一种基于双间苯-32-冠-10主体穴醚的分子机器及其制备方法

460nm。
17.本发明还提供了所述基于双间苯-32-冠-10主体穴醚的分子机器的制备方法，包括以下步骤：将所述线性分子的六氟磷酸盐衍生物和双间苯-32-冠-10主体穴醚在乙腈溶液中以1：1摩尔比混合制备得到所述分子机器。
18.所述线性分子的六氟磷酸盐衍生物的合成方法包括以下步骤：
19.(i)将4,4’联吡啶与苄溴类化合物在有机溶剂中反应，反应得到的产物与nh4pf6作用得到中间体1-1；
20.(ii)将中间体1-1与2,7-氮杂芘在有机溶剂中反应，反应得到的产物与nh4pf6作用得到中间体1-2；
21.(iii)将中间体1-2与苄溴类化合物在有机溶剂中反应，反应得到的产物与nh4pf6作用得到所述线性分子的六氟磷酸盐衍生物；
22.所述的苄溴类化合物为对二苄溴或4,4'-双(溴甲基)-1,1'-联苯。
23.步骤(i)-(iii)中，有机溶剂为乙腈。
24.所述双间苯-32-冠-10主体穴醚的合成方法包括以下步骤：
25.(1)将3,5-二羟基苯甲酸甲酯和碳酸钾溶于有机溶剂中，再加入苄溴，反应得到中间体3-1；
26.(2)将中间体3-1、四甘醇双硫磺酸盐和碳酸钾溶于有机溶剂中，反应得到中间体3-2；
27.(3)将中间体3-2溶于混合溶剂中，加入催化剂反应得到中间体3-3；
28.(4)将中间体3-3、四甘醇双硫磺酸盐溶于有机溶剂中，再与溶于有机溶剂的碳酸钾混合，反应得到中间体3-4；
29.(5)将lialh4、中间体3-4在有机溶剂中反应得到中间体3-5；
30.(6)将中间体3-5溶于混合溶剂中，再加入pbr3反应，得到中间体3-6；
31.(7)将koh和对硝基苯酚在水中混合搅拌加热反应得到中间体3-7；
32.(8)将中间体3-6和中间体3-7溶于有机溶剂中，再与溶于有机溶剂的碳酸钾混合，反应得到所述双间苯-32-冠-10主体穴醚。
33.步骤(1)、(2)、(4)和(8)中，所述的有机溶剂为乙腈；
34.步骤(3)中，所述的混合溶剂为三氯甲烷和甲醇的混合溶剂；所述的催化剂为钯炭催化剂；
35.步骤(5)中，所述的有机溶剂为四氢呋喃；
36.步骤(6)中，所述的混合溶剂为乙醚和乙酸乙酯的混合溶剂。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
38.(1)本发明提供的基于双间苯-32-冠-10主体穴醚的分子机器调控方便、具有基于光致结构变化的光响应性和输出信号，且制备方法简单、反应条件温和、原料易得。
39.(2)本发明采用双间苯-32-冠-10主体穴醚作为主体分子，双间苯-32-冠-10主体穴醚空间结构紧凑，使得主、客体组分间相互作用力更强，在形成和稳定索烃结构的过程中起到了重要的作用。
附图说明
40.图1为紫外吸收光谱图，其中，a为n,n
’‑
二甲基-2,7-氮杂芘盐2a，b为双间苯-32-冠-10主体穴醚trans-1溶液中加入等当量的客体n,n
’‑
二甲基-2,7-氮杂芘盐2a的溶液；c为b中溶液在350nm紫外光下照射1min；d为c中溶液在450nm下照射10min。
具体实施方式
41.下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
42.实施例1线性分子的六氟磷酸盐衍生物合成
43.(1)化合物1.1的合成
[0044][0045]
将4,4’联吡啶(1.56g，10mmol)溶于50ml ch3cn中通过注射泵以2ml/h的速度加入到已回流的对二苄溴(10.0g，38.2mmol)的ch3cn溶液中。滴加结束后继续回流搅拌2小时。停止反应，待冷却后过滤出棕色沉淀，用500ml ch2cl2清洗滤液，干燥后融入2l水中，慢慢加入nh4pf6直到震荡后不再出现黄色絮状沉淀，将这些沉淀滤出，并用大量水清洗(100ml)，真空干燥后得到了化合物1.1(浅灰色固体，3.4g，41.9％)。
[0046]
化合物1.1的鉴定
[0047]1h nmr(500mhz,cd3cn):9.48(d,4h,j＝6.0hz),8.80(d,4h,j＝6.0hz),7.62(d,4h,j＝8.0hz),6.15(s,4h),4.67(s,4h)。
