基于香豆素骨架的新型金属－有机荧光功能材料的构筑及其在超分子化学中的应用

Currently, the research of the coumarin mainly focuses on the optical properties and chemical sensing, but the study of using the coumarin stucture to construct the metal-organic functional materials is reported rarely. The project is planned by functionalization of coumarin to establish a new class of fluorescence supramolecular assembly module, through introducing the good coordination properties of nitrogen-containing heterocyclic ligand subunits such as pyrazole, imidazole, triazole groups, etc. into the coumarin skeleton. Then, the use of supramolecular self-assembly with different metal salts to synthesis of novel metal-organic assemblies and to build the metal-organic framework crystal materials, metal-organic nano-materials and a variety of functional metal-organic gel soft materials. The study with their luminescent properties and structural characteristics could shed new light on conventional understanding of supramolecular self-assembly behavior and may offer new insights into constuction of fluorescent metal-organic functional materials. Moreover, these advanced materials will be further applied in optics, the host-guest recognition, and biomedical imaging. This work is useful for development of other functional materials in the field of chemistry.

目前国内外对香豆素的研究主要集中在光学特性及化学传感方面，利用香豆素骨架构建金属－有机功能材料的研究报道极少。本项目拟通过对香豆素进行功能化修饰，在香豆素骨架中引入吡唑、咪唑、三唑等具有良好配位性能的含氮杂环配位亚基，组建一类新型的荧光超分子组装模块，利用超分子自组装作用与不同金属盐合成新型金属有机组装体，构筑具有荧光特性的金属－有机框架晶体材料、金属-有机纳米材料以及各种功能性金属－有机凝胶软材料，研究它们的发光性能与结构特征，探讨它们的超分子自组装行为，为荧光金属-有机功能材料的构筑提供新的设计理念，并进一步拓展其在光学、主客体分离、生物医学成像等方面的应用，为香豆素类化合物在材料化学领域的应用开拓新的生长点。本项目设计思路新颖、可行性强，与国内外相关工作相比，不失原创性和先进性。

香豆素类化合物以其优异的光学性能、良好的光稳定性备受青睐，是用于荧光标识的有机染料分子的理想选择。目前设计和发展荧光探针检测重金属离子已成为超分子化学的一个热门领域并受到化学家们极大的关注。但由于受到含有香豆素骨架的主体分子水溶性以及极性溶剂中氢键稳定性等因素的限制，设计能在水溶液中具有高选择性识别能力的香豆素衍生物探针迄今是一项巨大的挑战。本项目利用分子内电荷转移（ICT）荧光淬灭机制成功构建了一类基于香豆素骨架的含氮基（氮杂环、氨基、硫脲基等）的小分子荧光探针，实现了在水溶液中对重金属钯离子或汞离子的快速高效选择性识别，达到环境监测的目的。此外，成功合成了一种新型结构简单、构象刚性的单齿苯并咪唑香豆素超分子组装模块，并利用其与过渡金属离子的超分子自组装构筑了金属－有机凝胶软材料。我们还发现不同的阴离子会影响刚性单齿咪唑配体与金属钯盐的自组装过程，从而可以获得不同形态的超分子结构。我们共发表SCI收录论文10篇。