金屬–有機配位聚合物的自組裝、及其結構和性質的分析是目

第五章 具體的研究成果和未來的研究展望

第一節 具體的研究成果

金屬–有機配位聚合物的自組裝、及其結構和性質的分析是目

前相當熱門的研究題材，並已經成為發展新材料上重要的研究方

向。在此背景下，本篇論文做出以下具體的研究貢獻：

一、 以室溫自組裝的方法合成出稀有的金屬–有機配位聚合物結

構，此結構以具有連接數為八的三銅金屬簇作為連結中心，

配合直線型的有機配子 4-ptz 形成世界上第一個以金屬簇為

建構單元的體心立方類型結構。對這個化合物的合成、結

構、和性質，本論文作了相當深入的分析。這個結果補足了

晶體工程發展上配位聚合物拓樸結構研究的斷層，也證明了

具有 tetrazole 官能基的有機配子，在配位聚合物的合成上將

具有很好的發展前景。

二、 儘管 CA 配子在配位聚合物的合成上已經有相當深入的研究

和發展，並已經達到被整理成回顧論文的程度。然而，本論

文仍然發展了較複雜、更有效的室溫自組裝反應系統，一共

合成出九個含有 CA 配子的配位聚合物，分屬五種結構類

型。在含 CA 配子配位聚合物的研究上，這系列成果具有相

當好的開創性。

N N N NH N

N N N NH N

N N N NH N

圖 5.1 由 4-ptz 所衍生的加長型配子

第二節 未來的研究展望

甲、本論文的研究發展：

本論文中，化合物

原來有機配子 4-ptz 兩端的官能基，僅將配子的長度增加，如圖 5.1

所示。這樣的設計結果將可能合成出類似的體心立方結構，不過

因為配子的長度加長，所以結構中所具有的三維互穿孔道將會更

大。也可以調整配子中間結構部分的官能基，用以調整孔洞所具

有的性質。這系列化合物可再作深入的結構分析，並可在氣體儲

存和催化反應方面作進一步的應用研究。

化合物

相當穩定，可用來發展催化反應和氣體吸附脫附性質方面的研

究。化合物

狀結構，可以發展成為具有分子辨識或晶體動力性的材料；此外，

化合物

位聚合物。化合物

稀奇的結構，含 CA 配子的陰離子性二維網狀結構可以包含或夾

住他種配子。採用不同的含氮陽離子，將可有效調整層狀結構和

層狀結構之間的排列關係，進而改變物質結構的性質。化合物

雖然沒有含 CA 配子，但是我們發現 dptz 這個有機配子，能夠在

室溫下發生反應，自動轉變為另一種型態的配子，能夠穩定地形

成四核的矩形分子，這種在自組裝反應過程中所伴隨額外的化學

變化，往往會產生讓人驚奇的結果，也十分有趣！ ^[72]

乙、未來的研究展望：

最精妙、最神奇的物質結構，仍當屬生命體的結構。同樣是

由原子和分子所構成的結構，生命體可以作自我的自組裝反應，

自我作調整，自己控制周圍可以利用的物質。仔細想想，這樣才

是最高等的自組裝反應系統。本論文主要是針對金屬–有機配位聚

合物方面的發展作研究，對於發展新一代的功能性配位聚合物有

許多展望，念念不忘的仍是自組裝反應精義之所在『Chemists look

to biology lead』。 ^[2b] 因此，直接以生物構造上的基本分子作為配

子，用以組裝新的配位聚合物，這將是最直接、最有效的研究發

展方向。近年來，這些構造生命體的基本分子單元，例如：氨基

酸、 ^[74] 核酸、 ^[75] 糖、 ^[76] 咖啡因、 ^[77] 藥物分子、 ^[78] 等（圖 5.2 和

5.3） ，在晶體工程的應用上，已經漸漸受到研究者的重視，並發表

出很好的研究成果。 ^[74–78] 藉著這些研究成果我們會更瞭解生物結

構所具有的特有性質，也可以因此發展出具有更高應用價值的新

H2N CH C CH3

OH O

H₂N CH C CH₂

OH O

CH₂ CH2 NH C NH2

NH

H₂N CH C CH₂

OH O

C NH2

O

H₂N CH C CH₂

OH O

C OH

O

H₂N CH C CH₂

OH O

SH

H₂N CH C CH₂

OH O

CH₂ C OH

O

H2N CH C CH2

OH O

CH2 C NH₂

O

H₂N CH C H

OH O

H₂N CH C CH₂

OH O

N NH

H₂N CH C CH

OH O

CH₃ CH₂ CH₃

H₂N CH C CH₂

OH O

CH CH₃ CH3

H₂N CH C CH₂

OH O

CH₂ CH₂ CH₂ NH₂

H2N CH C CH2

OH O

CH2 S CH₃

H₂N CH C CH₂

OH O

HN C OH O

H2N CH C CH₂

OH O

OH

H2N CH C CH

OH O

OH CH₃

H2N CH C CH2

OH O

HN

H₂N CH C CH₂

OH O

OH

H₂N CH C CH

OH O

CH₃ CH₃

Ala Glu Leu Ser

Arg Gln Lys Thr

Asn Gly Met Trp

Asp His Phe Tyr

Cys Ile Pro Val

圖 5.2 二十種天然氨基酸的結構

物質和新材料。 ^[79] 這種研究將可以模擬生物體結構，並可以發展

成為特殊的『人造類生物系統』 。目前這方面的研究仍屬於初期階

段，不過我們相信將來這方面的發展將是前端、而且重要的研究

課題。

最近，本實驗室發現了一個以天然氨基酸作配子所建構的異

金屬配位聚合物， ^[40] 其晶體結構十分特別，孔道中含有一維的水

分子鏈，這些水分子很容易就可以離開主結構（圖 5.4）。當水分

子離去時，晶體的結晶性會完全喪失而成為非晶型粉末，不過，

這些粉末在重新吸收水分後，就可以回復成相當好的結晶性結

構。重複操作數次發現，這種『結晶型–非結晶型』的變化可達非 圖 5.3 a)核酸所含的五種鹼基，b)咖啡因，c)一些藥物分子。

N N N

H N

NH

adenine

NH N N

H N

O

NH

guanine

N

N H NH

O cytosine

NH N H O

O

thymine

NH N H O

O

uracil

a)

c)

b)

NH N H N H N

O

O

常多次，這種現象在晶體結構中是相當罕見的。這個結果顯示晶

體可以具有類似生物體結構構形的變化機制，藉由水分子的有

無，可以調整晶體主結構作規則和不規則的交替變化。最近的文

獻上也發表了第一個以核酸鹼基作為配子所建構的三維配位聚合

物結構， ^[75b] 這個結構也可以幫助我們瞭解鹼基配子上複雜的官能

基對配位聚合物結構的影響（圖 5.5）。這些成果的發現將漸漸導

引『類生物配位聚合物結構』成為晶體工程上極重要的研究方向。

圖 5.4 奇特的 Cu/ L -met/Ag 含氨基酸配位聚合物

a) b)

圖 5.5 具有鹼基配子 adenine 的配位聚合物：a)局部的配位結

構，b)三維、多孔性結構。