基于非烷氧基取代柱[n]芳烃超分子功能材料的构筑和性质研究

Pillar[n]arenes, possessing highly symmetrical, rigid and electron-rich tubular structures, can be functionalized with variety of alkoxy groups. However, the synthetic route and relatively poor chemical stability of pillar[n]arenes severely compromised the introduction of non-alkoxy substituents into their rigid macrocyclic skeletons, and thus hindered the development of pillar[n]arene chemistry. The current research proposal aims at using non-alkoxy (carboxylic acid, amino groups) functionalized pillar[n]arenes in following research directions: 1) construction of pillar[n]arene-based dendrimers and investigate their structure-functionality relationship and regioselective adsorption of small guest molecules with different shape and electronic structures; construction of photoactive pillar[n]arene-bipyridine metal complexes and investigate their function modulation; 3) investigation the assembling behaviour of carboxylic acid substituted pillar[n]arenes and amidines, the structures and properties of the resulting assemblies; 4) construction of chiral active pillar[n]arenes and investigation of their chiral recognition properties. Execution of the current proposal will be helpful in broadening the scope of pillar[n]arene-based supramolecular materials, unveiling their structure-function relationship, enriching the theory of pillar[n]arene supramolecular chemistry and promoting the development of pillar[n]arene supramolecular-based materials with unique physical and chemical properties.

柱[n]芳烃的管状结构具有高对称性、刚性、和富电子性等特征，并可以在其环结构中引入各种功能化烷氧基。但柱[n]芳烃的合成方法和相对较弱的化学稳定性极大的限制了在其刚性环结构中非烷氧基的引入，进而阻碍了柱[n]芳烃化学的发展。本课题拟通过非烷氧基（氨基、羧基）取代柱[n]芳烃进行以下几个方面的研究：1）构建柱[n]芳烃类树枝状聚合物，研究其结构与功能的关系，尤其是对形状、电子结构不同的客体小分子的区域选择性吸附功能； 2）特殊光学活性柱[n]芳烃-联吡啶金属配合物的构筑及功能调制；3）羧基柱[n]芳烃与脒基化合物的超分子组装及组装体的结构、性质；4）具有手性识别功能的柱[n]芳烃分子的构建和性质。该研究项目的实施将帮助我们扩展柱[n]芳烃超分子功能材料的应用范围，揭示柱[n]芳烃超分子功能材料结构与功能的关系，丰富柱[n]芳烃超分子化学理论，推动柱[n]芳烃在发展具有特殊物理和化学性质超分子

改变柱[n]芳烃环骨架与功能取代基的连接方式是调控柱[n]芳烃环电子结构和其主-客体性质的主要方式之一。通过这种改变可以扩大其在化学、物理、生物以及功能材料等领域的应用潜力。本项目就柱[n]芳烃的部分及全非烷氧基取代及其性能研究取得了如下成果：1）发展了新的柱[n]芳烃的部分及全部非烷氧基取代方法；2）阐述了非烷氧基取代柱[n]芳烃的特殊分子识别性能；3）构建了基于非烷氧基取代柱[n]芳烃多孔聚合物功能材料并探讨了其特殊功能；4）探索性的尝试了构建一些具有特殊光、电催化性能的多孔聚合物材料。通过该项目的实施，我们对非烷氧基取代柱[n]芳烃的结构和功能有了进一步的认识，为它们在主-客体化学、功能材料等研究领域的应用提供理论和物质基础。在本课题的实施过程中共产生SCI收录论文16篇（SCI, 见成果部分），在国内、国际学术会议作专题报告5人次。这些成果使我们在该研究领域处在国际较高水平。