作为继冠醚、环糊精和杯芳烃之后的新一代有机大环分子,瓜环(Q[n])因其独特的结构和性质得到了国内外众多科研工作者的广泛关注。近些年来,除了传统的瓜环基-主客体化学和瓜环基-配位化学的研究,以瓜环为组装基元构筑新颖多孔功能性超分子自组装体正逐渐成为瓜环化学研究中的重要方向,特别是基于瓜环外壁作用的超分子自组装体和以瓜环基金属有机轮烷框架化合物发展尤为迅速。但其中依旧不少问题亟待解决,如基于瓜环与金属离子直接配位构筑高维度的配位结构相对较少;基于六元瓜环的金属有机轮烷框架化合物已经有不少,但基于其它瓜环的却鲜有报道等。本文基于本课题组的前期研究,采用引入芳香类化合物作为第三组分策略,在水热条件下,与不同大小的瓜环和金属离子反应构筑新型超分子自组装体。研究结果表明:芳香类化合物能起到结构导向的作用,有效的促进瓜环与金属离子的直接配位,同时还可以利用芳环与瓜环外壁之间的π…π作用、C-H…π作用、氢键等非共价键作用,进一步形成特定的超分子结构。特别是芳香化合物中引入羧基,由于羧基具有强的配位能力且配位模式多样,因此,可以参与到瓜环和金属离子的配位中,将简单的配合物结构连接起来,实现高维度瓜环基配位聚合物的构筑。基于以上,本论文选取了 5种不同的多芳环羧酸配体作为导向配体(也称第二配体),与系列瓜环、金属离子反应,得到了 21种超分子自组装体,主要研究工作可归纳如下:1.通过引入5,5’-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(H2DTNB)、3,5-二(4-羧基苯基)苯甲酸(H3TPTCA)、N,N’,N”-三(4-羧基苯基)-1,3,5-苯三甲酰胺(H3BTTA)和N,N’-二(3,5-二羧基苯基)-1,4-苯二甲酰胺(H4BDTA)作为第二配体,获得了 8种基于瓜环外壁作用的超分子自组装体1-8。在这些自组装体中,芳香羧酸配体均部分或全部脱质子形成了阴离子,一方面可以平衡体系电荷,另一方面可以起到结构导向的作用,通过芳香羧酸配体与瓜环外壁之间的静电吸引、芳环与瓜环外壁之间的π……π作用、C-H…π作用、羧基与瓜环外壁之间的氢键等多种非共价弱相互作用,进一步构筑出了结构新颖的超分子自组装体。其中自组装体1展现出了选择性吸附Ba2+和选择性识别Fe3+的性能,自组装体8则表现出了选择性识别硝基苯类和苯胺类化合物的能力。2.通过引入H3BTTA和H4BDTA第二配体参与瓜环与金属离子的配位,获得了6种瓜环基配位聚合物9-14。在这些配位聚合物中,芳香羧酸配体均部分或完全脱去质子成为阴离子,平衡体系电荷,还作为构件参与到金属离子与瓜环的配位中。其中,9和13羧酸配体参与到瓜环和金属离子的配位中得到的是一维链状配位聚合物结构,而10-12和14中羧酸配体参与到瓜环和金属离子配位中形成的是二维层状配位聚合物,在这些配合物中,羧酸配体起到了桥联作用。这些结构均可通过瓜环分子之间、配体之间及配体与瓜环外壁之间的非共价键作用,进一步构筑成三维超分子结构。其中自组装体13展现出了吸附碘的能力。3.在3,5-二(4-羧基苯基)吡啶(HBPCA)和H3BTTA分别参与瓜环-金属离子构筑超分子自组装体系中,成功得到了 4种金属有机框架化合物(15-18)和3种金属有机轮烷框架化合物(19-21)。在金属有机框架化合物中,配体与金属离子自组装形成二维层状配位聚合物结构,而瓜环则作为模板剂填充在层与层之间或层层堆积后形成的孔道中。基于H2PBPCA的化合物展现出了对硝基苯类和苯胺类化合物荧光识别的能力。在金属有机轮烷框架化合物中,准轮烷单元是由Q[7]空腔包结苯甲酸阴离子部分构成。其中19展现出了对碘的吸附能力。本论文通过引入多环芳香羧酸配体作为第二配体,成功构筑出了系列瓜环基超分子自组装体,详细考察了芳环羧酸配体在构筑瓜环基超分子自组装体中的作用,并探究了不同大小的瓜环分子、金属离子的半径和电荷数、芳环羧酸配体种类等因素对超分子结构的影响。并对部分自组装体进行了离子捕捉、识别、吸附性能等方面的研究。