六聚笼型倍半硅氧烷的合成及解离研究

采用环己基三氯硅烷为反应物,乙腈为溶剂,通过水解反应合成出纯净的环己基六聚笼型倍半硅氧烷T6(化合物1),通过FT-IR、29SiNMR、XRD、MS对其结构、分子量、晶型等进行了全面的表征。并成功将其解离为四硅醇物质(化合物2),为合成封闭双官能化的八聚笼型倍半硅氧烷奠定了基础。     

有机分子笼的合成及应用

近年来,作为一类具有永久空腔结构的三维有机分子,有机分子笼引起了科研工作者的广泛关注,在超分子化学中（主要是主客体相互作用）扮演着重要角色。早期研究中通常采用不可逆法制备有机分子笼,往往存在反应步骤多、分离提纯复杂、合成难度大等问题。为了有效解决上述问题,研究人员将动态共价化学引入到有机分子笼的合成中,从而简单、高效地制备出一系列不同的有机分子笼。关于有机分子笼的应用研究也在不断拓展中。研究发现,有机分子笼不仅在分子识别、分子反应器等方面存在广阔的应用前景,而且其可以通过自组装形成多孔材料,在气体吸附、分离等领域展现了巨大的应用潜能。本文中,我们综述了有机分子笼在合成方法（主要基于动态共价化学反应）及应用研究方面的最新进展。     

分子体系的高压化学反应

在高压(一万到百万大气压)下物质的组成、结构、化学反应都可以发生前所未知的巨大变化。运用高压合成目标产物,表征高压下的物质结构与反应过程是高压化学研究的主要问题。一般而言,高压下不饱和化合物倾向于聚合形成高密度饱和共价键体系;反应中分子与原子扩散严重受限,常形成亚稳态化合物;反应物的空间晶体结构、官能团性质、反应体系的温度、静水压效果都对反应有显著影响。对高压下分子化学反应的研究需要综合运用晶体学、谱学、化学等实验手段和热力学、动力学等方面的理论计算相互验证,进而建立理论,深入极端条件化学的星辰大海。     

"分子行走理论"模型——分子熵的笼敝效应及其在有机酸碱性比较中的应用

基团的电子、共轭、超共轭、空间位阻、溶剂化等效应在有机酸碱理论及酸碱性分析中一直占据主导地位.但在气相状态下,分析某些物质的酸碱性时单用上述理论远不能满足要求,得不到与实验事实相符的结果.从热力学及分子统计力学角度出发,以量子化学为辅助,研究了分子熵值及其构象改变对物质酸碱性、反应活性、反应速率的影响.提出理想状态下"分子自由行走"、"自由均方行走距"等假设,并以此演绎出理想状态下有机分子构象改变所遵循的统计规律——"类自由结合链高斯模型".建立了"分子熵效应笼敝扩散"分子构象模型,用该理论成功解释了气相状态下甲、乙、丙、丁、戊、己酸酸性大小差异及气相氨、伯胺、仲胺、叔胺、苯胺、二苯胺的碱性差异.结果表明:自由均方行走距及分子笼敝大小是影响物质活性的关键因素.     

溶液反应笼效应的改进

将溶剂压的概念引入溶液反应的笼效应中,不仅能用来说明溶剂的极性对溶液反应速率的影响,而且还能说明在何种溶剂下溶液反应速率会出现扩散控制和活化控制等动力学现象。     

光笼分子与材料研究进展

光笼(photocage)是一种用于光控释放的光敏物质, 是以物理和化学等方法将目标释放物与光敏基团及其他功能基团结合形成的对光敏感的物质, 在指定波段的光照射线下, 光笼能够实现目标物的可控释放. 因其具备时空调控、操作简单、易于控制、可修饰性强和对机体损伤小等优点, 使其广泛应用在化学、生物学、材料学和医学等领域. 本综述介绍并讨论了近10年光笼分子与材料在光控释放金属离子、气体、荧光物质、氨基酸、多肽、酶、蛋白质、药物等目标物的研究进展.     

