基于紫精的轮烷类制造技术

本文公开了纳米驱动轮烷类，其包含穿线成分和至少两种大环成分，所述穿线成分包含低聚紫精，其中低聚紫精穿过大环成分的每一种。还公开了制备所述轮烷类的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于紫精的轮烷类专利
本公开的技术一般涉及轮烷类(rotaxanes)。更具体地，本公开的技术涉及基于紫精(viologen)的轮烷类。背景期望了解生物分子(包括DNA、RNA和膜)的结构-性质关系以及它们在生命过程中所起的作用激励化学家们一直在日益复杂和有组织的情况中努力操纵由非共价键合相互作用产生的分子尺度现象。[1-4]通过采用非共价键合相互作用，已经以一定详细的程度研发和研究了合成折叠体(foldamer)[5-8]，其为模仿生物大分子在不同种类的刺激—和机械互锁分子[9-11](MIM)下的行为的富有希望的候选物，为形成机械键的结果，并且已经在药物递送[12,13]和分子电子学[14-17]中得到应用。然而，都利用分子内和分子间相互作用来调节分子的形状的折叠体和MIM几乎无法导致它们的路径交叉。位于合成折叠体与MIM之间的交叉点的折叠化轮烷类[18-21]最近已经进入化学家的视线。由于通常在低聚轮烷类的背景下表达，其中哑铃状成分穿过多个环成分以调节折叠的二级结构，所以它们可以表现出显著的物理化学性质[22-26]以响应外部刺激。例如，已经[22,23,25]证明了低聚轮烷类对外力的机械响应可以通过沿着它们的一维哑铃状成分捕获的移动环来控制，这代表了一类新的熵主导的分子和材料。迄今为止，已经公开了依赖于富含电子的1,5-二氧基萘(DNP)单元和缺电子环双(百草枯-对亚苯基)(CBPQT4+)环之间存在供体-受体识别的折叠化低聚烷类的合成和性质。[28]此外，与BIPY(·+)自由基阳离子相关的自由基-配对相互作用─双阳离子BIPY2+单元的单一还原状态─可用于基于模板导向策略制备MIM[29-33]。折叠化低聚轮烷类使得可以通过将MIM的协同机械驱动缩放[11,27]到可以寻求和见证应用的宏观状态来制备功能材料。对于新应用和新型分子装置和材料的研发，需要可用于制备纳米驱动器(nanoactuator)的新型轮烷类。专利技术概述本文公开了用于制备纳米驱动器的基于紫精的轮烷类。在一些实施方案中，所述纳米驱动器(nanoaccuator)包含轮烷，其中轮烷包含穿线(threading)成分和至少两种大环成分；其中穿线成分包含低聚紫精；且其中穿线成分穿过大环成分的每一种。在另一个实施方案中，纳米驱动器包含轮烷，其中轮烷包含穿线成分；其中穿线成分包含具有式L-V-[B-V]n-L’的线性子链和至少两种大环成分；其中至少两种大环成分的每一种均穿在穿线成分上；且其中V是紫精亚单元，B是桥连亚单元；其中L和L’是连接亚单元，且其中n是整数。该纳米驱动器还可以包含第一封基(stopper)亚单元S和第二封基亚单元S’，且其中穿线成分具有式S-L-V-[B-V]n-L’-S’。在一些实施方案中，至少两种大环成分是CBPQT大环成分。在一些实施方案中，低聚紫精包含紫精亚单元。紫精亚单元可以为BIPY亚单元。低聚紫精还可以包含连接紫精亚单元的桥连亚单元。桥连亚单元可以为对二甲苯亚单元。在具体的实施方案中，低聚紫精包含4或5个紫精亚单元。所述纳米驱动器还可以包含第一封基亚单元和第二封基亚单元，其中第一封基亚单元和第二封基亚单元防止至少两种大环成分从穿线成分上脱穿线(unthreading)。在一些实施方案中，穿线成分还包含第一连接亚单元和第二连接亚单元，其中第一连接亚单元使低聚紫精的第一端连接至第一封基亚单元，并且第二连接亚单元使低聚紫精的第二端连接至第二封基亚单元。在一些实施方案中，第一连接亚单元、第二连接亚单元或者第一连接亚单元和第二连接亚单元均包含烷基亚单元。在具体的实施方案中，第一连接亚单元、第二连接亚单元或者第一连接亚单元和第二连接亚单元均包含C3-9烷基亚单元。在一些实施方案中，第一连接亚单元、第二连接亚单元或者第一连接亚单元和第二连接亚单元均包含聚环氧乙烷亚单元。在具体的实施方案中，第一连接亚单元、第二连接亚单元或者第一连接亚单元和第二连接亚单元均包含(O-CH2-CH2)1-3聚环氧乙烷亚单元。在一些实施方案中，第一封基亚单元、第二封基亚单元或第一封基亚单元和第二封基亚单元均包含三唑封基亚单元。在具体的实施方案中，第一封基亚单元、第二封基亚单元或第一封基亚单元和第二封基亚单元均包含CH3-CH2-O-C(＝O)-C2N3-C(＝O)-O-CH2-CH3三唑封基亚单元。在一些实施方案中，轮烷与阴离子配位。在具体的实施方案中，轮烷与PF6-或CF3C(＝O)O-配位。在一些实施方案中，轮烷是阳离子型的。在一些实施方案中，轮烷为自由基电子态。在一些实施方案中，轮烷为自由基阳离子电子态。在一些实施方案中，轮烷能够可逆氧化和还原。在一些实施方案中，还原轮烷使纳米反应器收缩和/或氧化轮烷使纳米驱动器延伸。在一些实施方案中，纳米驱动器能够可逆收缩和延伸。本专利技术的另一个方面是驱动纳米驱动器的方法，该方法包含氧化或还原如上所述的纳米驱动器。