[发明专利]一种笼状合成超分子材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及有机化学合成技术领域，公开了一种笼状合成超分子材料、制备方法及应用，该笼状合成超分子材料是基于咪唑鎓盐和直线型连接子的笼状结构，其单元结构式为式(Ⅰ)和/或式(Ⅱ)。本发明提供了超分子立方八面体及其新型构筑方法，利用该方法构筑的超分子立方八面体，其单分子直径超过6nm，属于巨型超分子笼，同时容易在通过体心的轴方向上，进行超分子的内部或外部功能化，提供的双咪唑鎓盐四臂有机配体，具有多个修饰位点，能够与不同的基元链接，在与金属或者有机二胺或双苄腈组装时得到具有内外修饰位点的超分子笼；在生物功能分子模拟，智能光电材料等方向有广泛应用。

技术领域

本发明涉及有机化学合成技术领域，具体为一种基于咪唑鎓盐和直线型连接子的笼状 合成超分子材料、制备方法及应用。

背景技术

在自然界中，具有多面体形状的生物大分子，如病毒外壳、蛋白囊、酶，已经被发现在生理活动中发挥关键作用，其直径从几纳米到几百纳米，并有多个亚单位。鉴于其迷人的结构和功能，化学家，特别是超分子化学家已经开发了许多多面体型超分子笼，金属 有机框架结构，共价有机框架结构来挑战自然。利用这些三维结构的闭合腔体，多面体超 分子笼在精密催化，客体识别与传载、分子分离等领域具有广泛的应用价值。为了实现这 些精心设计的超分子系统，人们通常选用具有两个或以上活性位点的有机模块，在刚性并 具有方向性的连接子的作用下，将多个有机模块通过自组装的方式结合到一起。在合成巨 大的笼状结构方面取得的显著成就已被一些学者报道，包括Fujita的吡啶基立方八面体、 菱形立方八面体、二十二面体、四价Goldberg多面体。Stang的立方八面体，Yaghi的基 于羧酸的四面体和异立方体多面体，Nitschke的基于希夫碱的二十面体，Sessler和Li的截 角立方八面体，Kim的立方八面体，Wolfgang Schmitt的柏拉图式多面体中的阿基米德式。 然而，只有少数类型的巨型笼子可以进行内向或外向装饰，当涉及到功能化的瓶颈时，很 难用大的窗口来封装客体。

因此，设计一个巨大的、多成分的、三维超分子系统，在这种超分子中可以很容易地 进行内向或外向功能化，从而促进主-客体化学、限域催化和限域纳米技术的研究，这仍然 是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种超分子立方八面体的新 型构筑方法，利用该方法构筑的超分子立方八面体，其单分子直径超过6nm，属于巨型超 分子笼，同时容易在通过体心的轴方向上，进行超分子的内部或外部功能化，可以在生物 功能分子模拟，限域催化，智能光电材料等方向有广泛应用。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明第一方面提供一种笼状合成超分子材料，其是通过配位键或可逆共价键制备的 笼状笼状合成超分子材料，其是基于咪唑鎓盐和直线型连接子的巨型超分子立方八面体， 该笼状合成超分子材料的单元结构为式(Ⅰ)和/或式(Ⅱ)：

优选的，R1为氢原子、硝基、胺基、或取代或未取代的N，S，P等杂原子、取代或 未取代的烷氧基、取代或未取代的胺基、取代或未取代的硫醚链、取代或未取代的烷基或 芳香族取代基；R2为氢原子、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的胺基、取代或未取 代的硫醚链、取代或未取代的烷基或芳香族取代基；R3为氢原子、取代或未取代的烷基、 取代或未取代的芳香取代基；R4为氢原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳香取 代基；R5为卤素原子、取代或未取代的芳香基团以及取代或未取代的炔基。

式(II)中,R6为如下结构：

式(III)中，M为过渡金属离子。