自组装分子胶囊实现复杂水体系中磷酸盐的阴离子识别选择性分离

针对高复杂性水体系中磷酸盐(PO43-/HPO42-)选择性分离难题，CSIR-NEIST团队设计第二代脲基化三足阴离子受体，通过液-液萃取(LLE)和π堆叠二聚体封装机制实现磷酸盐特异性捕获，为富营养化水体修复和医用磷酸盐结合剂开发提供新策略。核磁(1H/13C/31P)及单晶X射线衍射证实其选择性。

　　

水体富营养化引发的生态危机与高血磷症等疾病治疗需求，使得磷酸盐选择性分离技术成为环境科学与医学交叉领域的研究热点。然而，复杂水体系中磷酸盐与硫酸盐、卤素等阴离子在尺寸、形状及碱度上的高度相似性，传统分离材料难以实现精准识别。印度科学工业研究理事会东北科学与技术研究所(CSIR-North East Institute of Science and Technology)的Sandeep Kumar Dey团队在《European Journal of Organic Chemistry》发表的研究，通过创新分子设计破解了这一难题。

研究采用核磁共振谱学(¹H/¹³C/³¹P NMR)、质谱(MS)和单晶X射线衍射等表征技术，结合竞争性液-液萃取实验，系统评估了受体性能。以四丁基氢氧化铵为相转移催化剂，在二氯甲烷/水双相体系中完成磷酸盐选择性传输。

【受体设计与合成】

开发第二代脲基功能化三足阴离子受体，其三维空腔和多重氢键位点可精准匹配磷酸盐的四面体几何构型。X射线晶体学显示受体通过π-π堆积形成二聚体胶囊结构，为磷酸盐提供尺寸选择性的封装环境。

【选择性分离机制】

竞争性LLE实验证实，在10倍当量竞争阴离子(SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-等)存在下，受体对PO₄^3-/HPO₄^2-的萃取效率仍保持>90%。³¹P NMR化学位移变化揭示磷酸盐通过P=O···H-N氢键与受体结合，结合常数达10⁵ M^-1量级。

【结构表征】

单晶结构解析显示2:1主客体复合物中，两个受体分子通过芳环堆积形成直径约7?的胶囊，磷酸根离子被8个N-H···O氢键网络固定，键长2.7-2.9?。质谱检测到[2受体+PO₄^3-+3TBA⁺]特征峰，证实复合物稳定性。

该研究突破传统离子交换材料的局限性，通过超分子自组装策略实现磷酸盐的高效识别与分离。环境应用方面，为富营养化水体中磷酸盐回收提供新方法；医学领域，其特异性结合特性可作为高血磷症治疗的新型磷酸盐结合剂开发基础。受体设计理念还可拓展至其他多电荷阴离子的识别系统，推动功能化超分子材料的发展。