近期，我校化学与化工学院、贵州省大环化学与超分子化学重点实验室肖昕教授课题组在《Angewandte Chemie International Edition》(影响因子:16.823, SCI一区Top)上发表了题为 “Double-Cavity Nor-Seco-Cucurbit[10]uril Enables Efficient and Rapid Separation of Pyridine from Mixtures of Toluene, Benzene, and Pyridine” 的研究论文。
苯、甲苯和吡啶是工业和实验室研究中广泛使用的重要原料，对纯度有严格的要求。在工业上，甲苯和苯通过煤焦化和蒸馏过程生产，但经常含有少量的吡啶，必须将其去除。然而，由于它们相似的物理性质，甲苯和苯都易与吡啶形成共沸物，这给它们的分离和纯化带来了极大的技术挑战。目前采用的分离方法主要为能源密集型蒸馏的方法，但这些方法存在成本高、能量高、技术复杂等缺点，因此，开发节能、简便、高效的分离方法是迫切的社会需求。
在此，课题组采用了双空腔错位十元瓜环作为一种吸附、分离材料，将其应用于吡啶、苯和甲苯的分离，构建了一种节能、便捷且环保的分离方法，该方法可得到纯度为99.9% 的苯和甲苯。该方法的创新性及优异性主要体现在：1、双空腔错位十元瓜环体积大（740Å3）、容量大、两个腔体，远优异于普通瓜环空腔体积小，腔体单一的特点；2、双空腔错位十元瓜环与吡啶分子间存在大量的氢键作用，结合力强，吸附性能优越；3、通过热处理可将吡啶分子从瓜环中有效解析出来，从而对瓜环多次循环使用，而不影响其进一步使用性能；4、能够有效将吡啶从吡啶/苯、吡啶/甲苯、吡啶/苯/甲苯中分离出来，得到高纯度的苯和甲苯（99.9%）。
图1：吡啶从甲苯和苯中分离以及回收过程的示意图。
图2：利用X-单晶衍射分析ns-Q[10]·Py2的结构。图2a、b和c详细描述了不同方向的二维视图(a：沿a轴向下，b、沿b轴向下，c、沿c轴向下)，(d) 突出显示了ns-Q[10]和Py分子间的作用力。
图3：(a) Tol/Ben/Py分离实际使用的器件及其示意图；(b) ns-Q[10]在Tol/Ben/Py分离前后的PXRD谱图；(c) Tol/Ben/Py分离前后的GC表征；(d) ns-Q[10]分离Tol/Ben/Py前后的1H NMR谱。
图4：以双腔大环化合物ns-Q[10]作为吸附分离器的核心元件，促进了甲苯和苯中吡啶的去除。
该研究论文第一作者为2020级博士研究生刘明，导师肖昕教授和美国马里兰大学Lyle Isaacs教授为共同通讯作者，贵州大学为第一单位。
论文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202207209.