[发明专利]一种高级轮烷及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种高级轮烷的合成方法。将化合物1二苯并24‑冠‑8和化合物2 N‑(蒽‑9‑基甲基)‑3‑(4‑氰基苯氧基)丙‑1‑铵六氟磷酸盐溶于有机溶剂中，室温下搅拌2‑4小时，加入三氟甲磺酸,室温下搅拌过夜，反应液用冰水淬灭，有机溶剂萃取，水洗，分离出有机层，无水硫酸钠干燥，减压旋去溶剂得支化轮烷。本发明开展该类反应在高级轮烷的合成、分子机器、超分子聚合物等领域研究，为超分子化学的发展提供一个全新的思路，起到一定的推动作用。

技术领域

本发明涉及一种分子机器，特别涉及一种分子荧光开关。

背景技术

轮烷（Rotaxane）是一个或多个环状分子和一个或多个链状分子为轴组成的分子集合，其链分子作轴穿过环分子的空腔，两端结合有体积较大分子以防止轴分子的滑出，从而形成的内锁型超分子体系。2016年度诺贝尔化学奖授予法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·索瓦（Jean-Pierre Sauvage）、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特（SirJ.Fraser Stoddart）以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费灵格（Bernard L.Feringa），以奖励他们“在分子机器的设计和合成”方面的贡献。

第一例轮烷的报道要追溯至上世纪60年代，但是之后近20年时间里，由于没有有效的合成方法，轮烷的相关研究一直处于相对停滞状态。90年代初，Stoddart、Gibson等发展了穿线-封端、模板合成和滑入法来构筑轮烷。之后轮烷才在分子机器等领域得到了越来越广泛的应用。随着对轮烷应用研究的发展，超分子化学家们往往需要构筑具有复杂结构的高级轮烷或内锁型超分子聚合物。以往报道的此类高级组装体都是通过穿线-封端、滑入或模板合成这三种传统方法构筑的，一般产率较低或反应很慢。为了解决这一问题，超分子化学家们也一直在探索新型构筑轮烷的方法。在2004年和2010年，Asakawa和Chiu分别利用“穿线-缩环”的方法构筑了轮烷，为这类内锁型分子的制备提供了一个新的思路。但是，这两例轮烷合成的例子产率均不超过30%，且存在需要当量贵金属、排放二氧化硫污染、反应条件苛刻、需要特殊设备、反应速率较慢等不足，因此该方法尚未在高级轮烷合成、超分子聚合物等领域得到应用。

均三嗪分子具有特殊的芳香环骨架, 它们因具有良好的物理和化学性能被广泛应用于功能材料、医药等领域。芳香均三嗪分子由于其具有大的芳香环骨架、多个可衍生化的反应位点、易合成等优点可以作为轮烷合成的封端基团，在高级轮烷合成、分子机器、超分子聚合物等领域具有潜在的应用价值。

轮烷的合成目前主要是通过穿线-封端、滑入、模板合成或“穿线-缩环”这几种方法构筑的，一般产率较低或反应很慢，在高级轮烷的合成中也具有局限性。

轮烷的穿梭不仅仅使大环分子的相对位置发生变化， 同时也伴随着体系的一些性质的变化。例如，穿梭能使一种轮烷在高电导态和低电导态之间转换;而对另一种轮烷，穿梭能使分子在亲水态和疏水态之间转换。轮烷的这种性质已被应用于制备各种智能化的分子器件。例如，前一种轮烷已被制备为分子计算机， 以代替晶体管中的“开”/“关” 态，而后一种轮烷则被制备为药物载体，被用来同时稳定水中和细胞膜中的载体药物复合物。

发明内容

本发明通过合成一端含有封端基团，另一端含有芳香氰类化合物的准轮烷，在Lewis酸催化下发生环缩聚反应,得到含芳香均三嗪衍生物的支化轮烷式一I。

一种轮烷，其分子式如式I所示：

式I。

上述轮烷的合成方法，按照如下步骤进行：

（1）将化合物1二苯并24-冠-8和化合物2 N-(蒽-9-基甲基)-3-(4-氰基苯氧基)丙-1-铵六氟磷酸盐溶于有机溶剂中，室温下搅拌2-4小时;

（2）加入三氟甲磺酸, 室温下搅拌过夜，反应液用冰水淬灭，有机溶剂萃取，水洗，分离出有机层，无水硫酸钠干燥，减压旋去溶剂得支化轮烷。

所述有机溶剂为二氯甲烷。