超分子结构中的共价键力化学

批准号:
21871016
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
马玉国
依托单位:
学科分类:
B0110.超分子化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢欢、王章远、过新炎、邓新媛、陈起、李雪
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中文摘要
化学反应通常通过光、热、电、辐射等外界刺激作用于分子引发,而机械力作为广泛存在的能量传递方式,因其固有的宏观属性和复杂的相互作用而较少被应用。目前在聚合物力化学中,影响化学键断裂的因素已经较为清楚,将力传递到特定化学键上通常需要聚合物链作为传导介质。但在传统力化学中,非共价相互作用是重要因素,因而用力来进行有效化学反应的条件尚不明确。若可以不依赖于聚合物的存在,则力化学中的转变就能应用于小分子合成中。因此,本项目致力于考察以超分子结构为介质的力化学中非共价作用和共价键既相互促进又相互竞争的关系,设计、合成小分子形成的超分子聚合物和网络,在强的超分子作用存在下实现共价键的机械力活化;构建多种超分子结构,结合聚合物和传统力化学,通过系统增加非共价作用的强度,研究在低分子量体系中力诱导共价键活化的阈值。这一研究旨在推动共价力化学在现代有机合成中应用,并帮助理解传统力化学中固态研磨发生转变的机理。
英文摘要
Several energy sources are used to drive chemical reactions in small molecules. Commonly, we use heat, photons or electrons to bypass high-energy transition states. Although grinding mixtures with mortar and pestle is at the very beginning of chemistry, the use of mechanical energy is not the go-to methodology for today’s chemists. When mechanical potential is included in a chemical reaction, the reaction thermodynamic space is changed due to the directionality of the applied force. This remarkable effect has been used in the past to develop new organic transformations, such as making thermally forbidden pericyclic reactions the main mechanism at room temperature. Yet, to transmit the force to a specific bond, a polymer handle is typically necessary. In polymer mechanochemistry, the parameters leading to bond scission are quite well understood; yet, in classical mechanochemistry, which is dominated by non-covalent interactions, the required parameters for a successful reaction is still quite vague. In addition, these new mechanochemical transformations shown in polymers can be very useful in small molecule synthesis if the polymer handle could be dispensed of..Here we propose to bridge these two “mechanochemistries” by introducing strong directional non-covalent interactions which are well understood to make supramolecular networks in which the sum of the non-covalent interactions could overcome the energy of a single covalent bond. By systematically increasing the non-covalent interaction energy, we will measure the limit in which covalent bonds start to be activated even at low molecular weights. Focusing on the synergetic and competitive relationships between non-covalent interaction and covalent bonds, this research will make covalent mechanochemistry a useful methodology to modern organic synthesis, and, in addition, will provide fundamental understanding on the oldest chemistry, the grinding of molecules in the solid state.
