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瓜环Q[n](葫芦脲)作为超分子化学领域一个新的主体化合物正被越来越多的学者所关注。通常,瓜环不溶于水、有机溶剂,仅能溶于甲酸,乙酸,盐酸等浓酸,这在很大程度上制约了瓜环的应用及进一步研究。因此,改善瓜环溶解性成为瓜环研究的一个重要课题。
近几年来,一系列全取代的或部分取代的改性瓜环已经被报道,如系列甲基取代瓜环(Me12Q[6]、Me6Q[6]、Me4Q[6]and(Me2CyP)nQ[6]),二苯基取代瓜环(Ph2Q[6])、五及六元环己基取代瓜环((CyH)5Q[5]and(CyH)6Q[6])等,但大多转化率低或合成原料价格高。我们大环化学及超分子化学实验室在合成了一系列的瓜环,并就其主客体方面做了大量的研究工作的基础上,已着手开展在改性瓜环基础性方面的探索工作,以部分取代的改性瓜环为主题,设计、合成产率高、成本低、同时溶解性得到改善的瓜环,拓宽其应用范围。
从结构上看,瓜环端口环绕有羰基氧原子,又具有刚性的空腔,可以包结各种客体分子。它与客体作用的动力通常来自于:1)亲水性的端口效应,即主体分子(瓜环)与客体分子(金属离子等)间通过氢键、离子-偶极等相互作用形成具有一定稳定性的主-客体配合物。2)疏水性的笼体效应,即瓜环以其特殊的疏水性笼状结构,可与多种有机物发生疏水性的笼体作用,形成各种自组装主-客体包结物。3)客体分子与瓜环笼体空间大小匹配,即尺寸效应。不同聚合度的瓜环提供了大小不等的端口直径和笼体空间,可适于各种大小与性质不同的客体物质。
本文基于前人和我们实验室现有的研究基础,以环己酮为原料合成了一系列部分取代的环己基取代瓜环。在此基础上就瓜环与客体作用的动力,选择Ni2+,Sr2+,Co2+,Ba2+等一系列金属离子及吡啶系列的衍生物作为与瓜环的作用对象,利用单晶X-射线衍射分析、核磁共振技术、质谱技术等各种检测手段,考察了它们与瓜环相互作用的具体机理以及所形成的自组装产物的结构特征。