环境诱导下构型自调的四硫富瓦烯衍生物:设计合成及可控超分子组装研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21372111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0112.功能分子/材料的合成
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Organic functional materials are based on the assembly of organic molecules via intermolecular interactions. Therefore, the gateway for the development of organic functional materials is to design and synthesize organic molecules having unique features on both electronic and crystallographic aspects. In the present proposal, we aim at the design, synthesis, and supramolecular assembly diversity of functional organic molecules possessing conformation self-modulation ability induced by circumstance variation. The target molecules are aryl-substituted/fused tetrathiafulvalene (TTF) derivatives, for which the aryls and TTF framework are connected via sulfur atom bridge. The key characters of these molecules are (1) extention of pi-conjugation result from aryls, and (2) enhancement of molecular internal freedom caused by the rotation/vibration of aryls around two C-S bonds. The target molecules will be synthesized through the copper-catalyzed C-S coupling reaction between aryl iodides and (TBA)2[Zn(DMIT)2], and by successive phosphate-mediated coupling reaction. The supramolecular assembly of the resulting TTF derivatives and other functional components, such as fullerene, transition metals, rare earth metals, and heteropoly acid (HPA) will be carried out. The driving forces for supramolecular assembly are hydrogen-bond, pi-pi interaction, charge-transfer, and coordination between TTF derivatives and counter components. Especially, the rotation/vibration of aryls around two C-S bonds would make the peripheral aryls and central TTF core together form a bowl-like cavity under certain conditions, which is capable to encapsulate guest molecules having appropriate size and symmetry, for example, fullerene and HPA. The target materials are conducting inclusion complex with fullerene, conducting/magnetic inclusion complexes with HPA, conducting/magetic metal-organic framework (MOF), one-dimensional magnets of transition metal, and co-existence of conduction (TTF stacks) and magnetism (transition metal sheet). Futher investigation is directed to the fabrication of molecular electronic devices based on the above supramolecular materials.
有机功能材料籍由有机分子通过分子间作用组装而成,因此合成具有特殊本征性能及组装功能的有机分子是有机功能材料研究的基础及创新点。本项目以四硫富瓦烯(TTF)为母体,在其外围以硫原子为桥联,引入具有不同电子效应、对称性及组装功能基团的芳香环。目标分子的独特性在于扩展了体系的pi-共轭结构;而且芳基围绕C-S键的旋转/振动自由度,使得分子的构型能够受物理或化学环境之诱导而自发调整,譬如呈碗状构型。利用分子间pi-pi作用、配位作用、电荷转移以及芳基围绕TTF骨架旋转/振动所形成的分子内禀空腔,通过电化学结晶及多组份扩散等方法实现TTF衍生物的混合结晶,及其与过渡金属、富勒烯、杂多酸等功能组分的可控超分子组装和功能熔合。以期得到具有特殊组装结构(包络复合物、金属-有机框架结构、过渡金属链)和性能(导电、磁性、吸附、催化)的有机功能材料。在阐明材料的构效关系之基础上,拓展组装材料在分子器件中的应用。

