冠醚类超分子化合物的结构与性质研究开题报告

1. 研究目的与意义

自组装现象是生命科学最本质的内容之一，生物体系可以精确地利用非共价键相互作用形成高度有序的功能组装体。受到大自然的启发，近年来利用分子自组装构筑包括超分子聚合物在内的有序聚集体是超分子科学的研究热点。此类组装体不仅在拓扑学上具有重要的意义，而且可以用来制备动态的超分子功能材料。冠醚作为第一代超分子主体化合物，由于其结构简单、易于衍生化，且与多种正离子具有选择性络合作用，越来越广泛地被用作为超分子组装体的构筑单元。

冠醚化学作为一门新兴的边缘学科，在21世纪的研究中得到了日新月异的蓬勃发展，目前己渗透并广泛应用于21世纪的热点学科:生命科学、材料科学、环境科学、能源科学及药物学。超分子化合物以其特殊的结构、性能以及潜在的应用价值受到人们广泛的关注，因而是当今化学研究发展的前沿，具有里程碑意义。随着人们对超分子化学研究的不断深入，超分子化学这朵艳丽之花必将在各领域的应用中结出丰硕成果。我们坚信，随着世界科学家对其研究的日益深入，冠醚化学必将为人类文明进步再创辉煌。

2. 课题关键问题和重难点

冠状化合物的分子设计、合成，尤其是对金属离子的选择性键合一直是化学研究领域的热点之一。为了得到高选择性的功能超分子体系，控制主一客体的络合作用的现象，化学家们在冠醚合成及其配位作用的研究方面作出了巨大的努力。我国许多科研组已经开展了这方面的许多工作，取得了许多重要成果.可以认为冠状化合物的识别与组装仍然是21世纪化学前沿领域的研究热点之一。

冠醚是一类人工合成的受体，人们经过三十多年的研究，仍然方兴未艾。如何设计对单一金属离子具有高选择性，即识别某一离子的冠醚，一直是人们所面临的具有挑战性的课题。由此人们致力于对各种碱(土)金属、重金属离子及稀土金属离子具有高选择性的功能化合物的设计及其合成，这对于金属离子的选择萃取、分离、输送以及检测具有重要的应用价值，而以冠状化合物发展起来的晶体工程、离子通道、分子/离子器件等展示了其广阔的应用前景。无论是由最初的对称性冠醚到低对称性冠醚、穴醚、臂式冠醚、双冠醚还是组装和自组装，分子识别都是大环化学的核心概念，而对于高选择性的冠醚设计，尺寸匹配概念仍起主导性作用。该课题致力于合成新颖的冠醚超分子化合物，掌握表征样品的方法，并研究其结构和介电性质。

3. 国内外研究现状（文献综述）

超分子化学，即超越分子概念的化学，是研究两种或两种以上具有组装能力的化学物种通过分子间较弱的相互作用形成复杂、有序且有特定功能体系的化学，是分子化学的拓展，是由简单走向复杂的必然过程，其主要特征是分子间的自组织、自组装和自复制[1]。

超分子是由其基本结构单元有规则、有秩序、有层次地组装产生的具有一定功能的超分子体系[2]。具有特定功能和组装能力的单元构成超分子基本结构单元，冠醚及其衍生物、环糊精及其衍生物、杯芳烃及其衍生物是主客体化学中3种常用的重要主体[3]。

自1967年彼得森首先发现冠醚(crownether)[4]并报道了这类化合物的独特性质以来，这类大环化合物有了极其迅速的发展。它不仅是有机和无机化学的重要内容，而且与生命科学、新材料、新技术的发展有着密切联系。冠醚不仅可以与金属正离子络合，还可以与有机正离子客体(如吡啶盐)络合。因此，作为主客体化学中最常用的主体之一，冠醚及其衍生物在超分子构筑中得到了广泛的应用[5]。

4. 研究方案

学习有关超分子组装的知识，进行相关冠醚衍生物超分子聚合物的合成、表征、数据收集和处理。

目前，实验中所要用到的原料大多价格低廉容易获得，为后期的实验打下良好的基础。几种有机-无机杂化物的合成结晶均是在室温或微热条件下进行，不需要特殊的条件，东南大学有序物质科学研究中心实验设备俱全，具备完成各种实验的条件，以及多种测试仪器如：X-Ray单晶衍射仪、差示扫描量热仪(DSC)、介电测量仪、XRD粉末衍射仪等等。

5. 工作计划

1月4日~1月17日完成任务书，了解熟悉自己的课题

1月18日~3月13日查文献资料，完成外文翻译及开题报告，做论文实验的准备工作

3月14日~4月1日完成的第一批合成工作并对其进行表征及活性评价