Calixarenes and Resorcinarenes pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sliwa, Wanda/ Kozlowski, Cezary

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:2009-4

价格:1505.00 元

装帧:

isbn号码:9783527322633

丛书系列:

图书标签:

• Calixarenes
• Resorcinarenes
• Supramolecular Chemistry
• Host-Guest Chemistry
• Macrocycles
• Molecular Recognition
• Organic Chemistry
• Crystal Engineering
• Self-Assembly
• Materials Science

巨分子世界的探索：精巧结构的分子构筑基石 在浩瀚的化学分子世界中，存在着一类结构独特、功能多样的宏环化合物，它们以其独特的“笼状”或“杯状”结构，成为了化学家们精心设计的分子“容器”。这些“容器”能够选择性地吸附、容纳甚至催化其他小分子，因此在分子识别、药物递送、催化反应、传感技术等众多前沿领域展现出巨大的应用潜力。而在这类宏环化合物的家族中，杯芳烃（Calixarenes）与间苯三酚杯芳烃（Resorcinarenes）无疑是其中最为耀眼的两颗明星。 一、 杯芳烃：源于酚醛缩合的经典宏环 杯芳烃，顾名思义，其结构形似一个倒置的杯子。它们的分子骨架是由多个苯酚单元通过亚甲基桥连接而成，形成一个具有一定空腔的宏环结构。这种独特的结构赋予了杯芳烃一系列迷人的性质： 结构的多样性与可调控性： 杯芳烃的结构可以通过改变苯酚单元的数量、连接方式以及在杯口和杯底引入不同的官能团来进行精确调控。最常见的杯芳烃是由四个（[4]杯芳烃）、六个（[6]杯芳烃）或八个（[8]杯芳烃）苯酚单元组成的。苯酚单元的排列方式可以是“伞状”（cone）、“蜡烛台状”（partial cone）、“锥状”（1,3-alternate）或“飞机状”（1,2,3,4-alternate），每种构象都拥有独特的空间排布和空腔大小，为分子设计提供了极大的灵活性。 [4]杯芳烃： 这是最常见且研究最为广泛的杯芳烃。它由四个苯酚单元通过亚甲基桥连接而成，形成一个大致对称的杯状结构。其杯口相对较大，杯底较小，内部空腔可以容纳多种大小和形状的客体分子。 [6]杯芳烃与[8]杯芳烃： 随着苯酚单元数量的增加，杯芳烃的分子量增大，空腔也相应扩大，能够吸附更大的客体分子，例如某些染料分子或药物前体。 自组装能力： 杯芳烃的分子内部存在着丰富的氢键和π-π相互作用，这使得它们在特定条件下能够发生自组装，形成有序的超分子结构，如纳米管、纳米片等，进一步拓展了其应用的可能性。 空腔的识别与结合能力： 杯芳烃的内部空腔是其功能性的核心。这个空腔的尺寸、形状以及内壁的极性都可以通过化学修饰进行精细调节。这种精细的调节使得杯芳烃能够像一把“分子锁”一样，选择性地识别并结合特定尺寸、形状和极性的客体分子。例如，可以通过在杯芳烃的杯口引入具有特定官能团的侧链，来增强其对特定离子的亲和力，从而实现离子的选择性检测或分离。 修饰的便利性： 杯芳烃的杯口和杯底都存在着反应活性较高的羟基（-OH）和苯环上的氢原子。这为引入各种官能团提供了便利，例如烷基、芳基、卤素、胺基、羧基等。通过引入不同的官能团，可以极大地改变杯芳烃的溶解性、电子性质、光学性质以及与其他分子的相互作用能力，从而赋予其新的功能。 