專利名稱：有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法屬于金屬-有機(jī)超分子聚合物及其合成方法領(lǐng)域。具體的說就是有機(jī)分子誘導(dǎo) 合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方法。在本發(fā)明中五元瓜環(huán)與輕稀土 元素形成一維直鏈超分子聚合物，而五元瓜環(huán)與重稀土元素形成一維螺旋狀超分子聚合 物，兩者晶體性質(zhì)也明顯不同。這一特點(diǎn)有可能用于稀土分離技術(shù)。更重要的是五元瓜環(huán) (Cucurbit[5]uril, Q[5])與重稀土金屬鹽形成的一維螺旋結(jié)構(gòu)的聚合物可能具有的旋光 性質(zhì)在手性研究領(lǐng)域研究的潛在價(jià)值。
背景技術(shù)：
瓜環(huán)Ο [η])是新型籠狀大環(huán)化合物——瓜環(huán)(CUCUrbit[n]UrilS)家 族中同系物的一種。它是一類由η個苷脲單元和2η個亞甲基橋連起來的大環(huán)籠狀化合物。 瓜環(huán)的疏水的空腔，能夠捕集胺離子，Cl_等。另外還能選擇性的包結(jié)NO”由于瓜環(huán)兩個端 口 “鑲嵌”著一圈羰基氧原子，可以與多種金屬離子相互作用，并能對某些金屬離子進(jìn)行識 別。金屬-有機(jī)框架化合物(Metal-Organic Framework，M0F)，是指無機(jī)金屬中心與 有機(jī)官能團(tuán)，通過共價(jià)鍵、配位鍵或者離子-共價(jià)鍵互相聯(lián)接，共同構(gòu)筑的具有規(guī)則孔道或 者空穴結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。這是在20世紀(jì)末，隨著以無機(jī)骨架為主體的多孔材料的迅速 發(fā)展，在無機(jī)材料科學(xué)和配位化學(xué)的交叉領(lǐng)域中出現(xiàn)的一類新興材料。MOF材料從它誕生起 就備受國際上諸多領(lǐng)域的專家與學(xué)者的高度重視(它涉及到化學(xué)、物理、材料學(xué)等)，并迅 速發(fā)展成為跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)之一。這一類材料不僅具有與沸石分子篩相似的晶體結(jié)構(gòu)， 而且它的結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)和可裁剪性，通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的定向設(shè)計(jì)和有機(jī)物的選擇可以獲得 不同尺寸和不用構(gòu)造的孔道或者空穴。這些特殊的結(jié)構(gòu)特征使金屬-有機(jī)框架化合物在分 離材料、具有特殊性能的吸附材料、傳感材料乃至儲能材料等研究領(lǐng)域里有著廣泛的應(yīng)用 前景。瓜環(huán)-金屬聚合物的研究現(xiàn)狀。近二十年，瓜環(huán)化學(xué)的研究進(jìn)展迅速，其中新拓 展的研究領(lǐng)域就是以瓜環(huán)為構(gòu)筑單元或有機(jī)配體，設(shè)計(jì)合成瓜環(huán)基金屬-有機(jī)超分子聚合 物。目前瓜環(huán)與金屬離子直接配位形成瓜環(huán)-金屬-超分子聚合物的研究主要集中六元 瓜環(huán)以及烷基取代五元瓜環(huán)與堿金屬離子作用體系。Kim研究組率先報(bào)道了六元瓜環(huán)-金 屬-超分子聚合物的合成及表征，這一構(gòu)筑方法選用具有末端配位功能基的長鏈客體與瓜 環(huán)形成類輪烷結(jié)構(gòu)，再通過與金屬離子配位的策略將瓜環(huán)基類輪烷串聯(lián)構(gòu)筑形成瓜環(huán)基金 屬-有機(jī)框架聚合物。我們研究組在一類瓜環(huán)基金屬-有機(jī)框架聚合物及其合成方法的 專利申請中利用芳香族誘導(dǎo)劑以五元瓜環(huán)與堿金屬離子直接配位合成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的金 屬-有機(jī)框架聚合物，《一類堿金屬-瓜環(huán)患多層次網(wǎng)狀有機(jī)框架聚合物及其合成方法和應(yīng) 用》，申請?zhí)枮?01010259839. 9。本專利申請中則采用五元瓜環(huán)和系列稀土金屬離子直接配位，合成了一系列五元 瓜環(huán)與系列稀土金屬超分子聚合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)合成一類不同結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的瓜環(huán)-系列稀土金屬超分子聚合物及其合成方法。本發(fā)明有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方法，是 在有機(jī)分子對苯二酚或?qū)ο趸椒拥扔袡C(jī)分子存在下，五元瓜環(huán)(Cucurbit[5]uril，Q[5]) 與稀土金屬鹽在水溶液中合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物。上述所指的稀土金屬 鹽為系列稀土金屬的硝酸鹽或稀土金屬鹽酸鹽。上述是所指的芳香族誘導(dǎo)劑為對苯二酚。五元瓜環(huán)^![5])的化學(xué)式為C3ciH3ci^Ac1,
