“大环多胺-多酸”主客体自组装体系的构建与催化性能研究

The purpose of this study is to design and synthesize a new type of macrocyclic polyamine-polyoxometalate (MCP-POM) host-guest compounds. It is expected to synthesize MCP-POM host-guest compounds with high catalytic efficiency and novel structures based on the organic components of MCP ligands with molecular recognition abilities and the inorganic components of POMs with catalytic properties according to supramolecular self-assemble principle of crystal engineering. The regularity of syntheses and structures of the MCP-POM compounds will be summarized. The crystal structures of these compounds will be determined by single-crystal X-ray diffraction, and the compounds will be characterized by elemental analyses, thermogravimetric analysis (TGA), IR, etc. The catalytic performances of the compounds on esterification and transesterification reactions and the influence of their structures on the catalytic performances will also be studied. Conclusively, in order to develop the POM type of catalysts, the MCP-POM compounds with high catalytic efficiency, excellent selectivity and high structural stability will be selected for further research.

本课题以设计、合成新型的大环多胺-多酸的主-客体化合物为研究目标，借鉴晶体工程学超分子自组装原理，以具有分子识别功能的大环多胺及其衍生物配体为有机构件，以具有优良催化性能的多金属氧酸盐化合物为无机构件，通过两者强强联合，预期合成出具有较高催化效率和新颖结构的多种类型大环多胺-多酸主-客体化合物；总结此类化合物的合成及结构方面的规律性。用各种手段对目标合物进行表征，并通过X射线衍射技术测定它们的结构；考察这类化合物对酯化反应和酯交换反应的催化性能；总结此类化合物结构与催化性能关系的规律，筛选催化效率高、选择性好、结构稳定的大环多胺-多酸化合物，为寻找新类型多酸催化剂及实际开发与应用提供研究基础。

大环多胺是一类含有多个氨基的独特的螯合大环分子，是冠醚中的氧全部被氮取代的产物，由于其具有独特的可调节大小的空腔结构和特殊的性能，使之与金属离子配位后能显示出特异的催化活性。作为超分子化学的主体分子，大环多胺比较容易进行化学修饰，能派生出各类繁多性能各异的大环多胺衍生物。目前，对于多酸化学的金属-有机化合物的合成、结构、催化性能及热力学稳定性进行了大量的研究工作，取得了丰富的成果。大环多胺化学和多酸化学是两个十分重要的研究领域，两个领域均取得了丰富的成果。以多酸Mo8O264-、PMo12O403-、SiW12O404-、PW12O403-作为阴离子，以大环多胺及其衍生物作为配体相结合可以得到一大类大环多胺-多酸配合物。通过本项目的研究，合成了一系列的大环多胺及其衍生物，通过它们与多酸化合物进行反应制备了多种类型的大环多胺-多酸配合物；用各种手段对配合物进行了表征，并通过X射线衍技术测定了目标化合物的结构。研究发现大环多胺在多酸化合物的结合过程中具有良好的金属选择性，其结合方式随着大环多胺及多酸的变化而变化。考察了这些大环多胺-多酸化合物的催化性质，发现它们对酯化反应和酯交换反应有较好的催化性能，为实际应用提供研究基础。