环戊基取代瓜环的合成及其超分子自组装研究

Cyclopentyl-substituted cucurbit[n]urils are made from a refluxing system containing cyclopentanoglycoluril, paraformaldehyde and HCl, and are characteristic of dissolving in both water and organic solvent. Therefore, in this project, we intend to synthesize and separate the cyclopentyl-substituted cucurbit[n]urils with different cavity size and different numbers of cyclopentyl glycoluril units by optimizing synthesis and separation condition. We also plan to investigate the interaction of the cyclopentyl-substituted cucurbit[n]urils with different metal ions, guest molecules and the corresponding supramolecular self-assemblies, to evaluate recognition features for different metal ions and guest molecules, the binding sites, interaction forces, thermodynamic and kinetic properties of different guest molecules. Furthermore, we explore the influences of solutions, pH, and competition or collaborative guests with the cyclopentyl-substituted cucurbit[n]urils. These objectives will lay the foundation for the application of cyclopentyl-substituted cucurbit[n]urils.

环戊基取代瓜环是由环戊基苷脲与多聚甲醛在盐酸介质中加热回流合成得到的。相对于普通瓜环，环戊基取代瓜环具有十分明显的特点：其水溶性得到明显改善，同时又溶于有机溶剂，能很好的拓展瓜环的应用。因此，本项目拟合成并分离不同聚合度的环戊基取代瓜环以及部分取代的环戊基取代瓜环，并对合成、分离条件进行优化。在此基础上，研究环戊基取代瓜环与不同金属离子、以及不同类型的客体分子的相互作用，建立环戊基取代瓜环对不同金属离子以及不同类型客体分子的超分子识别体系。重点研究具有不同聚合度环戊基取代瓜环对不同金属离子以及不同类型客体分子的识别特征、作用位点、作用力、热力学及动力学性质等，探讨溶液种类、体系酸碱度、竞争或协同客体对反式瓜环超分子识别性能的影响，为环戊基取代瓜环的应用提供理论依据。

相对于普通瓜环，环戊基取代瓜环在水、有机溶剂中的溶解性具有十分明显的特点，能很好的拓展瓜环的应用。本项目参考有关文献资料，以环戊酮为初始原料，氧化合成环戊二酮（a）；a再通过与尿素、多聚甲醛等反应，得环戊基取代苷脲二醚（b）；取适量b及b与普通甘尿二聚体采用梯度升温，反应一定时间，得到环戊基全取代五元、六元、七元瓜环CyP6Q[n]；及对称双环戊基取代瓜类cucurbi[6]uril (CyP2Q[6])，并作了CyP6Q[6]等电子密度面的静电势图。采用单晶x-射线衍射、ITC、NMR、MS、ITC和电子吸收光谱等分析方法，做了以下工作。.考察了全取代环戊基五元瓜环(CyP5Q[5])与FeCl2、FeCl3、Cu(ClO4)2、Zn(ClO4)2、CrCl3、CoCl2、HgCl2、Pb(ClO4)2以及L-苯丙氨酸(L-Phe)及镉离子的超分子自组装。.研究了CyP6Q[6]在四氯锌酸盐阴离子([ZnCl4]2-)存在下，与K+、LiClO4、NaClO4、Zn(ClO4)2以及一系列镧系离子(Ln3+)的配位及超分子组装形式，寻找差异性，以期得到轻、重镧系化合物的分离方法，而且这些超分子组装结构对不同的挥发性有机化合物具有特殊的选择性。.以CyP6Q[6]作为主体与对氨基苯磺酰胺(G1)、4,4'-二氨基联苯(G2)、(E)-4,4'-二氨基-1,2-二苯乙烯(G3)、六种六烷基咪唑盐酸盐、一系列二烷基-4,4'-联吡啶和二芳基-4,4'-联吡啶双阳离子分别作为客体。实验结果表明，三个芳香胺分子与CyP6Q[6]为端口作用模式，其余为主-客体包合配合物，烷基链的长度在主客相互作用模式中起着关键作用。.研究了CyP6Q[6]与瓜氨酸、甘氨酸、亮氨酸和赖氨酸的自组装模式，利用与2-(β-吡啶)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]菲咯啉盐酸盐( 即Ar-IPHS) 制备了Ar-IPHS@Cy P6Q［6］荧光探针，对甘氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸有很好的识别效果。.利用CyP6Q[6]与花菁染料trans-4-[4-(二甲胺基)苯乙烯基]-1-甲基吡啶碘化物(t-DSMI)的主-客体结合特性，构建了荧光探针t-DSMI@，在中性环境中，对BF4-、H2PO4-和I-具有较强的识别能力和更高的灵敏度。.考察了CyP2Q[6])与脲嘧啶配合物的超分子自组装，其研究成果将对