本發(fā)明屬于水簇合物領(lǐng)域，更具體地，涉及一種包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰及其晶體結(jié)構(gòu)和制備方法。
背景技術(shù)：
水是地球上最重要的一種分子，他在自然界中的很多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，這些領(lǐng)域包括生命有機(jī)體運(yùn)作過程，化學(xué)過程及地質(zhì)學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)體系等。因此，為了深刻理解水或冰的本質(zhì)，在實驗上和理論上都投入了大量的研究，但依然沒有得到對水或冰的全面認(rèn)識(Science 2016，351，1310)。
目前所報道的水或冰的形態(tài)主要有水團(tuán)簇((H2O)n，n＝3-6)，水低聚物((H2O)n，n＝8，10，12)，以及低維水聚合物(包括一維鏈狀及二維層狀冰結(jié)構(gòu))。這些水或冰的形態(tài)的研究對于探索水在生命有機(jī)體，化學(xué)過程及地質(zhì)學(xué)體系中的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制有著重要的意義(Nature 1998，393，671)。
在所有報道的水或冰的形態(tài)中，二維層狀冰的理化性能與自然界中的水或冰的理化性能最為接近，二維層狀冰的研究最有意義。而在二維層狀冰結(jié)構(gòu)中，六元環(huán)結(jié)構(gòu)最為常見，通常，六元環(huán)結(jié)構(gòu)有四種構(gòu)象，及：船式，椅式，平面及半椅式構(gòu)象。目前，前3種構(gòu)象的二維層狀冰結(jié)構(gòu)都有報道，而半椅式構(gòu)象還未見報道(Angew.Chem.Int.Ed.2003，42，1741)。
目前所報道的二維層狀冰結(jié)構(gòu)，都是在大的有機(jī)物框架，金屬-有機(jī)配合物骨架，或親水性的納米多孔結(jié)構(gòu)的孔道或者穴位處形成，而這些框架或者多孔結(jié)構(gòu)都需要繁瑣的制備。因此，用簡單的有機(jī)物模板可以免去框架或多孔結(jié)構(gòu)的制備的繁瑣過程，是制備二維層狀冰結(jié)構(gòu)的一種極具優(yōu)勢的解決方案，這方面研究尚未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有制備二維層狀冰結(jié)構(gòu)需要合成框架或多孔結(jié)構(gòu)的繁瑣過程，提供一種新穎的，包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰及其晶體結(jié)構(gòu)和制備方法。
本發(fā)明的目的是提供一種包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰。
本發(fā)明的另一目的是提供上述包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰的晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一目的是提供上述包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰的制備方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
本發(fā)明的一種二維層狀冰是一種包含半椅式構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰，其化學(xué)式為C5O2N2H6·2H2O，其中C5O2N2H6＝1-methyl-4-imidazole-carboxylic acid。
所述二維層狀冰的晶體結(jié)構(gòu)如下：
所述化合物C5O2N2H6·2H2O為單斜晶系，13號中心對稱空間群P21/c，晶胞參數(shù)：a＝4.5843(18)，b＝23.437(8)，c＝8.626(3)β＝118.688(16)°。
所述的二維層狀冰側(cè)面顯示了波紋狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的二維層狀冰的制備方法是：
所述有機(jī)物1-methyl-4-imidazole-carboxylic acid通過分子間相互作用，形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)模板，水分子在此模板上，通過氫鍵相互作用，形成六元環(huán)，相鄰的六元環(huán)進(jìn)一步組裝成二維層狀冰。
有益效果：本發(fā)明提供了一種包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰及其晶體結(jié)構(gòu)和制備方法。利用本發(fā)明所述制備方法和利用上述材料制備出含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰，所述的二維層狀冰具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)是首次制備了“半椅式”構(gòu)象的六元環(huán)。
(2)是首次通過簡單的有機(jī)物模板，制備了二維層狀冰結(jié)構(gòu)。
(3)是首個二維冰層間距離為1.2nm的框架結(jié)構(gòu)。
附圖說明
圖1中，a為本發(fā)明的包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰，通過一維鏈狀有機(jī)物模板，橋聯(lián)成三維框架結(jié)構(gòu)；b為二維層狀冰結(jié)構(gòu)“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)與有機(jī)模板的作用情況；c為一維鏈狀有機(jī)模板的連接方式。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰，它是由水分子在有機(jī)物1-methyl-4-imidazole-carboxylic acid形成一維鏈狀模板上排列組合制備而成。
本發(fā)明的包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰的晶體結(jié)構(gòu)如下：
上述包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰的晶體是通過有機(jī)物1-methyl-4-imidazole-carboxylic acid在醇-水的混合溶液中重結(jié)晶得到。
上述重結(jié)晶的混合溶液中的醇包括甲醇，乙醇。
上述重結(jié)晶的甲醇-水的混合溶液中，醇∶水的體積比為1∶1-5∶1。
上述重結(jié)晶的溫度在30-4℃。
本發(fā)明的包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰結(jié)晶在單斜晶系，13號中心對稱空間群P21/c，晶胞參數(shù)：a＝4.5843(18)，b＝23.437(8)，c＝8.626(3)β＝118.688(16)°。
同時，本發(fā)明還提供了一種包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰的制備方法。通過簡單的有機(jī)物1-methyl-4-imidazole-carboxylic acid形成的一維鏈狀模板結(jié)構(gòu)組裝而成，避免了繁瑣的框架合成。
根據(jù)上述制備方法制備得到的包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的包含“半椅式”構(gòu)象六元環(huán)的二維層狀冰，其晶體結(jié)構(gòu)中，相鄰的二維層狀冰通過有機(jī)模板，連接成三維框架(圖1)，層間距離為1.2nm。
以下結(jié)合說明附圖和具體實施例來進(jìn)一步說明此發(fā)明。但實施例并不對本發(fā)明做任何形式的限定。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑，方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑，方法和設(shè)備。
除非特別說明，本發(fā)明所用的材料和試劑均為市售。
以下呈現(xiàn)出部分實驗數(shù)據(jù)來說明問題。
實施例1化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmol的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為1∶1甲醇-水溶液中，所得溶液常溫靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在一周內(nèi)得到。
實施例2化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmol的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為2∶1乙醇-水溶液中，所得溶液常溫靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在一周內(nèi)得到。
實施例3化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmol的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為5∶1甲醇-水溶液中，所得溶液常溫靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在一周內(nèi)得到。
實施例4化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mm0l的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為1∶1乙醇-水溶液中，所得溶液冰箱靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在2天內(nèi)得到。
實施例5化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmol的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為2∶1甲醇-水溶液中，所得溶液冰箱靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在2天內(nèi)得到。
實施例6化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmo1的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為5∶1甲醇-水溶液中，所得溶液冰箱靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在2天內(nèi)得到。
實施例7化合物C5O2N2H6·2H2O晶體制備
0.4mmol的C5O2N2H6(50.4mg)，在室溫條件下，溶解于20mL體積比為5∶1乙醇-水溶液中，所得溶液冰箱靜置，化合物C5O2N2H6·2H2O的塊狀單晶在2天內(nèi)得到。