专利摘要

一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料及制备方法，属于功能材料领域。本发明制得了一种二苯并‑18‑冠‑6功能化的二联二脲阴离子受体，通过其二脲基团与磷酸根阴离子的氢键自组装作用(阴离子配位)，制得了一种对钾离子敏感的、具有纳米级空腔的三螺旋分子笼状功能材料；在没有钾离子存在条件下，该分子笼可包夹四乙基季铵盐分子，而加入钾离子后，该分子笼的二苯并‑18‑冠‑6功能团会络合钾离子，从而对包夹的季铵盐分子产生静电排斥效应使其释放。本发明所制得的阴离子自组装功能材料具有良好的小分子负载活性，并能够对环境中的钾离子产生智能响应而释放负载分子，该材料在药物负载、分子传输、可控释放等领域有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，其特征在于：所述的阴离子自组装功能材料分子式是：(TBA)6[L3(PO4)2]；所述的阴离子自组装功能材料是利用二苯并18-冠-6功能化的二联二脲配体L与磷酸根阴离子配位所得；所述的二苯并18-冠-6功能化的二联二脲配体L是将反式-二胺基苯基18-冠-6分子与2-硝基异氰酸酯反应生成中间体La,然后通过Pd/C、水合肼对中间体La还原加氢得到中间体Lb,再用中间体Lb与四硝基异氰酸酯反应得到；所述的磷酸根阴离子是四丁基磷酸铵，分子式为(TBA)3PO4；所述的钾离子敏感的阴离子自组装功能材料是L和四丁基磷酸铵以3：2混合自组装得到。

2.根据权利要求1所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，其特征在于：所述的中间体La化学结构式是：

3.根据权利要求1所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，其特征在于：所述的中间体Lb化学结构式是：

4.根据权利要求1所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，其特征在于：所述的配体L化学结构式是：

5.一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法，其特征在于：所述的制备过程包括以下步骤：

a.中间体La合成；

b.中间体Lb合成；

c.配体L合成；

d.阴离子自组装功能材料配合物H的制备；

所述的配体L制备过程如下

6.根据权利要求5所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法，其特征在于：所述的中间体La合成是指将邻硝基异氰酸酯溶于甲苯，倒入反应瓶加热至40-50℃；将反式-二氨基苯基[18]-冠-6悬浮于四氢呋喃(THF)中，缓慢滴入邻硝基异氰酸酯的热溶液中，加热搅拌1h；析出橙色固体，加乙醚出现更多固体，静置一段时间；抽滤，用乙醚洗涤，得到产物；所得的产物La产率大于等于97％。

7.根据权利要求5所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法，其特征在于：所述的中间体Lb合成过程为：氮气保护条件下，将La、Pd/C加入反应瓶中；用THF、水合肼，回流3h；反应液冷却，砂芯漏斗铺硅藻土抽滤，用(45+15+15)ml N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解滤饼中的产物，通过硅藻土抽滤；母液旋蒸至少量溶剂，加大量乙醚，析出白色固体；抽滤，乙醚洗涤，得到产物；所得的产物Lb产率大于等于93％。

8.根据权利要求5所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法，其特征在于：所述的配体L合成是指将对硝基异氰酸酯溶于THF的热溶液中，加热至40-50℃；将Lb用DMF溶解，部分不溶，Lb的悬浊液逐滴滴入对硝基异氰酸酯的热溶液中；继续80℃恒温加热搅拌8-12h，析出黄色固体；抽滤，用乙醚洗，得到产物；所得的产物L产率大于等于80％。

9.根据权利要求5所述的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法，其特征在于：将L和(TBA)3PO4混合加入到乙腈中，超声粉碎5min促进溶解；在10000r/min条件下，离心分离5min，去除微量不溶物；取出清液，加入大量乙醚，析出大量黄色沉淀；在10000r/min条件下，离心分离5min，去除上层清液；大量乙醚清洗得到的固体，离心分离去除上层清液，反复三次，得到的固体粉末真空干燥，得到分析纯的配合物产物H。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体是指一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料及制备方法。

