新型三聚芴面方向性笼状分子:构筑基元及笼状分子开发的分子工程策略

来源 :陈俊波 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyi_love
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面方向性笼状分子是一类新型手性笼状分子,其手性源于构筑基元形成笼状分子后发生对称性破缺。因现有面方向性笼状分子尺寸及空腔较小且难以经后修饰调节性质,限制其在手性分离等领域的实际应用,故亟待开发具大π-共轭平面与多修饰位点的面方向性构筑基元,以此构筑大尺寸且修饰位点多的笼状分子。然而,现阶段面方向性构筑基元及笼状分子缺乏系统性的开发策略,因此面方向性笼状分子的发展受到限制。本论文以分子工程方法为核心建立系统的面方向性构筑基元及笼状分子开发策略。论文工作遵循“自下而上”的开发思路,即以面方向性笼状分子的预期结构为目的设计构筑基元,研究基元的构效关系,并探究构筑基元与笼状分子在结构上的联系及性质上的差异。本论文开发了一类具大π-共轭平面与多修饰位点的面方向性构筑基元——三聚芴,并以此合成多种大尺寸面方向性笼状分子TFRC,为面方向性笼状分子的开发提供新思路。第一部分工作介绍三聚芴分子的设计、合成与构效关系研究。三聚芴的特点:1.π-共轭平面大。其π-共轭平面半径约1 nm,是现有共轭平面最大的面方向性构筑基元,便于构筑大尺寸笼状分子;2.可修饰位点多,三聚芴有12个修饰位点,利于其面方向性笼状分子的后修饰;3.修饰三聚芴中不同的亚甲基位点可有效调控其光物理、电化学性质及组装行为。该部分工作以8,8,16,16,24,24-六正丁基三聚芴2a和6,6,14,14,22,22-六正丁基三聚芴3a为分子骨架发展六种三聚芴缺电子衍生物及五种三聚芴三醛,显示出三聚芴良好的可修饰性。三聚芴及其衍生物通过紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、循环伏安法、核磁共振谱解析、X-射线单晶衍射分析及密度泛函计算等方法研究其构效关系。第二部分工作介绍三聚芴面方向性笼状分子TFRC的合成与表征。该部分工作以 6,6,14,14,22,22-六正丁基-2,10,18-三聚芴三醛4a及8,8,16,16,24,24-六正丁基-2,10,18-三聚芴三醛5a为构筑基元,与(1S,2S)-1,2-环己二胺经可逆亚胺缩合反应合成笼状分子TFRC。基元4a组装为八面体结构的TFRC-1并存在四种不同面方向性结构的非对映异构体;基元5a组装为三棱柱结构的TFRC-2及机械互锁结构的TFRC-3。TFRC-1的内径为2.8nm(在现有面方向性笼状分子中空腔最大),TFRC-2与TFRC-3的内径分别为2.1 nm与2.6 nm。各TFRC经核磁共振谱、质谱及圆二色光谱法等手段确认其组成和结构。另外,TFRC具较大的摩尔消光系数,且其荧光发射波长较三聚芴基元单体略有蓝移,二者经紫外-可见吸收光谱法与荧光光谱法进行研究。第三部分工作通过改变三聚芴基元的烷基链长度或变换溶剂种类以调控TFRC的产物分布。一方面,在八面体TFRC-1中当基元烷基链由正丁基变为正辛基时,其组装主产物由C3对称的ACCC面方向性结构变为T对称的CCCC面方向性结构。另一方面,TFRC-2和TFRC-3的形成受溶剂种类影响,在甲醇、乙醇及异丙醇等溶剂中组装主产物为TFRC-2,而在N,N-二甲基甲酰胺等酰胺溶剂中组装主产物为TFRC-3,即二者的组装过程存在“溶剂效应”。总之,本论文以分子工程方法为核心建立系统的面方向性构筑基元及笼状分子开发策略,并以此构筑了一系列基于三聚芴的大尺寸面方向性笼状分子。本论文工作不仅丰富了面方向性笼状分子的种类,也为新型面方向性笼状分子的开发提供新的思路。
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