[发明专利]一种专一识别铯离子的新型有机芳香大环的制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机合成及超分子化学领域，具体涉及一种专一识别铯离子的新型有机芳香大环分子的制备与应用。

背景技术

铯是一种特别活泼的碱金属，在自然界中主要以金属盐的形式存在。其同位素铯-137具有很强的放射性，是核燃料裂变过程中产生的长寿命裂变核素。因此如果能够快速高效的将铯-137从放射性废料中分离出来，将使得核废料的处理的成本大大降低，且效率更高。符合可持续发展以及绿色化学的要求。

我国的铯元素主要存在于海水当中，而非矿产当中。海水中又存在与铯离子类似的碱金属离子等，这给铯离子的富集带来很大困难，亟待开发一种能够快速高效，且低成本富集铯元素的技术。

芳香大环分子是有机化学中超分子化学领域一类研究的很深入的分子。因其环内的组成部件为芳香类化合物，部件之间形成的肽键的键角的大小，且环与环之间存在着π-π堆积以及氢键等分子间相互作用力，使得该类大环分子具有类平面的空间结构，且内部具有一个空腔，空腔的大小根据组成部件的个数以及空腔内侧的取代基的类别及个数来调节。

由于芳香大环分子内有空腔，当空腔体积大小合适，作为主体其能够与客体分子形成分子间作用力，其就可以对客体分子进行识别绑定。如形成离子通道，装载离子通过。或是可与特定金属离子结合，形成超分子配合物，用于富集一些分散在液相当中的特定离子。

用于检测主客体分子间相互作用的技术主要有核磁共振，紫外吸收，荧光吸收等。当主客体发生相互作用，主体分子中某些质子的化学环境将会发生变化，体现在核磁共振氢谱上会出现该质子的化学位移的变化。体现在紫外吸收曲线图中则会发生红移或者蓝移。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种新型的可用于专一性识别铯离子的[3+3]对称芳香大环分子受体，并提供了其制备方法以及识别作用的研究方法。

一种可用于专一性识别铯离子的[3+3]对称芳香大环分子受体其结构通式如下：

其中R为(CH₂)₇CH₃,i-Bu。

如上所示的可用于专一性识别铯离子的[3+3]对称芳香大环分子，其制备主要包括以下几个步骤：

1.环内含3个酚羟基的[3+3]对称芳香大环分子前体化合物Ⅱ的合成

(1)称取一份环内有苄基保护的[3+3]对称芳香大环分子化合物Ⅰ并置于高压反应釜中，再称取化合物Ⅰ质量的40％质量的催化剂置于高压反应釜中；

(2)向步骤(1)中的高压反应釜中加入甲醇与四氢呋喃混合溶剂,混合比为2:3,溶剂当量为300mL/mmol；

(3)加入磁力搅拌子，并盖上高压反应釜的上盖，向其中置换惰性气体Ar，反复3次至反应釜中空气完全被Ar置换；

(4)向反应釜中充入H₂并置换Ar，反复3次至反应釜中Ar完全被H₂置换，加大H₂充气压力，使得反应釜中H₂的压力达到1～2MPa；

(5)将高压反应釜置于集热式恒温磁力搅拌器中，调节温度为80～90℃，转速300～400R/min，反应1.5～2h。

(6)反应结束后，取出反应液，利用硅胶柱色谱分离提纯产品，得到环内为酚羟基的[3+3]对称芳香大环分子化合物Ⅱ。

进一步说明，步骤(1)中化合物Ⅰ分子的R基团分别是正辛基和异丁基，所用的催化剂为质量分数为10％的钯碳。

2.可用于专一性识别铯离子的[3+3]对称芳香大环分子受体的合成：

(1)称取1当量的化合物Ⅱ于烧瓶中，溶剂当量为200mL/mmol；

(2)向体系中加入磁力搅拌子，并置于磁力搅拌器上，转速为300～400R/min；

(3)移取3.6当量的质量分数为40％四丁基氢氧化铵甲醇溶液，逐滴滴加到上述体系当中，体系中的化合物Ⅱ溶解，并形成红色溶液。

(4)反应3小时后，利用旋转蒸发仪移取甲醇溶剂，即得粗产品。

(5)向粗产品中加入重蒸的正己烷，搅拌，抽滤，重复3次即得纯品。

如上所述的可用于专一性识别铯离子的[3+3]对称芳香大环分子受体，其与铯离子相互作用。

研究受体能否专一性识别铯离子，主要通过核磁共振氢谱来确定。

步骤如下：

(1)利用氘代二甲亚砜将受体溶解，配成浓度为20mM的溶液；