设计合成结构新颖、性能优异的超分子大环分子始终是超分子化学与材料领域的重点研究内容之一，同时也是推动有机功能材料蓬勃发展并走向实际应用的重要环节。吉林大学杨英威教授团队长期致力于柱芳烃/杯芳烃衍生的新型大环芳烃的设计开发。他们的创新性工作包括成功设计合成了如拓展型柱芳烃、斜塔芳烃、双子芳烃、精巧型柱芳烃、去对称化柱[8]芳烃等多种新型大环芳烃，并在晶体工程、吸附分离、传感检测以及药物递送等多个研究领域展现出了卓越的超分子功能和应用价值（Chem. Commun.2016,52, 5804；Angew. Chem. Int. Ed.2018,57, 9853；J. Am. Chem. Soc.2019,141, 4756；J. Am. Chem. Soc.2019,141, 12280；CCS Chem.2020,2, 836；Angew. Chem. Int. Ed.2020,59, 2251；Angew. Chem. Int. Ed.2021,60, 1690；Angew. Chem. Int. Ed.2021,60, 8967；J. Am. Chem. Soc.2021,143, 20395；Chin. Chem. Lett.2024, 109818）。

近年来，放射性碘污染引起了广泛关注。作为核裂变的主要副产品之一，放射性碘具有极高的活性和生物危害性，其在水体中的去除成为一个亟待解决的环境问题。因此，开发新型高效碘吸附材料成为研究热点。

在此背景下，吉林大学杨英威教授团队另辟蹊径，通过对传统雷锁[4]芳烃骨架上引入未取代的亚苯基单元，设计合成了一类新型大环分子——苯基拓展雷锁[4]芳烃（ExR4），并探索了其在水中碘吸附方面的应用潜力，通过搭建柱吸附模型，利用其作为固定相有效去除流动相中的碘三负离子，为其在大规模水处理中的应用奠定了基础，同时为解决碘污染问题提供了新的思路和可能（图1）。

图1.（a）分子的设计；（b）水中碘吸附示意图；（c）大环分子及其衍生物的合成路线。

本工作中，ExR4的全羟基化衍生物OH-ExR4对水溶液中的碘三负离子（I3−）表现出了显著的吸附能力，能够达到1.18×10-2g·mg-1·min-1的动力学吸附速率，以及95%以上的吸附效率，这一性能优于许多现有的碘吸附材料。同时，OH-ExR4在酸性、中性以及碱性缓冲溶液中仍能够保持良好的稳定性以及较高的碘去除效率，且经过十次吸附-解吸循环后，其骨架稳定性以及吸附效率仍保持良好，这为其在实际应用奠定了基础。此外，对于碘吸附机理的探究结果表明，大环分子中的羟基基团与I3−之间的静电相互作用以及大量的分子间氢键的协同作用是吸附过程的关键所在。这一发现为未来设计更高效的碘吸附材料提供了重要指导。

图2.水溶液中碘吸附实验以及不同pH值的缓冲溶液中的碘吸附实验探究。

综上所述，该工作的研究亮点可总结为：（1）通过对传统雷锁芳烃骨架的修饰，引入未取代的亚苯基单元，提高了材料的疏水性能的同时，对大环的空腔尺寸进行了拓展，并增强了骨架的灵活性；（2）分子骨架上的极性羟基基团以及大量的分子内/分子间氢键的存在，赋予了大环分子良好的水溶液中碘吸附性能，这对于处理复杂水体环境中的碘污染具有重要意义。近期这一工作发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上，得到了国家自然科学基金（52173200）、吉林省自然科学基金（20230101052JC）以及中央高校基本科研业务费专项资金支持。

文章详情：Dongxia Li,†Gengxin Wu,†Yong-Kang Zhu, and Ying-Wei Yang*, Phenyl-Extended Resorcin[4]arenes: Synthesis and Highly Efficient Iodine Adsorption.Angew. Chem. Int. Ed.2024, e202411261.

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202411261