金属碳笼

概要地综述了碳笼物理化学的新进展：金属碳笼（Ｍｅｔａｌｌｏ－Ｃａｒｂｏｈｅｄｒｅｎｅｓ），包括金属碳笼在实验上的发现、结构和稳定性、生长机理、化学反应性质等。     

基于螺烯的新型手性有机分子笼

有机分子笼是一类具有独特内在空腔的三维有机分子,在分子识别与分离、催化反应、气体吸附与存储等领域有着广阔的应用前景。有机分子笼的性能主要取决于骨架分子的化学结构与键合方式,而目前成功用于合成有机分子笼的前驱分子种类还比较有限,尤其是手性分子笼。近来,上海交通大学邱惠斌课题组以具有本征螺旋共轭结构的螺烯作为骨架分子,通过动态共价键等可逆键合过程,构建了一系列具有手性超级结构的有机分子笼,在手性识别与分离、圆偏振发光、手性分子开关等应用领域进行了积极探索。     

双环笼状四配位硅的合成及其结构表征

研究了以SiO₂为原料低温合成高反应活性的五配位硅酸酯, 并与1-氧代-1-磷杂-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]-4-氯甲基辛烷反应合成出具有对称结构的双环笼状四配位硅, 通过红外光谱、¹³C和²⁹Si固体核磁共振、质谱等测试手段确定了其结构. 热分析结果表明, 双环笼状四配位硅在700 ℃的失重仅为19.98%, 且炭层呈密实片层状, 说明目标产物具有优异的热稳定性和成炭性质.     

PPh3衍生准多孔有机笼在Rh/PPh3体系催化氢甲酰化反应中的应用:增强活性和选择性及可回收利用

多孔有机笼(POCs)由英国利物浦大学的Cooper教授在2009年首次合成,这种多孔小分子材料的出现具有两方面重要意义:(1)开拓了多孔材料领域的一个全新分支,改变了人们对多孔材料的传统认知;(2)由于POCs材料由离散的小分子堆积而成,可溶解于一些常用的有机溶剂中,因此其在材料制备方面具有很好的"溶液成型"性能,该优势是三维延伸网状多孔材料所不具备的.POCs本质上是一种"中心带孔"的有机小分子,由刚性有机分子砌块收敛堆叠而成,其特殊结构在气体吸附与分离等方面表现出很好的应用前景.不同于传统空间延伸网状框架材料(如金属-有机框架材料和共价有机框架材料)及多孔有机聚合物(POPs)材料,POCs是一种在大多数有机溶剂中可溶解的小分子材料,因此在均相催化领域也有很好的应用前景.作为最为经典的有机配体,三苯基膦(PPh3)在金属有机化学和均相催化领域应用十分广泛,如目前均相催化工业应用最成功的典范之一氢甲酰化反应,大多数情况下使用的是PPh3与Rh形成的络合物催化剂.本文首先将PPh3进行醛基官能团化,通过醛基和氨基的收敛缩合形成POCs材料,合成了基于PPh3配体的准多孔有机笼(POC-DICP),利用得到的多孔有机笼制备出类Rh/PPh3均相催化体系的Rh/POC-DICP络合催化体系,并将其应用于氢甲酰化反应.相比于经典的Rh/PPh3均相催化体系,该Rh/POC-DICP催化体系在氢甲酰化反应中不仅展示出了更高的活性和目标产物醛的选择性(醛的化学选择性为97％,醛的正异构比为1.89),而且可以很方便地从均相反应体系中沉淀回收(通过调整溶剂体系极性).在氢甲酰化反应中,Rh/POC-DICP体系显示出了良好的底物适用性,在己烯、庚烯、辛烯和苯乙烯的氢甲酰化反应中均表现出良好的催化活性和醛选择性,同时催化剂回收使用4次,未见催化性能明显下降.X射线单晶衍射、同步辐射及DFT计算等结果表明,Rh/POC-DICP催化体系在氢甲酰化反应中具有较高活性和选择性的原因是POC-DICP多孔有机笼分子的有利的空间咬合角(123.88o)和P原子上相对的缺电子效应.本文设计合成的PPh3衍生的多孔有机笼不仅拓宽了多孔有机笼材料在催化领域的应用,而且为新型配体及络合催化剂的设计、合成及修饰提供了新的思路.     

