Small:加长型双子芳烃的设计合成和固相分子构象及其对芳香烃/环烷烃混合体系的选择性吸附分离研究

新型超分子大环受体的设计与合成是推动超分子化学及相关学科不断发展的重要环节之一,而利用固相主客体化学的方法进行高精准式的客体选择性吸附分离亦是近年来超分子化学与材料研究领域极具挑战的研究热点之一。2019年,课题组报道了一种在固相条件下具有高度稳定并可控双生分子构象的新型超分子大环受体,即双子芳烃(Geminiarene),并通过构筑其非多孔自适应性晶体(纳客)材料成功地在实验室中实现了对相似沸点的卤代芳香烃/环烷烃混合体系的选择性吸附与分离(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12280)。

最近,基于上述前期工作基础,吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授课题组通过替换原有的亚苯基成环基元为亚联苯基,成功地构筑得到了一种具有纳米级空腔尺寸的新型超分子大环受体,即加长型双子芳烃(Elongated-geminiarene,英文简称为ElGA)。通过晶体结构分析表明,ElGA具有良好的骨架柔性和空腔自适应性、广泛且优异的客体选择性键合能力,以及多样化并高度可控的固相分子构象。同时,研究者发现基于ElGA的非多孔自适应性晶体材料(ElGA纳客)在对芳香/环烷混合体系的吸附分离方面有着潜在应用价值。

文中,ElGA纳客可通过高效率的固-液接触吸附的方式从三组等体积比二甲苯-二甲基环己烷混合体系中以分别大于96%的高选择性吸附分离邻二甲苯,间二甲苯以及对二甲苯分子。晶体结构以及粉末衍射实验表明,二甲苯以及二甲基环己烷与ElGA之间不同的固相主客体作用模式及其热力学稳定性差异是这种选择性吸附的决定性因素,这对于实现高精准式的客体诱导-装载晶相转变过程极为关键。

该工作不仅对新型大环芳烃的设计合成和固相主客体化学研究有一定的指导意义,且有望为新型大环芳烃分子晶体材料在合成化学、能源材料、分离科学等领域的发展提供新的启示和突破口。相关工作以“Elongated‐Geminiarene: Syntheses, Solid‐State Conformational Investigations, and Application in Aromatics/Cyclic Aliphatics Separation”为题,发表于Wiley的Small期刊(DOI: 10.1002/smll.202003490)。论文第一作者为博士生吴佳睿,通讯作者为杨英威教授。