基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 基于柱[5]芳烴和雙咪唑鹽的準(zhǔn)輪烷型分子開(kāi)關(guān)
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類:
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介:
- 該作品旨在設(shè)計(jì)組裝合成基于柱芳烴這一新型大環(huán)主體的具有分子開(kāi)關(guān)功能的[2]準(zhǔn)輪烷配合物,選擇了對(duì)pH敏感的雙咪唑鹽線性客體作為“軸”分子,該客體能夠在酸堿調(diào)控下發(fā)生穿插和脫去的開(kāi)關(guān)行為。
- 詳細(xì)介紹:
- 基于柱[5]芳烴和雙咪唑鹽的準(zhǔn)輪烷型分子開(kāi)關(guān)摘要: 我們旨在設(shè)計(jì)組裝合成基于柱芳烴這一新型大環(huán)主體的具有分子開(kāi)關(guān)功能的[2]準(zhǔn)輪烷配合物,我們選擇了柱[5]芳烴作為超分子大環(huán)主體與對(duì)pH敏感的雙咪唑鹽線性客體作為“軸”分子,構(gòu)筑準(zhǔn)輪烷型分子。該分子集合體能夠在酸堿調(diào)控下發(fā)生組裝與拆卸的開(kāi)關(guān)行為,并且進(jìn)一步探究了其溶劑效應(yīng)和鹽效應(yīng),推測(cè)其推動(dòng)力。 關(guān)鍵詞:柱[5]芳烴、雙咪唑鹽、主體、客體、分子開(kāi)關(guān)、酸堿調(diào)控 研究背景: 輪烷(Rotaxane)型超分子配合物在最近幾年受到了廣泛的關(guān)注,這不僅是由于其拓?fù)鋵W(xué)的重要性,更是由于它們?cè)谥苽浞肿悠骷头肿訖C(jī)器領(lǐng)域的應(yīng)用。準(zhǔn)輪烷(Pseudorotaxane)是輪烷的超分子前體,也被看成是簡(jiǎn)單分子機(jī)器的原型。探索能夠組裝準(zhǔn)輪烷結(jié)構(gòu)的新的大環(huán)主體(“輪子”)和線性客體分子(“軸”)對(duì)于組裝輪烷、索烴、分子肌肉、分子開(kāi)關(guān)和機(jī)器等功能組裝結(jié)構(gòu)具有重要的科學(xué)意義;擴(kuò)充了超分子領(lǐng)域分子組裝形式,為組裝出結(jié)構(gòu)、功能跟復(fù)雜的超分子集合體提供思路與經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)思路: 我們?cè)秒p吡啶鹽與聯(lián)吡啶鹽與柱[5]芳烴組裝成為2:1外部鍵合的[3]準(zhǔn)輪烷與1:1外部鍵合的[2]準(zhǔn)輪烷。在此項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上,我們便著手于對(duì)軸心分子的設(shè)計(jì):我們將雙吡啶鹽設(shè)成 了對(duì)于酸堿敏感的雙咪唑鹽,希望能通過(guò)酸堿對(duì)其行為進(jìn)行調(diào)控。進(jìn)而達(dá)到可控的組裝與拆卸,實(shí)現(xiàn)輪烷型分子的開(kāi)關(guān)行為。試驗(yàn)方法:我們用柱[5]芳烴與雙咪唑鹽進(jìn)行分子組裝工作,隨后進(jìn)行了一系列的測(cè)試,印證準(zhǔn)輪烷型分子的形成以及在酸堿調(diào)控下該分子的行為。并且在不同溶劑、不同抗衡陰離子的條件下進(jìn)行測(cè)試,試圖推測(cè)該分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。 我們分別運(yùn)用了一維、二維核磁共振手段和ESI質(zhì)譜測(cè)試技術(shù)對(duì)準(zhǔn)輪烷分子的形成進(jìn)行了一系列表征;并且通過(guò)一維1H 核磁共振技術(shù),在酸堿調(diào)控下對(duì)準(zhǔn)輪烷分子可控組裝與拆卸進(jìn)行了分析與表征。 為了研究陰離子效應(yīng)對(duì)主客體配位的影響,我們合成了一種新的客體,通過(guò)配位發(fā)現(xiàn)與其與冠醚在小極性溶劑體系中的配位相似。同時(shí)嘗試了讓其在丙酮與DMSO混合溶劑體系里進(jìn)行配位,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)陰離子效應(yīng)。這就是說(shuō),P5A可以和雙咪唑在大極性陰離子溶劑中協(xié)調(diào)地配位,這在冠醚和杯芳烴中是很少見(jiàn)的。 結(jié)果與討論: 本作品設(shè)計(jì)組裝合成了基于柱芳烴這一新型大環(huán)主體的具有分子開(kāi)關(guān)功能的[2]準(zhǔn)輪烷配合物,我們選擇了對(duì)pH敏感的雙咪唑鹽線性客體作為“軸”分子,該客體能夠在酸堿調(diào)控下發(fā)生穿插和脫去的開(kāi)關(guān)行為,并且探究了其溶劑效應(yīng)和鹽效應(yīng),推測(cè)了其驅(qū)動(dòng)力。 本作品所構(gòu)筑的模塊簡(jiǎn)單,為超分子組裝領(lǐng)域提供了新的組裝提供新的思路,組裝成為的準(zhǔn)輪烷型分子開(kāi)關(guān),以此為基礎(chǔ),將能夠?yàn)檩喭椤⑺鳠N、分子肌肉、分子開(kāi)關(guān)和分子機(jī)器等的發(fā)展提供前提條件。此項(xiàng)研究結(jié)果具有一定的理論價(jià)值,擴(kuò)充了超分子領(lǐng)域分子組裝形式,為組裝出結(jié)構(gòu)、功能跟復(fù)雜的超分子集合體提供思路與經(jīng)驗(yàn)。
