σ-穴键和π-穴键基础及应用研究

The electrostatic potential hole of molecular surface refers to a positive electrostatic potential region of a molecular entity. Specially, the σ-hole refers to the positive electrostatic potential region of a molecular entity along extensions of Y-L covalent σ-bonds (Y= element with higher electronegativity, L=X/Se/P/Ge/H, halogen, chalcogen, pnicogen, silicogen and hydrogen, respectively). The π-hole represents a region with positive surface electrostatic potential in the direction perpendicular to the σ-framework of the aromatic or non-aromatic molecular entity. The noncovalent and diractional attraction interaction between σ-hole or π-hole and a negative site (B) is called a σ-hole bond or π-hole bond, respectively. The project wants to construct the separation and recognition systems of haloperfluorobenzenes, TNT etc by σ-hole bond or π-hole bond; to assembly the phosphorescent cocrystals with tunable emission colors; to explored whether some halogenated perfluorocompounds with σ-hole or π-hole, or both σ-hole and π-hole produce σ-hole or π-hole bonding with bio-receptor which is important in explanation of the toxicological effect of these potential persistent organic pollutants. This project possesses important scientific significance due to it provide new chemical interaction principle for recognition of molecules and anions, separation science and function-oriented assembly of new materials. Also it provide new chance for understanding better chemical events and promoting the development of chemistry and analytical chemistry

分子实体中沿着Y-L共价σ-键键轴延伸的外围中心正的表面静电势区域(Y：具有较大电负性的元素，L分别为卤素/硫素/磷素/硅素/氢原子)称为σ-穴；垂直于芳香或非芳香分子实体的σ-骨架平面的正的表面静电势区域称为π-穴。σ-穴和π-穴与富电性位点之间有方向性的非共价的吸引相互作用，分别称之为σ-穴键和π-穴键。利用σ-穴键和π-穴键构建卤代全氟苯类、TNT等敏感物质的分离和识别体系。同时，利用σ-穴键和π-穴键组装磷光晶体材料，并探讨调制磷光发射的光物理机制。进一步尝试σ-穴键和π-穴键在全氟卤代烃这类潜在持久性有机污染物与生物受体可能的作用。项目为分子和离子识别、分离科学、功能导向组装新材料提供新的化学作用原理，为加深对物质世界的认识、推动化学及分析化学的发展提供新的契机。

σ-穴和π-穴键是分子识别和组装功能材料的源动力。分子实体中沿着Y-L共价σ-键键轴延伸的外围中心正的表面静电势区域(Y：具有较大电负性的元素，L分别为卤素/氧素/氮素/碳素/硼素/氢原子)称为σ-穴；垂直于芳香或非芳香分子实体的σ-骨架平面的正的表面静电势区域称为π-穴。σ-穴和π-穴与富电性位点之间有方向性的非共价的吸引相互作用，分别称之为σ-穴键和π-穴键。 σ-穴键包括卤键，氧素键，氮素键，碳素键，硼素键和氢键。.定义软腔主体为，在保持主体基本框架结构稳定的基础上，依据包合客体分子的几何（尺寸和形状）和作用位点特性而调节自身腔体尺寸和形状的超分子实体称之为软腔主体。软腔主体可调的空间结构以适应于不同的客体，可以被应用于（1）获取固态离散分子发光。（2）实现转子分子的构象识别。（3）调节离散客体的发光行为。.此外，利用杂原子的位置的不同、取代基供电子和吸电子效应的差异、平面和蝶状非共面型分子、碘原子参与n-π*跃迁等途径调制卤键组装复合晶体的发光特点。在晶态材料中，提出σ-穴键和π-穴键俘获和增稳三线态激子的思想。.基于分子表面静电势的差异性（ΔSEP）和分子的几何因子fGeo， 可以预测供-受体分子间的键合模式，为在分子水平设计发光材料、阐明功能材料中分子基元之间相互作用机制提供了科学基础。.在分离科学方面，利用σ-穴键和π-穴键作为新的保留机制，实现碘代全氟苯的固相萃取分离和富集。.设计了系列二氰基乙炔和氨分子间新奇的π-环-穴键和氢键复合物，预测了星际分子间新的非共价键相互作用模式。预测了氨分子稳定的六环状和双六环状组合体。该研究结果对于氨化学本身、以及氨基新能源和天文学研究具有重要意义。