具有很好的稳定性,金属与配体的比例较为固定。(5)利用柱芳烃为骨架,构筑了一类新的自组装单分子纳米管,通过引入由苯丙氨酸构成的肽链,延长了单管长度并引入手性,从而实现了对氨基酸跨膜输送的手性选择性。     

1，4二环己基取代六元瓜环与Sr（Ⅱ）自组装实体的合成与晶体结构

合成了-1，4二环己基取代六元瓜环(DCYQ[6])与硝酸锶形成的配合物，其结构为单晶X-射线衍射方法所确定。在此自组装结构中，一个DCYQ[6]分子包结一个硝酸个阴离子，而在DCYQ[6]的两羰基极性端口又与两锶离子作用形成一分子胶囊结构，而这些分子胶囊间又通过氢键自组装形成一维超分子结构。     

杯芳烃内相中3-环丁烯砜的分解反应研究

采用分子动态模拟及量子化学方法对杯芳烃内相中3环丁烯砜的取向及分解为二氧化硫和丁二烯的反应进行了研究。结果表明,3-环丁烯砜在杯芳烃分子反应器中发生分解反应的活化能比在自由状态下反应的活化能略高,这与3-环丁烯砜在杯芳烃中的表观分解温度提高的实验现象吻合。分析分子反应器与小分子的相互作用能以及分子反应器的变形能随反应进程的变化趋势,发现活化能的变化主要源自分子反应器与小分子的相互排斥作用。