[发明专利]基于紫精的轮烷类

说明书

本文公开了纳米驱动轮烷类，其包含穿线成分和至少两种大环成分，所述穿线成分包含低聚紫精，其中低聚紫精穿过大环成分的每一种。还公开了制备所述轮烷类的方法。

发明领域

本公开的技术一般涉及轮烷类(rotaxanes)。更具体地，本公开的技术涉及基于紫精(viologen)的轮烷类。

背景

期望了解生物分子(包括DNA、RNA和膜)的结构-性质关系以及它们在生命过程中所起的作用激励化学家们一直在日益复杂和有组织的情况中努力操纵由非共价键合相互作用产生的分子尺度现象。[1-4]通过采用非共价键合相互作用，已经以一定详细的程度研发和研究了合成折叠体(foldamer)[5-8]，其为模仿生物大分子在不同种类的刺激—和机械互锁分子[9-11](MIM)下的行为的富有希望的候选物，为形成机械键的结果，并且已经在药物递送[12,13]和分子电子学[14-17]中得到应用。然而，都利用分子内和分子间相互作用来调节分子的形状的折叠体和MIM几乎无法导致它们的路径交叉。

位于合成折叠体与MIM之间的交叉点的折叠化轮烷类[18-21]最近已经进入化学家的视线。由于通常在低聚轮烷类的背景下表达，其中哑铃状成分穿过多个环成分以调节折叠的二级结构，所以它们可以表现出显著的物理化学性质[22-26]以响应外部刺激。例如，已经[22,23,25]证明了低聚轮烷类对外力的机械响应可以通过沿着它们的一维哑铃状成分捕获的移动环来控制，这代表了一类新的熵主导的分子和材料。

迄今为止，已经公开了依赖于富含电子的1,5-二氧基萘(DNP)单元和缺电子环双(百草枯-对亚苯基)(CBPQT⁴⁺)环之间存在供体-受体识别的折叠化低聚烷类的合成和性质。[28]此外，与BIPY(^·+)自由基阳离子相关的自由基-配对相互作用─双阳离子BIPY²⁺单元的单一还原状态─可用于基于模板导向策略制备MIM[29-33]。

折叠化低聚轮烷类使得可以通过将MIM的协同机械驱动缩放[11,27]到可以寻求和见证应用的宏观状态来制备功能材料。对于新应用和新型分子装置和材料的研发，需要可用于制备纳米驱动器(nanoactuator)的新型轮烷类。

发明概述

本文公开了用于制备纳米驱动器的基于紫精的轮烷类。在一些实施方案中，所述纳米驱动器(nanoaccuator)包含轮烷，其中轮烷包含穿线(threading)成分和至少两种大环成分；其中穿线成分包含低聚紫精；且其中穿线成分穿过大环成分的每一种。在另一个实施方案中，纳米驱动器包含轮烷，其中轮烷包含穿线成分；其中穿线成分包含具有式L-V-[B-V]_n-L’的线性子链和至少两种大环成分；其中至少两种大环成分的每一种均穿在穿线成分上；且其中V是紫精亚单元，B是桥连亚单元；其中L和L’是连接亚单元，且其中n是整数。该纳米驱动器还可以包含第一封基(stopper)亚单元S和第二封基亚单元S’，且其中穿线成分具有式S-L-V-[B-V]n-L’-S’。在一些实施方案中，至少两种大环成分是CBPQT大环成分。

在一些实施方案中，低聚紫精包含紫精亚单元。紫精亚单元可以为BIPY亚单元。低聚紫精还可以包含连接紫精亚单元的桥连亚单元。桥连亚单元可以为对二甲苯亚单元。在具体的实施方案中，低聚紫精包含4或5个紫精亚单元。

所述纳米驱动器还可以包含第一封基亚单元和第二封基亚单元，其中第一封基亚单元和第二封基亚单元防止至少两种大环成分从穿线成分上脱穿线(unthreading)。在一些实施方案中，穿线成分还包含第一连接亚单元和第二连接亚单元，其中第一连接亚单元使低聚紫精的第一端连接至第一封基亚单元，并且第二连接亚单元使低聚紫精的第二端连接至第二封基亚单元。