吉大杨英威教授课题组《Angew》综述：基于人工合成大环的非多孔自适应性晶体用于分子分离

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非多孔自适应性晶体（Nonporous Adaptive Crystals，英文简称为“NACs”，中文简称为“纳客”）材料是一种新颖的固体吸附分离材料。与传统的多孔材料相比，基于大环受体的纳客材料具有易于制备，化学/水汽/热稳定性好，溶液加工性好，可重复利用性高以及对特定客体分子展现出极高的选择性吸附分离能力等优点，对科学研究产生了重要影响，并在化工行业展现出了潜在的应用价值。 

近日，吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授课题组撰写了题为“Synthetic Macrocycle‐Based Nonporous Adaptive Crystals for Molecular Separation”的综述文章，系统地梳理了基于超分子大环受体的NACs材料在分子的吸附与分离和气致变色超分子组装体系构筑等应用中的最新研究进展，总结并展望了NACs材料可能应用于实际工业应用中所面临的机遇、瓶颈与挑战。该综述论文以Minireview的形式在线发表在Wiley-VCH旗下的Angew. Chem. Int. Ed.期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202006999）。图1. NACs材料吸附与分离应用概括图

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 

NACs是一类新兴的、发展迅速的有机分子晶体材料，它以超分子大环受体或有机小分子作为基元通过分子间非共价相互作用连接而构筑。得益于合成大环受体种类的多样性、易功能化性及其自身结构的高度自适应性等优势，人们可以很容易地通过结晶-活化等步骤获得具有各种各样特性的NACs材料。此外，与传统的多孔材料相比，基于大环的NACs材料还具有易于制备，化学、水汽、热稳定性好，溶液加工性好，重复利用性高等优点，为大环纳客材料在工业上的可能应用奠定了理论基础。

作者首先介绍了NACs材料相关概念的发展和提出的背景，梳理了在过去五年来基于柱芳烃的NACs材料在客体选择性吸附分离方面的研究进展、以及在NACs材料应用开发过程中所发现的一般规律性特征。随后，以不同的应用分类为角度出发系统地总结了多种大环NACs材料在吸附与分离和气致变色超分子体系构筑等方面应用的最新研究进展，主要包括：（1）基于联苯芳烃以及柱芳烃的NACs材料在卤代烯烃顺反异构体混合体系中的选择性吸附分离应用；（2）基于柱芳烃的NACs材料在氯甲苯以及氯吡啶同分异构体混合体系中的选择性吸附分离应用；（3）基于葫芦脲的NACs材料在共沸混合物甲苯-吡啶混合体系中的选择性吸附分离应用；（4）基于斜塔芳烃的NACs材料在卤代烃以及烷烃同分异构体混合体系中的选择性吸附分离应用；（5）基于柱芳烃、混杂芳烃、冕芳烃以及双子芳烃的NACs材料在芳香烃/环烷烃混合体系中的选择性吸附分离应用；（6）基于柱芳烃和领结芳烃的NACs材料在气致变色超分子体系构筑等方面的最新研究进展。最后，作者对NACs材料在实际应用开发过程中可能遇到的瓶颈问题和面临的挑战进行了阐述。相信这篇综述能对从事有机多孔/非孔材料应用及功能开发的研究人员有所启示和帮助。

图2. 基于联苯芳烃（biphen[3]arene）的NACs材料在卤代烯烃顺反异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图3. 基于柱芳烃（pillararenes）的NACs材料在卤代烯烃顺反异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图4. 基于柱芳烃的NACs材料在氯甲苯同分异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图5. 基于柱芳烃的NACs材料在氯吡啶同分异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图6. 基于葫芦脲（cucurbit[6]uril）的NACs材料用于分离甲苯-吡啶混合体系

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图7. 基于斜塔芳烃（leaning tower[6]arene）的NACs材料在卤代烃同分异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图8. 基于柱芳烃的NACs材料在卤代烃同分异构体分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图9. 基于斜塔芳烃的NACs材料在C6烷烃混合体系分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图10. 基于冕芳烃（tiara[5]arene）的NACs材料在苯-环己烷混合体系分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图11. 基于混芳烃（hybrid[3]arene）的NACs材料在苯-环己烷混合体系分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图12. 基于双子芳烃（geminiarene）的NACs材料在氯苯-氯代环己烷混合体系分离方面的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图13. 基于柱芳烃的NACs材料用于气致变色超分子体系的构筑

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图14. 基于柱芳烃的NACs材料用于气致变色超分子体系的构筑

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图15. 基于领结芳烃（bowtiearene）的NACs材料用于气致变色超分子体系的构筑

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 

论文的第一作者为吉林大学化学学院博士研究生吴佳睿，通讯作者为杨英威教授，论文得到国家自然科学基金（21871108, 51673084）、吉林省省校共建项目—新材料专项（SXGJSF2017-3）和吉林大学培英工程计划的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202006999

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