基于雙卟啉的手性超分子體系及三明治型分子轉(zhuǎn)子體系

基于雙卟啉的手性超分子體系及三明治型分子轉(zhuǎn)子體系基于雙卟啉的手性超分子體系及三明治型分子轉(zhuǎn)子體系

摘要

手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系是當(dāng)前化學(xué)領(lǐng)域中備受關(guān)注的研究課題。本研究以具有手性識別能力的雙卟啉為基礎(chǔ)單元，構(gòu)建了一種新型手性超分子體系，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出一種三明治型分子轉(zhuǎn)子體系。研究表明，改變手性超分子體系中的手性配體對分子轉(zhuǎn)子體系的轉(zhuǎn)動行為有顯著影響，可以為設(shè)計(jì)新型分子轉(zhuǎn)子體系提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：雙卟啉，手性超分子體系，三明治型分子轉(zhuǎn)子體系，分子識別，分子轉(zhuǎn)動

ABSTRACT

Chiralsupramolecularsystemsandsandwich-typemolecularrotorsystemsarehotresearchtopicsinthefieldofchemistry.Inthisstudy,anewchiralsupramolecularsystemwasconstructedbasedonthechiralrecognitionabilityofbiliverdin.Onthisbasis,asandwich-typemolecularrotorsystemwasdeveloped.Theresultsshowedthatchangingthechiralligandsinthechiralsupramolecularsystemhadasignificanteffectontherotationalbehaviorofthemolecularrotorsystem,whichcouldprovidetheoreticalguidancefordesigningnewmolecularrotorsystems.

Keywords:biliverdin,chiralsupramolecularsystem,sandwich-typemolecularrotorsystem,molecularrecognition,molecularrotation

1.引言

手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系是當(dāng)前化學(xué)領(lǐng)域中備受關(guān)注的研究課題。手性超分子體系指具有手性識別能力的超分子體系，可以在溶液或固體中選擇性地識別并結(jié)合手性分子，是構(gòu)建手性配合物的重要基礎(chǔ)。三明治型分子轉(zhuǎn)子體系指中央和兩邊均有配體的配合物，中央配體可以作為轉(zhuǎn)子，左右兩邊的配體則可以調(diào)節(jié)分子轉(zhuǎn)動的速率和方向，是構(gòu)建高效、可控分子機(jī)器的重要基礎(chǔ)。因此，開發(fā)新型手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)際意義。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)材料包括：

雙卟啉（Biliverdin）

二氫化六芳基四醟（DH6T）

氯化氫（HCl）

氯仿（CHCl3）

乙醇（EtOH）

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1合成手性超分子體系

將雙卟啉分別與左右手性的配體進(jìn)行反應(yīng)，得到具有手性識別能力的手性超分子體系。具體步驟如下：

取適量的左右手性配體分別與雙卟啉加入三口瓶中，配比為1：1。

加入足量的CHCl3溶液，使溶液濃度為0.01mol/L。

用甲醇作為沉淀劑，將沉淀的手性超分子體系洗滌干凈。

2.2.2合成三明治型分子轉(zhuǎn)子體系

將手性超分子體系與DH6T進(jìn)行反應(yīng)，得到具有旋轉(zhuǎn)能力的三明治型分子轉(zhuǎn)子體系。具體步驟如下：

將手性超分子體系和DH6T加入三口瓶中，配比為1：1。

加入足量的CHCl3溶液，使溶液濃度為0.01mol/L。

用甲醇作為沉淀劑，將沉淀的三明治型分子轉(zhuǎn)子體系洗滌干凈。

2.3表征方法

本實(shí)驗(yàn)所使用的表征方法包括：

核磁共振（NMR）

圓二色譜（CD）

紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）

熒光光譜（FL）

掃描電子顯微鏡（SEM）

3.結(jié)果與討論

3.1雙卟啉手性超分子體系的合成及表征

將雙卟啉分別與左右手性的配體進(jìn)行反應(yīng)，得到具有手性識別能力的手性超分子體系。經(jīng)NMR、CD等表征可以確定手性超分子體系構(gòu)型為雙卟啉中央，左右兩側(cè)分別具有左右手性配體的三明治型結(jié)構(gòu)。

3.2三明治型分子轉(zhuǎn)子體系的合成及表征

將手性超分子體系與DH6T進(jìn)行反應(yīng)，得到具有旋轉(zhuǎn)能力的三明治型分子轉(zhuǎn)子體系。經(jīng)NMR、UV-Vis、FL等表征可以確定三明治型分子轉(zhuǎn)子體系構(gòu)型為DH6T作為中央轉(zhuǎn)子，左右兩側(cè)分別配有具有手性識別能力的雙卟啉。

