功能基复合主体化合物分子识别的模拟计算和实验验证

分子识别是超分子化学的核心研究内容之一，主体化合物识别客体的高选择性和协同性一直是理论和实验研究者追求的目标。本项目拟理论设计以大环主体分子（如冠醚、环糊精、杯芳烃、卟啉等）的分子识别功能基团通过桥联基团（酯基、酰胺基、烃基等）以共价键或非共价键而形成的复合超分子主体化合物，研究这些主体化合物对离子（金属阳离子、卤素阴离子、无机酸根离子、离子对）和中性分子（染料分子、污染性小分子）的识别行为。主要运用量子力学和分子力学组合方法(QM/MM)以及分子动力学模拟(MD)方法，借助弱相互作用图形化分析（Multiwfn）手段,探讨主-客体间的作用本质，确定分子识别模式，讨论温度、酸度、溶剂等对识别的影响。筛选可与客体形成稳定包合物的复合主体化合物用于实验合成，利用电化学与光谱学等方法测量分子识别体系的动力学与热力学参数，验证模拟计算结果，为优选的复合主体化合物应用于化学传感器的制备奠定基础。

分子识别是超分子化学的核心研究内容之一，主体化合物识别客体的高选择性和协同性一直是理论和实验研究者追求的目标。大环主体化合物的功能化复合即保留了各自原有的识别性能又展现了新的功能，是获得理想的超分子主体化合物的有效途之一。本项目涉及的复合主体化合物有：化学修饰以及石墨烯桥联环糊精、化学修饰杯芳烃及其冠醚复合物、功能化的杯吡咯、化学修饰（金属）卟啉及其石墨烯偶联体系。本项目的主要内容是研究这些主体化合物对客体物质（中性分子、离子、离子对）的识别性能。主要运用量子化学计算和分子动力学模拟方法并结合部分实验验证，系统探讨主-客体间的作用本质。该项目的开展有助于选择适当的模拟计算方法，提高了研究复杂体系的能力。提出了典型大环主体化合物的功能化修饰的新途径，发现了若干选择性和特异性优越的复合主体模型。本项目所得结果，可为从分子识别到超分子组装乃至超分子器件的应用研究提供理论依据。