《基於碗烯的金屬配位超分子籠的構築及其性能研究》是依託北京師範大學，由王穎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於碗烯的金屬配位超分子籠的構築及其性能研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：王穎
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
籠狀結構在生物的隔離免疫、物質與能量儲存等方面發揮重要作用。人工分子籠試圖在分子層面模擬和理解生物分子籠的性質和功能。本項目針對現有大多數人工分子籠體系構築複雜、籠尺寸難以調節、或者空腔較小等不足，擬通過對易於功能化的曲面分子碗烯進行修飾，通過自組裝構築一系列具有不同空腔形狀與尺寸的碗烯基金屬配位分子籠。本項目擬利用多種手段，研究該型配位分子籠的自組裝行為和結構，認識和了解碗烯基配體的種類、金屬離子以及溶劑對自組裝結構的影響；研究分子籠對客體分子的包絡行為，分析分子籠與客體分子相互作用的基本規律、絡合熱力學以及主客體作用在動力學上的穩定性來源。本項目還擬利用該型分子籠研究不穩定氮自由基在密閉微環境中的衰變行為，探討分子籠用於存放不穩定自由基的可行性。由於到目前為止，還沒有基於大曲面結構構築人工分子籠報導，預期本項目的研究成果將擴展現有人工分子籠的種類，為未來深入研究分子籠的性質提供思路。
結題摘要
分子籠是一種具有三維內空腔的籠狀分子或超分子體系,其在物質分離、分子反應器等領域具有巨大的套用價值。科學界迄今已發展出許多種人工分子籠體系，但還沒有基於曲面芳香體系的分子籠研究。著眼於對這種分子籠特性的理解和其功能的開發，本項目圍繞碗烯基配位分子籠展開，研究了金屬離子和雙齒配體間的配位特徵，設計並首次合成出一系列碗烯衍生物配體，研究了這些配體與金屬離子的配位自組裝，篩選並最終構築出三類結構明確的M5L2型分子籠。我們研究了所得籠的結構特性及其與客體分子的相互作用規律，並初步探索了這些分子籠的套用。總體上，所得碗烯基分子籠能較好的包絡球形或類球形客體分子，對其他類型分子則幾乎沒有包絡能力。由於碗烯的天然動態手性以及銀離子動態配位的特點，五-(3-吡啶基)碗烯-Ag(I)配位分子籠具有特殊的構象多樣性，並且在手性陰離子的誘導下形成手性分子籠。特別是，該籠的這種構象多樣性可以提供一種分子區分和鑑定的新途徑。具有更大空腔的五吡啶基炔基碗烯配位分子籠能選擇性包絡低級富勒烯如C60和C70，但對C60具有更強的絡合能力，從而可以依靠設計的路線對菸灰中的C60和C70進行高效分離。五聯吡啶基碗烯能夠形成銀配位及汞配位的分子籠，這兩種分子籠間能可逆互變但對客體分子的包絡具有不同的溶劑依賴性，從而創造了一種由溶劑和金屬離子雙重控制的客體分子釋放途徑。該部分工作首次詳細的探索了基於具有高對稱性的大曲面芳香體系的超分子籠的構建，初步揭示了該類型分子籠區別於傳統的基於直線、折線以及平面形配體分子籠的一些特性，為下一步擴展該型分子籠的套用打下一定基礎。上述結果已在國外核心刊物上發表論文8篇。