[0048]
(2)化合物1.2的合成
[0049][0050]
将化合物1.1(325mg，0.40mmol)与2,7-氮杂芘(60.0mg，0.30mmol)溶于50ml乙腈中，回流反应12小时。溶液颜色会逐渐变为黄色并有黄色沉淀出现。蒸去溶剂，将浓缩物溶于meoh和meno2的混合溶剂中搅拌，进行柱层析(硅胶，meoh/nh4cl/meno2，三者的体积比为20:2:1)。通过薄层层析确定并收集产物(产物有强荧光)，浓缩含有产物的洗脱剂，然后溶
于少量热水中(5ml)，一边震荡一边慢慢加入nh4pf6直到不再出现黄色絮状沉淀。将这些沉淀滤出，并用大量水清洗。干燥后得到化合物1.2(黄色，77mg，23.7％)。
[0051]
化合物1.2的鉴定
[0052]1h nmr(500mhz,cd3cn,室温)δ(ppm):4.62(s,2h),5.80(s,2h),5.84(s,2h),6.21(s,2h),7.47(s,4h),7.58(d,j＝10hz,2h),7.69(d,j＝10hz,2h),8.36(t,j＝7.0hz,4h),8.51(d,j＝9.0hz,2h),8.69(d,j＝9.0hz,2h),8.95(t,j＝7.0hz,4h),9.67(s,2h),9.85(s,2h)。
[0053]
(3)化合物1.3的合成
[0054][0055]
将化合物1.2(54.0mg，0.05mmol)和对二苄溴(1.00g，3.8mmol)溶于50ml ch3cn中，加热回流反应2小时。待冷却至室温，过滤得到黄色沉淀，用100ml乙醚清洗沉淀，然后将沉淀溶于少量热水(5ml)，一边震荡一边慢慢加入nh4pf6直到不再出现黄色絮状沉淀，将这些沉淀滤出，并用大量水清洗。干燥后得到化合物1(黄色，56mg，79.4％)。
[0056]
化合物1的鉴定
[0057]1h nmr(500mhz,cd3cn,室温)δ(ppm):4.62(s,2h),5.81(s,2h),5.85(s,2h),6.25(s,2h),6.29(s,4h),7.48(s,4h),7.60(m,6h),7.40(d,j＝8hz,2h),8.37(t,j＝7.0hz,4h),8.83(t,j＝2.0hz,4h),8.95(t,j＝7.0hz,4h),9.94(s,4h)。
[0058]
实施例2双间苯-32-冠-10主体穴醚
[0059]
(1)化合物3.1的合成
[0060][0061]
将3,5-二羟基苯甲酸甲酯(150mmol,25.2g)和碳酸钾(100mmol,10.0g)溶于300ml无水乙腈(mecn)中，n2保护下加热至回流。再将苄溴(100mmol,17.1g)溶于100ml无水乙腈中，缓慢滴加(约4小时)到上述回流溶液中。让混合物在室温下搅拌10min。滴加结束后让反应液再继续搅拌4小时。蒸去乙腈并加入500ml ch2cl2溶剂反应混合物，将不溶物滤掉。蒸去ch2cl2进行柱层析(硅胶，石油醚/乙酸乙酯，(石油醚和乙酸乙酯的体积比为20:1)到(石油醚和乙酸乙酯的体积比为5:1))得到化合物3.1(白色固体，13.2g，分离产率51.2％)。
[0062]
化合物3.1的鉴定
[0063]1h nmr(400mhz,cd3cn):7.39-7.46(m,5h),7.28(s,1h),7.17(s,1h),6.70(s,1h),5.10(s,2h),3.92(s,3h)。
[0064]
(2)化合物3.2的合成
[0065][0066]
向化合物3.1(46.5mmol,12.0g)，四甘醇双硫磺酸盐(23.2mmol,12.0g)和k2co3(100mmol,13.8g)中加入50ml乙腈(mecn)。n2保护下，加热回流反应24小时。冷却至室温，过滤并蒸去mecn，加入200ml ch2cl2溶解上步得到的混合物，再次过滤，蒸去进行柱层析(硅胶，石油醚/乙酸乙酯，(石油醚和乙酸乙酯的体积比为2:1)到(石油醚和乙酸乙酯的体积比为1:1))得到化合物3.2(黄色油状物，13.9g，分离产率88.8％)。
[0067]
化合物3.2的鉴定
