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设计合成具有一定功能的分子机器具有十分重要的意义,其作为超分子化学领域的一个重要的分支吸引了许多化学家、物理学家及生物学家的兴趣。此外,探索新型的合成[2]索烃的方法一直是合成化学家努力的方向。本论文主要围绕有机功能化分子机器的设计以及合成方法开展了一系列的研究工作。主要包括以下五个方面:
第一章为绪论部分,介绍了有机功能轮烷和索烃体系的研究进展,重点阐述了其合成方法和驱动方式两方面。
第二章中,设计合成了一个结构紧凑并且完全在碱性条件下响应的分子[2]轮烷体系。在中性或少量碱存在的条件下,冠醚大环主要停留在-NH-位点,此时体系的荧光发射强度最弱;随着碱的加入,部分冠醚大环逐渐向甲基化三唑位点移动,体系的荧光逐渐增强;当加入50倍当量的碱,冠醚大环全部移动到甲基化三唑位点,体系的荧光强度达到最大值;减压条件下除去过量的碱,冠醚大环重新回到了-NH-位点,体系荧光强度回到最初状态。由于大环的往复运动伴随着体系荧光发射的变化,因此可以将其作为在碱性条件下的荧光开关。
第三章中,设计合成了以联二萘酚为手性单元的手性[3]轮烷。通过酸碱驱动冠醚大环在分子轴上的往复运动,进而改变联二萘酚两个萘平面之间二面角的大小,实现对联二萘酚圆二色光谱强弱的调控。初始时,冠醚单元均停留在铵盐位点;当加入5倍当量的碱,其中一个冠醚大环移动到甲基化三唑位点,此时圆二色光谱增强了约10%;加入50倍当量的碱,冠醚大环均移动到甲基化三唑位点,圆二色光谱增强了约30%。将手性单元引入到分子轮烷中促进了我们对功能化分子机器设计和策略概念的理解,为以后构建手性分子开关或者分子逻辑门提供了可能性。
第四章中,通过“click”反应,利用氢键作用和π给受体系双重模板作用合成了两个分子[2]索烃体系。在合成该索烃的过程中,冠醚单元起到了双重作用,除了作为铵根离子的氢键接受体系,而且还作为含有端基炔的铵盐半轴分子和含有端基叠氮的萘二酰亚胺半轴分子之间不可或缺的连接体系。将该索烃化合物经过甲基化反应之后便得到了酸碱驱动的双稳态[2]索烃目标化合物,冠醚大环可以在酸碱驱动下往复运动于铵根离子和甲基化三唑两个识别位点,同时冠醚的运动还能影响富电子的冠醚单元与缺电子的萘二酰亚胺单元之间的电荷转移。这种化学反应的分子体系扩大了系统的功能,并提供了一种控制光物理性质的手段。
第五章对本论文工作进行总结。