結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方法，其特征是在 有機(jī)分子對苯二酚或?qū)ο趸椒佑袡C(jī)分子存在下，五元瓜環(huán)(Cucurbit[5]uril，Q[5])與 稀土金屬鹽在水溶液中合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法，其特征是所指的稀土金屬鹽為系列稀土金屬的硝酸鹽或稀土金屬鹽酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方 法，其特征是所指的芳香族誘導(dǎo)劑為對苯二酚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法，其特征是所指的五元瓜環(huán)與系列稀土金屬形成超分子聚合物化學(xué)組成通式為{[Lnx (H2O) y (C30H30N20O10) ] · a · Ar · b · an · c · H2OjLn代表稀土金屬離子，χ為稀土金屬離子的數(shù)量(1 < χ < 3) ;y為稀土金屬離子 配位水分子數(shù)量(1彡y彡6) ； (C6H6N4O2)n代表所選用瓜環(huán)，η為所選用瓜環(huán)聚合度數(shù) (5 ^n ^ 10) ；ζ為瓜環(huán)數(shù)量(1彡ζ彡2) ；Ar代表所選用有機(jī)客體分子，a為有機(jī)客體分 子數(shù)量3) ；an代表所選用陰離子，b為所選用陰離子的數(shù)量(1 < b < 3) ；c為結(jié) 晶水分子數(shù)量(1 < c < 15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法，其特征是所指的五元瓜環(huán)與輕稀土金屬鑭、鈰、鐠、釹或釤形成一維直鏈型超分 子聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法，其特征是所指的五元瓜環(huán)與重稀土金屬鏑、鈥、鉺、銩、鐿或镥形成一維螺旋鏈型 超分子聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其 合成方法，其特征是所指的五元瓜環(huán)與稀土金屬銪或釓形成瓜環(huán)對結(jié)構(gòu)的超分子聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的五元瓜環(huán)與系列稀土金屬形成超分子聚合物的合成 方法，其特征是合成方法按下列步驟進(jìn)行(1)將Q[5]、Ln (NO3)3或LnCl3和對苯二酚或?qū)ο趸椒影茨柋? 6 8 4 6 配料分別稱量，用足夠量的水將三種物質(zhì)分別完全溶解；(2)分別將各自的水溶液加熱到50°C 80°C；(3)趁熱將稀土金屬鹽溶液，在攪拌狀態(tài)下注入Q[5]溶液中；(4)在攪拌狀態(tài)下將芳香族誘導(dǎo)劑溶液迅速加入Q[5]與稀土金屬鹽的混合溶液中；(5)冷卻到常溫，靜置1 30天，析出晶體。
全文摘要
本發(fā)明是有機(jī)分子誘導(dǎo)合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及其合成方法，就是在有機(jī)分子對苯二酚存在下，五元瓜環(huán)(Cucurbit[5]uril，Q[5])與稀土金屬鹽(Ln(NO3)3或LnCl3)在水溶液中形成五元瓜環(huán)-稀土金屬聚合物。按照五元瓜環(huán)，稀土金屬鹽和對苯二酚等芳香族化合物的配料摩爾比1∶(6～8)∶(4～6)，加熱混合均勻，在常溫下靜止數(shù)天，均可形成目標(biāo)化合物。方法具有合成方法簡單、操作簡便、產(chǎn)率高(60～80％之間)、周期短等優(yōu)點(diǎn)。此方法合成的五元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物中，含輕稀土的超分子聚合物呈一維直鏈結(jié)構(gòu)，而含重稀土的超分子聚合物呈一維螺旋結(jié)構(gòu)，而含稀土介于兩者之間的稀土的聚合物中形成瓜環(huán)對結(jié)構(gòu)，而且形成的晶體具有完全不同的機(jī)械強(qiáng)度，易于分離。因此本合成方法有望用于重輕稀土元素的分離。
文檔編號C08G79/00GK102060997SQ20101056074
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者叢航, 梁利利, 王倩, 祝黔江, 薛賽風(fēng), 陳凱, 陶朱 申請人:貴州大學(xué)