背景技术

在生命体内，蛋白质分子通过其自组装折叠形成的空穴选择性的结合具有生物活性的客体分子从而实现免疫、信号传输、生物催化等重要的生命功能。受蛋白质的空腔结构启发，自20世纪70年代以来，化学家们合成了大量具有类似空腔的大环或笼状人工分子，以深入理解蛋白质的工作原理，并进一步对其功能进行模仿和干预，实现在疾病诊断和医药研发等领域的应用。早期研究的人工受体主要包括以冠醚和环番为代表的分子大环和以穴醚、穴番、环番(包括环糊精、杯芳烃、柱芳烃和葫芦脲)为代表的分子笼。近年来，超分子自组装手段的引入为分子笼状受体的发展带来了新的生机，促生了“自组装超分子笼”新型人工受体的诞生。最近，具有仿生性能的智能响应型超分子自组装功能材料成为新的焦点，该类材料在药物负载、分子传输、可控释放等领域具有广阔的应用前景。但目前已有的超分子自组装功能材料主要是基于重金属离子配位制得，并能够通过酸碱度(pH)、溶剂、光、温度等刺激控制客体释放。然而，无论是重金属离子还是相应的刺激条件通常会扰乱甚至破坏生命系统的正常运行，因此要实现在人体器官内部药物释放等潜在的生物应用还需要研发新型的、生物友好的智能响应材料。

本发明公开一种由钾离子控制客体释放的阴离子自组装功能材料，是一种新型的、生物友好的智能响应型超分子自组装功能材料。该材料的特性在于：是基于生物友好的多脲类受体与磷酸根阴离子通过氢键自组装制得；由生物友好的钾离子控制负载客体分子的释放。该材料的特性使其在药物负载、分子传输、可控释放等生物相关领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是利用二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲配体与磷酸根阴离子配位，制备一种能够负载客体小分子、并由钾离子控制客体释放的生物友好的智能响应材料。

本发明的具体方案如下：一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，所述的阴离子自组装功能材料分子式是：(TBA)₆[L₃(PO₄)₂]；所述的阴离子自组装功能材料是利用二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲配体L与磷酸根阴离子配位所得；所述的二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲配体L是将(反式)二胺基苯基-18-冠-6分子与2-硝基苯基异氰酸酯反应生成中间体L^a，通过钯碳催化剂(Pd/C),水合肼对中间体L^a还原加氢得到中间体L^b,再用中间体L^b与4-硝基苯基异氰酸酯反应得到；所述的磷酸根阴离子是四丁基磷酸铵，分子式为(TBA)₃PO₄；所述的钾离子敏感的阴离子自组装功能材料是L和四丁基磷酸铵以3：2混合自组装得到。

进一步的方案，所述的中间体L^a化学结构式是：

进一步的方案，所述的中间体L^b化学结构式是：

进一步的方案，所述的配体L化学结构式是：

一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料的制备方法如下：

(1)配体L的合成

将(反式)二胺基苯基-18-冠-6分子与2-硝基苯基异氰酸酯反应生成中间体L^a,通过钯碳催化剂(Pd/C),水合肼还原加氢得到中间体L^b,在使之与4-硝基苯基异氰酸酯反应得到配体L。

配体L制备过程如下

(2)阴离子自组装三螺旋分子笼H的制备

将L和四丁基磷酸铵((TBA)3PO4)，以3：2混合自组装得到三螺旋分子笼H。通过核磁共振、高分辨质谱等表征各中间产物和最终产物的结构和性能，结果表明所得产物结构明确；所得超分子组装体具有钾离子敏感性，可实现钾离子控制的负载分子释放。

有益效果：

本发明的一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料具有良好的小分子负载活性，并能够对环境中的钾离子产生智能响应而释放负载分子，在药物负载、分子传输、可控释放等领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明中配体L的¹HNMR核磁共振谱图。

图2是本发明中阴离子自组装三螺旋分子笼H的高分辨质谱图(ESI-HRMS)。

图3阴离子自组装三螺旋分子笼H自由态、H负载1倍四乙基氯化铵(TEA·Cl)、H结合KPF₆后释放TEA·Cl以及自由TEA·Cl的¹HNMR核磁共振谱图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

