[发明专利]一种有机小分子凝胶因子及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及到一种新型有机小分子凝胶因子及其合成过程以及该有机小分子凝胶因子通过超分子自组装作用在加热和超声的作用下使乙醇在溶液态和凝胶态之间实现反复可逆转变的方法。

背景技术

有机凝胶因子(Gelator)通过分子与分子之间的氢键，π-π堆积，范德华力以及其它非共价键相互作用能使数千倍于自身个数的溶剂分子凝胶化。此类凝胶具有固态的流变学特性，可以防止液体的自由流动，并且在合适的外界刺激下，能够在凝胶态和溶液态之间实现可逆转化。近年来随着石油资源的枯竭，汽油价格的上涨，温室气体的大量排放所带来的环境问题，促使绿色可再生循环乙醇燃油的大量生产，仅2009一年全球乙醇燃油的总产量已达到739亿升，如此大量的乙醇在存储和运输过程中的安全性问题成为当今研究的热点之一。而我们设计的有机凝胶材料为解决此问题提供了一种简单可行的方法。

发明内容

本发明提供的有机小分子凝胶因子结构如下图所示，两端是疏水性的基团(金刚烷基和胆甾基团)，中间是亲水性基团(由三个酰胺键相连)：

分子通式为：[C₁₀H₁₅-NHCO-(CH₂)₂-NHCO-(CH₂)₂-NHCOO-(C₂₇H₄₃)]；

本发明的目的在于通过有机小分子的超分子组装在超声和加热的外部作用下使得乙醇燃油在溶液态和凝胶态之间实现可逆转变，从而为提高乙醇燃油在存储和运输过程中的安全性提供了一种简单可行的方法。

本发明中，上述化合物的制备方法如下：将胆甾酰氯与金刚烷的氨基酸或胺类衍生物反应获得目标化合物。具体合成步骤为：金刚烷胺的盐酸盐在含有少量三乙胺，pH 7到8的二氯甲烷溶液中与一端被叔丁氧羰基保护、另一端被N-羟基琥珀酰亚胺活化的β-丙氨酸反应生成化合物2。化合物2在三氟乙酸的二氯甲烷溶液中脱去叔丁氧羰基基团，在含有少量三乙胺，pH 7到8的二氯甲烷溶液中与一端被叔丁氧羰基保护另一端被N-羟基琥珀酰亚胺活化的β-丙氨酸反应生成化合物3。化合物3在三氟乙酸的二氯甲烷溶液中脱去叔丁氧羰基基团，在含有少量三乙胺的二氯甲烷溶液中与胆甾酰氯反应生成最终产物化合物1。合成方法简单。分子中的酰胺很容易形成氢键而形成超分子聚集体；连接金刚烷和胆甾的酰胺或中间不同长度的碳链不仅控制了凝胶对超声的敏感程度而且增强了该化合物在有机溶剂中的相互作用。此外，这类化合物在加热冷却和超声处理后所形成的凝胶具有不同的最低成胶浓度，加热冷却形成凝胶的最低成胶浓度为40mg/mL，小于此浓度为絮状沉淀，超声后该凝胶因子形成凝胶的浓度降至15mg/mL。合成路线如下：

本发明所使用的方法如图1所示，在乙醇溶液中加入有机小分子凝胶因子(凝胶因子的浓度范围在35mg/mL至15mg/mL)，加热全溶变成澄清透明的溶液，在超声的作用下此溶液转变为乳白色的凝胶，倒置不流动。将此凝胶加热，待变成澄清透明溶液后，在室温下放置十分钟，发现在瓶子的底部有白色沉淀析出，过滤除去滤液，将此白色沉淀称重，计算得此凝胶因子的回收率在0℃和25℃时分别为89.53％，82.27％，回收后的凝胶因子可配成浓度在35mg/mL至15mg/mL的乙醇溶液，加热，超声，使其凝胶化，继续下一次使用。从而通过上述步骤实现乙醇溶液在溶液态和凝胶态之间的反复可逆循环，凝胶因子可以通过沉淀过滤反复使用。

附图说明

图1：乙醇凝胶通过超声和加热冷却在凝胶、溶胶和沉淀间转换。

图2：经多次反复超声/加热后室温(a)和0度(b)时的回收率。

图3：化合物在乙醇中形成沉淀(a)及超声之后得到的凝胶(b)的扫描电镜图

具体实施方法

下面用实例进一步说明凝胶化合物的制备方法。下述所有原料可以是自制或市售。

化合物2的制备过程已有报道，见参考文献1。

化合物3的制备