本发明专利技术涉及分子开关冠醚－紫晶准轮烷及其制备方法。它是由等摩尔浓度ＤＢ２４Ｃ８，ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８和ＢＤＰＥ的乙腈溶液构成，客体穿插进入ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８而形成准轮烷ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８.ＢＤＰＥ，溶液颜色为橘红色；过量的三氟乙酸导致客体ＢＤＰＥ脱离主体ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８，而穿入另外一个主体ＤＢ２４Ｃ８形成新的准轮烷ＤＢ２４Ｃ８.ＢＤＰＥ，溶液颜色变为黄色。等量的碱使该过程可逆进行。本发明专利技术通过酸碱调控，可以实现客体分子在两种冠醚主体空腔间的来回穿插，伴随着溶液颜色变化可以被肉眼容易地观察到，是一种具有生色传感功能的分子开关。在生物工程材料和纳米材料技术领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分子机器与分子开关
特别是一种分子开关冠醚-紫晶准轮烷及其制备方法。由两个大环冠醚主体和一个紫晶客体构成分子开关，通过酸碱调控，可以实现客体分子在两种冠醚主体空腔间的来回穿插，这种可逆的过程伴随着溶液颜色变化，是一种具有生色传感功能的分子开关。该分子开关在生物工程材料和纳米材料
具有广阔的应用前景。
技术介绍
在日常生活中，我们每天都要使用机器。简单地讲，机器就是“应用机械力使一组部件协同作用以完成某一确定功能的装置”。当一台机器工作时，部分或全体部件都要在它们各自的位置上运动。将机器的概念扩展到分子水平就是称之为“分子机器”。它是由独立分子构成的组装体，当受到适当的外部刺激时，便能产生象机械一样的运动。分子机器的研究不仅仅丰富了超分子化学的范畴，而且对纳米科学和纳米技术的发展都具有重要的意义。所谓分子开关泛指结构上组织化了的具有“开/关”功能的超分子体系。随着微电子技术和生物工程这两个领域的互相渗透，它们实际上已为研制分子计算机提供了可能。世界发达国家纷纷把开发研究组成分子计算机的分子器件列入高新
的重点发展对象。作为分子计算机的重要部件的分子开关，当然受到各国科学家的广泛关注。在生物学上，分子开关在动脉硬化、癌、减肥方面的应用也备受各国科学家们的广泛关注，中国专利CN1617732A公开了基因调节的分子开关系统。同时分子开关在光学控制等方面已有专家进行研究，而且近年来它还在环境分析、显微技术等领域得到了广泛的应用。准轮烷是一种适合于构筑分子机器的超分子体系，因为它能可逆地离解为自由的环状主体和线状客体，这就会产生类似于“旋入/旋出”的运动方式。准轮烷分子机器的一些运动方式附图1所示。从这些运动方式出发可以设计出很多的包结配位过程。例如，在由一个大环和两个线状客体组成的体系中，可以依照尺寸匹配原则选择哪一个线状客体穿入环中；在含一个线状客体和两个大环的体系中，可以选择哪一个大环去包裹特定的线状体。采用外部刺激来操纵这种简单的准轮烷分子机器必然会减弱用来稳定初始超分子配合物的非共价键作用力。因此所用刺激的类型取决于此种作用力的类型。大多数准轮烷配合物都依靠N-H....O和C-H....O氢键作用或C-H....O氢键和π-电子给予体/接受体(填充-转移)的相互结合作用。加入能使铵盐中心去质子化的碱能很容易的破坏N-H....O的氢键相互作用，而加入能使胺质子化的酸就能恢复过来。这样在靠氢键相互作用结合的超分子配合物中就可通过所在化学环境的变化(酸/碱)来产生机械运动。酸碱可控的分子开关和分子机器及其制备已有文献报道，如美国的Stoddart教授科研组在2004年的《Science》杂志上报道了一种通过多步反应制得的酸碱控制的分子升降机，这是一个十分新颖的分子机器，但是产率较低，难于制备。王乐勇等在2001年的《化学通报》杂志上报道了一种酸碱控制的分子器件，可利用酸碱刺激来调控富电子二苯醚客体和缺电子联吡啶大环组成的准轮烷的“开”与“关”，这个准轮烷的“开”、“关”过程不是肉眼可视的，而是需要通过体系的核磁共振氢谱的化学位移变化进行跟踪。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种分子开关冠醚-紫晶准轮烷及其制备方法。它是新的酸碱可控的生色分子开关。本专利技术克服了现有技术的不足，通过主客体混合形成准轮烷的方法，非常方便地制备了一种新的分子开关。并且可以系统地提供研究在溶液状态下该分子开关的运动机理。本专利技术在生物工程材料和纳米材料
