萘二磺酸导向构筑六元瓜环基超分子自组装体的合成及其性质研究

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作为一类新型的有机大环分子,瓜环(Q[n]s)因其独特的结构和性质在过去的几十年里得到了广泛的关注和研究。瓜环的两个端口均是由n个极性的羰基构成,具有较强的电负性,因而其对金属离子,尤其是碱金属和碱土金属离子表现出了相当强的配位能力。此外,利用瓜环的外壁作用,构筑结构新颖的超分子自组装体在近些年来也得到了越来越多的关注。本文基于本课题组已有的研究成果,通过引入萘二磺酸作为结构导向剂,与六元瓜环和碱土金属离子反应,成功得到了9种结构新颖的超分子自组装体:{[Ca(H2O)4(Q[6])0.5(1,5-NDA)0.5]·(1,5-NDA)0.5·3H2O}(1),{[Sr(H2O)4(Q[6])0.5(1,5-NDA)0.5]·(1,5-NDA)0.5·4H2O}(2),{[Ba(H2O)4(Q[6])0.5(1,5-NDA)0.5]·(1,5-NDA)0.5·4H2O}(3),{[Ca(H2O)5(Q[6])0.5(2,6-NDA)]·9H2O}(4),{[Sr(H2O)5(Q[6])0.5]·(2,6-NDS)·6H2O}(5),{[Ba2(H2O)7(Q[6])(2,6-NDA)2]·11H2O}(6),{[Sr(H2O)4(Q[6])0.5(2,6-NDA)0.5]·(2,6-NDA)0.5·5H2O}(7),{[Ca2(H2O)10(Q[6])(2,7-NDA)]·14H2O}(8),{[Sr(H2O)5(Q[6])(2,7-NDA)]·4H2O}(9)(NDA=萘二磺酸)。单晶结构分析表明,这些自组装体中瓜环端口羰基直接与碱土金属离子发生了配位:在1-8中,Q[6]与碱土金属离子结合形成了一维链状聚合物;而在9中形成的则是1:1型的简单配合物结构。同时,在这些超分子自组装体中萘二磺酸配体均完全脱去质子形成阴离子,平衡了体系电荷。在1-3、6-7和9中,萘二磺酸配体还作为配体参与了瓜环与金属离子的配位,分别形成简单的1:1:1配合物(9)、一维链状(6)或二维层状(1-3,7)配位聚合物结构,并最终通过瓜环外壁作用构筑出三维超分子自组装体;而在4、5和8中,磺酸盐配体不与金属结合,而是充当超分子连接体,通过其与瓜环外壁之间的非共价弱相互作用将瓜环基一维配位链连接起来形成三维超分子自组装体。然后,本论文使用自组装体5、7和8对五种浓度为0.01mol/L染料分子(甲基橙、亚甲基蓝、吖啶红、靛蓝胭脂红、结晶紫)的水溶液进行吸附测试,结果表明5和7对甲基橙、亚甲基蓝和吖啶红的水溶液有较好的吸附效果,8对甲基橙、亚甲基蓝和结晶紫的水溶液有较好的吸附效果。此外,本论文还研究了自组装体2和7的荧光性质,并且进一步的实验表明这两个自组装体均具有选择性识别Fe3+的性能。
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