功能多孔有机分子笼的设计、合成和性质研究

As a porous material, molecular organic cages - defined as shape-persistent organic molecules with permanent, accessible cavities - have attracted wide interests recently. In this proposal, we design a series of molecular organic cages, starting from triazine or porphyrin substituted aldehydes and commercial available amines by using dynamic imine chemistry. The nature of their porosities can allow the guests to diffuse into their cavities and then form supramolecular complexes. As such, we will focus on studying their supramolecular behavior as a host. In addition, we will test the absorption ability of desolvated cage structures. Furthermore, we are going to prepare the porous thin film devices and study their application as a sensor. This project could be useful for the development of molecular flasks for nanoconfined chemical reactions in future.

多孔有机分子笼的研究目前已成为科学研究的热点。本研究项目计划利用1,3,5-三嗪和卟啉的多醛基衍生物为前体化合物，通过schiff碱反应与一系列的二胺基化合物作用，合成不同的功能多孔有机分子笼。同时，在外加模板的条件下进行同样的反应，希望能够得到拓扑结构（或者空腔大小）不同的有机分子笼。此有机分子笼具有多孔结构，可以作为主体接受一些受体。将主要研究其在溶液态下与不同受体之间的超分子作用，并调控客体的去络合过程；将研究其晶体的气体吸附能力；将制备多孔薄膜器件，并探索此器件在传感器方面的应用。由于此有机分子笼为多孔结构，可以被用作于微反应器，希望此工作能为有机微反应器的设计和应用打下坚实的基础。

经过三年来的不懈努力，课题按计划进展顺利，各项研究任务得以落实和执行。总共发表论文10篇，包括Chem. Mater.（1篇）、Chem. Commun.（3篇）、J. Mater. Chem.（1篇）、Chem. Eur. J.（1篇）、J. Org. Chem.（1篇）、Inorg. Chem.（1篇）等。取得了如下的研究成果：1）基于模板法和希夫碱反应，高效合成了一系列大小不同的卟啉有机分子笼，发展了高效构筑卟啉有机分子笼的新方法；2）合成了三嗪基【4+6】多孔有机分子笼并成功获取其单晶结构，进一步探索了此有机分子笼在固态下的气体吸附能力。在本项目的资助下，我们对如何高效合成有机分子笼及其表征有了一定的认识，为下一步探索其应用研究（如微反应器）奠定了坚实基础。此外，我们还在金属-有机框架化合物（MOFs）和共价有机框架化合物（COFs）做了一些工作，也取得了一些有意义的研究成果。