结项摘要

有机功能材料籍由有机分子通过分子间作用组装而成,因此合成具有特殊本征性能及组装功能的有机分子是有机功能材料研究的基础及创新点。在本项目中,我们沿着“分子设计合成分子构效关系研究可控超分子组装组装材料的性能及构效关系研究”这一思路,设计了新型的有机功能砌块单元,并针对其结构特点开展了可控超分子组装及组装材料的性能研究。新型砌块单元为“硫原子桥联芳基取代稠合的四硫富瓦烯(简称 Ar-S-TTF)”,它们的分子构型能够受物理或化学环境之诱导而自发调整。截至项目结题,我们以“Cu-催化的C-S键偶联反应”为关键步骤,实现了Ar-S-TTF的高效合成并建立了相应的化合物库(总计超过200余种新化合物)。运用物理有机化学等手段研究了Ar-S-TTF的构效关系,阐明了它们具有环境响应性组装特征,能够根据客体分子的尺寸、形状、对称性、氧化还原能力等因素的变化而调整自身的空间构型和价态来形成不同的组装结构。基于Ar-S-TTF的结构特点和本征电化学性能,实现了它们与富勒烯、磷钼酸的包络复合型超分子组装,与电子受体(CuBr2、I2、F4TCNQ)之间的电荷转移型超分子组装,与过渡金属离子配位组装,制备了一系列结构及功能各异的超分子组装材料。探索并发掘了超分子组装材料性能,它们在有机太阳能电池、磁性气体吸附、光诱导自旋态捕截、双极性半导体材料、化学掺杂自旋态调控等方面具有潜在应用价值。在本项目执行期内,共发表SCI论文13篇,包括 Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eur. J., J. Mater. Chem. C, CrystEngComm, Chem. Commun., Beilstein J. Org. Chem 等。参与本项目的研究生,5人获得博士学位,3人获得硕士学位。项目负责人邵向锋教授于2015年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ring Reconstruction on a Trichalcogenasumanene Buckybowl: A Facile Approach to Create Donor-Acceptor Type [5-6-7]-Fused Planar Polyheterocycles
TrichalcogenasumaneBuckybowl 上的环重建:一种创建供体-受体类型 [5-6-7]-稠合平面多杂环的简便方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Angewandte Chemie International Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Xuexiang;Zhu Yongtao;Shao Jiafeng;Chen Lichuan;Zhao Sijie;Wang Baolin;Zhang Shangxi;Shao Yongliang;Zhang Hao-Li;Shao Xiangfeng
  • 通讯作者:
    Shao Xiangfeng
Non-Pyrolytic, Large-Scale Synthesis of Trichalcogenasumanene: A Two-Step Approach
三硫化物大规模非热解合成:两步法
  • DOI:
    10.1002/anie.201308781
  • 发表时间:
    2014-01-07
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Li, Xuexiang;Zhu, Yongtao;Shao, Xiangfeng
  • 通讯作者:
    Shao, Xiangfeng
Inclusion complexes of fullerenes with flexible tetrathiafulvalene derivatives bearing four aryls through sulfur bridges
富勒烯与通过硫桥带有四个芳基的柔性四硫富瓦烯衍生物的包合物
  • DOI:
    10.1039/c4tc01362j
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Sun, Jibin;Lu, Xiaofeng;Shao, Xiangfeng
  • 通讯作者:
    Shao, Xiangfeng
Synthesis of Heterasumanene
异苏马烯的合成
  • DOI:
    10.1055/s-0033-1339115
  • 发表时间:
    2014-08-01
  • 期刊:
    SYNLETT
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Li, Xuexiang;Shao, Xiangfeng
  • 通讯作者:
    Shao, Xiangfeng
Decorating Tetrathiafulvalene (TTF) with Fluorinated Phenyls through Sulfur Bridges: Facile Synthesis, Properties, and Aggregation through Fluorine Interactions
通过硫桥用氟化苯基装饰四硫富瓦烯 (TTF):通过氟相互作用轻松合成、特性和聚集
  • DOI:
    10.1002/chem.201402327
  • 发表时间:
    2014-07-28
  • 期刊:
    CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Lu, Xiaofeng;Sun, Jibin;Shao, Xiangfeng
  • 通讯作者:
    Shao, Xiangfeng

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有机太阳电池关键材料研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    童杨;肖作;杜晓艳;左传天;李跃龙;吕梦岚;袁永波;易陈谊;郝锋;华雍;雷霆;林乾乾;孙宽;赵德威;段春晖;邵向锋;李伟;叶轩立;肖正国;张斌;边庆真;程远航;刘升建;程明;靳志文;杨上峰;丁黎明
  • 通讯作者:
    丁黎明
碗状共轭分子“杂化素馨烯”的设计合成及可控化学转化
  • DOI:
    10.1360/ssc-2021-0193
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵向锋
  • 通讯作者:
    邵向锋
碗状共轭分子的合成及物理和化学性质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵向锋
  • 通讯作者:
    邵向锋

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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