今日最新Science:超分子笼捕捉阴离子

【引言】

盐类化合物在水中具有良好的溶解性是一个很常见的自然现象。这其中的部分原因是极化的O-H键可以吸引带负电的氯离子。受此启发，当需要减缓或者消除离子过剩带来的污染时，可以设计含有O-H键或者N-H键的分子受体来富集捕捉目标离子。然而，对于尺寸较小的阴离子来说，其具有更加紧实的水化层和更高的水合自由能，需要更多的能量来靶向识别与捕捉。因此，设计对小尺寸阴离子如氯离子具有高度亲和性和特异性捕捉能力的分子受体目前仍是一项极具挑战的研究

【成果简介】

美国印第安纳大学的A. H. Flood（通讯作者）等人报道发现，与O-H键相比，充分极化的C-H键对氯离子具有更加优异的捕捉能力。在该项研究中，研究人员利用CH给体设计了类穴状配体（cryptand）的triazolo超分子笼。这一分子笼的空腔大小与Bowman-James的NH氢键结合的穴状配体相同，而利用三唑取代酰胺又能约束化学键的旋转从而提高分子笼的刚性。这一triazolo超分子笼展现出芳香基单元与三唑单元的交错序列，其空腔大小能够特异性的捕捉氯离子，通过CH与氯离子之间的氢键结合还能进一步稳定氯离子。利用这一超分子笼，通过液液提取的方式，水中的氯化物可以被高效提取到非极性的二氯甲烷溶剂中，其亲和能力可以达到10¹⁷/M。该研究认为，设计这一具有高亲和力的分子受体能够为高效提取水中氯化物提供新的思路和策略。2019年07月12日，相关成果以题为“Chloride capture using a C–H hydrogen-bonding cage”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 可结合氯化物分子笼的合成和结构

图2 氯化物亲和力和选择性的定量分析

图3 盐的提取和防腐蚀

文献链接：Chloride capture using a C–H hydrogen-bonding cage（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw5145）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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