轮烷的构筑方法及其在不同领域的应用
摘要：在纷杂繁复的超分子体系中,机械互锁结构因其结构的特殊性及在纳米材料和分子器件的潜在应用广受关注。迄今为止，化学家们已经发展了许多精致的机械互锁结构，包括轮烷、索烃、分子电梯、波罗米安环、所罗门结、三叶结和分子项链等。这些繁复而精巧的结构若只凭借传统的共价化学是无法得到的。其中，轮烷结构自报道以来一直受到化学家们的关注。最简单的轮烷结构是由一个哑铃状的线性分子(轴)和一个环型分子(环)组成的，表示方式为[2]轮烷。同理，由一个轴和n-1个环构成的轮烷为[n]轮烷。另一类轮烷类似物，准轮烷，与轮烷的区别仅在于没有用于稳定该机械互锁结构的封端，环可能从轴上脱落。因此，准轮烷是用于制备轮烷的前体化合物。轮烷的合成方法也从最初的产率相对较低的统计合成法发展为现在常用的产率优良的模板法。另外,轮烷结构在许多领域，如分子探针、分子器件和材料等领域均具有应用价值。
关键词：夹套法； 穿线法； 滑移法
一、文献综述
随着超分子化学的发展和对分子识别及分子自组装的理解深入，轮烷的合成方法日益多样化。早在1999年，J. -P. Sauvage就已经总结了轮烷构筑的三大法则，即夹套法(lipping) 、穿线法(threading)和滑移法(lipping)(Figure 1-1)[1]。
在夹套法(clipping)中，轴上的识别位点作为模板直接形成互锁结构。D. A. Leigh课题组和李玉良课题组分别发展了基于环酰亚胺大环的主客体作用构筑轮烷互锁结构。D. A. Leigh课题组制备了一系列具有光活性的分子梭,它们在构筑分子器件方面具有重要的潜在应用。例如,他们利用夹套法构筑了在室温和非极性溶剂中可发生光致异构的轮烷结构1-1 (Figure 1-2)[2]。在光照条件下，电子转移到靠近蒽环封端的羰基上，与大环形成强氢键作用,导致轮烷构象发生变化。值得一提的是，这种变化只需纳秒便可发生。李玉良报道的环酰亚胺大环的轮烷结构1-2能够通过溶剂调控制备不同的纳米结构(Figure 1-2)[3]。
Figure 1-1 构筑轮烷的三大法则示意图。
Figure 1-2 化合物1-1和1-2的结构式。
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