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摘 要

超分子化学是当前化学领域研究热点之一，超分子化学的发展与大环化学紧密相关。葫芦脲(Cucurbit[n]uril ，CB[n])是由亚甲基桥连多个甘脲单元形成的环状笼形分子，是目前大环化学的热门主体分子之一。与吡啶盐等带有正电荷的客体分子有良好的结合作用，本文主要研究葫芦[8]脲与客体分子吡啶衍生物的分子识别。

本文设计合成了两种含有大π共轭体系的吡啶盐，并进行了核磁表征。利用包括紫外可见吸收光谱、核磁共振等技术手段，通过作Job曲线，拟合键合常数曲线等方法研究了葫芦[8]脲与吡啶衍生物的分子识别性质、键和比例，键合常数，结合位点等。并在此基础上分析推测其包合模式。为以后此方向的研究作铺垫。

关键词： 超分子化学；葫芦[8]脲；吡啶基团；分子识别

Abstract

. The development of supramolecular chemistry is closely related to macrocyclic chemistry. Cucurbit[n]uril ,CB[n], one of macrocyclic molecules which is formed by methylene and glycolide units, has become one of the popular main molecules in macrocyclic chemistry. It has a good binding effect with guest molecules bearing positive charge such as pyridinium salt. This paper is mainly about the research of the molecular recognition between guest molecule pyridinium derivatives and CB[8], one of cucurbiturils.

In this paper, two kinds of pyridinium salts containing wide π-conjugated systems have been synthesized. Then, the molecular recognition properties, including binding ratio, binding constants and binding positions between pyridinium derivatives and CB[8] were determined by Job’s plot and binding constant curve, which are measured by UV-Vis absorption spectrum and NMR, respectively. Based on these results, the binding model will be detected by further analysis, which give a pathway for future research and application.

Keyords: Supramolecular chemistry; Cucurbit[8]uril; P yridinium group; Molecular recognition

目 录

关于东南大学本科生毕业论文(设计)的声明 ii

摘 要 iii

Abstract iv

目 录 v

第一章 绪论 1

第一节 超分子化学简介 1

第二节 基于葫芦脲的超分子化学 3

1.葫芦脲发现及其简介 3

2.葫芦脲的结构与性质 4

3.葫芦脲的分子识别 5

第三节 吡啶衍生物的光学行为 7

1.聚集诱导发光的概念及其机理 7

2.聚集诱导发光的生色团构筑 7

第四节 本论文选题及主要内容 11

第二章 基于葫芦[8]脲与二苯基乙烯吡啶衍生物的分子识别 13

第一节 引言 13

第二节 实验药品合成 13

1.实验药品 13

2.实验仪器 13

3.样品制备 14

第三节 结果表征与分析讨论 16

1.CB[8]与两种客体分子的键合作用 16

2.CB[8]与两种客体分子分子识别 18

第四节 小结 21

总结 22

参考文献 23

致 谢 24

第一章 前言

超分子化学简介

化学的研究总是紧跟着人类需求的脚步。由于人类社会的迅速发展，对材料性能的要求与日俱增。在1987年12月8日， D. J. Cram，J. M. Lehn与C. J. Pedersen三名科学家在瑞典被授予了诺贝尔化学奖，为了表彰他们在超分子化学领域作出的杰出贡献。从那一天起，超分子化学逐渐出现在了人们的视野之内，并成为一大研究的热点。随着对超分子研究的广泛深入，越来越多的新体系逐渐的被开发，这极大的丰富了超分子化学领域，使得超分子化学从单一的化学学科逐渐演变成为与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的前沿科学。以超分子功能材料为杰出代表的化学材料领域将得到更多的关注和发展。

超分子化学（Supramolecular Chemistry），是最先由法国科学家J.M Lehn提出的概念^[1]，即“超越分子概念的化学”,是一门近代传统化学与材料学，生命科学，信息学，环境学等多种学科交叉融合的前沿科学，以分子识别以及分子组装为主要的两个研究方向。其中分子识别主要是通过利用分子间的非共价相互作用，例如范德华力、π-π堆积、静电相互作用、亲疏溶剂等作用来进行主客体分子识别，使人工合成的受体（主体）和底物（客体）之间相互作用而选择性的结合的过程。分子组装则是在分子识别的基础上，由一种或者几种的分子亚单元，通过非共价的弱相互作用，形成的大分子聚集体，进而实现某些特定的功能，得到复杂有序并具有特殊功能的超分子聚集体^[2]。分子识别是多级结构组装的必要基础和途径，而分子组装是超分子化学研究的目的之一。从此，超分子化学迅速发展,成为一门为大家所接受并熟知的学科。经过了近五十年的飞速发展，如今超分子化学的研究领域已经拓展到信息、生物、材料、环境等各个方向，并把这些领域融合起来，成为了一门交叉度极高的学科。

作为超分子化学研究领域的一部分，主客体化学是指两个或者多个分子或离子通过非共价键结合在一起，形成特定结构关系的包结物。作用于主客体之间的非共价键主要有静电作用力、氧键作用力、范德华力、分子偶极作用力以及配位和亲疏水等作用力。相对于传统的共价键化学，非共价键作用力往往弱得多，如图1.1所示的共价键与非共价键之间特点的对比。^[3]从图1.1中可以看出，非共价键的强度均小于共价键，并且具有可逆性，作用力种类也呈现出多样性。

超分子化学和主客体化学的概念最早可追溯到在1890年被德国化学家Hermann Emil Louis Fischer在描述酶与底物之间的相互作用时提出^[4]，在往后的一百多年里，伴随着多种化学作用力的相继发现和具有识别能力的主客体分子的开发，超分子化学也逐渐被人们所熟知。其中值得提出的是1920年加州大学的Wender M Latlmer和Worth H Rodebush对氢键的报道^[5]，这对推动超分子化学发展有着相当重要的意义。超分子化学在其发展的初期阶段主要对象是生命科学领域，例如生命体内的长链是通过碱基对之间的氢键作用结合在一起而形成具有双螺旋结构的大分子，以及蛋白质在维持其特定构象时也大量依靠氢键的作用。直到20世纪60年代，冠醚被合成出来，人工合成的超分子化学才逐渐引起人们的关注。经过数十年的发展，超分子化学已经成为依靠非共价键组建起来的多学科多领域的研究体系。主客体化学作为超分子化学的一个重要研究方向，其发展主要依赖于对主体分子的开发与性能的认识。所以主客体化学往往根据主体分子的不同而分成多个研究方向。比如穴醚、杯雷锁酚、杯吡咯、以及柱芳烃等。其中研究比较热门的是几种大环主体化合物：冠醚、环糊精、杯芳烃以及葫芦脲等。

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