层嵌主客体功能复合化合物研究

【摘要】：无机层状化合物是一类二维层状结构的化合物，因其特殊的结构和物理化学性质，尤其是层状化合物能被客体分子嵌入层间进而对主体和客体的性质都产生影响的特性，使层状化合物在催化，导电和生物等领域有着广泛的应用。本文以层板带正电荷的阴离子水滑石，层板带负电荷的磷酸氢锆和三氧化钼三种层状无机化合物为主体，以药物分子，生物分子，稀土化合物和导电聚合物为客体分子，在药物释放，脱氧核糖核酸分子DNA发光，CO2催化共聚和功能性空心球的制备四个领域内开展研究。 1．苯氧甲基青霉素对水滑石嵌入的研究。我们通过水滑石记忆效应方法，将药物分子苯氧甲基青霉素嵌入到阴离子水滑石层间。得到了分子组成是Mg6Al2(OH)16(C16H17N2O5S)0.75(OH)1.25（HTP）的层状嵌入复合物。HTP经过X射线衍射，差热热重分析，元素分析，红外光谱和紫外光谱分析，我们能证实药物分子苯氧甲基青霉素（PMP）已经嵌入到水滑石层间。根据表征的结果，我们推测得到的嵌入复合物HTP中，有一层PMP分子组装在水滑石层板间，且PMP分子上下交错的在层间排列。经过紫外跟踪和抗菌实验分析，释放出的药物分子保持了抗菌活性。HTP复合物能够随时间延长，逐渐的释放出层间的药物分子。HTP复合物与已报道的聚合物负载青霉素类药物分子不同，无机层板没有老化问题，可以长久的 WP=154 保存药物；无机层板还可以保护层内的药物分子，在强酸性的胃部，层板可以中和部分酸，为药物在吸收前提供保护，在弱酸性条件下的小肠，能通过离子交换，将层间药物分子逐步的释放。和已报道的仅用离子交换法将其它药物分子嵌入水滑石层中的工作相比，合成中，我们利用水滑石记忆效应方法，反应体系中除了反应物外，几乎没有其它离子，保证了最终产品的纯度。 2．DNA和菲啶鎓复合物嵌入水滑石的研究。我们利用水滑石记忆效应将DNA和ET阳离子共嵌入到水滑石层间，最终得到组成为[Mg6Al2(OH)16](bp)0.11(ET)0.02X1.80·1.3H2O (bp是1个碱基对长度的DNA; X为Br- 或OH-)的HT-DNA-ET复合化合物。经实验结果证实这一化合物有两层DNA-ET复合物在层间平行堆积，DNA分子中带负电性的磷氧骨架与带正电荷的无机层板通过静电引力相互作用，复合化合物中DNA分子保持了结构的完整性。值得注意的是因为菲啶鎓是带正电荷，不能直接嵌进同样带正电荷的水滑石无机层板之间，因此我们将正电荷的ET阳离子先插入到DNA分子的碱基对中。 由于DNA分子P-O骨架上的氧原子带有负电性， 所以DNA分子能包裹着ET成功地嵌入水滑石层间，这与以前只嵌入阴离子到水滑石层间的化合物有所不同。由于有荧光性质的ET阳离子的嵌入，HT-DNA-ET复合化合物也能产生光致发光，发出的荧光与DNA-ET复合物相比向低波长方向移动。HT-DNA-ET复合化合物对进一步开发DNA功能材料有潜在的意义。 3．Eu3+和赖氨酸分子嵌入α-Zr(HPO4)2以及嵌入产物对CO2和环氧丙烷共聚反应的催化性能研究。受到生物酶的结构和功能启示，通过固体研磨的方法将稀土Eu化合物室温嵌入到Zr(HPO4)2·1.85 Lys (ZL)的层间，得到分子组成是Zr(HPO4)2·1.5Lys:0.06Eu的复合物（ZLE）。通过IR, UV-vis, XPS 和荧光光谱分析证实Eu和层间的赖氨酸分子的羧基配位，ZLE中有 WP=155 一层Eu的化合物被夹在层间的上下两层氨基酸之间。因此本文设计的化合物也是一种类似酶的结构的催化剂。氨基酸固载在磷酸氢锆的层板上，形成了二维的氨基酸环境，然后稀土Eu3+包裹在两层的氨基酸中间。可以这样认为，我们合成的无机酶类的化合物是催化活性中心处在二维排列的氨基酸环境中，即生物环境的二级结构是层状。我们应用这个化合物在CO2的催化聚合领域中，了解它在这个领域里的催化活性。在二氧化碳和环氧丙烷的共聚催化研究中发现，复合物中每单位的Eu，与已经报道Y(P204)3-Al(i-Bu)3-glycerin催化体系中每单位的Y相比，不仅能催化得到更多的聚合物，还能将更多的CO2转化成聚合物。 4．通过树脂模板的方法合成层状化合物MoO3的微米级空心球。我们利用阴离子交换树脂球为模板，以杂多酸磷钼酸为原料，采用核壳技术，获得了无机层状化合物MoO3微米级空心球，空心球大小在100 μm左右，球壳厚度大约7μm，球壳是由很多MoO3颗粒不规则的堆积搭建而成的，这些颗粒的大小2 μm 到4 μm之间。，我们又将PhNH2嵌进MoO3无机层板间，然后用(NH4)2S2O8引发MoO3层间的PhNH2聚合，得到polyaniline-MoO3空心球，与绝缘体的MoO3空心球相比，polyaniline-MoO3 空心球的室温导电率有很大的提高。我们合成的空心球是一种新型的能组装功能性客体分子的主体材料。