具有广阔的应用前景。本专利技术提供的分子开关由主体二苯并24-冠-8(DB24C8)和二氨基二苯并24-冠-8(DNH2DB24C8)与客体紫晶(BDPE)构成，其结构如下所示 T＝298K，有机碱溶液条件下，客体BDPE与主体DNH2DB24C8形成准轮烷DNH2DB24C8·BDPE，在λ＝440nm处紫外吸收的摩尔吸光系数为222ε/M-1cm-1，客体BDPE的亚甲基的核磁共振由δ＝5.16向低场位移至δ＝5.54； 加入过量的有机酸后，准轮烷DNH2DB24C8·BDPE全部解离，客体BDPE穿插到DB24C8中，形成准轮烷DB24C8·BDPE，在λ＝380nm处紫外吸收的摩尔吸光系数为250ε/M-1cm-1，质子化的客体BDPE的亚甲基的核磁共振由δ＝5.26向低场位移至δ＝5.42。本专利技术具体描述如下三种物质的混合溶液中，客体BDPE与主体DNH2DB24C8形成准轮烷DNH2DB24C8·BDPE，加入三氟乙酸后，准轮烷DNH2DB24C8·BDPE全部解离，客体BDPE穿插到DB24C8中。形成准轮烷DNH2DB24C8·BDPE溶液颜色为橘红色；过量的三氟乙酸导致客体BDPE脱离主体DNH2DB24C8，而穿入另外一个主体DB24C8形成新的准轮烷DB24C8·BDPE，溶液颜色变为黄色。等量的碱(三丁胺，三乙胺或正己胺)可使该过程可逆进行。混合等摩尔的三种化合物于乙腈溶液中，溶液呈橘红色(如图2，准轮烷可视的颜色变化。从左到右BDPE，BDPE+DB24C8，BDPE+DB24C8+三氟乙酸，BDPE+DNH2B24C8，BDPE+DNH2B24C8+三氟乙酸，三者混合物，三者混合物+三氟乙酸)，电荷转移吸收带出现在440nm左右(如图3，准轮烷紫外-可见光谱图。溶剂乙腈；浓度1.0mmol dm-3；T＝298K)，(在λ＝440nm处紫外吸收的摩尔吸光系数为222ε/M-1cm-1)，紫晶客体BDPE主要是穿过于DNH2DB24C8冠醚环中的；当在此溶液中加入20倍量的三氟乙酸后，电荷转移吸收带出现在380nm左右，(在λ＝380nm处紫外吸收的摩尔吸光系数为250ε/M-1cm-1)，伴随着溶液颜色由原来的橘红色变为黄色，三氟乙酸的加入造成了60nm的蓝移。三氟乙酸的加入破坏了溶液中原有的平衡，使得DNH2DB24C8中的氨基和BDPE中的两个中性吡啶氮原子均质子化。由此产生的静电排斥作用造成客体分子从DNH2DB24C8冠醚环中脱离出来(图5，本专利技术准轮烷的300MHz1H NMR谱图，c为三者混合物，d为c加入20倍三氟乙酸。溶剂为氘代乙腈。)，而与DB24C8形成更稳定的超分子配合物。1H NMR谱图证实了这一点，等摩尔浓度(1mM-10mM)三种物质的CD3CN溶液1H NMR谱显示大部分客体(约70％)与DNH2DB24C8形成准轮烷DNH2DB24C8·BDPE(图5c)；加入过量的三氟乙酸后，准轮烷DNH2DB24C8·BDPE全部解离，超过95％的质子化了的客体穿插到DB24C8中(图5d)。冠醚-紫晶准轮烷生色分子开关的制备方法室温下将DB24C8与DNH2DB24C8和BDPE全部溶于乙睛(经过KMnO4和P2O5处理的)溶液中，小于5分钟的时间内三种物质在溶液中即达到平衡，溶液为橘红色。本专利技术是由两个大环冠醚主体和一个紫晶客体构成分子开关，通过酸碱调控，可以实现客体分子在两种冠醚主体空腔间的来回穿插，这种可逆的过程伴随着溶液颜色变化，是一种具有生色传感功能的分子开关。在生物工程材料和纳米材料
具有广阔的应用前景。其制备方法克服了现有技术的不足，通过主客体混合形成准轮烷，非常方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分子开关冠醚－紫晶准轮烷，其特征在于它是由主体二苯并２４－冠－８（ＤＢ２４Ｃ８）和二氨基二苯并２４－冠－８（ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８）与客体紫晶（ＢＤＰＥ）构成，其结构如下所示：＊＊＊ＤＢ２４Ｃ８ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８ＢＤＰＥ Ｔ＝２９８Ｋ，有机碱溶液条件下，客体ＢＤＰＥ与主体ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８形成准轮烷ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８.ＢＤＰＥ，在λ＝４４０ｎｍ处紫外吸收的摩尔吸光系数为２２２ε／Ｍ↑［－１］ｃｍ↑［－１］，客体ＢＤＰＥ的亚甲基的核磁共振由δ＝５．１６向低场位移至δ＝５．５４；加入过量的有机酸后，准轮烷ＤＮＨ↓［２］ＤＢ２４Ｃ８.ＢＤＰＥ全部解离，客体ＢＤＰＥ穿插到ＤＢ２４Ｃ８中，形成准轮烷ＤＢ２４Ｃ８.ＢＤＰＥ，在λ＝３８０ｎｍ处紫外吸收的摩尔吸光系数为２５０ε／Ｍ↑［－１］ｃｍ↑［－１］，质子化的客体ＢＤＰＥ的亚甲基的核磁共振由δ＝５．２６向低场位移至δ＝５．４２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘育，李春举，张衡益，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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