本發(fā)明涉及一種超分子自組裝體的應(yīng)用及應(yīng)用方法，特別是一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

瓜環(huán)(Cucurbit[n]uril)，又稱葫蘆脲，(簡稱CB[n]或Q[n]),因結(jié)構(gòu)似南瓜而得名，是繼冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴等大環(huán)化合物之后的又一類新型籠狀主體化合物，從結(jié)構(gòu)性質(zhì)上來看，瓜環(huán)具有一個(gè)高度對(duì)稱的疏水性空腔以及兩端敞開且布滿極性的羰基氧原子，這種結(jié)構(gòu)上面的特征使其能在溶液狀態(tài)下選擇性的包結(jié)大小尺寸合適的有機(jī)、無機(jī)及生物分子等小分子又或是與帶有偶極或離子型化合物在端口處發(fā)生親水性配位作用，隨著研究工作的深入進(jìn)行，瓜環(huán)漸漸應(yīng)用于有機(jī)合成，分子識(shí)別，納米材料，催化，分離等方面。十元瓜環(huán)作為瓜環(huán)合成過程中含量較低的產(chǎn)物，于2002年Day研究組以Q[5]@Q[10]形式首次報(bào)道，但因含量低，難分離等因素，限制了其的發(fā)展與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用及應(yīng)用方法。本發(fā)明能夠有效廣譜的捕集、沉淀金屬離子，并在特定體系中捕集特定的金屬離子，在捕集之后可以通過在硝酸體系中溶解結(jié)晶，得到不含金屬離子的十元瓜環(huán)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，是基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體捕集、沉淀和釋放金屬離子。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述十元瓜環(huán)超分子自組裝體還用于在特定體系中捕集特定金屬離子。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述特定體系為堿金屬體系Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺，該體系中選擇性的不沉淀K⁺。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述特定體系為包含Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺的堿土金屬體系，該體系中選擇性的沉淀Ca²⁺。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述特定體系為鑭系稀土體系，該體系中選擇性的沉淀輕稀土La³⁺、Ce³⁺和Pr³⁺。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述特定體系包含Cs⁺、Ba²⁺和Ln³⁺，該體系中選擇性的沉淀Cs⁺。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，所述特定體系在Ⅲ_A金屬體系，該體系中選擇性的沉淀Ga³⁺。

一種前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用的應(yīng)用方法，是將所述自組裝體用于捕集、沉淀金屬離子，并通過將得到的沉淀物或晶體溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，同時(shí)對(duì)金屬離子進(jìn)行釋放。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用的應(yīng)用方法，包括如下步驟：

a.將十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將金屬鹽加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品混合，得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物；

d.將上述得到的白色沉淀物加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置2～3天得到十元瓜環(huán)晶體。

前述的基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用的應(yīng)用方法，所述白色沉淀物繼續(xù)浸于原溶液中，并放置在空氣中室溫條件下存放1-3天可得到自組裝體晶體；將自組裝體晶體加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置，2～3天得到十元瓜環(huán)晶體。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明能夠有效廣譜的捕集、沉淀金屬離子，并再特定體系中捕集特定的金屬離子，并可以通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，對(duì)金屬離子進(jìn)行釋放，對(duì)探索瓜環(huán)的應(yīng)用意義重大,具有廣泛的發(fā)展前景。

附圖說明

圖1為主體分子十元瓜環(huán)Q[10]的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為十元瓜環(huán)Q[10]+Ba²⁺的結(jié)構(gòu)圖與晶體細(xì)節(jié)圖；

圖3(a)為十元瓜環(huán)Q[10]+La³⁺的結(jié)構(gòu)圖；

圖3(b)為十元瓜環(huán)Q[10]+Ce³⁺的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為十元瓜環(huán)Q[10]與BaCl₂沉淀的能譜圖；

