多卟啉笼状化合物的合成及其在纳米反应器和光捕获天线中的应用

卟啉和金属卟啉既可用于光捕获天线和光敏合成，又是一类催化氧化反应的仿生催化剂。申请人拟以刚性多吡啶分子为模板，设计、合成一系列具有纳米尺度的脂溶性和水溶性的多卟啉笼状化合物，并将其应用于纳米反应器和光捕获天线。这些多卟啉笼状化合物的空腔可以通过π-π堆积、疏水作用等弱的非共价相互作用络合一些有机小分子，因此能够用作催化氧化、光敏氧化、[4+2] 和 [2+2] 加成反应等的纳米反应器。用于氧化反应时，这些多卟啉笼状化合物集高效催化与纳米反应器为一体，有助于提高对底物的选择性识别和催化活性；用于加成反应时，由于底物在空腔内的组装方式受纳米反应器的空间体积限制及超分子作用力的影响，使得一些副反应被抑制，使反应的化学选择性和区域选择性得以大大地提高。此外，将所制备的共轭多卟啉笼状化合物应用于光捕获天线，为高效光捕获天线和太阳能电池的开发探索一条新思路。

设计、合成新型的功能超分子体系是超分子化学发展的源泉和应用的基础，也是目前超分子化学研究的主要方向之一。本项目工作以刚性含吡啶或含氮分子为模板，通过模板导向合成法和烯烃复分解、点击化学等反应，高效地合成了一系列具有纳米尺度的脂溶性和水溶性的双卟啉、三卟啉和六卟啉笼状化合物，并采用配位自组装的方法制备了双卟啉笼状化合物，发展了制备此类多卟啉笼状化合物的高效方法；通过核磁、质谱等表征确认了这些笼状分子的结构；这些具有纳米尺度内部空腔的多卟啉笼状化合物被成功地应用于对富勒烯、芘和三亚苯等客体的识别，发展了新型的主客体识别体系；探索了水溶性双卟啉笼状化合物的纳米反应器应用，发现水溶性双卟啉笼状化合物的存在能够较大幅度地提高水相中Diels-Alder加成反应产率，发展了一类新型的纳米反应器。