螺环基闭合环状结构化合物是一类以螺环芳烃作为构筑单元形成的闭合环状结构的化合物, 主要包括大环、共价有机框架(COF)、金属有机框架(MOF)等. 此类化合物拥有规整的环状结构、可调的尺寸和形状、丰富的空间构象及光学活性等特点, 在传感、药物输送、吸附、分离、光学器件、分子识别等领域有着广泛的应用.
根据它们空间维度的不同, 可以分为零、一、二、三维螺环基闭合环状结构化合物. 本文对螺环基闭合环状结构化合物的研究进展进行全面梳理, 从零、一、二、三维多个维度展开, 对螺环基闭合环状结构化合物的合成、性能表征以及应用进行了系统论述, 以探索其在不同维度下的特性、应用和发展动向, 为螺环类新型材料设计与制备提供更多思路.
一、合成
近年来, 螺二芴基、螺芴氧杂蒽基、螺[茚并噻吩]芴基以及螺[环戊二噻吩]芴基闭合环状结构化合物在合成方法和表征技术方面的研究取得了显著进展. 在合成方面, 不断涌现出高效、经济、环保的方法, 包括Sonogashira偶联、Yamamoto偶联、Suzuki-Miyaura偶联、C−H活化和Buchwald-Hartwig偶联反应等. 这些合成路线丰富了螺环基闭合环状结构化合物的类型, 但仍存在一定的挑战, 例如反应条件要求苛刻、底物螺环芳烃可选择类型较少、分子存在多种构象异构体导致分离困难等.
二、性能表征
光物理测试(UV/PL/CD/CPL)、热稳定测试(DSC/TGA)、气体吸附测试等表征技术帮助研究人员了解化合物的组成、结构与性能三者之间的关系, 在优化材料性能过程中发挥了重要作用. 但螺环基闭合环状结构化合物的分子结构越来越多样, 使得结构与性能相互作用的机制越来越复杂, 传统的表征技术不能完全描述. 这就需要更加精细、系统的表征方法来分析材料内部结构及预测新材料的性能, 从而在今后的应用中更好的发挥优势.
三、应用
(1) 零维螺环基环状化合物具有优异的发光性能, 被广泛应用于有机发光二极管发光材料的制备;
(2) 一维螺环基线性聚合网络具有高稳定性、明确的空间结构以及可设计性, 在光电、环境科学等领域实现了广泛应用;
(3) 二维螺环基共价微孔聚合物具有丰富的吸附位点, 能够增加气体与材料之间的相互作用, 实现高效吸附, 多用于制备气体吸附材料;
(4) 三维螺环基金属有机框架既有金属的高活性, 又具备有机配体的柔性以及官能团的选择性, 是气体吸附、催化等领域优秀的候选材料.
螺环基闭合环状结构化合物具有独特的分子构型, 在结构创新方面展现出了巨大的潜力. 我们可以从改变组分这一方向进行创新. 首先, 可以在螺环芳烃上引入不同的取代基团, 再通过调整连接方式来进行单组分的结构创新. 其次, 多组分结构的设计和组装也是一个值得关注的方向. 螺环基闭合环状结构可以与其他的分子或结构单元进行相互作用和组装, 形成更加复杂的超分子结构或杂化系统. 总的来说, 螺环基闭合环状结构化合物的应用前景非常广阔, 相信随着研究的深入和技术的发展, 该类化合物将会在结构设计、性能优化和应用领域创新等方面取得更大的突破, 为涵盖材料科学、柔性电子、医学等众多领域带来更多的机遇.
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