文献综述
题目： N-丁基萘二甲酰亚胺PWP[5]的构建及其在手性识别中的应用 指导教师：汪海波 2022年 1月 15日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述1、超分子化学我们把研究原子间通过共价键或离子键形成的分子实体的结构与功能的科学称为分子化学，而把研究基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学定义为超分子化学。 超分子化学的概念最早是由超分子化学之父，法国科学家莱恩（J.M Lehn）于 1987 年提出的，它是化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学 和环境科学等多门学科交叉构成的新兴热门边缘科学。 [1] 从某种意义上讲，超分子化学淡化了有机化学、无机化学、 生物化学和材料化学之间的界限，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系，并将四大基础化学有机地融为一体。 由于超分子化学的应用无处不有，故为 21 世纪的热门领域如环境科学、信息科学、能源科学、纳米科学、材料 科学和生命科学等的发展开辟了一条崭新的道路。 [2]不仅如此，超分子化学在工业、农业、国防、医药学、航空 航天科学等领域已彰显出广阔的应用前景。 2、分子自组装主客相互作用是主客配合物的驱动力，涉及各种非共价相互作用的合作效应，如疏水相互作用、多重氢键、离子键、范德华力和静电相互作用。 [3]虽然已经报道了大量的主客体体系，但参与制备超分子聚合物的常见的主体分子包括环糊精、冠醚、葫芦脲、杯芳烃和柱芳烃。 客体分子一般是有机化合物，可以结合在主体的腔内。 主客络合的化学基础是主客分子之间形状大小的互补。 [4]时至今日，自下而上的自组装方法已成为制备功能材料的重要手段之一，其利用可逆的非共价键相互作用将特定的分子单体拼装成不同形状的集合体 。 由于构筑单元和非共价键相互作用的多样性，超分子自组装的研究范围涉及有机-无机杂化自组装、主客体自组装、有机小分子自组装、金属配位自组装和离子自组装等。 [5]由此实现了丰富的自组装结构和功能，在光电功能材料、生物医药和传感检测等众多领域展现出了广阔的应用前景。 3、主体大环分子在常见的大环分子中，主要包括环糊精，冠醚，葫芦脲，杯芳烃和柱芳烃。 环糊精（CD）是葡萄糖大环，其对非极性溶质的包涵体能力可以在其他宏观结构的帮助下进行调节。 将环糊精部分掺入较大的结构中可产生五种类型的新材料：交联网络，功能化链，两亲性环糊精，聚rotaxane和纳米复合材料。 环糊精多应用于食品科学领域（作吸附剂），生物医药领域（用于药物的释放），环糊精最近也被用于设计针对2019年冠状病毒病（COVID-19）的治疗方法。 [6]葫芦[n]脲（CB[n]简称CB）及其衍生物是由n个甘脲单元连接而成的大环主体分子,因其特殊的结构和分子识别性能而广受关注。 以共价或非共价的方法,葫芦[n]脲可以构筑出各种功能的纳米超分子组装体,而且还可以赋予超分子组装体很多新颖的物理化学特性,[7]使其在反应容器、表面活性剂、载体、囊泡、分子识别、离子选择性电极 [8]等方面展现出极大的应用潜力。 杯芳烃 (C i a x n a r e e） 是由苯酚与甲醛经缩合反应而生成的一类环状低聚物，杯芳烃的命名习惯上写成 杯 [ n ]芳烃 。 杯芳烃具有以下特征[9] : ① 具有由亚甲基相连的苯环所构成的空腔 ; ② 具有易于导入官能团或用于催化反应的酚羟基 ; ③ 具有可利用种种芳香族置换反应进行化学修饰的苯环，④ 构象能够发生变化 , 通过引入适当取代基团 , 可以固定所需各种构型。 正因为杯芳烃具有上述特点, 可应用于分子识别和包合及酶催化活性，故被认为是继环糊精, 冠醚之后的第三大类充满魅力的新型主体化合物。 柱芳烃与杯芳烃类似，是苯酚衍生的大环，主要结合底物的中性或带电片段，经离子基团改性后，所得柱芳烃衍生物具有较高的水溶性。 由于这些杯芳烃/柱芳烃衍生物具有三维、柔韧且富含pi;的空腔，因此它们被广泛用于水溶液中构建大环超分子体系。 [10]4、荧光染料荧光是自然界中一种常见的发光现象，可看作是将一种吸收光能转化成为另一种发射光能，即荧光化合物由短波长的紫外光照射后发出长波长的荧光的现象。 [11]对于荧光染料来说，它吸收的光能会严格按照分子结构确定的能阶使电子激发到激发态，然后由能量较高的单线态释放出少量的能量而变成三线态，再回复到基态。 这时释放出的能量就以荧光的形式发射出来。 [11]夏先广课题组介绍了萘酰亚胺类染料，香豆素类染料，罗丹明类染料的合成方法。 荧光染料用作荧光探针，在细胞成像，离子选择性识别等方面都有着广泛的应用。 [12-14]荧光染料的发光特性可以有荧光共振能量转移 (FRET), 光致电子转移 (PET)和分子内电荷转移(ICT)等机制来解释。 [15]5、柱[5]芳烃Nakamoto课题组在2008年成功开发了一类新的柱状大环主体化合物，它后来被称为柱[n]芳烃。 [16]与上述典型的主体分子相比，柱[n]芳烃具有高度对称的柱状结构特征，与高度对称的葫芦脲主体CB[n]s在许多方面相似。 柱[n]芳烃的重复单元是由酚基部分组成，使其在结构上类似于杯[n]芳烃。 柱[n]芳烃的两个环上也有许多酚基，使它们非常类似于高度功能化的大环CD化合物。 柱状[n]芳烃结合了典型大环化合物的许多有趣的特征。 柱状[n]芳烃还具有其他一些特征，如优越的主客体能力、平面手性以及由于其形状而具有高度对称结构的自组装能力。 [17][18]1,4-二甲氧基苯(DMB)与多聚甲醛在BF3/O(C2H5)2存在下缩合得到一种新型的对桥五环柱状DMB (DMpillar[5]芳烃)。 [19]此外，还制备了对桥五环对苯二酚(柱[5]芳烃)。 柱[5]芳烃与二烷基紫精和烷基吡啶衍生物形成1:1主客体配合物。 然而，由于庞大的金刚烷基不能穿过柱[5]芳烃的空腔，柱[5]芳烃没有与二金刚烷基紫精衍生物形成配合物。 [19]6、萘酰亚胺染料1,8－萘酰亚胺类荧光材料是一类非常重要的功能材料，近年来国际上研究非常活跃。 而且工业生产量每年都有较大幅度的增长。 该类荧光材料色泽鲜艳，荧光强烈，目前已广泛用作荧光染料和荧光增白剂。 此外还用于金属荧光探针，太阳能聚集器，液晶，激光，有机光导材料等高新技术方面。 [20]1,8－萘酰亚胺类荧光材料可由1,8－萘酸酐合成而来：1,8－萘酸酐本身是一个荧光发射团，但荧光微弱，和伯胺缩合后生成1,8－萘酰亚胺。 [20]如果萘环上有给电子基团，就形成了荧光材料，但若是吸电子基团，则不显示荧光。 本类荧光材料的分子结构具有这样几个特点：共平面性；具有较大的共轭体系；分子结构中一端具有强的给电子基团另一端具有强的吸电子基团，因此其分子结构中存在着一大的 吸－供电子共轭体系。 处于这样体系中的电子很易受到光的照射而发生跃迁，从而产生荧光。 7、手性识别手性用于描述不能叠加在其镜像上的对象。 当一个分子不能叠加在其镜像上时，那么这个分子可以被称为手性分子。 然而，在实践中，在判断分子是否手性时，最好看看分子中是否存在不对称的碳原子。 如果一个分子拥有两个不对称连接的非共面环，并且不能轻易地围绕连接它们的化学键旋转，或者分子拥有一个轴，一组取代基保持在一个空间排列中，该空间排列不能叠加在其镜像上，那么即使该分子缺乏不对称的碳原子，它也可以是手性的，[21]这种手性分别称为平面手性和轴向手性。 因此，分子手性基本上可以分为点，平面和轴手性。 手性是生命系统的基本特征,因此立体特异性分子识别仍然是一个巨大的挑战。 Guo L E课题组利用脯氨酸的氨基端和羧基端对脯氨酸进行修饰，形成脯氨酸受体，并成功将之应用于葡萄糖的对映异构识别。 [22]Yang J课题组合成了一种手性超分子凝胶（CSH）,其具有独特的三维网络，在对色氨酸的手性识别中表现出了优异的识别能力，可达到准确定量的水准。 [23]8、荧光识别荧光检测以其在光化学、分析化学、生物化学等领域的高灵敏度而闻名。 水溶性荧光染料对于环境和生命科学中有着许多应用。 [24]水溶性大环受体已成为与荧光染料组装研究的有吸引力的主题。 有机分子的荧光敏感地依赖于它们的环境。 [24]因此，荧光染料已成为流行的分子探针，不仅可以确定微环境参数，例如介质的极性，还可以跟踪它们在微异质系统（如膜，胶束和细胞介质）以及界面，聚合物和离散超分子系统中的重新定位和分布动态。 已经发现它们特别可用于监测具有大环结构的离散宿主/客体复合物的形成，其可以用作荧光染料的分子容器（纳米腔）。 [25]将染料加入其（通常是疏水的）腔中伴随着微环境参数的重大变化，这在超分子化学中被大量使用，一方面用于确定热力学和动力学的关联，另一方面，通过指示位移方法对竞争对手的结合。 9、本课题的研究意义1,8-萘二甲酰亚胺自身没有荧光, 但在萘环的4 -位引人供电子基团（如氨基等）后，就会形成强的推拉电子体系, 使电子容易激发, 从而发出荧光，从而形成具有强荧光的化合物，在4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺的母体上修饰带有二胺结构而构筑的主体荧光染料分子，所以通过二胺的结构可以与客体大环分子柱芳烃实现主客体组装，利用组装体可以实现对生物活性分子、顺反异构体和对映异构体的超分子组装体的荧光识别。 参考文献[1]张来新, 陈琦. 方兴未艾的超分子化学[J]. 合成材料老化与应用, 2018, 47(1):119-123[2] Whittell G R , Hager M D , Schubert U S , et al. 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