非共价相互作用诱导的碳水化合物的全降解与结构变迁

非共价相互作用的形成和表现是超分子化学的重要内容, 最近，在以环糊精(CD)作为主体考察分子间非共价相互作用的过程中，我们发现了两个非常有趣的现象：首先, 依赖特定组合构筑的多组分聚集体，可极大地促进CD的热降解, 某些组合甚至能够实现在较低温度下的全降解；其次, 在少量特定无机盐的诱导下，CD的热降解机制发生了根本性地转变，糖结构能转化为芳香结构比如系列卓鎓离子等. 这些发现促使我们尝试更深入地探讨这类非共价相互作用中非糖组份所起到的深层次作用机制, 并希望拓展它们以应用于广大的碳水化合物. 通过研究糖结构因非共价相互作用所诱导的构型转化和热降解，一方面可实现从大量的碳水废弃物中提取珍贵的化工原料，另一方面，可实现在较低温度下使这些碳水废弃物达到充分热降解. 我们相信这项工作不仅对丰富和发展超分子化学有重要的理论意义，而且在工业应用和生活垃圾处理方面将有不可估量的应用前景.

目前该项目已顺利完成. 首先, 依赖特定组合构筑的多组分聚集体, 可极大地促进β-CD 的热降解, 某些组合甚至能够实现在较低温度下的全降解, 例如: 不同无机盐LiCl, NaCl, CaCl2, CuCl2,Na2CO3, Na3PO4等可使β-CD的降解温度有较大的提升; 金属纳米离子Fe也可促进普通聚合物PEG, PPG, PTFE等提前降解直至部分可达到全降解; 更为有趣的是, FeCl3能诱导β-CD甚至是淀粉, 纤维素这样的高分子量碳水化合物实现低温提前(373K)碳化和高温全降解. 其次, 在少量特定无机盐的诱导下, CD 的热降解机制发生了根本性地转变, 糖结构能转化为芳香结构比如系列卓鎓离子等, 且这一重要发现已被应用于普通聚合物的研究过程中. 例如, 一组相对丰度较高的卓翁离子和羟基卓鎓离子, m/z 39.023 (C3H3+, 27.35%), 65.039 (C5H5+, 7.02%), 91.053 (C7H7+, 18.58%) 和C3H3O+ (55.018), C4H4O+ (68.027), C5H5O+ (81.034), C7H7O+ (107.047)被发现在无机盐和β-CD的加合物降解过程中; 两个稀罕的分子离子 CO22+ 和 O4+ 同时出现在六氰根和铁酸钾与β-CD加合物的降解过程中, 我们提出了一个亚稳态离子(C2H4O3+)的用来解释了稀罕离子碎片的出现; 在Fe纳米粒子对普通聚合物的热降解过程中发现了很多有趣的现象, 比如C4H8O2+ 的相对丰度从62.5 到 100% 和 C4H9O2+ 从 100 到54.3%, 一些大的碎片比如C6H13O3+ 和C8H17O4+在高温时候的消失,这类结构变迁说明Fe纳米离子能改性聚合物的裂解模式. 这些发现促使我们更深入地探讨这类非共价相互作用(分子-离子和分子-原子)所起到的深层次作用机制, 并拓展它们以应用于广大的碳水化合物和聚合物的构型转化和热降解. 实现从大量的碳水废弃物中提取珍贵的化工原料和在较低温度下使这些碳水废弃物达到充分热降解. 已发表标注该基金资助的SCI收录论文共计27篇, 其中影响因子大于3的有18篇(见附件). 已培养博士生1人, 硕士生9人, 其中多位同学获得不同类型奖学金或荣获优秀毕业生称号.