圖5為十元瓜環(huán)Q[10]在堿金屬體系中沉淀的能譜圖；

圖6為十元瓜環(huán)Q[10]在堿土金屬體系中沉淀的能譜圖；

圖7為十元瓜環(huán)Q[10]在Cs⁺，Ba²⁺，Ln³⁺體系中沉淀的能譜圖；

圖8為十元瓜環(huán)Q[10]在鑭系稀土金屬體系中沉淀的能譜圖；

圖9為十元瓜環(huán)Q[10]在Ⅲ_A金屬體系中沉淀的能譜圖；

圖10為捕集金屬離子得到的沉淀在硝酸體系中得到晶體的能譜圖；

圖11為本發(fā)明捕集和釋放金屬離子的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。

本發(fā)明的實(shí)施例

實(shí)施例1、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，十元瓜環(huán)的結(jié)構(gòu)圖如附圖1所示，其用于捕集、沉淀金屬離子，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)溶于2mL濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將2mg BaCl₂加入2mL水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，可知白色沉淀中含有Ba²⁺和瓜環(huán)，如圖4；或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放3天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征可得到圖2結(jié)構(gòu)；

d.將上述得到的沉淀或晶體17.9mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天可以得到晶體14.4mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子，如圖10所示，該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。

實(shí)施例2、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，其用于在鑭系金屬離子中捕集La³⁺、Ce³⁺和Pr³⁺金屬離子，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將14種鑭系金屬硝酸鹽各2mg加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，可以在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放1天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征；

d.通過能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知得到的白色沉淀中有瓜環(huán)和La，Ce，Pr三種金屬元素，如附圖8所示；通過X射線單晶衍射儀結(jié)果可知有瓜環(huán)和La，Ce的兩種結(jié)構(gòu)，分別為圖3(a)和圖3(b)所示結(jié)構(gòu)；

e.將上述得到的沉淀或晶體15.2mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天可以得到晶體13.2mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子。該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。

實(shí)施例3、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，其用于在堿金屬體系Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺中選擇性的不沉淀K⁺，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺硝酸鹽各2mg加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，可以在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放1天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征；

d.通過能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知得到的白色沉淀中有瓜環(huán)和Na⁺、Rb⁺、Cs⁺三種金屬元素；沉淀的能譜圖如附圖5所示；

e.將上述得到的沉淀或晶體16.3mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天內(nèi)可以得到晶體13.6mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子。該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。

實(shí)施例4、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，其用于在包含Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺的堿土金屬體系中選擇性的沉淀Ca²⁺，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺金屬硝酸鹽各2mg加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，可以在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放1天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征；

d.通過能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知得到的白色沉淀中有瓜環(huán)和Ca²⁺金屬元素；沉淀的能譜圖如附圖6所示；

e.將上述得到的沉淀或晶體18.8mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天可以得到晶體16.9mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子；該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。

實(shí)施例5、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，其用于在包含Cs⁺、Ba²⁺和Ln³⁺中選擇性的沉淀Cs⁺金屬離子，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將Cs⁺、Ba²⁺和Ln³⁺金屬硝酸鹽各2mg加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，可以在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放1天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征；

d.通過能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知得到的白色沉淀中有瓜環(huán)和Cs⁺金屬元素；沉淀能譜圖如附圖7所示；

e.將上述得到的沉淀或晶體16.2mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天可以得到晶體13.3mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子。該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。

實(shí)施例6、一種基于十元瓜環(huán)超分子自組裝體的應(yīng)用，其用于在Ⅲ_A金屬體系中選擇性的沉淀Ga³⁺，并通過將得到的沉淀溶解于硝酸中得到晶體，對(duì)十元瓜環(huán)進(jìn)行回收，具體方法如下：

a.將20mg十元瓜環(huán)加入濃鹽酸中，震蕩，使其溶解，得A品；

b.將Ⅲ_A金屬體系金屬硝酸鹽各2mg加入水中，震蕩，使其溶解，得B品；

c.將A品與B品在燒杯中混合，可以在混合的瞬間得到白色沉淀物，過濾得到白色沉淀物，通過能譜表征，或者將該白色沉淀物浸于原溶液中，放置在空氣中室溫條件下存放1天可得到晶體，通過X射線單晶衍射儀表征；

d.通過能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知得到的白色沉淀中有瓜環(huán)和Ga³⁺金屬元素；沉淀的能譜圖如附圖9所示；

e.將上述得到的沉淀或晶體17.0mg在加入硝酸溶液中，加熱溶解，在空氣中靜置3天可以得到晶體15.1mg，通過能譜表征可知晶體為十元瓜環(huán)，不含金屬離子。該晶體可以繼續(xù)利用，在鹽酸體系中進(jìn)行金屬離子捕集、沉淀。