[發(fā)明專利]一種螺旋超分子材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110555206.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113214494B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王明;于浩;蔣鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G83/00
• 分類號(hào): C08G83/00;G01N24/08;G01N27/62
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

本發(fā)明的一種螺旋超分子材料及其合成方法與應(yīng)用屬于超分子化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。所述的螺旋超分子材料，是由多齒三聯(lián)吡啶(tpy)配體分子和過渡金屬M(fèi)構(gòu)成的螺旋結(jié)構(gòu)配合物，制備方法主要步驟包括：化合物Z的合成、多齒三聯(lián)吡啶配體的合成、多螺旋超分子材料的合成等，所述的螺旋超分子材料可作為主體與客體杯[n]芳烴發(fā)生主客體識(shí)別。本發(fā)明將多齒三聯(lián)吡啶配體與過渡金屬組裝，利用三聯(lián)吡啶配位角度180°的特征，得到具有不同空腔大小、不同空間限制的多螺旋超分子，每個(gè)螺旋超分子可根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)特征去特異性識(shí)別客體分子，這使得主客體系統(tǒng)更加完善。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超分子化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多螺旋超分子結(jié)構(gòu)材料的合成，可應(yīng)用于對(duì)杯[n]芳烴(n＝4-8)進(jìn)行主客體識(shí)別。

背景技術(shù)

超分子化學(xué)這一概念早在上個(gè)世紀(jì)70年代被提出，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展成為了化學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。非共價(jià)相互作用是研究超分子化學(xué)的基礎(chǔ)，包含氫鍵、離子鍵、π-π堆積、配位鍵、親疏水等。其中，基于金屬-配體配位驅(qū)動(dòng)的分子自組裝由于合適的鍵能和導(dǎo)向性，已經(jīng)成為構(gòu)筑精準(zhǔn)離散超分子組裝體最有效的策略之一。對(duì)于多吡啶配體以及吡啶的各種衍生物來說，由于其中的氮原子含有固定的孤對(duì)電子，所以吡啶基配體能夠與多種金屬鹽產(chǎn)生配位作用，吡啶類超分子結(jié)構(gòu)大大豐富了超分子體系的內(nèi)容，是配位化學(xué)中經(jīng)典的體系之一。其中一種被經(jīng)常使用的吡啶類構(gòu)建基元就是三聯(lián)吡啶(tpy)，三聯(lián)吡啶衍生物由于它們對(duì)不同的裸過渡金屬離子有較強(qiáng)的結(jié)合能力，在超分子自組裝領(lǐng)域引起相當(dāng)大的關(guān)注。目前，通過三聯(lián)吡啶基配體與金屬離子的配位已經(jīng)成功構(gòu)建了許多二維的結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和新穎性也在不斷提高。但是由于三聯(lián)吡啶和金屬離子的配位角度一般固定在180°，所以通過設(shè)計(jì)基于三聯(lián)吡啶的配體使其與金屬配位成精準(zhǔn)可控的三維超分子結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)難題，這限制了三聯(lián)吡啶配位在三維超分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一種多齒三聯(lián)吡啶配體，為了減少三聯(lián)吡啶八面體配位的空間位阻，將三聯(lián)吡啶單元設(shè)計(jì)到了最終結(jié)構(gòu)的中心。通過這些配體和過渡金屬的組裝成功合成了一系列三維螺旋超分子結(jié)構(gòu)。

在眾多超分子體系中，主客體識(shí)別體系在過去幾十年中受到了廣泛的關(guān)注，主客體識(shí)別的應(yīng)用包括對(duì)特定客體分子的靶向識(shí)別、混合物的純化以及產(chǎn)生新的不對(duì)稱催化途徑等。其中，三維的金屬有機(jī)超分子體系由于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，具有特殊的內(nèi)部腔體和易修飾的官能團(tuán)配體，所以，設(shè)計(jì)合適的組裝基元，精準(zhǔn)調(diào)控三維分子籠的腔體，使其可以特異性識(shí)別并封裝指定的客體是三維金屬有機(jī)超分子體系的研究熱點(diǎn)之一。在超分子客體分子的封裝研究中，絕大多數(shù)的研究把客體集中在規(guī)則結(jié)構(gòu)上，例如聚芳烴和富勒烯，很少有報(bào)道把具有復(fù)雜構(gòu)象的杯芳烴作為客體的研究。所以，利用三維金屬有機(jī)超分子對(duì)杯芳烴進(jìn)行主客體識(shí)別的研究有著很大的價(jià)值。

三維金屬有機(jī)超分子的主客體識(shí)別主要原理：首先三維金屬有機(jī)超分子提供合適大小的空腔與適當(dāng)?shù)目臻g限制來容納及約束客體分子，其次超分子主體和客體之間通過一種或幾種非共價(jià)作用力形成主客體結(jié)構(gòu)，所涉及的作用力包括π-π作用力、靜電作用力和疏水作用力等。三維金屬有機(jī)超分子的空腔和客體之間良好的尺寸和形狀匹配十分重要，主體空腔狹小會(huì)使客體在三維超分子主體內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到限制，而主體太大的空腔將減弱主客體間的范德華作用力及靜電吸引力。所以，針對(duì)不同的大小、形狀的客體要通過具有合適空腔大小的三維超分子與其發(fā)生主客體作用。

但已報(bào)導(dǎo)的主客體系統(tǒng)中，對(duì)于三維金屬有機(jī)超分子主體的空腔大小和整體空間約束上的調(diào)節(jié)還存在不足，這導(dǎo)致了像杯芳烴這樣具有復(fù)雜構(gòu)象的客體無法被合適的主體識(shí)別，使得主客體系統(tǒng)不完善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有主客體系統(tǒng)存在的不足，提供一種具有不同空間限制、不同空腔大小的三維多螺旋超分子材料，以及該多螺旋超分子材料的合成方法和作為主體特異性識(shí)別杯[n]芳烴(n＝4-8)客體方面的應(yīng)用。

上述的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種螺旋超分子材料，是由多齒三聯(lián)吡啶(tpy)配體分子和過渡金屬M(fèi)構(gòu)成的螺旋結(jié)構(gòu)配合物，具有如下的分子結(jié)構(gòu)：