[发明专利]五甲基五元瓜环基多孔选择吸附材料及合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明一种五甲基五元瓜环基多孔选择吸附材料及其合成方法和应用属于有机超分子自组装体及其构筑合成方法领域。具体的说就是利用对苯二酚(Hyq)诱导合成五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])基多孔吸附材料。

背景技术

多孔材料通常研究于类微孔沸石，介孔二氧化硅，金属氧化物，金属-有机框架化合物(MOF)和大孔的聚合物等领域。它们在从结构材料到能源技术都得到很广泛的发展，并且在催化，吸附，离子交换和超分子自组装体等方面得到广泛应用。20世纪末，设计具有多样特性和功能的目标结构正逐渐成为材料科学领域的一支有生力量。其中，金属-有机框架化合物(MOF) 是材料科学和无机配位化学交叉领域中出现的一类新兴材料，是配位聚合物中一类具有特殊框架以及纳米孔道结构的混合物，是指无机金属中心与有机官能团，通过配位键或者离子-共价键互相联接，共同构筑的具有规则孔道或者空穴结构的晶态多孔材料。近年来，利用有机小分子诱导构筑一类基于有机分子构筑基元的多孔固体材料，是围绕“有机分子基框架多孔材料的晶体工程”展开的，其推动力是基于有机小分子与配体有机分子构筑基元间C-H···π、π···π、氢键等作用，以及有机分子构筑基元间弱相互作用力协同构筑具有规则孔道或者孔穴结构的晶态多孔材料。这是继材料科学和金属-有机框架（MOFs）后出现的一类新兴材料。由于利用有机分子官能团的改变，可以改变其性能，使得这类材料在分离材料、具有特殊性能的吸附性材料、传感材料乃至储能材料等研究领域里均有着广泛的应用前景。

瓜环(Cucurbit[n]urils，Q[n]s)具有由n个苷脲单元和2n个亚甲基桥连起来的大环笼状化合物，其两个开口端边沿“镶嵌”着一圈羰基氧原子，因而具有与金属离子、有机分子官能团配位形成配合物的能力，可通过氢键、π-π堆砌、直接配位等作用构筑形成具有多种结构特征的瓜环基有机框架聚合物。

2004年，武汉大学的吴成泰教授曾报道了，六氯合铂酸根离子存在下，七元瓜环（Q[7]）形成的超分子自组装体。而通过加入结构导向试剂构筑具有多维多层次结构特征的瓜环基有机框架化合物或配位聚合物是贵州省大环化学及超分子化学重点实验室近年来在瓜环化学研究领域开辟的一个崭新的研究方向。

本专利申请选择在酸性溶液中，在氯化镉存在条件下，通过对苯二酚(Hyq)诱导五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])形成五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])基极性孔道的多孔材料，利用SPMeQ[5]-Hyq基多孔材料孔道对挥发性有机小分子吸附性不同的特性，可用于有机分子的选择性捕集、吸附或分离等。

发明内容

本发明的目的在于合成了五甲基五元瓜环基多孔选择吸附材料，公开其合成方法。利用五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])基极性孔道的多孔材料对挥发性有机小分子吸附性不同的特性，可用于有机分子的选择性捕集、吸附或分离。

本发明是在酸性条件下，通过对苯二酚(Hyq)诱导五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])形成五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])基极性孔道的多孔材料，其组成通式为：

{(SPMeQ[5])·2(Hyq)·10(H2O)} , M=1319.26

在酸性条件下，对苯二酚(Hyq)诱导五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])形成五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])基极性孔道的多孔材料，为瓜环基超分子聚合物。是一种浅棕色棒状晶体，斜方晶系，a=17.916(13),b=11.364(8),c=14.414(11)                                                ,V=2935(4) ，Z=2, T= 293 K, ρcalcd=1.493 g·cm-3, R1=0.1102 (I>2s(I)), wR2=0.3736 (all data), GOF=1.222, CCDC 1031071。并根据热分析参数及粉末衍射数据，对其结构进行确认，如图12,13。

上述所指五甲基五元瓜环(SPMeQ[5])的化学式为C₃₅H₄₀N₂₀O₁₀，晶体结构如附图1。

上述所述的五甲基五元瓜环基多孔选择吸附材料合成方法，按下列步骤进行：

(1) 将SPMeQ[5]，Hyq分别按摩尔比1:8称量，，混合于烧杯中，用0.5mol/L盐酸溶液将两种物质加热完全溶解得到澄清溶液；

(2) 室温静置一周左右，析出浅棕色透明棒状晶体；