甘良兵課題組在開孔富勒烯遞氧材料的研究中取得新進(jìn)展
開孔富勒烯的合成與性質(zhì)研究是富勒烯化學(xué)中重要的研究領(lǐng)域。通過碳籠表面的開孔，可以將小分子裝入碳籠內(nèi)部的空腔中，使得開孔富勒烯成為“分子容器”。目前，能在較溫和條件下裝入小分子的開孔富勒烯的合成步驟都較長，而且可內(nèi)包的小分子主要是氫氣和水，這類包合物的實(shí)際應(yīng)用還有待深入探索開發(fā)。
甘良兵課題組基于富勒烯過氧化物的選擇性制備與轉(zhuǎn)化，探索開孔富勒烯的選擇性合成路線（Acc. Chem. Res.2019, 52, 1793-1801）。在之前的工作中，他們合成了一系列可內(nèi)包水的開孔富勒烯，但都需要較長的合成步驟。最近他們發(fā)現(xiàn)，前期工作中得到的開孔富勒烯過氧化物1可以與苯胺在不同條件下反應(yīng)，分別得到開孔富勒烯3和4，即從C60經(jīng)三步反應(yīng)可以得到具有19元環(huán)孔徑的開孔富勒烯。另外他們還通過改變反應(yīng)條件得到了化合物2a和2b，為反應(yīng)的機(jī)理研究提供了重要數(shù)據(jù)。
圖1 開孔富勒烯的簡潔合成
在得到開孔富勒烯3之后，課題組對其內(nèi)包小分子的性質(zhì)進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)化合物3不僅可以在常溫常壓下包入水分子，也可以在較溫和條件下包入氧氣。測定結(jié)果顯示在常溫、50個(gè)大氣壓的氧氣氛圍中攪拌5小時(shí)，化合物3中有75%裝入了氧氣。包入氧氣后的化合物O2@3可以釋放所包合的氧氣分子，動(dòng)力學(xué)研究測試結(jié)果顯示在37 oC時(shí)釋氧過程的半衰期為73 min，釋氧過程的活化能是18.8 kcal·mol-1。
圖2 化合物2裝氧、釋氧過程示意圖
甘良兵課題組的研究結(jié)果表明開孔富勒烯在遞氧材料方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。許多醫(yī)療手段，例如組織體外培養(yǎng)、活性氧物種（Reactive oxygen species, ROS）殺菌和腫瘤的光動(dòng)力治療（Photodynamic therapy, PDT）中均需要充足的氧氣供應(yīng)，目前文獻(xiàn)報(bào)道較多的遞氧材料主要有修飾的血紅素、碳氟化合物和金屬過氧化物等。開孔富勒烯作為分子納米材料為遞氧材料提供了新的研究方向?！ ?/p>
該工作以Concise Synthesis of Open-Cage Fullerenes for Oxygen Deliver為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition 上（Zishuo Zhou, Hongfei Han, Zijing Chen, Rui Gao, Zhen Liu, Jie Su*, Nana Xin, Xiaobing Yang and Liangbing Gan*），共同第一作者是甘良兵課題組的博士研究生周子碩與訪問學(xué)者韓紅斐，分析測試中心的蘇婕老師解析了所有新化合物的單晶結(jié)構(gòu)。該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和教育部的資助。
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