[0068]1h nmr(400mhz,cd3cl3,22℃):δ3.68-3.73(m,8h),3.84(t,j＝4.8hz,4h),5.06(s,4h),6.74(s,2h),7.21(s,2h),7.28(s,2h),7.34-7.40(m,10h)。
[0069]
(3)化合物3.3的合成
[0070][0071]
将化合物3.2(20.6mmol,13.9mg)溶于150ml chcl3和meoh的混合溶剂中(chcl3和meoh的体积比为1:1)，加入500mg 10％pd/c催化剂，抽真空通入氢气加热室温搅拌反应。反应24h后，过滤并浓缩。得到化合物3.3(黄色油状物，9.2g，分离产率90.3％)。
[0072]
化合物3.3的鉴定
[0073]1h nmr(400mhz,cd3cl3,室温):δ3.66-3.68(m,8h),3.74(t,j＝4.4hz,4h),3.84(s,6h),4.01(t,j＝4.4hz,4h),6.10(t,j＝4.0hz,2h),6.98(s,2h),7.10(s,2h),7.48(s,2h)。
[0074]
(4)化合物3.4的合成
[0075][0076]
n2保护下，在2l的三颈烧瓶中，加入k2co3(186mmol,25.7g)和1.5l mecn，加热至回流搅拌。将化合物3.3(18.6mmol,9.2g)和四甘醇双硫磺酸盐(18.6mmol,9.7g)溶于50ml mecn中，通过注射泵以1.5ml/h的速度加到上述的回流溶液中。滴加结束后，反应混合物在回流条件下继续搅拌3天。冷却至室温后，过滤并浓缩滤液。加入500ml ch2cl2溶解浓缩物并中再次过滤，蒸去ch2cl2，进行柱层析(硅胶，石油醚/乙酸乙酯，(石油醚和乙酸乙酯的体积
比为3:2)到(石油醚和乙酸乙酯的体积比为2:3))，得到化合物3.4(白色固体，6.9g，分离产率56.8％)。
[0077]
化合物3.4的鉴定
[0078]1h nmr(400mhz,cdcl3，室温):δ3.68-3.72(m,16h),3.85(t,j＝4.8hz,4h),3.87(s,6h),4.10(t,j＝4.8hz,4h),6.67(s,2h),7.15(d,j＝4.8hz,4h)。
[0079]
(5)化合物3.5的合成
[0080][0081]
在250ml圆底烧瓶中加入lialh4(26.3mmol,1.00g)，抽真空后氮气保护，在0℃下加入溶于150ml四氢呋喃(thf)的化合物3.4(8.43mmol,6.5g)，反应24h后用乙酸乙酯淬灭，并用大量水稀释。用1m hcl中和后，用氯仿萃取。收集有机相饱和食盐水洗2次后用无水na2so4干燥。溶剂旋干后得到化合物3.5(白色固体，5.24g，分离产率88.1％)。
[0082]
化合物3.5的鉴定
[0083]1h nmr(400mhz,cdcl3，室温):δ2.43(s,2h),3.66-3.70(m,16h),3.81(t,j＝4.4hz,8h),4.03(t,j＝4.4hz,8h),4.54(d,j＝2.8hz,4h),6.44(t,j＝4.4hz,8h),6.48(d,j＝2.0hz,4h)。
[0084]
(6)化合物3.6的合成
[0085][0086]
将化合物3.5(1.01mmol,0.60g)溶于70ml乙醚和10ml的乙酸乙酯的混合溶剂中。再将pbr3(6.06mmol,0.58ml)滴加到上述溶液中。室温下反应36小时。将反应体系中的白色沉淀过滤，用乙酸乙酯清洗两遍。最后在乙酸乙酯中重结晶得到化合物3.6(白色固体，0.65g，分离产率85％)。
[0087]
化合物3.6的鉴定：1h nmr(400mhz,cdcl3,22℃):δ3.67-3.73(m,16h),3.83(t,j＝4.8hz,8h),4.06(t,j＝4.8hz,8h),4.38(s,4h),6.42(t,j＝2.4hz,2h),6.53(d,j＝2.4hz,4h)。
[0088]
(7)化合物3.7的合成
[0089][0090]
将koh(760mmol,50g)、对硝基苯酚(72.0mmol,10g)和20ml水混合搅拌加热至20℃并保持1h。在慢慢将温度升至195-200℃，反应混合物会剧烈反应，有大量泡沫生成并呈深
