稀土元素组分离用杯芳烃衍生物的合成

稀土元素组高效分离是关系核燃料后处理可持续性发展的一个关键问题。本项目基于以氨基甲酰甲基氧化膦(CMPOs)取代的杯[4]芳烃平台，设计在杯环上沿CMPO主链引入含分子内氢键的芳酰胺，合成一系列新型杯芳烃衍生物；借助氢键与多配位协同作用，通过结构变化对配位原子碱性以及基团预组织性的影响，提高这类分子对低本底稀土元素组离子的萃取效率和选择性。同时利用近年发现的大环磺酰胺作为多配位平台，构筑另一类构象类似杯芳烃锥体异构体的新型萃取剂。考察上述配体分子结构因素，包括氢键、杯环构象和连接链长度，以及萃取条件，特别是高酸度条件对萃取的影响，并结合计算机分子模拟，实现对结构与性能关系的调控，获得新型高效的An/Ln组分离萃取体系。本课题研究利用分子内氢键和协同作用影响配位与萃取行为的关系，不仅将为发展CMPO类萃取剂提供新的方向和思路，而且将为进一步设计和筛选具有应用潜力的这两类大环萃取剂奠定基础。

利用多个CMPO基团预组织性，借助杯芳烃平台协同作用实现镧锕离子组分离是当今放化分离领域的研究热点之一。本研究首先在杯环与CMPO 间引入含分子内氢键数目不同的芳酰胺间隔基，制备了四种不同分子刚性结构的新型杯芳烃萃取剂及其小分子对照化合物，此外还在杯环上引入CMPO功能团或具有三中心氢键结构的寡聚芳酰胺用于稀土元素组分离，考察局部氢键固定的预组织作用对La3+, Eu3+, Yb3+, Th4+, UO22+的液-液萃取性能的影响，结果发现分子局部柔顺性可影响An/Ln的选择性分离，研究结果揭示了分子设计中分子内氢键、CMPO-杯[4]芳烃间隔基协同配位作用与萃取行为的关系。同时本课题还率先将杯芳烃的类似物柱芳烃-氧化膦和柱芳烃-CMPO衍生物用于镧锕系离子的萃取分离研究领域，发现该类衍生物能够有效分离放射性元素241Eu和152Am，为进一步研究这类新型的大环萃取剂奠定了基础。上述结果发表SCI论文9篇，申请专利1项。尚有部分工作已投稿或正在整理和数据补充中。