溶剂效应

绝大多数化学反应在溶液中进行。很早以前人们就知道溶剂对化学反应有重要的影响。但从理论上认识这种影响是不容易的。要认识溶剂对溶质(反应物)的影响,需要知道它们的分布状态或聚集方式,而测量它们的聚集方式是困难的。各种波谱测试手段的出现,提供了认识它们聚集方式的可能性。最近一、二十年应用近代科学技术对溶剂效应展开了系统的和     

二茂铁取代的笼型八聚(二甲基硅氧基)倍半硅氧烷的合成与表征

在Karstedt催化剂的催化作用下,通过把合成的笼型八聚(二甲基硅氧基)倍半硅氧烷与乙烯基二茂铁进行氧化硅烷化反应,合成了二茂铁取代的笼型八聚(二甲基硅氧基)倍半硅氧烷,产物经红外光谱、核磁共振氢谱与硅谱等进行了表征.     

PPh3衍生准多孔有机笼在Rh/PPh3体系催化氢甲酰化反应中的应用:增强活性和选择性及可回收利用

多孔有机笼(POCs)由英国利物浦大学的Cooper教授在2009年首次合成,这种多孔小分子材料的出现具有两方面重要意义:(1)开拓了多孔材料领域的一个全新分支,改变了人们对多孔材料的传统认知;(2)由于POCs材料由离散的小分子堆积而成,可溶解于一些常用的有机溶剂中,因此其在材料制备方面具有很好的"溶液成型"性能,该优势是三维延伸网状多孔材料所不具备的.POCs本质上是一种"中心带孔"的有机小分子,由刚性有机分子砌块收敛堆叠而成,其特殊结构在气体吸附与分离等方面表现出很好的应用前景.不同于传统空间延伸网状框架材料(如金属-有机框架材料和共价有机框架材料)及多孔有机聚合物(POPs)材料,POCs是一种在大多数有机溶剂中可溶解的小分子材料,因此在均相催化领域也有很好的应用前景.作为最为经典的有机配体,三苯基膦(PPh3)在金属有机化学和均相催化领域应用十分广泛,如目前均相催化工业应用最成功的典范之一氢甲酰化反应,大多数情况下使用的是PPh3与Rh形成的络合物催化剂.本文首先将PPh3进行醛基官能团化,通过醛基和氨基的收敛缩合形成POCs材料,合成了基于PPh3配体的准多孔有机笼(POC-DICP),利用得到的多孔有机笼制备出类Rh/PPh3均相催化体系的Rh/POC-DICP络合催化体系,并将其应用于氢甲酰化反应.相比于经典的Rh/PPh3均相催化体系,该Rh/POC-DICP催化体系在氢甲酰化反应中不仅展示出了更高的活性和目标产物醛的选择性(醛的化学选择性为97％,醛的正异构比为1.89),而且可以很方便地从均相反应体系中沉淀回收(通过调整溶剂体系极性).在氢甲酰化反应中,Rh/POC-DICP体系显示出了良好的底物适用性,在己烯、庚烯、辛烯和苯乙烯的氢甲酰化反应中均表现出良好的催化活性和醛选择性,同时催化剂回收使用4次,未见催化性能明显下降.X射线单晶衍射、同步辐射及DFT计算等结果表明,Rh/POC-DICP催化体系在氢甲酰化反应中具有较高活性和选择性的原因是POC-DICP多孔有机笼分子的有利的空间咬合角(123.88o)和P原子上相对的缺电子效应.本文设计合成的PPh3衍生的多孔有机笼不仅拓宽了多孔有机笼材料在催化领域的应用,而且为新型配体及络合催化剂的设计、合成及修饰提供了新的思路.     

