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本发明涉及超分子聚合物材料的制备和应用技术,特别是涉及一种新型大环化合物十四元瓜环与卟啉分子构筑的超分子聚合物及制备方法和应用。
背景技术：
超分子聚合物，源于超分子化学和聚合物科学的完美结合，其主要通过单体间定向可逆的非共价键或者动态的共价键作用力构筑而成，是一类通过非共价键相互作用构筑而成的既具有超分子化学性质，又具有高分子材料性能的新型材料。超分子聚合物可以基于多种分子间相互作用以及它们的协同作用或多重作用形成，如氢键、配位作用、主客体相互作用、电荷转移相互作用、π-π相互作用等。在利用这些分子间弱的非共价键相互作用中，基于主客体识别作用的超分子聚合物，由于其具有较好的结构和方向性而引起了广泛的关注。因此也使得包括冠醚、瓜环等在内的许多大环化合物在超分子聚合物的构筑中被大量应用。超分子聚合物具有对外界剌激的响应性，相对于共价聚合物分子，超分子聚合物具有良好的成键可逆性，利用此优点，可以构筑具有热敏性、可酸碱响应的聚合物材料。
瓜环又名葫芦脲(Cucurbit[n]uril简称Q[n]或CB[n])是一类具有大环空腔、两端开口的笼状化合物，因其结构貌似南瓜又为环状物而得名，是由苷脲单元通过亚甲基桥联形成的一类新型大环化合物。十四元瓜环Q[14]是由十四个苷脲单元通过26个亚甲基桥联后形成的长带一端旋转180°后，再由2个亚甲基桥联关环而成，其化学结构式如图2所示。
卟啉(porphyrin)是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥(＝CH-)互联而形成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩(porphin，C20H14N4)，有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。卟啉及其衍生化合物广泛存在于生物体内和能量转移的相关的重要细胞器内。在动物体内主要存在于血红素(铁卟啉)和血蓝素(铜卟啉)中，在植物体内主要存在于维生素B12(钴卟啉)和叶绿素(镁卟啉)中，是血细胞载氧进行呼吸作用和植物细胞进行光和作用过程中的关键作用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物，本发明所述十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物具有结构稳定、操作简单、水溶性强和重复利用性高的特点，可用于制备分子器件、传感器、药物缓释、细胞识别、膜传递或分子筛。
本发明是这样实现的：一种十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物，所述的超分子聚合物的分子式为，2C84H84O14N28@C56H62N8Br4；结构式为，
前述的十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物的制备方法中，所述的超分子聚合物是由TBPyP的四个丁基分别进入十四元瓜环的两个空腔并与十四元瓜环结合而得。Q[14]与TBPyP的相互作用模式如图12所示，由图12可知：Q[14]的两个空腔包结了TBPyP的烷基链部分，形成主客体包结比为2:1的超分子配合物，形成的超分子配合物的结构式如图1所示。
前述的十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物的制备方法，按下述步骤制备：在水溶液中以主体十四元瓜环与客体TBPyP按照物质的量比1～3:0.5～2的比例配制，搅拌，震荡；将反应产物冻干得到红棕色固体，即得十四元瓜环-TBPyP超分子聚合物(简称Q[14]-TBPyP)。
前述的十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物的制备方法中，所述十四元瓜环与客体TBPyP的物质的量比为2:1。
前述的十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物的制备方法中，所述的客体TBPyP是以5,10,15,20-四(4-吡啶)卟啉、溴丁烷为原料，N,N-二甲基甲酰亚胺为溶剂，反应合成制得。
前述的十四元瓜环与卟啉构筑的超分子聚合物的制备方法中，所述的客体TBPyP的合成方法如下：将5,10,15,20-四(4-吡啶)卟啉和1-溴丁烷加入到N,N-二甲基甲酰亚胺溶剂中，并对其加热到反应温度85～100℃进行回流反应，反应完全后冷却、离心，将沉淀用乙醚洗，干燥后即得TBPyP。图11显示了TBPyP的纯度，由图11可知，TBPyP的纯度高，无杂质。