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研究生课程论文

新型杯芳烃的研究进展

课程名称无机化学文献阅读与综述
姓名马建华
学号0900202003
专业无机化学
任课教师吴文士
开课时间2010.3_—2010.7

教师评阅意见：

论文成绩评阅日期

课程论文提交时间：2010年7月14日
新型杯芳烃的研究进展
马建华
华侨大学材料科学与工程学院09级研究生班
摘要：本文简要介绍了杯芳烃及其衍生物的合成方法，功能与应用，对近年来的研究发展做了总结。同时展望，随着杯芳烃和金属冠醚的研究进一步发展，金属杯芳烃跃入了人们的视野，将成为当前研究的热点。
关键词：杯芳烃；金属杯芳烃；应用研究
一、前言
杯芳烃(calixarene)是由苯酚环和亚甲基在酚羟基邻位连接而组成的大环化合物,它的出现是与酚醛树脂的研究密切相关的(如图1)。早在一百多年前,德国化学家A.VonBaeyer就研究了苯酚与甲醛的反应而得到树脂状难纯化的物质。四十年代，化学家Zinke和Ziegler将对叔丁基苯酚与甲醛水溶液在氢氧化钠存在下反应，得到了一种高熔点、不溶的晶状化合物，经鉴定为环状的四聚体结构。由于这类化合物是由芳环编织成的、结构又酷似希腊式酒杯，因此被命名为“杯芳图1zhestructureofcalixarene
烃”。它的命名习惯上写成“杯[n]芳烃”。
由于杯芳烃是一类具有独特空穴结构的大环化合物,作为模拟酶研究的对象特别受到重视,曾被称为是继冠醚和环糊精之后的第三代主体化合物。实际上与冠醚和环糊精相比较,杯芳烃具有很多特点：1、它是一类合成的低聚体,它的空穴结构大小的调节具有较大的自由度；2、它不但可从酚轻基上进行衍生反应,而且可在苯环上进行反应,可获得众多的衍生物,以应各种需要；3、它不但能与离子,且能与中性分子形成主客体包合物,这是容冠醚和环糊精两者之长；4、它的热稳定性及化学稳定性很好,可溶性虽较差,但这各有利弊的一面,通过衍生化之后,某些衍生物具有很好的溶解性；5、它的合成是较为简单的,可望获得较为价廉的产品。独特的空穴结构，有着特殊的物化性能。杯芳烃在人工酶、传感器、光电材料等多方面得到了广泛的应用，具有广阔的发展前景。
二、杯芳烃的研究进展
随着环糊精、冠醚、穴醚等大环化合物的广泛深入研究,杯芳烃以其大小可调的空腔，特殊的物化性能，广泛的应用性，引起了化学家们极大的兴趣。时至今日，有关纯有机杯芳烃的研究已得到了相当成熟的发展，且随着研究的不断深入，杯芳烃衍生物也得到了广泛的研究，其研究成果已应用到了许多方面。近年来，金属杯芳烃(metallacalixarene)以其特有空间结构，物化性能，再次激起化学工作者强烈的兴趣，金属杯芳烃的研究正成为化学家们研究的热点。
2.1杯芳烃及其衍生物的研究进展
2.1.1杯芳烃及其衍生物的合成研究
杯芳烃的合成主要有一步法和多步法：
(1)、一步合成法
一步合成法最初是由Zinke等发现，后被Gutsche等改进和完善，它简单易行，在酸、碱性条件下利用酚类化合物与甲醛(或其它醛)水溶液一步缩合完成，
如图2[1]。但反应的适应性较差，必须是在对位取代是相同的条件下进行，而且较难得到n为奇数的杯芳烃。
(2)、逐步合成法
逐步合成法是以片断进行缩合的方法，如图3所示。其适应性较广，通过调节环的大小，理论上可以得到不同空穴的主体分子，合成出具有各种取代基和大小环的杯芳烃分子。但由于步骤过于复杂，总产率不高。
(3)、杯芳烃的衍生化
在得到杯芳烃的基本骨架后，通过各种反应在其边缘引入功能基团可以得到适合不同应用目的的衍生物。通过转移杯芳烃上缘的叔丁基，再进行卤化、硝化、硫化、烷基化、重氮化等反应，可以得到种类繁多的衍生物。对于亚甲基部分取代的衍生物，多数是用片段缩合法得到的。苯酚杯芳烃的酚羟基自身就是一个官能团，它可以与多种试剂反
图4杯芳烃的衍生化应，制备出各种杯芳烃的衍生物[2],如图4所示。
2.1.2杯芳烃及其衍生物的应用研究
杯芳烃及其衍生物具有高度的选择性,能和离子、中性分子等客体分子通过超分子作用络合。也正应为如此所,杯芳烃及其衍生物广泛应用于分析化学、工业、医学以及化学传感器等领域。
1、杯芳烃及其衍生物在传感器中的应用
由于杯芳及其烃衍生物具有高度的选择性识别性质,杯芳烃及其衍生物作为传感器的敏感膜材料用于检测、识别有机小分子已成为超分子化学应用研究的热点。李园园等[3]分别以三种新型含氨基酸1,3-桥联杯[4]芳烃衍生物作为压电石英传感器的敏感涂层，对有机胺和有机醇蒸气的选择性识别进行了研究。三种敏感涂层均对正构胺和正构醇表现出明显的响应值。烷烃基支链越多，相应的频率变化就越小，说明涂层膜对气体分子的选择性识别主要是分析物的位阻效应、氢键及空腔疏水力共同作用的结