溶剂极性经验参数在推断有机反应历程中的作用

多数化学反应都是在一定的溶剂中进行的,而溶剂对反应有不可忽视的影响.例如在碱性条件下,醛、酮被还原成相应的烃的反应:以乙醇作溶剂需要密封、长时间的加热进行反应;以二缩或三缩乙二醇作溶剂在常压下短时间加热就达到目的,而且得率较高;用二甲亚砜作溶剂在常温常压下就可以顺利地进行反应.这些现象说明了溶剂对反应的重要性. 溶质与溶剂分子间的相互作用称为溶剂效应.按照溶质与溶剂分子间相互作用力性质的不同,将溶剂效     

金属-多孔有机分子笼纳米复合物的研究进展

多孔有机分子笼(POC)是一类具有固定腔隙的离散分子,因其稳定的孔隙结构、较高的比表面积和良好的可溶性,正成为一类可用于容纳特定大小的分子或离子的新兴功能性材料.除此之外,该类材料中稳定存在的开放孔隙结构,使其在气体分离与储存、传感器件、药物运输等领域具有广泛的应用,已逐渐成为国内外研究的热点.目前,多孔有机分子笼存在能与金属结合的位点,并具有空间限域效应,能有效防止金属纳米颗粒的团聚,故常被用于特定尺寸金属纳米颗粒的制备,从而形成金属-多孔有机分子笼纳米复合材料.多孔有机分子笼不仅可调控金属纳米粒子的大小,还可通过多孔笼体结构的保护,在不影响其原子表面可及率的条件下,稳定其微纳结构.相比于传统金属纳米催化剂,金属-多孔有机分子笼纳米复合物不仅具有更优越的稳定性,还可提供更多的催化活性位点.总结了近年来金属-多孔有机分子笼复合领域的研究成果,以及其应用领域的重要进展,为金属-多孔有机分子笼纳米复合物在催化、传感、医学等方面的后续研究提供启示.     

吡啶-2,6-二甲酸氢锂的合成、结构及热化学性质

以甲醇和水的混合溶液为溶剂, 合成了吡啶-2,6-二甲酸氢锂Li(HDPC)(H₂O)(s), 利用X射线单晶衍射法表征了其晶体结构. 用精密自动绝热热量计测量了其在78～378 K温区的低温热容. 通过最小二乘法拟合得到摩尔热容随折合温度变化的多项式方程, 利用此方程计算出了化合物的舒平热容和各种热力学函数. 设计合理的热化学循环, 利用等温环境溶解-反应热量计分别测定所设计热化学反应的反应物和产物在选定溶剂中的溶解焓, 通过计算得到反应焓为-(46.83 ±0.16) kJ/mol. 利用Hess定律计算出吡啶-2,6-二甲酸氢锂的标准摩尔生成焓为-(747.90 ±1.46) kJ/mol. 利用紫外-可见光谱仪对反应物和产物溶液的测量证实所设计热化学循环的可靠性.     

使固态化学反应100%完成的方法

无溶液形成的固态化学反应具有“一旦发生,就必完全”的特质,但因为固体的非流动性,它常常会因严重的传质困难而有始无终。为了克服这个困难,作者提出了少溶剂固态化学反应(LSR)的概念,即通过使用少量的溶剂赋予固体流动性,使反应物固体部分溶解,再使用搅拌反应器解决其“三传”问题,使之完全反应,从而达到使一些化学工业过程绿色化的目的。本文用平衡热力学数值计算的方法图解了几种代表性LSR的Gibbs自由能随反应进度的关系,进而指出：(ⅰ) LSR的中间阶段如同没有溶液形成的固态化学反应,两端像溶液化学反应,因此,LSR虽继承了混合自由能导致的化学平衡,但其平衡点比溶液化学反应更接近100%完全。特别地,在LSR即将结束时,通过逐步移除溶剂以使反应物和产物固体持续存在而延长中段,能推动反应达到100%完全;(ⅱ)对于连串反应,LSR仍有可能通过控制反应物的物质的量之比来获得中间产物;(ⅲ)对于Δ_rG_m^Θ略小于零的反应,可以通过使用较多的溶剂跨越可能的早期平衡态,或者使用大量的产物固体“种子”使所有的产物一直与其饱和溶液平衡,最终通过逐渐蒸发溶剂推动反应进行到底;(ⅳ) LSR的反应速度与反应物或产物的溶解度关系不大,但与反应物的溶解速度、化学反应速度和产物的结晶速度紧密相关。本文还讨论了使一些竞争反应、非自发反应进行到底的方法,获得高度的反应控制能力。     

