今日最新Science:超分子籠捕捉陰離子

【引言】

鹽類化合物在水中具有良好的溶解性是一個很常見的自然現象。這其中的部分原因是極化的O-H鍵可以吸引帶負電的氯離子。受此啟發，當需要減緩或者消除離子過剩帶來的污染時，可以設計含有O-H鍵或者N-H鍵的分子受體來富集捕捉目標離子。然而，對于尺寸較小的陰離子來說，其具有更加緊實的水化層和更高的水合自由能，需要更多的能量來靶向識別與捕捉。因此，設計對小尺寸陰離子如氯離子具有高度親和性和特異性捕捉能力的分子受體目前仍是一項極具挑戰的研究

【成果簡介】

美國印第安納大學的A. H. Flood（通訊作者）等人報道發現，與O-H鍵相比，充分極化的C-H鍵對氯離子具有更加優異的捕捉能力。在該項研究中，研究人員利用CH給體設計了類穴狀配體（cryptand）的triazolo超分子籠。這一分子籠的空腔大小與Bowman-James的NH氫鍵結合的穴狀配體相同，而利用三唑取代酰胺又能約束化學鍵的旋轉從而提高分子籠的剛性。這一triazolo超分子籠展現出芳香基單元與三唑單元的交錯序列，其空腔大小能夠特異性的捕捉氯離子，通過CH與氯離子之間的氫鍵結合還能進一步穩定氯離子。利用這一超分子籠，通過液液提取的方式，水中的氯化物可以被高效提取到非極性的二氯甲烷溶劑中，其親和能力可以達到10¹⁷/M。該研究認為，設計這一具有高親和力的分子受體能夠為高效提取水中氯化物提供新的思路和策略。2019年07月12日，相關成果以題為“Chloride capture using a C–H hydrogen-bonding cage”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 可結合氯化物分子籠的合成和結構

圖2 氯化物親和力和選擇性的定量分析

圖3 鹽的提取和防腐蝕

文獻鏈接：Chloride capture using a C–H hydrogen-bonding cage（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw5145）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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