瓜环基纳米孔道超分子实体的设计、合成与性质研究

本项目拟以项目组研制的改性瓜环为基本构筑元件，设计、合成瓜环与金属离子及其配合物、簇化合物等作用构筑具有功能性纳米孔道结构的超分子实体；设计、合成瓜环与有机分子作用形成的类轮烷自身作用、或与金属离子及其配合物、族化合物等作用构筑的具有功能性纳米孔道结构的超分子实体。同时利用核磁共振技术、单晶X-射线衍射、质谱、电化学以及多种光谱方法，考察合成得到的超分子自组装实体的结构特征、热动力学等性质，研究设计并合成具有功能性多孔洞或多孔道结构的超分子自组装实体规律，并在此基础上进行其结构解析与基本性质的研究，为进一步的应用奠定基础。

本项目以项目组研制的改性瓜环为基本构筑元件，设计、合成瓜环与金属离子及其配合物、簇化合物等作用构筑具有功能性纳米孔道结构的超分子实体；设计、合成瓜环与有机分子作用形成的类轮烷自身作用、或与金属离子及其配合物、族化合物等作用构筑的具有功能性纳米孔道结构的超分子实体。同时利用多种方法考察合成得到的超分子自组装实体的结构特征、热动力学等性质，研究设计并合成具有功能性多孔洞或多孔道结构的超分子自组装实体规律，并在此基础上进行其结构解析与基本性质的研究，为进一步的应用奠定基础。. 首先，以改性瓜环或以瓜环类轮烷为基本构筑元件，通过分子间的非共价键相互作用，如配位作用、瓜环疏水性笼体作用、离子-偶极作用、氢键、堆砌作用、C-H相互作用等，自发构筑了一系列瓜环基多维、多层次自组装超分子实体。如二甲基五元瓜环与锶离子直接配位形成六瓜环的六元环结构，在瓜环配位化学中首次实现了由一维配位聚合物向环状配位聚合物的转换；1,2,4三环己基五元瓜环通过与钾离子直接配位形成十瓜环的十元环结构，进而形成环套环的索烃结构，最终构筑形成由这些分子手镯构成的三维网状结构的超分子实体等。. 其次，在研究瓜环诱导有机分子产生流体室温磷光的研究中偶然发现：五元瓜环能够诱导比其孔径大得多的萘酚产生室温磷光。由其产生机制（萘羟基与瓜环端口羰基氧原子间的氢键作用、金属离子（K+）与瓜环端口羰基氧原子间的离子偶极作用、金属离子与微扰重原子碘离子键的静电作用，而最重要的可能是萘酚与瓜环端口羰基键的π···π堆砌作用以及苷脲腰上亚甲基与萘酚芳环的C-H···π相互作用）建立，为项目组创立和开展有机分子诱导构筑瓜环基多维、多层次超分子自组装实体的研究奠定了基础。. 另外，项目组根据铁配合物[FeCl4(H2O)]-诱导六元瓜环形成结构特殊的超分子自组装体的研究结果，创立和开展了无机分子诱导构筑瓜环基多维、多层次超分子自组装实体的研究。如十甲基五元瓜环与钡离子只能形成分子碗结构；引入ZnCl4离子，则形成螺旋结构的一位配位聚合物。. 综上所述，项目组发明并创建了1）烷基取代瓜环自发；2）有机分子诱导；3）无机分子诱导的三种方式，构筑基于直接配位作用的瓜环基多维、多层次超分子自组装实体瓜环基多维、多层次超分子自组装实体的研究，在瓜环化学中开辟了一个新的研究方向。