CH/π驱动的自折叠分子转子的设计与合成

摘要

在探索微观世界中，有机化学家们正在利用单分子或者超分子体系来模拟宏观世界中的许多过程，使器件达到纳米的尺寸。分子机器正是在这样一个背景下受到广泛关注。受自然界的启发，从化学角度设计分子机器成为众多科学家追求的目标。作为一种超分子体系，分子机器中的各个组分之间存在着许多弱相互作用，比如氢键、金属配位、疏水相互作用等。当体系受到适当的外在的某种刺激比如pH值变化、吸收光子、得失电子等等，体系的结构便会发生某些变化，这种变化通过某种信号与外界操作者进行交流。 本论文首先对天然分子机器和人工分子机器进行了较为详细的综述，包括分子机器的概念、特征、运动的种类、运动的驱动力等等，并提出了构筑CH/π弱作用力驱动的分子转子的可能性。 其次，为了研究CH/π驱动的自折叠分子转子中影响转子转速的因素，我们以二乙酯基甘脲为建筑板块，在甘脲的一端引入刚性边墙，相当于风扇的底座，另一端引入一个可以自由旋转的柔性边墙，相当于风扇的叶子，它们之间借助CH/π的作用自驱动折叠，形成一个分子机器，其分子结构都通过了IR、1H NMR、13C NMR、HRMS的表征，得到了16个化合物的晶体结构。 最后，我们对合成的目标化合物结合氢谱和单品结构从四个方面进行了分析。首先讨论了改变CH受体电子云密度的大小对CH/π及转速的影响，然后讨论了改变CH供体电子云密度的大小对转速的影响，再次讨论了改变CH受体电子云密度的分布不均匀对分子构象的影响，最后讨论了sp3杂化的CH供体对构象的影响。研究显示，增加CH供体的酸性和CH受体的碱性，能够增强CH/π作用且转速很快；使CH受体的电子云密度分布不均匀，可以减慢分子机器的转动速度。

目录

文摘

英文文摘

声明

本论文主要创新点

第一章分子机器

1.1引言

1.2分子机器的概念

1.3分子机器的特征

1.4分子机器的分类

1.4.1转动模式的分子机器

1.4.2平动模式的分子机器

1.4.3张合运动模式的分子机器

1.4.4伸缩运动模式的分子机器

1.4.5其它类型的分子机器

1.5 CH/π对分子构象的影响

1.5.1 CH/π的特征及影响CH/π的因素

1.5.2分子内CH/π对构象的影响

1.6课题的提出

参考文献

第二章基于二乙酯基甘脲的分子转子的设计与合成

2.1引言

2.2合成和设计方法

2.2.1设计思路

2.2.2合成策略

2.3实验部分

2.3.1主要测试仪器及方法

2.3.2主要试剂的制备与纯化

2.3.3主要中间产物及目标化合物的合成

2.4本章小结

参考文献

第三章基于二乙酯基甘脲的分子转子的核磁及单晶结构的分析

3.1引言

3.2目标化合物的波谱分析

3.2.1从1HNMR讨论CH受体对CH/π的影响

3.2.2从1HNMR讨论CH供体对CH/π的影响

3.2.3不对称电子云效应对苄胺CH2的裂分

3.2.4 sp3杂化的CH供体对CH/π及分子构象的影响

3.3目标化合物的晶体结构分析

3.3.1改变CH受体的化合物的晶体结构

3.3.2改变CH供体的化合物的晶体结构

3.3.3不对称电子云效应对苄胺CH2的裂分

3.3.4 sp3杂化的CH供体对CH/π及分子构象的影响

3.3.5从晶体结构分析取代基对CH/π的影响

3.4本章小结

参考文献

附录(一)所有目标化合物的核磁谱图

附录(二)作者攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