棕色粘稠状。此时停止反应，将反应混合物溶入水中，再将这种深红色的溶液调制ph＝3。用乙醚萃取，合并乙醚萃取物，加入无水硫酸钠干燥过夜，蒸去乙醚，将得到的产物在50％的乙醇水溶液中重结晶得到化合物3.7(黄色晶体，1.6g，分离产率17.2％)。
[0091]
化合物3.7的鉴定
[0092]1h nmr(400mhz,dmso-d6,22℃):δ10.10(s,2h),7.71(d,j＝8.4hz,4h),7.71(d,j＝8.8hz,4h),6.90(d,j＝8.8hz,4h)。
[0093]
(8)化合物3.8(trans-1)的制备
[0094][0095]
氮气保护下，在1l的三颈烧瓶中，加入k2co3(20.0mmol,2.76g)和800ml mecn，加热至回流凉拌。将化合物3.6(1.04mmol,750mg)和化合物3.7(1.04mmol,222mg)溶于50ml mecn中，通过注射泵以1.5ml/h的速度加到上述已回流溶液中。滴加结束后，反应混合物在回流条件下继续搅拌3天。冷却至室温后，过滤并浓缩滤液。加入500ml ch2cl2溶解浓缩物并再次过滤，蒸去ch2cl2，进行柱层析(硅胶，石油醚/乙酸乙酯，(1:1,υ/υ)
→
(1:2,υ/υ))，得到化合物3.8(trans-1)(黄色固体，413mg，分离产率53.4％)。
[0096]
化合物3.8的鉴定
[0097]1h nmr(500mhz,cd3cocd3,室温):δ3.43-3.49(m,16h),3.66(t,j＝4.5hz,8h),4.04(t,j＝4.5hz,8h),5.31(s,4h),6.28(s,2h),6.51(d,j＝2.0hz,4h),7.06(d,j＝9.0hz,4h),7.64(d,j＝9.0hz,4h)。
[0098]
13
c nmr(125mhz,acetone-d6,室温):δ 160.0,159.5,146.7,139.2,123.6,122.0,117.6,114.9,107.1,106.5,105.8,100.4,70.7,70.4,69.7,69.5,69.2,67.7,67.3。
[0099]
lresims:m/z 775.3[m h]

(64％),797.3[m na]

(100％),813.3[m k]

(35％).
[0100]
hrms:m/z calcd for[m k]
c42h50
n2o
12
h,813.2995,found 813.2961,error 4.0ppm。
[0101]
实施例3分子机器的合成
[0102]
将实施例1制得的线性分子的六氟磷酸盐衍生物和实施例2制得的双间苯-32-冠-10主体穴醚在乙腈溶液中以1：1摩尔比混合制备得到所述分子机器。
[0103]
通过核磁共振氢谱中氢的化学位移验证得到：在紫外光照下，双间苯-32-冠-10主体穴醚为顺式构型，由于更好的尺寸匹配效应，易于与式(iii)所示结构处络合，在可见光条件下，双间苯-32-冠-10主体穴醚为反式构型，易于与式(ⅳ)所示结构处络合；
[0104][0105]
样品分析
[0106]
如图1所示，在实施例1制得的反式结构的双间苯-32-冠-10主体穴醚trans-1的溶液中，加入等当量的客体n,n
’‑
二甲基-2,7-氮杂芘盐2a(结构式如下式所示，紫外吸收光谱图如图1中的a所示)后，在紫外光波长360nm附近的反式偶氮苯基团的特征吸收峰仍能对光发生响应：即紫外光照射后强度急剧下降，再用可见光照射时，强度又会升高(图1中的b-d)。由于客体2a本身吸收峰的影响，紫外光波长420nm左右与电子的n-π*跃迁相关吸收峰的变化不明显。与单独的主体trans-1相比，这种加入客体的体系，再使用可见光使其回复为反式时，效率明显下降。同样的条件下，用可见光照射10min，单独的trans-1其紫外光波长360nm处吸收峰强度回复了50％，而加入等当量客体后，仅回复了不到20％。这就表示客体的加入能够稳定的顺式结构。同时，核磁氢谱的结果证明顺式结构的双间苯-32-冠-10主体穴醚cis-1与客体2a存在良好的供体/受体相互作用。
[0107][0108]
客体n,n
’‑
二甲基-2,7-氮杂芘盐2a
[0109]
以上所述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。