基于冠醚的主客体识别研究与机械互锁结构
摘要：轮烷和索烃,超分子化学领域中最基本和最常见的两种机械互锁结构[1]。机械互锁结构的有效制备对于制造分子机器、传感器和纳米材料的成功应用是必不可少的。在分子识别的基础上，氢键、pi;-pi;供受体之间相互作用、金属配位以及阴离子模板等的应用，使这些互锁结构的制备取得了巨大的成功。
关键词：索烃；轮烷；机械互锁结构；烯烃复分解
一、文献综述
索烃和轮烷的早期合成使用的是直接模板合成方法或统计合成方法。[2]导向法包括分多步合成索烃的前体以及轮烷的前体，其中，互锁部分由共价键暂时连接。随后，这些共价键的断裂，生成了索烃分子。在这种结构中，互锁的分子之间仅存在机械键。随着超分子化学的发展[3]，高效制备非共价的准轮烷已经具有可能性。在索烃和轮烷的统计合成中，轮烷(Ⅲ)的形成是由共价修饰产生，但非共价相互作用并不能导向明确地协助Ⅲ的形成，因此，只有在大量使用两个起始组分(I或II)中的一个之后才能得到。
在大多数情况下，非共价键协助模板定向合成，在最终机械互锁的结构中继续存在。因此，这些相互作用决定了所产生的索烃和轮烷相互作用的几何构型和构象的变化[5]。因此，后来发展出了模板导向法，以依赖于非共价键所提供的客体和大环主体识别位点之间的稳定作用来合成索烃类化合物和轮烷类化合物[4]。
Stoddart等人对基于双苯并-24-冠-8的[2]轮烷和[2]索烃进行了广泛的研究。二苯并-24-N杂-冠8和N,N-二苄基离子可以在NH-O的基础上形成氢键和其他分子间相互作用。在分子中引入三苯基膦作为位阻基团，合成了热稳定的[2]轮烷(图一a)。他们发现，用吡啶环代替苯环合成24-冠-8时，其与N,N-二苄基铵离子的分子识别与结合能力会更好，在235K时，在乙腈溶液中，络合常数可达到2300 M-1至48000 M-1，X–单晶衍射数据表明，引入的吡啶基可以参与分子间氢键（CH-N）的形成。通过在反应中引入位阻基团(Ph3P)，基于氢键等弱分子间作用力的[2]准轮烃可以转化为[2]轮烃[2]（图一 b）。
图一
把主体分子由双苯并-24-冠-8换成三苯并27-冠-9时，其与二苄基铵的客体分子可以通过氢键和其他分子间的弱相互作用形成主-客体配合物[3]（图二）。当二苄基铵的苯环对位被吸电子基团取代时，其识别和结合客体分子的能力远高于未取代的客体分子，但未取代的客体分子和对位取代客体分子相比，和主体分子的反应更快。
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