杂杯杂芳烃与铀酰离子的配位研究及在痕量铀检测中的应用

Novel and functionalized macrocyclic compounds are the core contents of supramolecular chemistry and have become one of the main driving forces pushing forward the development of this field. Due to the pre-organized rigid structure, the coordination and application researchs between macrocyclic compounds such as ethers, cucurbituril and traditional calixarenes with uranyl ion have been widely reported. In recent years, due to simple synthesis, easy modification, controllable electrical properties and cavity size, rich conformations and diverse coordination patterns and other advantages, the newly synthesized heteracalixaromatics were widely used in molecular recognition and self-assembly etc.. However, the coordination studies between heteracalixaromatics and uranyl ion were especially rare. This project intends to synthesis novel heteracalixaromatics, and explore the uranyl ion complexes, the selected macrocyclic compounds are modified to the inner wall of capillary, and the trace and ultra trace of uranium will be detected by capillary microextraction and the subsequent ETV-ICP-MS analysis. In addition, the uranyl coordination polymers with macrocyclic molecules are also expected to lay the foundation for the application of catalytic reactions, photoelectric conversion and so on.

新型功能化大环化合物是超分子化学创新研究的核心内容，也是推动超分子化学发展的重要动力之一。由于具有预组织的刚性结构，大环化合物如冠醚、葫芦脲及传统杯芳烃在对铀酰离子的配位及应用研究方面已经有广泛报道。近些年来发展起来的杂杯杂芳烃具有合成简单、易于修饰、电性和空腔大小可调、构象丰富和配位模式多样等优点，在分子识别和自组装等方面得到广泛的应用，但是目前关于杂杯杂芳烃与铀酰离子的作用研究还非常少见。本项目拟合成一类新型杂杯杂芳烃化合物，探索其与铀酰离子的配位情况，并将优选的大环化合物修饰到毛细管内壁，通过毛细管微萃取技术的分离和富集及后续的ETV-ICP- MS分析，为痕量/超痕量铀的检测提供新的思路。此外，构筑的铀酰-大环主体分子配位聚合物还有望为在反应催化、光电转化等方面的应用奠定基础。

新型功能化大环化合物是超分子化学创新研究的核心内容，近些年来发展起来的杂杯杂芳烃具有合成简单、易于修饰、电性和空腔大小可调、构象丰富和配位模式多样等优点，在分子识别和自组装等方面得到广泛的应用。由于具有预组织的刚性结构，大环化合物如冠醚、葫芦脲及传统杯芳烃在对铀酰离子的配位及应用研究方面已经有广泛报道，但是目前关于杂杯杂芳烃与铀酰离子的作用研究还非常少见。本项目的研究内容主要包括以下几方面：1）研究了已有杯[n]吡啶（n=4,6,8）与铀酰的相互作用，发现其结合常数在5.68×104 M-1到2.16×106 M-1，意味着环状分子空腔大小对主客体作用强度有显著影响；2）首次合成了具有不同杂芳环的氮桥连杯[n]吡啶[n]吡嗪（n=2,4）分子，并研究了其在溶液及固相中的构象行为，其中杯[4]吡啶[4]吡嗪在固相中呈现经典的船式构象；此类分子对铀酰离子同样具有较强的结合能力，结合常数在1.56×103 M-1到1.37×105 M-1，意味着杂芳环的种类也会对与铀酰的作用强度有显著影响。本项目的研究意义在于：1）填补了杂杯杂芳烃及其衍生物与铀酰离子相互作用研究的空白；2）为痕量铀酰离子的检测提供了新的思路。