在一些实施方案中，氧化纳米驱动器使纳米驱动器膨胀。在一些实施方案中，还原纳米驱动器使纳米驱动器收缩。本专利技术的另一个方面是制备纳米驱动器的方法，该方法包含提供低聚紫精和能够形成包含配合物的CBPQT环，其中低聚紫精穿过CBPQT环。该方法还可以包含对低聚紫精封端。在一些实施方案中，提供的CBPQT超过低聚紫精。在一些实施方案中，在Zn粉和/或MeCN存在下提供低聚紫精和CBPQT。在一些实施方案中，通过无Cu的炔-叠氮化物环加成对低聚紫精封端。附图简述本专利技术的非限制性实施方案借助于实施例，并且参考附图来描述，这些附图是示意图并且不意味着按比例绘制。在图中，所示例的每个相同或接近相同的要素典型地表示为单一数字。为了清楚起见，并非每个要素都在每个附图上标记，也并没有显示本专利技术的每个要素，其中示例不一定能够使得本领域技术人员理解本专利技术。图1显示由仅带正电荷的成分组成的低聚轮烷3R|4BP·16PF6和3R|5BP·18PF6的结构式。图2显示作为自由基-配对相互作用的结果形成的低聚准轮烷和的结构式和图示。图3A显示通过CBPQT2(·+)对4V4(·+)的UV/Vis/NIR吸收分光光度滴定。溶剂：MeCN；黑色：[4V4(·+)]＝10μM；紫色：(CBPQT2(·+))/(4V4(·+))＝10。图3B显示图3A中800-1500nm处所示的光谱的放大图。在滴定时在1120nm处观察到的升高的峰强度表示形成三自由基包含配合物。图4A显示在298K通过CBPQT2(·+)对5V5(·+)的UV/Vis/NIR吸收分光光度滴定实验。溶剂：MeCN；黑色：[5V5(·+)]＝10μM；紫色：c(CBPQT2(·+))/c(5V5(·+))＝12。图4B显示用于测定5V5(·+)与CBPQT2(·+)之间的结合常数的模拟曲线。图5A显示4V8+和4V8+和CBPQT4+的等摩尔混合物的循环伏安图。玻璃碳工作电极、铂对电极和Ag/AgCl参比电极用于表征在298K的0.1mM低聚紫精的MeCN溶液，其含有用作电解质的0.1MTBAPF6。在全部分析中使用200mVs-1的扫描速率。图5B显示5V10+和5V10+和CBPQT4+的等摩尔混合物的循环伏安图。玻璃碳工作电极、铂对电极和Ag本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米驱动器，包含轮烷，其中轮烷包含穿线成分和至少两种大环成分；其中穿线成分包含低聚紫精；且其中穿线成分穿过大环成分的每一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.29 US 62/288,7011.纳米驱动器，包含轮烷，其中轮烷包含穿线成分和至少两种大环成分；其中穿线成分包含低聚紫精；且其中穿线成分穿过大环成分的每一种。2.权利要求1的纳米驱动器，其中穿线成分还包含第一连接亚单元L和/或第二连接亚单元L’。3.权利要求1或权利要求2的纳米驱动器，其中穿线成分还包含第一封基S和/或第二封基S’。4.权利要求3的纳米驱动器，其中L将低聚紫精的第一端连接至S和/或L’将低聚紫精的第二端连接至S’。5.权利要求1-4任一项的纳米驱动器，其中低聚紫精包含n+1个紫精亚单元V，且其中n是整数。6.权利要求5的纳米驱动器，其中低聚紫精还包含连接紫精亚单元的n个桥连亚单元B。7.纳米驱动器，包含轮烷，其中轮烷包含穿线成分；其中穿线成分包含具有式L-V-[B-V]n-L’的线性子链和至少两种大环成分；其中至少两种大环成分的每一种均穿在穿线成分上；其中V是紫精亚单元；其中B是桥连亚单元；其中L和L’是连接亚单元；其中n是整数。8.权利要求7的纳米驱动器，其中穿线成分还包含第一封基亚单元S和第二封基亚单元S’，且其中穿线成分具有式S-L-V-[B-V]n-L’-S’。9.权利要求1-8任一项的纳米驱动器，其中至少两种大环成分是CBPQT大环成分。10.权利要求5-9任一项的纳米驱动器，其中V是BIPY亚单元。11.权利要求6-10任一项的纳米驱动器，其中B是对二甲苯亚单元。12.权利要求5-11任一项的纳米驱动器，其中n是3或4。13.权利要求2-12任一项的纳米驱动器，其中第一连接亚单元L、第二连接亚单元L’或者第一连接亚单元和第二连接亚单元均包含烷基亚单元。14.权利要求2-13任一项的纳米驱动器，其中L是烷基，L’是烷基，或者L和L’均为烷基。15.权利要求2-14任一项的纳米驱动器，其中L是C3-9烷基，L’是C3-9烷基，或者L和L’均为C3-9烷基。16.权利要求22-15任一项的纳米驱动器，其中L是C6烷基，L’是C6烷基，或者L和L’均为C6烷基。17.权利要求2-12任一项的纳米驱动器，其中L是聚环氧乙烷，L’是聚环氧乙烷，或者L和L’均为聚环氧乙烷。18.权利要求2-12或17任一项的纳米驱动器，其中L是(O-CH2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·F·斯托达尔特，王宇平，M·弗拉斯科尼，孙俊岭，
申请(专利权)人：西北大学，阿卜杜拉阿齐兹国王科技城，
类型：发明
国别省市：美国,US