一种杂[3]芳烃大环化合物及其制备方法、应用

本发明涉及超分子化学领域，具体的是一种杂芳烃大环化合物、其合成方法及其作为碘吸附材料的应用。

背景技术：

1、大环分子是超分子化学的重要结构基元之一，发展新型大环分子是创新超分子体系、拓展功能应用的重要源泉。超分子大环受体因其独特的拓扑结构和出色的主客体识别能力，以其作为选择性吸附材料在绿色分离、污染治理等领域的潜在应用提供了很多机遇，也是长期以来超分子化学研究的重要目标。

2、j.am.chem.soc.2017,139,15320-15323公开了一种柱芳烃大环碘吸附材料，该柱芳烃大环构筑单元单一，虽具有捕获碘的功能，但是，因其只具有20wt％的碘捕获量，而且其对碘的饱和吸附需要至少120min，所以该柱芳烃大环对于碘的吸附效率及吸附量是不理想的；另外，从反应物、温度、时间和反应溶剂综合考虑，其合成过程相对复杂；再有，其反复活化重新利用的效果也不理想；所以，上述文献公开的柱芳烃大环作为碘吸附材料，并不具有实际的工业应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种杂[3]芳烃大环化合物，解决现有柱芳烃大环碘吸附材料吸附效率及吸附量低、循环利用效果不理想，以致不适合工业化应用的问题。

2、另外，本发明还提供了所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法及其作为单质碘吸附材料的应用。

3、第一方面，所述的杂[3]芳烃大环化合物，所述化合物的结构式如下：

4、

5、第二方面，第一方面所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，包括：

6、按1:2:2的摩尔比将4,4'-二乙氧基联苯、3,4,5-三甲氧基苯酚及多聚甲醛溶解于有机溶剂，加入三氟乙酸以催化反应得到反应液，所述反应液经柱层析分离得到杂[3]芳烃大环化合物。

7、在本公开及可能的实施例中，在搅拌状态下进行所述反应，反应温度为50～60℃，反应15～60min后停止所述搅拌并冷却至室温，加入饱和碳酸氢钠溶液以淬灭所述反应。

8、在本公开及可能的实施例中，所述4,4'-二乙氧基联苯的制备方法，包括：

9、按10:1:3的摩尔比，在溴乙烷，4,4'-二羟基联苯和碳酸钾的混合物中，加入n,n-二甲基甲酰胺，室温下搅拌以发生反应，对反应产物进行重结晶得到所述4,4'-二乙氧基联苯。

10、在本公开及可能的实施例中，所述室温为10～30℃，所述反应时间为4～6h；向所述反应产物中加入水以进行所述重结晶；

11、过滤、水洗所述重结晶后，经40～50℃的真空干燥处理，得到所述4,4'-二乙氧基联苯。

12、在本公开及可能的实施例中，柱层析洗脱剂为石油醚或二氯甲烷。

13、在本公开及可能的实施例中，所述有机溶剂是氯仿。

14、第三方面，第一方面所述杂[3]芳烃大环化合物作为碘单质吸附材料的应用。

15、在本公开及可能的实施例中，对碘吸附饱和的杂[3]芳烃大环化合物进行加热以使所述碘脱附，所述加热温度为70～100℃；

16、将碘脱附后的杂[3]芳烃大环化合物循环用于碘吸附。

17、在本公开及可能的实施例中，所述循环的次数至少为10次。

18、本发明具有如下有益效果：

19、本发明的杂[3]芳烃大环化合物，从产品结构上看，是一种由不同结构单元组成的杂化大环，通过将乙氧基联苯和甲氧基苯酚整合在一个环骨架上，有效拓宽超分子大环化合物的结构空腔，较大的结构空腔势必会吸附较大的分子，从而有利于水中污染物如染料的去除；另外，该杂[3]芳烃大环化合物的结构中引入了羟基官能团，可以实现对碘的有效捕获，可以达到2g/g(66wt％)的碘捕获量；

20、从制备方法方面看，本公开的杂[3]芳烃大环化合物的原料廉价易得，并且可以通过室温常压反应得到4,4'-二乙氧基联苯，反应条件简单；对于杂[3]芳烃大环化合物的合成来说，如果直接购买4,4'-二乙氧基联苯，则仅需15min就可以得到最终的产物杂[3]芳烃大环化合物，所以本公开提供的杂[3]芳烃大环化合物的合成工艺简单且成本低，可工业化强；

21、从产品性能上看，本公开的杂[3]芳烃大环化合物可以在较短的时间(30min)内达到对碘的饱和吸附，并且本公开的杂[3]芳烃大环化合物可以在100min内、70～100℃的温度条件下完全释放捕获的碘，有利于杂[3]芳烃大环化合物的循环使用，且达到了循环使用10次后效能基本不变的循环效果；

22、所以本公开的杂[3]芳烃大环化合物作为碘单质吸附材料，具有吸附率高、吸附量大、可反复循环利用并保持吸附性能的特点，充分满足了碘单质吸附的工业化需求。

技术特征：

1.一种杂[3]芳烃大环化合物，其特征在于，所述化合物的结构式如下：

2.权利要求1所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于，所述4,4'-二乙氧基联苯的制备方法，包括：

5.根据权利要求4所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求3-5任一项所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述杂[3]芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于：

8.权利要求1所述杂[3]芳烃大环化合物作为碘单质吸附材料的应用。

9.根据权利要求8所述的杂[3]芳烃大环化合物作为碘单质吸附材料的应用，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的杂[3]芳烃大环化合物作为碘单质吸附材料的应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种杂[3]芳烃大环化合物及其制备方法、应用，所述杂[3]芳烃大环化合物是通过将乙氧基联苯和甲氧基苯酚整合在一个环骨架上，并且结构中引入了羟基官能团，从而具有了对碘单质进行有效捕获的性能，从而可以在较短的时间内达到对碘的饱和吸附，也可以在100min内、70～100℃的温度条件下完全释放捕获的碘，并具有循环使用10次后效能基本不变的循环效果；另外，从反应物、温度、时间和反应溶剂来看，本公开的杂[3]芳烃大环化合物的制备方法简单且成本低，充分满足了碘单质吸附的工业化需求。

技术研发人员：周炯,张瑞珂
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19