实施例1

一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料，所述的阴离子自组装功能材料分子式是：(TBA)₆[L₃(PO₄)₂]；所述的阴离子自组装功能材料是利用二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲配体L与磷酸根阴离子配位所得；所述的二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲配体L是将(反式)二胺基苯基-18-冠-6分子与2-硝基苯基异氰酸酯反应生成中间体L^a,通过钯碳催化剂(Pd/C),水合肼对中间体L^a还原加氢得到中间体L^b,再用中间体L^b与4-硝基苯基异氰酸酯反应得到；所述的磷酸根阴离子是四丁基磷酸铵，分子式为(TBA)₃PO₄；所述的钾离子敏感的阴离子自组装功能材料是L和四丁基磷酸铵以3：2混合自组装得到。

本发明所述的二苯并-18-冠-6功能化的二联二脲阴离子受体L的合成方法如下：

a.中间体L^a合成；

b.中间体L^b合成；

c.配体L合成；

d.阴离子自组装功能材料配合物H的制备。

实施例2

中间体L^a的合成方法如下：

将2-硝基苯基异氰酸酯(0.43g，2.63mmol)溶于15ml甲苯，倒入反应瓶加热至40-50℃；将反式-二氨基苯基-18-冠-6(0.50g，1.28mmol)悬浮于30mlTHF中，缓慢滴入2-硝基苯基异氰酸酯的热溶液中，加热搅拌1h；析出橙色固体，加乙醚出现更多固体，静置一段时间；抽滤，用乙醚洗涤，得到0.90g产物；所得的产物L^a产率97％。

实施例3

中间体L^b的合成方法如下：

氮气保护条件下，将L^a(1.60g，2.23mmol)，0.16g钯碳催化剂(Pd/C)，加入反应瓶中；用100mlTHF，1.5ml水合肼，回流3h；反应液冷却，砂芯漏斗铺硅藻土抽滤，用(45+15+15)mlDMF溶解滤饼中的产物，通过硅藻土抽滤；母液旋蒸至少量溶剂，加大量乙醚，析出白色固体；抽滤，乙醚洗涤，得到1.38g产物；所得的产物L^b产率93％。

实施例4

配体L的合成方法如下：

将4-硝基苯基异氰酸酯(1.0g，6.07mmol)溶于20mlTHF的热溶液中，加热至40-50℃；将L^b(1.0g，1.52mmol)用30mlDMF溶解，部分不溶，L^b的悬浊液逐滴滴入4-硝基苯基异氰酸酯的热溶液中；继续80℃恒温加热搅拌8-12h，析出黄色固体；抽滤，用乙醚洗涤，得到1.20g产物；所得的产物L产率80％。

实施例5

阴离子自组装功能材料:(TBA)₆[L₃(PO₄)₂]配合物H的制备：

将L(10.0mg,10μmol)和(TBA)₃PO₄(6.7μmol,10.7μL，0.625M水溶液)混合加入到1.0ml乙腈中，超声粉碎5min促进溶解；在10000r/min条件下，离心分离5min，去除微量不溶物；取出清液，加入大量乙醚，析出大量黄色沉淀；在10000r/min条件下，离心分离5min，去除上层清液；大量乙醚清洗得到的固体，离心分离去除上层清液，反复三次，得到的固体粉末真空干燥，得到分析纯的配合物产物H。

实施例6

阴离子自组装功能材料H负载四乙基季铵盐离子TEA及在钾离子控制下的可逆释放：

将阴离子自组装功能材料H与四乙基季氯化铵以1：1摩尔比在乙腈中混合均匀，得到负载一摩尔当量四乙基季铵盐的负载材料(附图3)，向溶液加入3当量以上的KPF₆以后，负载的四乙基季铵盐离子被完全释放。

虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效无替换其中的技术点，尤其是，只要不存在技术冲突，本发明所纰漏的各种实施例中的各项特征均可通过任一方式结合起来使用，在本发明中未对这些组合的情况进行穷举的描述仅仅是处于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而且包括落入权利要求。

一种钾离子敏感的阴离子自组装功能材料及制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。