基于主客体识别的超分子有机骨架结构

In this project, we will use host‒guest chemistry as the driving forces to construct supramolecular organic frameworks (SOFs) with different structures. Firstly, based on self-sorting recognition of the flexible crown ether/diaklyl ammonium salts, SOFs with different cavity sizes and/or uncomplexed crown ether rings will be prepared. Secondly, based on complexations between rigid pillar[5]arene/imidazoles, SOFs with different cavity sizes will be constructed. Thirdly, based on rigid pillar[6]arene/azobenzene-containing trimethyl ammonium salts，SOFs with photoresponsive properties will be built. This project will provide a way to build SOFs based on host‒guest chemistry, to enrich their multi-level self-assemblies, to expend their applications in supramolecular polymers, and to fabricate a new kind of photoresponsive SOFs. In the meantime, the porous materials will be applied in molecular recognition, chemical sensors and molecular adsorptions and provide a new platform to environment-responsive materials based on host‒guest chemistry.

本课题拟利用主客体识别体系作为驱动力来构筑一系列具有不同结构的超分子有机骨架结构。首先在柔性主体分子冠醚/二级铵盐自分类识别的基础上，分别制备具有不同空腔大小和/或带有未络合冠醚环的超分子有机骨架结构。其次在刚性主体分子柱[5]芳烃/咪唑主客体识别的基础上，制备具有不同空腔大小的超分子有机骨架结构。第三在客体中引入偶氮苯，在刚性主体分子柱[6]芳烃/三甲铵盐主客体识别的基础上，制备具有光响应的超分子有机骨架结构。本项目的研究提供了基于主客体识别制备超分子有机骨架结构的方法，丰富了主客体化学的多级自组装，拓展了其在超分子聚合物领域的应用，构筑了光响应性的超分子有机骨架结构。同时，这些多孔材料在分子识别、化学传感器和分子吸收等领域有着潜在的应用，为环境响应性的多孔新材料的研究提供了新的方向。

柱芳烃是一种超分子化学中重要的主体大环分子，已经在主客体化学领域有了广泛的应用。本项目主要研究了柱芳烃的氧化及环氧化衍生化、衍生物的主客体络合及不同空腔大小的柱芳烃基于主客体化学和卤键的三维超分子聚合。. 首先我们研究了柱[4]芳烃[1]醌的合成及与中性二腈客体分子之间的主客体络合，结果表明它与丁二腈的络合最强。其次我们进一步对柱[4]芳烃[1]醌进行环氧化，发现可以选择性得到柱[4]芳烃[1]顺式二环氧对二酮，它与中性二腈客体分子中的丙二腈有着最强的络合能力。再次我们发展了环境友好的合成柱[4]芳烃[1]顺式二环氧对二酮的方法，发现它与不对称分子5-氯代戊腈之间的络合化学计量在固体中为1：2，在溶液中为1：1，在晶体中显示出2D网络结构。最后，我们在溶液和固态下发现柱[n]芳烃（n = 5, 6）、中性客体分子1,4-二（1H-咪唑-1-基）丁烷、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷和1,4-二碘四氟苯之间了形成了三维超分子聚合结构。这一自组装过程主要驱动力是主客体络合、卤键相互作用和π···π堆积相互作用。. 本项目一方面发展了柱芳烃的衍生化方法，丰富了柱芳烃及柱芳烃衍生物的主客体化学，另一方面所得到的柱芳烃三维超分子聚集体在多孔材料、控制释放系统及超分子有机骨架材料等领域有着潜在的应用。