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有机笼状化合物是以碳-碳键或者其它官能团为骨架的有机分子,因分子具有特定的内部空腔结构、巨大的比表面积而受到科学家们的青睐。其合成方法从上世纪60年代的多步、低产率,发展到现在的一步、高产率。目前,科学家已经开发了多种组装有机笼状化合物的方法,大致分为不可逆反应(酰胺键的形成、亲核取代反应、碳-碳键的形成等)和可逆反应(硼酸酯缩合反应、胺醛缩合反应等)。其中,胺醛缩合反应的产物因具有高热稳定性和高产率的优点,成为当前有机笼状化合物最常用的组装方法之一。目前,有机笼状化合物的应用主要在活泼中间体的捕捉、离子/分子的选择性识别、气体分子的吸附存储等方面,相比另一类具有多孔性质金属有机骨架化合物(MOFs)来讲,它们在催化领域的应用报道不多。本论文将 M-Salen 构筑单元(Salen:[N,N-bis-(saliyladehyde)ethylendiamine],M 为过渡金属离子)引入到有机笼状化合物的组装模块中,设计组装具有催化性能的有机笼状化合物:以2-叔丁基苯酚、乙二胺、4-甲酰基苯硼酸等为原料合成了具有Ni(Ⅱ)-Salen催化活性中心的二醛,然后与不同刚、柔性的三胺通过胺醛缩合反应进行目标笼状化合物的组装。组装结果表明:Ni-(Ⅱ)Salen(CHO)与柔性的三(2-氨乙基)胺成功的得到了有机笼状化合物Cage1;而与刚性的1,3,5-三-(4’-胺基苯基)苯在同样的反应条件下却未能得到笼状化合物,因此在该组装体系中三胺的刚柔性是目标笼状化合物制备的关键因素。Cage1的X-射线衍射晶体结构研究表明,Cage1是以三个“二齿”Ni(Ⅱ)-Salen(CHO)分子为基本脚架,两个“三齿”的三(2-氨乙基)胺分子为“盖子”的三棱柱构型。其中二醛和三胺之间的-C=N-共价键将二者结合在一起。Ni2+与Salen配体中心上的两个氮原子,两个酚氧原子配位,形成“四齿”螯合的Ni(Ⅱ)-Salen催化活性中心。本论文将合成的有机笼状化合物Cage1应用于硫醚催化氧化反应中,表现出非常高的催化活性和选择性。研究结果表明:在室温25 ℃、碘苯二乙酸为氧化剂(1.1 equiv)、甲醇/水为溶剂(4:1,v:v)、Cage1为催化剂(0.001 mol%),反应时间为10 min的条件下,苯甲硫醚的转化率几乎达到100%,苯甲亚砜的选择性也高于99%,且催化剂Cage1可以回收使用;深入研究表明,该反应体系即使加入过量的碘苯二乙酸,苯甲亚砜也没有被进一步氧化成苯甲砜,因此Cage1能够定向的催化氧化硫醚制备亚砜类化合物;通过扩展底物研究发现,Cage1催化氧化硫醚制备亚砜的体系具有广泛的普适性,对大部分硫醚具有较好的催化效果,但具有吸电子取代基的硫醚氧化效果会有稍微的降低。另外,通过与Ni(Ⅱ)-Salen(Br)构筑单元催化性能的比较可以看出,催化剂Cage1在反应溶剂、时间、催化剂用量,尤其是产物选择性等方面都具有很大的优势。二者针对4-氟苯甲硫醚的催化氧化产物结果分析表明Cage1内部特定的空腔(允许体积较小的分子进入笼状化合物内部)可能是催化4-氟苯甲硫醚氧化反应高转化率和高选择性的原因。综上所述,本论文设计合成的有机笼状化合物Cage1能高效、高选择性的催化氧化硫醚制备亚砜类化合物,具有广泛的普适性并可以重复多次使用。