微波干法催化醛酮与胺的缩合反应

利用微波辐射和固体中性Al2 O3 载体催化醛酮与胺的缩合反应的方法合成了十六种亚胺 ,研究了微波功率、作用时间、产物提取方式等因素对反应的影响 ;与无微波作用的一般合成方法相比 ,该法明显地提高反应速度及产率 ;文中用低极性熔点递变物质灌装毛细管的方法观测微波作用下反应温度 ,探讨微波作用化学反应的机理 ,其机理除与微波加热作用有关外还与分子间氢键及分子的缔合性有关。     

[Eu2(TCM)2(DMSO)6]·2DMSO双核笼状稀土配合物的合成与结构

报道一个H3TCM配体在较小尺寸的溶剂DMSO中与稀土离子Eu3+通过自组装形成的双核笼状结构, 从中可进一步看出溶剂分子的尺寸对该双核结构的影响.     

修饰SAPO-18分子筛的笼结构以调变甲醇制烯烃反应的产物选择性

低碳烯烃(乙烯、丙烯)是重要化工材料的基础原料.甲醇制烯烃(MTO)技术是重要的非石油路线制取低碳烯烃技术.SAPO-34分子筛在MTO反应中表现出优异的低碳烯烃选择性,而笼结构尺寸较大的SAPO-18分子筛的MTO反应产物以丙烯为主.乙烯具有比丙烯更高的经济附加值,因此提升SAPO-18分子筛MTO反应中乙烯的选择性有着重要的工业意义.本文采用离子交换法对SAPO-18分子筛进行金属Zn改性,修饰SAPO-18分子筛的笼结构.利用多种手段对Zn改性SAPO-18分子筛的物理结构、金属物种状态及分布、酸性、扩散性质等进行表征,对积碳物种的种类、积炭量等进行分析,从而关联SAPO-18分子筛笼结构的修饰与MTO反应产物选择性的关系.首先,我们对Zn改性SAPO-18分子筛的物理结构进行分析.X射线衍射表明,所采用的SAPO-18为不含杂晶的纯相分子筛.N2物理吸附-脱附表明,离子交换法法保持SAPO-18分子筛比表面积和孔体积.其次,我们考察了Zn改性SAPO-18分子筛中金属物种的状态及分布.X射线光电子能谱(XPS)表明, Zn物种主要以孤立态的Zn2+阳离子形式存在.XPS和X射线荧光结合表明, Zn阳离子改性SAPO-18分子筛表层富Si富Zn,呈类核壳结构.氨气-程序升温脱附与核磁共振氢谱结合表明, Zn改性SAPO-18分子筛酸性位点的酸量降低.继而对Zn改性SAPO-18分子筛的扩散性质进行分析.色谱法和智能重量分析表明, Zn阳离子的引入增加探针分子的扩散限制,从而推断增加MTO反应产物的扩散限制.色质谱联用表明, Zn阳离子的引入促进低甲基苯的生成,利于乙烯产物的生成;同时促进双环芳烃的形成,增加MTO反应产物的扩散限制.热重表明, Zn阳离子改性SAPO-18分子筛以更低的积炭量达到同样的MTO反应催化效果,符合碳原子经济性.Zn阳离子改性有效修饰SAPO-18分子筛的笼结构,表层富Si和Zn,呈现类核壳结构,增加了对MTO反应产物的扩散限制,尤其对分子尺寸较大的反应产物,从而调变MTO反应选择性.因此, Zn阳离子改性有效修饰了SAPO-18分子筛的笼结构,增加乙烯选择性和乙烯/丙烯比,将产物分布以丙烯为主调变为乙烯和丙烯选择性相近.