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 撰寫(xiě)目的: 該作品旨在設(shè)計(jì)組裝合成基于柱芳烴這一新型大環(huán)主體的具有分子開(kāi)關(guān)功能的[2]準(zhǔn)輪烷配合物,我們選擇了對(duì)pH敏感的雙咪唑鹽線性客體作為“軸”分子,該客體能夠在酸堿調(diào)控下發(fā)生穿插和脫去的開(kāi)關(guān)行為?;舅悸罚?主體:選擇合適的大環(huán)主體柱[5]芳烴;客體:設(shè)計(jì)對(duì)于酸堿敏感的客體分子。組裝:成為[2]準(zhǔn)輪烷型分子,通過(guò)酸堿調(diào)控其組裝與拆卸,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分子開(kāi)關(guān)行為。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 該作品是迄今報(bào)道的第一個(gè)基于柱芳烴大環(huán)主體的分子開(kāi)關(guān)和分子機(jī)器。 目前,超分子化學(xué)領(lǐng)域中對(duì)于柱芳烴這類新型的超分子主體的研究還主要集中在合成與修飾上,關(guān)于分子組裝的研究還很少。我們利用柱[5]芳烴與雙咪唑鹽組裝出了準(zhǔn)輪烷型分子,并利用酸堿調(diào)控實(shí)現(xiàn)其開(kāi)關(guān)行為。 該[2]準(zhǔn)輪烷分子開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)具有首創(chuàng)性,為繼續(xù)發(fā)展柱芳烴在超分子組裝上的應(yīng)用提供了很好的借鑒。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品所選用的模塊簡(jiǎn)單,具有可控的鍵合強(qiáng)度,制備的準(zhǔn)輪烷不受溶劑和抗衡陰離子的限制。因此可以用來(lái)制備準(zhǔn)聚輪烷、聚輪烷、超分子聚合物等功能材料。 對(duì)于尋找新的大環(huán)主體(“輪”分子)和線性客體(“軸”分子)來(lái)構(gòu)筑新型的準(zhǔn)輪烷組裝體意義重大,能夠?yàn)檩喭?、索烴、分子肌肉、分子開(kāi)關(guān)和分子機(jī)器等的發(fā)展提供前提條件。本論文發(fā)表僅半年就已經(jīng)被J.A.C.S.等期刊上的文章引用三次。
學(xué)術(shù)論文摘要
- Abstract A simple bis(imidazolium) dication, 1,4-bis[N-(N’-hydroimidazolium)] butane, can act as a new template for formation of [2]pseudorotaxane with pillar[5]arene, in which the dethreading/rethreading process can be controlled by addition of base and acid. The effect on the association constant of both the solvent and counterion is also described. 輪烷(Rotaxane)型超分子配合物在最近幾年受到了廣泛的關(guān)注。基于分子組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)輪烷型分子開(kāi)關(guān)的構(gòu)筑的工作未見(jiàn)報(bào)道,我們便著手設(shè)計(jì)組裝合成基于柱芳烴這一新型大環(huán)主體的具有分子開(kāi)關(guān)功能的[2]準(zhǔn)輪烷配合物,并且探究了其溶劑效應(yīng)和鹽效應(yīng),繼而推測(cè)了其驅(qū)動(dòng)力。
獲獎(jiǎng)情況
- Self-assembly of [2]Pseudorotaxanes based on Pillar[5]arene and Bis(imidazolium) Cations. Chunju Li,* Liu Zhao, Jian Li, Xia Ding, Songhui Chen, Qiaolin Zhang, Yihua Yu and Xueshun Jia* Chem. Commun., 2010, 46, 9016–9018. (IF: 5.504) 作品發(fā)表在了英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)的化學(xué)通訊雜志上,(Chem. Commun., 2010, 46, 9016–9018.)該雜志為SCI化學(xué)二區(qū),影響因子為5.504。
