基本信息
- 项目名称：
- 基于磺化杯芳烃的功能性纳米组装体系的构筑
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品设计了一系列以磺化杯芳烃作为构筑块构造的新颖纳米超分子组装体，并系统地深入研究了此过程中的影响因素和构造规律。
- 详细介绍：
- 本作品设计了一系列以磺化杯芳烃作为构筑块构造的新颖纳米超分子组装体，并系统地深入研究了此过程中的影响因素和构造规律，包括客体分子的电荷分布、尺寸以及形状的影响，为设计构筑功能性超分子组装体提供了理论基础。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 基于杯芳烃受体的超分子体系是目前超分子化学领域的热点之一，而水溶性磺化杯芳烃的自组装研究是受到广泛关注的研究课题，本作品设计构筑了一系列结构新颖的固态超分子组装体，以进一步揭示磺化杯芳烃的识别机理及组装规律。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品设计了一系列以磺化杯芳烃作为构筑块构造纳米超分子组装体，并系统地深入研究了此过程中的影响因素和构造规律，在该研究领域处于领先水平。
应用价值和现实意义
- 本作品为开发磺化杯芳烃在催化、材料、模拟酶和自组装膜等领域的潜在应用价值提供了重要的前提条件和理论依据。
学术论文摘要
- 超分子化学是当前科学领域的研究热点之一，其中磺化杯芳烃作为一类具有良好水溶性超分子主体化合物，以其特有的三维结构、富电子体系以及可灵活多变的构象，在纳米材料、催化剂、生物传感以及药物开发等领域受到了越来越广泛的关注。 本研究工作主要集中在以下两个方面：紫精类客体（一类具有氧化还原活性、广泛应用于除草剂、DNA探针以及光学分子器件等领域的分子）与磺化杯[4]芳烃所形成的超分子纳米组装结构以及客体尺寸和端基对固态键合模式和组装模式的影响，设计构筑了罕见的多聚胶囊结构；吡啶系列衍生物与磺化杯[5]芳烃所形成的超分子纳米组装结构以及客体尺寸、电荷分布和端基对固态键合模式和组装模式的影响，设计构筑了一系列具有不同尺寸多孔结构的固态组装体。 本工作的研究成果为基于磺化杯芳烃的固态纳米材料、分子催化器件、生物探针以及药物开发提供了极其重要的理论基础与潜在应用前景。
获奖情况
- 1、Dong-Sheng Guo; Xin Su; Yu Liu* Crystal Growth & Design, 2008, 8(10), 3514-3517. 2、Xin Su; Yu Liu* CrystEngComm, Invited article, submitted. 3、第十届“挑战杯”南开大学学生课外学术科技作品竞赛特等奖 4、第十届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
鉴定结果
- 申报内容真实可信。
参考文献
- Atwood, J.L.; Barbour, L. J.; Hardie M. J.; Raston, C. L. Coord. Chem. Rev. 2001, 222, 3. Dalgarno, S. J.; Atwood, J. L.; Raston, C. L. Chem. Commun. 2006, 44, 4567. Coleman, A. W.; Bott, S. G.; Morley, S. D.; Means, C. M.; Robinson, K. D.; Zhang, H.; Atwood, J. L. Angew. Chem. Int. Ed. 1988, 27, 1361. Atwood, J. L.; Hamada, F.; Robinson, K. D.; Orr, G. W.; Vincent, R. L. Nature 1991, 349, 683. Orr, G. W.; Barbour, L. J.; Atwood, J. L. Science 1999, 285, 1049. Atwood, J. L.; Barbour, L. J.; Dalgarno, S. J.; Hardie, M. J.; Raston, C. L.; Webb, H. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13170.
同类课题研究水平概述
- 由苯酚单元通过亚甲基（或硫原子）在酚羟基邻位连接构成并进一步磺化得到的磺化杯芳烃是一类多功能的超分子构筑块，具有原料易得、构型相对稳定、包合物容易结晶等特点，既能够包结有机分子，同时又可以配位金属离子，从而呈现出各式各样的高级有序聚集结构。国际著名化学家Atwood和Raston等做了大量的研究工作。通常情况下，磺化杯[4]芳烃组装成上下交替的双层(bi-layer)粘土状结构，这种双层结构具有疏水层和亲水层彼此互相间隔的特征。疏水层通过杯芳烃芳环间堆积作用形成，亲水层由磺酸根、抗衡离子以及水分子组成。在特定的客体分子存在下，杯芳烃这种上下交替的排列模式能够被克服而形成新颖的球状或管道状聚集体。 当磺化杯[4]芳烃同时包结环状客体分子和配位水合稀土离子时，传统的双层结构也会被打破，而形成一种所谓的“超阴离子胶囊”结构。在大量的研究基础上，他们发现，客体尺寸、大环的质子化以及媒介的pH值是形成胶囊的几个重要控制因素。 除了磺化杯[4]芳烃的广泛研究外，杯[5]芳烃由于合成难度大、产率低，至今发展较慢。同样，其水溶性衍生物磺化杯[5]芳烃的相关研究也较少。已有的一些晶体结构报道表明，磺化杯[5]芳烃在固态中保持着锥式构型。因此，与其它磺化杯芳烃相比，磺化杯[5]芳烃比磺化杯[4]芳烃具有更加扩展的空腔，比磺化杯[6,8]芳烃具有更好的构型稳定性。溶液研究也表明，磺化杯[5]芳烃较大尺寸的空腔能够以特殊的包结模式键合模型客体分子。因此，磺化杯[5]芳烃被认为是非常有潜力的新型超分子构筑块，同时也吸引了化学家越来越多的兴趣。
