一系列含二元或三元铵三苯乙酸盐的超分子簇的构建与系统性对称研究

本实验的总体目标是选择性地制备独特的超分子簇，并表征其对称特征。该方法有助于回答超分子化学领域中的关键问题，例如具有特定对称性的超分子的设计。该技术的主要优势在于，任何超分子的结构或对称性均可由其组分的结构进行预测。

为了制备二元有机盐，将三苯基乙酸（TPAA）与伯胺（正丁胺、异丁胺、叔丁胺或叔戊胺之一）按1:1的摩尔比共同溶于20毫升甲醇中。有关三元有机盐的制备，请参见文本方案。使用旋转蒸发仪将所有溶液完全蒸发，得到有机盐产物。

为制备由超分子簇组成的单晶，将每种有机盐各5.0毫克溶解于玻璃小瓶中的0.30毫升甲苯中，甲苯作为非极性良溶剂。选择甲苯是因为超分子簇更倾向于在非极性环境中形成。对于有机盐，需将甲苯加热至40摄氏度以使其溶解。

向有机盐溶液中加入正己烷作为不良溶剂，以降低有机盐的溶解度，但 TPAA 叔丁胺盐溶液除外。将溶液在玻璃小瓶中于室温下保持稳定，一天内即可析出单晶。按照文本方案所述，测定傅里叶变换红外光谱以确认有机盐的形成。

用镊子夹取一颗高质量的有机盐TPAA叔戊胺单晶，晶体尺寸约为0.3至1毫米，无裂纹，在体视显微镜下观察应呈现均匀外观。均匀晶体并非多个晶体的聚集体，而是单一晶体。将晶体从玻璃小瓶转移至玻璃板上的石蜡中。

将单晶置于晶环上。把带有单晶的晶环放入单晶X射线衍射仪中。按照文本实验方案所述，启动单晶X射线衍射的预备测量，以收集X射线衍射图谱。

然后，使用单晶X射线衍射设备，按照文本方案中所述方法，开始常规的单晶X射线衍射测量，以类似方式收集X射线衍射图谱。在按照文本方案解析晶体结构后，利用Mercury软件通过计算机图形学方法分析晶体结构中的超分子簇。通过将获得的氢键模式与先前已分类的模式进行比较，确定超分子簇中氢键模式的点群对称性。

表征有机盐每种晶体结构中超分子簇的多面体特征。首先，删除超分子簇中除组分羧酸根阴离子和铵阳离子中的碳原子和氮原子之外的所有原子。然后，使用 Pimal 软件对原本通过氢键相连的羧酸根和铵阳离子中的碳原子和氮原子之间建立化学键。

测量碳-碳原子和氮-氮原子之间的距离，并设定形成进一步化学键的边界条件。对于距离小于5.4 Å的碳-碳原子以及距离小于4.2 Å的氮-氮原子，建立进一步的化学键。通过考虑旋转轴以及多面体的边数，确定有机盐形成的多面体结构。

在此，TPAA 异丁胺形成一个反式双帽八面体，而 TPAA 叔丁胺、TPAA 戊胺、TPAA 异丁胺叔丁胺和 TPAA 异丁胺叔戊胺则形成三角十二面体。通过考虑有机盐在超分子簇中的边数、对称元素及分子间相互作用，向所得多面体形成额外的化学键。由于 TPAA 正丁胺盐具有 C-2 对称性以及 14 个原始键，通过形成两个额外键，确定其多面体构型为四方反棱柱。

根据有机盐TPAA正丁胺叔丁胺和TPAA正丁胺叔戊胺的C-2对称性以及超分子簇周围三苯甲基基团的排列，确定其多面体结构为基于三角十二面体的构型。此处展示了单晶X射线分析的代表性结果。对超分子簇的对称性分析揭示了其结构特征，类似于八配位多面体。

观看本视频后，您应能充分理解如何从对称性的角度表征超分子。