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手性无机微孔晶体的设计与合成

于吉红  
【摘要】:手性无机微孔晶体材料在对映体拆分、手性催化以及药物方面有着十分重要的应用前景。然而,设计合成这类材料尚具有极大的挑战,目前关于这方面的报道还较少。在水热、溶剂热或离子液热体系中,通过自发拆分,已经有一些手性无机微孔晶体材料被合成出来。然而,这种自发拆分的发生很难被预测。通过手性诱导是设计合成手性无机微孔晶体的一种有效的途径。尽管手性模板剂不是导向手性微孔晶体生成的必要条件,但是它可以诱导具有手性结构或结构单元的产生。我们通过系统的合成和结构研究发现,刚性金属配合物客体的手性可以被传递到无机主体骨架中,这表明主客体之间存在着分子识别。进一步研究发现,主客体之间的分子识别是通过主客体之间的氢键作用发生的。以手性金属有机胺配合物为模板剂,我们成功地设计合成出一系列含有手性结构特征的无机微孔晶体化合物,如新型镓锗酸盐分子筛GaGeO-CJ63,其骨架具有三维10元环交叉孔道,且含有手性笼结构,每个手性笼中含有一个与其对称性相匹配的手性模板剂分子。目前报道的由TO_4构筑的手性分子筛只有几例。然而,从理论上可以设计出大量的手性分子筛结构。我们提出了在手性空间群中,通过限定"禁区"(即孔道)原子自组装设计具有手性孔道的分子筛骨架结构的理论方法,并预测了大量的手性分子筛假想结构。理论计算表明,大多数的手性分子筛骨架不适合传统的SiO_2或AlPO_4组成,而将杂原子(传统分子筛骨架中的硅、铝、磷以外的其他原子)引入到分子筛骨架中可以松弛手性(螺旋)结构中固有的几何张力,从而稳定手性分子筛骨架结构。我们成功地合成出首例手性杂原子磷酸铝分子筛MAPO-CJ40(M=Co,Zn),它具有十元环手性孔道。MAPO-CJ40为一种新的分子筛结构类型,其骨架代码被国际分子筛协会命名为JRY。这里我们将讨论手性无机微孔晶体的结构特点、手性产生的原因以及当前合成手性微孔晶体的主要途径。

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