一种高级轮烷及其合成方法技术

本发明专利技术涉及一种有机化合物的合成方法，特别涉及一种高级轮烷及其合成方法,将冠醚和铵盐溶于有机溶剂中，在室温下搅拌2‑4小时，加入三氟甲磺酸,在室温下搅拌过夜，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,本发明专利技术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。

An advanced alkane and its synthetic method

The invention relates to a synthesis method of organic compounds, in particular to a higher rotaxane and its synthesis method, in which crown ether and ammonium salt are dissolved in organic solvents, stirred for 2 4 hours at room temperature, trifluoromethanesulfonic acid is added, stirred overnight at room temperature, the reaction solution is quenched by ice water, extracted by organic solvent, washed and separated from organic compounds. The branched rotaxanes are prepared by drying anhydrous sodium sulfate and vacuum spinning desolvent. The invention carries out research on the synthesis of advanced rotaxanes, molecular machines, supramolecular polymers and other fields, providing a new idea for the development of supramolecular chemistry and playing a certain role in promoting.

【技术实现步骤摘要】
一种高级轮烷及其合成方法
本专利技术涉及一种有机化合物的合成方法，特别涉及一种高级轮烷及其合成方法。
技术介绍
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（图1）。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-PierreSauvage）、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特（SirJ.FraserStoddart）以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费灵格（BernardL.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。路易斯酸可作为腈类化合物环聚的催化剂,2002年Xu等用钐(II)盐与正己胺组成催化体系,在80℃条件下,催化芳香氰类化合物发生环缩聚反应,得到芳基类均三嗪衍生物,反应产率都较高,是合成芳香类均三嗪衍生物的好方法。2011年Ren等报道利用三氟甲磺酸作为催化剂,氯仿作为溶剂,在无水无氧及室温条件下合成了一系列具有较大共轭体系及较高分子内电子转移效率的均三嗪化合物。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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种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的高级轮烷及其合成方法。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：步骤1）、将冠醚和铵盐溶于有机溶剂中，室温下搅拌2-4小时；步骤2）、加入三氟甲磺酸,在室温下搅拌过夜，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。在步骤1）中所述有机溶剂为二氯甲烷。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：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。本专利技术制备的高级轮烷适合于构筑分子机器的超分子体系，它能可逆地离解为自由的环状主体和线状客体，产生类似于“旋入/旋出”的运动方式。超分子科学作为化学科学、生命科学、材料科学、分子电子学、传感器等学科的交叉与融合而产生的新研究领域，近年来的得到了迅猛的发展，取得了令人瞩目的成果。通过分子间相互作用形成的轮烷、索烃等超分子实体也为在纳米和分子尺度上设计和构筑新型的分子器件提供了广阔的应用前景。本专利技术具有不存在需要当量贵金属,没有排放二氧化硫污染,并且反应条件合适,不需要特殊设备,反应速率较快等优点，因此本专利技术在高级轮烷合成、超分子聚合物等领域得到应用。附图说明图1为在轮烷分子集合中链分子作轴穿过环分子空腔并且两端有体积较大分子形成的内锁型超分子体系图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1：合成路线如下所示：将二苯并-24-冠-8(250mg,0.56mmol)和N-(蒽-9-基甲基)-3-(4-氰基苯氧基)丙-1-铵六氟磷酸盐(285mg,0.56mmol)溶于10ml的二氯甲烷中，在室温下搅拌3小时。向上述反应液中加入三氟甲磺酸(85mg,0.56mmol),在室温下搅拌过夜，反应液用冰水淬灭，二氯甲烷(2×50ml)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(465mg)，产率为87%。1HNMR(400MHz，CD3D)δ：1HNMR(400MHz,CDCl3,295K):δ8.64(d,J=8.8Hz,6H),8.48(s,3H),8.27-8.23(m,6H),7.97(d,J=8.4Hz,6H),7.90(d,J=8.0Hz,6H),7.65-7.41(m,24H),6.91-6.85(m,12H),6.75-6.71(m,6H),6.60(d,J=8.8Hz,6H),6.48-6.46(m,6H),5.58(s,4H),5.19(s,4H),4.14-4.16(m,18H),4.07-4.03(m,45H),3.93-3.84(m,15H),3.77-3.70(m,5H),3.55-3.51(m,5H),3.11(s,4H),2.22-2.19(m,6H)。制备的支化轮烷中含有富电子的蒽基团，因此可利用轮烷的穿梭，使大环分子的相对位置发生变化，从而引起体系的高电导态和低电导态的变化来制备分子计算机以代替晶体管中的开/关态。将制备的支化轮烷溶在乙腈中，通过向溶液中加入三乙胺或三氟乙酸实现轮烷的穿梭运动，通过核磁氢谱与体系中电导态的变化进行检测。本专利技术制备的高级轮烷适合于构筑分子机器的超分子体系，它能可逆地离解为自由的环状主体和线状客体，产生类似于“旋入/旋出”的运动方式。采用外部刺激操纵本专利技术的高级轮烷用来稳定初始超分子配合物的非共价键作用力，配合依靠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。以上公开的仅为本专利技术的具体实施例，但是，本专利技术并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高级轮烷，其特征在于，其分子式如式I所示：

【技术特征摘要】
1.一种高级轮烷，其特征在于，其分子式如式I所示：式I。2.一种如权利要求1所述的高级轮烷的合成方法，其特征在于，按照如下步骤进行：步骤1）、将冠醚和铵盐溶于有机溶剂中，在室温下搅拌2-4小时；步骤2）、加入三氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诒凡，刘卫东，张昭平，刘宏泰，赵捷，陈蔚，王颖，田世华，王磊，曹庆玉，邓卉，邓鑫，
申请(专利权)人：王诒凡，张昭平，
类型：发明
国别省市：河南,41