水溶性的改善： 原始的杯芳烃通常在水中溶解度较低，这限制了其在生物和环境应用中的使用。然而，通过引入亲水性官能团，如磺酸基、羧基、聚氧乙烯链等，可以显著提高其水溶性，使其在水相体系中也能发挥作用。 二、 间苯三酚杯芳烃：拓展功能的兄弟家族 间苯三酚杯芳烃（Resorcinarenes）在结构上与杯芳烃非常相似，同样是由多个单元通过亚甲基桥连接而成，形成宏环结构。然而，它们的核心构筑单元是间苯三酚（resorcinol），而非苯酚。间苯三酚的结构中，除了酚羟基外，在两个相邻的羟基之间还存在一个额外的羟基，这赋予了间苯三酚杯芳烃与传统杯芳烃相比，在构筑方式和性质上的一些独特之处： 更强的协同作用： 间苯三酚单元中相邻的多个羟基之间可以形成更强的分子内氢键，这种氢键网络不仅增加了宏环结构的稳定性，还可能在空腔内形成更强的极性环境，从而增强其对特定客体分子的识别和结合能力。 更高的官能团密度： 相较于苯酚，间苯三酚具有更多的羟基，这意味着在间苯三酚杯芳烃的构筑过程中，可以引入更多的侧链官能团，从而实现更加精细的功能化。例如，可以通过在多个羟基上引入不同的功能基团，来构建具有多位点识别能力或协同催化功能的分子。 构象的灵活性： 间苯三酚杯芳烃也存在多种构象，但其构象的多样性和可调控性可能与传统杯芳烃有所不同，并且其空腔的尺寸和形状也更加灵活。 在水性体系中的优势： 由于间苯三酚本身具有一定的亲水性，经过修饰的间苯三酚杯芳烃通常在水性体系中表现出更好的溶解度和稳定性，这使得它们在生物传感、药物递送等水性环境下的应用更具优势。 三、 杯芳烃与间苯三酚杯芳烃的交集与应用前景 杯芳烃与间苯三酚杯芳烃虽然在构筑单元上有所区别，但它们在宏观结构和功能原理上有着密切的联系，都属于“分子容器”家族。它们的协同研究极大地丰富了宏环化学的研究内容，并为新材料的开发提供了源源不断的灵感。 潜在的应用领域包括但不限于： 分子识别与传感： 通过精确设计杯芳烃或间苯三酚杯芳烃的空腔结构和内壁化学环境，可以使其特异性地识别和结合各种离子、小分子、生物标志物等。这种识别能力可以被转化为光学、电化学等信号，从而构建高灵敏度和高选择性的化学传感器。例如，可以设计用于检测环境中重金属离子、空气污染物，或者生物体内特定疾病标志物的传感器。 药物递送： 杯芳烃和间苯三酚杯芳烃的空腔可以作为药物分子的“载体”，将药物分子包封其中，然后通过特定的触发机制（如pH变化、光照、酶作用等）释放药物。这种递送方式可以提高药物的稳定性和生物利用度，降低药物的毒副作用，实现靶向性给药。 催化： 杯芳烃和间苯三酚杯芳烃的空腔可以为化学反应提供一个受限的微反应器环境，通过调控空腔内的催化活性位点，可以实现对反应的选择性控制，提高反应效率，甚至实现过去难以实现的催化反应。例如，可以构建用于有机合成、生物催化等领域的催化剂。 分离科学： 利用杯芳烃和间苯三酚杯芳烃对特定物质的选择性吸附能力，可以用于分离和纯化混合物。例如，可以用于从复杂的混合物中分离出目标产物、去除污染物，或者进行同位素分离。 材料科学： 将杯芳烃或间苯三酚杯芳烃引入高分子材料、纳米材料中，可以赋予材料新的功能，例如增强材料的吸附性能、催化活性、光学性能等。 总之，杯芳烃与间苯三酚杯芳烃作为精巧的分子构筑基石，以其独特的结构和可调控的功能，为科学家们打开了探索微观世界无限可能的大门。它们不仅是化学研究中的重要对象，更是未来科技发展中具有巨大潜力的“微型工程师”。

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