金属-葫芦脲功能配位聚合物的设计合成与性能研究

Cucurbit[n]uril (CB[n], n = 4~12), some macrocyclic structures with large cavity composed by glycoluril group units bridged by methylene groups. They now have a wide range of applications including molecular recognition, self-assembly, molecular switches, drug carriers, and so on. If use CB[n] as the main ligand to build novel structure coordination polymers, which will show some excellent properties that different from the inherent properties of CB[n], and even had some additive effects. The important way of making molecular to functional materials was rational design and synthesis. Hence, this project will use self-assembly and second building units (SBUs) theories, with rigid metal-CB[n] cluster as the SBU to design and synthesis CB[n]s based functional materials with specific structures by introducing different bridging ligands, and give some helpful information for rational design and synthesis metal-CB[n] based coordination polymers, and structurally determined by single crystal X-ray diffraction. Carefully study the properties of selective adsorption of materials, magnetic and catalysis according to structures, revealing the relationships between structures and properties for these materials. Provide a theoretical basis for the preparation of multifunctional materials based on CB[n].

葫芦[n]脲(简称CB[n], n = 4~12)是一类由亚甲基桥连苷脲单元形成的大环笼状化合物，目前在分子识别与组装，分子开关、药物缓释等方面具有许多应用性价值。如果将葫芦脲作为主要配体构筑成结构新颖的配合物，必将展现出不同于葫芦脲固有性能的其他优异性能，甚至可能出现一些加和的效果。而功能金属配位聚合物的设计合成是实现从分子到材料的一条重要途径。本项目拟利用自组装和次级构筑单元理论，以刚性的葫芦脲与过渡金属离子形成的核簇作为次级构筑单元，引入不同的桥连配体，设计合成具有特定结构和性能的配合物，为金属-葫芦脲配位聚合物的研究提供新的思路。利用单晶X-射线衍射对配位聚合物结构进行表征, 根据材料自身所具备的结构特性，对材料的选择性吸附、磁性及催化等性质进行深入的探讨。揭示新化合物结构和性能间的关系，为金属-葫芦脲功能材料的合成提供一定的理论依据和技术支持。

在项目执行期内，我们通过有效调控实验条件，筛选不同的有机羧酸作为结构诱导剂引入到金属-葫芦脲体系中，得到了系列基于葫芦脲的配位聚合物。有趣的是，在以芳香羧酸作为结构诱导剂的一些配位聚合物中，葫芦脲[6]未与金属离子配位,而是与芳香羧酸的苯环间通过∏–∏或C-H-∏相互作用镶嵌在由金属-芳香羧酸构筑的配位聚合物的部分孔隙当中，使该系列配位聚合物既有金属-有机配位聚合物的性质，又保留了葫芦脲本身固有性质。根据这类配位聚合物的结构特点，我们将其应用于有机溶剂分子的识别及有机染料吸附性能的研究。发现该类配合物可用于一些常见有机溶剂分子的识别及一些有机染料的吸附。这一结果为我们继续合成可用于基于CB[6]的多功能材料提供了很好的研究思路，在解决当前的环境污染问题方面有潜在应用价值。在该项目的资助下发表SCI论文5篇，会议论文2篇，待发表SCI论文3篇。培养硕士生5名，其中1名已经取得硕士学位，4名在读。