化学反应通常通过光、热、电、辐射等外界刺激作用于分子引发,而机械力作为广泛存在的能量传递方式,因其固有的宏观属性和复杂的相互作用而较少被应用。机械力在化学反应中不仅影响反应进行的机理,有效地改变反应的优先路径,同时,机械能向化学能的转变具有清洁、高效的优势,所以研究机械能向化学能的这一新维度能量转变非常重要。目前在聚合物力化学中,影响化学键断裂的因素已经较为清楚,将力传递到特定化学键上通常需要聚合物链作为传导介质。但在传统力化学中,非共价相互作用是重要因素,因而用力来进行有效化学反应的条件尚不明确。若可以不依赖于聚合物的存在,则力化学中的转变就能应用于小分子合成中。因此,本项目致力于考察以超分子结构为介质的力化学中非共价作用和共价键既相互促进又相互竞争的关系,设计、合成小分子形成的超分子聚合物和网络,在强的超分子作用存在下实现共价键的机械力活化;构建多种超分子结构,研究在超分子体系中力诱导共价键活化的阈值,实现小分子晶体中力诱导化学键的形成和断裂;详细研究溶液和固体状态下的结构和光物理性质,阐明了其中的共价键形成和断裂的具体机理;系统探究了分子结构、堆积方式对力致变色行为的影响,实现了力的大小、作用方式对响应行为的多维度调控。这一研究旨在解决力化学和材料科学中的一些基本问题,发展力作为能量传递的一种方式进行小分子的化学反应,推动共价力化学在现代有机合成、力响应功能性材料等领域的应用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Facile ACQ-to-AIE transformation via diphenylphosphine (DPP) modification with versatile properties
通过二苯基膦 (DPP) 修饰实现 ACQ 到 AIE 的轻松转化,具有多种特性
DOI:10.1039/d1tc05810j
发表时间:2022
期刊:Journal of Materials Chemistry C
影响因子:6.4
作者:Fangjun Ye;Chengzhen Shen;Jianxin Guan;Yiming Liu;Xiaoge Wang;Jingtian Wang;Ming Cong;Weibin Wang;Ting Zhang;Bo Zou;Junrong Zheng;Yuguo Ma
通讯作者:Yuguo Ma
Building a Cocrystal by Using Supramolecular Synthons for Pressure-Accelerated Heteromolecular Azide-Alkyne Cycloaddition
利用超分子合成子进行压力加速杂分子叠氮化物-炔环加成反应构建共晶
DOI:10.1002/chem.201900391
发表时间:2019
期刊:Chemistry - A European Journal
影响因子:--
作者:Meng Xiao;Chen Changqing;Deng Xinyuan;Wang Zhangyuan;Chen Qi;Ma Yuguo
通讯作者:Ma Yuguo
Stress-Dependent Multicolor Mechanochromism in Epoxy Thermosets Based on Rhodamine and Diaminodiphenylmethane Mechanophores
基于罗丹明和二氨基二苯甲烷力团的环氧热固性材料中应力依赖性多色力致变色
DOI:10.1021/acs.macromol.1c02242
发表时间:2022
期刊:Macromolecules
影响因子:5.5
作者:Zhongtao Chen;Fangjun Ye;Tianyin Shao;Yeping Wu;Mao Chen;Yinyu Zhang;Xiuli Zhao;Bo Zou;Yuguo Ma
通讯作者:Yuguo Ma
Cyclometalated iridium(iii) complex nanoparticles for mitochondria-targeted photodynamic therapy
用于线粒体靶向光动力治疗的环金属化铱(iii)复合纳米颗粒
DOI:10.1039/d0nr03398g
发表时间:2020-07-14
期刊:NANOSCALE
影响因子:6.7
作者:Lu, Huan;Jiang, Xinpeng;Ma, Yuguo
通讯作者:Ma, Yuguo
Visible responses under high pressure in crystals: phenolphthalein and its analogues with adjustable ring-opening threshold pressures
晶体中高压下的可见反应:酚酞及其具有可调节开环阈值压力的类似物
DOI:10.1039/c9cc01145e
发表时间:2019
期刊:Chemical Communications
影响因子:4.9
作者:Deng Xinyuan;Guo Hongwei;Meng Xiao;Wang Kai;Zou Bo;Ma Yuguo
通讯作者:Ma Yuguo
可控活性聚合体系的光催化剂的设计及应用
- 批准号:52242306
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2022
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
碳中和相关的化学与材料学科的科学普及与传播
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:10万元
- 批准年份:2022
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
基于三线态-三线态湮灭的光子频率上转换与湮灭剂共价修饰的有机光敏剂
- 批准号:51573002
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
芳香-氟代芳香化合物的超分子自组装及应用
- 批准号:21074004
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:39.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
“从分子共和国到元素的世界”系列化学科普丛书
- 批准号:20920002
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:13.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
荧光分子为核的星状聚合物的合成及应用
- 批准号:50873002
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:36.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
官能化烯烃立体规整聚合的超分子金属催化剂的开发研制
- 批准号:20604001
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
氢键调控的大分子的多元自组装
- 批准号:20544004
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:8.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:马玉国
- 依托单位:
国内基金
海外基金