鑒定結(jié)果
- 上海大學(xué)情報(bào)研究所受申報(bào)者委托,就其提供的2010年發(fā)表的1篇文獻(xiàn)原件查找了國(guó)際檢索系統(tǒng)美國(guó)《科學(xué)引文索引》(SCI,2010),生成檢索報(bào)告。(檢索報(bào)告全文請(qǐng)見(jiàn)附件)
參考文獻(xiàn)
- 相關(guān)文獻(xiàn)檢索目錄: [1]para-Bridged Symmetrical Pillar[5]arenes:Their Lewis Acid Catalyzed Synthesis and Host-Guest Property. T.Ogoshi,* Suguru Kanai,Shuhei Fujinami,Tada-aki Yamagishi,and Yoshiaki Nakamoto* , J.Am.Chem.Soc., 2008,130,5022–5023. [2]Syntheses of Copillar[5]arenes by Co-oligomerization of Different Monomers,Zibin Zhang?, Binyuan Xia , Chengyou Han , Yihua Yu, and Feihe Huang*, Org.Lett.,2010,12,3285–3287. [3]A Facile and Efficient Preparation of Pillararenes and a Pillarquinone**. Derong Cao,*YuhuiKou,JianquanLiang,ZhizhaoChen,LingyunWang,and Herbert Meier*,Angew. chem., Int. Ed. 2009,48,9721-9723. [4]Effect of an Intramolecular Hydrogen Bond Beltand Complexation with the Guest on the Rotation Behavior of Phenolic Units in Pillar[ 5] arenes. Tomoki Ogoshi,*KeisukeKitajima,TakamichiAoki,Tada-akiYamagishi,and Yoshiaki Nakamoto* J.Phys.Chem.Lett. 2010, 1, 817–821 .
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展要求用來(lái)采集、處理、顯示和存儲(chǔ)信息的器件和機(jī)器逐步微型化。傳統(tǒng)的通過(guò)從上到下的方法使組分小型化的途徑導(dǎo)致固體物理學(xué)家和電子工程師必須操作越來(lái)越小的物質(zhì),這就造成了操作的局限性,而通過(guò)合成受體的分子組裝構(gòu)筑納米超分子結(jié)構(gòu)的分子機(jī)器,提供了一種從下而上的構(gòu)筑方法,受到了人們的強(qiáng)烈關(guān)注。以輪烷(rotaxane)和索烴(catenane)為代表的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)來(lái)制備分子機(jī)器的研究近年來(lái)越來(lái)越受到人們的重視。 準(zhǔn)輪烷(pseudorotaxane)是輪烷和索烴的超分子先驅(qū),同時(shí)也可以被看作是簡(jiǎn)單分子機(jī)器的原型。近年來(lái)關(guān)于準(zhǔn)輪烷的研究受到了廣泛關(guān)注。尋找新的大環(huán)主體(“輪”分子)和線性客體(“軸”分子)來(lái)構(gòu)筑新型的準(zhǔn)輪烷組裝體意義重大,能夠?yàn)檩喭椤⑺鳠N、分子肌肉、分子開(kāi)關(guān)和分子機(jī)器等的發(fā)展提供前提條件。柱[5]芳烴是一類新型的類杯芳烴大環(huán)化合物,由日本的Ogoshi研究組首次發(fā)現(xiàn)。此后,Cao和Meier等拓展了柱芳烴主體,制備了具有更大空腔的同系物柱[6]芳烴。最近,黃飛鶴教授課題組合成了不對(duì)稱的柱芳烴。對(duì)于這類新型的超分子主體,目前的研究還主要集中在合成與修飾上,關(guān)于分子組裝的研究還很少。我們課題組在柱芳烴的準(zhǔn)輪烷組裝體的制備上做了一些工作,我們發(fā)現(xiàn)柱[5]芳烴能夠與雙吡啶鹽和聯(lián)吡啶鹽組裝生成[2]準(zhǔn)輪烷和[3]準(zhǔn)輪烷結(jié)構(gòu),形成這種配合物的驅(qū)動(dòng)力主要是陽(yáng)離子-π-電子作用。我們?cè)诒究萍甲髌分械墓ぷ魇侵苽鋵?duì)pH敏感的柱芳烴-雙咪唑鹽[2]準(zhǔn)輪烷配合物,研究了酸堿可控的分子開(kāi)關(guān)行為,這是迄今報(bào)道的第一個(gè)基于柱芳烴大環(huán)主體的分子開(kāi)關(guān)和分子機(jī)器。