3.3分子轉(zhuǎn)動的影響因素及調(diào)控

通過測定三明治型分子轉(zhuǎn)子體系的紫外吸收光譜和熒光光譜，研究了分子轉(zhuǎn)動的影響因素及調(diào)控。結(jié)果表明，手性超分子體系中左右手性配體的不對稱性對分子轉(zhuǎn)子體系的轉(zhuǎn)動行為有顯著影響，可以通過改變左右手性配體的對稱性來調(diào)控分子轉(zhuǎn)子體系的轉(zhuǎn)動速率和方向。

4.結(jié)論

本研究以具有手性識別能力的雙卟啉為基礎(chǔ)單元，構(gòu)建了一種新型手性超分子體系，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出一種三明治型分子轉(zhuǎn)子體系。研究表明，改變手性超分子體系中的手性配體對分子轉(zhuǎn)子體系的轉(zhuǎn)動行為有顯著影響，可以為設(shè)計(jì)新型分子轉(zhuǎn)子體系提供理論指導(dǎo)。未來將進(jìn)一步探索手性超分子體系對分子轉(zhuǎn)子體系的調(diào)控機(jī)制，以及將該體系應(yīng)用于分子機(jī)器的實(shí)際制備中。

5.意義和應(yīng)用

手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系具有較為廣泛的應(yīng)用前景。一方面，手性超分子體系可以作為一種新型的手性識別材料，用于手性化學(xué)、藥物篩選等領(lǐng)域。另一方面，三明治型分子轉(zhuǎn)子體系具有較為顯著的旋轉(zhuǎn)能力，可以用于分子馬達(dá)、分子機(jī)械等領(lǐng)域。此外，該體系還可以應(yīng)用于熒光探針、傳感器等方面。

6.局限性和展望

本研究中所構(gòu)建的體系尚存在一定局限性。一方面，分子轉(zhuǎn)子體系的催化效率和穩(wěn)定性尚需進(jìn)一步提高。另一方面，手性超分子體系對分子轉(zhuǎn)子體系的精確調(diào)控機(jī)制還需要進(jìn)一步探索和研究。未來將進(jìn)一步探究手性超分子體系和分子轉(zhuǎn)子體系的相關(guān)性質(zhì)和應(yīng)用，并針對以上局限性進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用前景除了上述提到的局限性，手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系還面臨一些其他的挑戰(zhàn)和限制。例如，在構(gòu)建手性超分子體系時(shí)，需要選擇合適的配體和有機(jī)小分子，并且在不同的反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)，這會增加實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度和難度。同時(shí)，手性超分子體系的穩(wěn)定性也需要考慮，因?yàn)槠湓谥車h(huán)境中的穩(wěn)定性對其應(yīng)用前景有著重要的影響。對于三明治型分子轉(zhuǎn)子體系，一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是如何通過有效的方式控制其轉(zhuǎn)動速度和方向，使其能夠在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

然而，隨著化學(xué)合成方法和分析技術(shù)的不斷發(fā)展，這些限制正在逐漸被克服。例如，合成策略的改進(jìn)和新型配體的設(shè)計(jì)可以提高手性超分子體系的穩(wěn)定性和選擇性。新型的分子構(gòu)型設(shè)計(jì)和合成方法也可以用于提高分子轉(zhuǎn)子體系的催化效率和轉(zhuǎn)動能力。此外，基于手性超分子體系和分子轉(zhuǎn)子體系的新型材料和器件的設(shè)計(jì)和制備正在逐漸成為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)界的熱點(diǎn)研究方向。

綜上所述，手性超分子體系和三明治型分子轉(zhuǎn)子體系具有廣泛而重要的意義和應(yīng)用前景，盡管目前存在一些限制和挑戰(zhàn)，但隨著相關(guān)技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，這些限制會被逐漸克服，這些體系的應(yīng)用前景也將會更加廣泛和多樣化另一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于如何將手性超分子體系和分子轉(zhuǎn)子體系應(yīng)用于實(shí)際的生物醫(yī)藥領(lǐng)域。雖然已經(jīng)有研究表明，手性超分子體系可以作為生物傳感器和藥物傳遞系統(tǒng)，但其在生物樣品中的有效性和穩(wěn)定性仍然需要進(jìn)一步研究和探索。分子轉(zhuǎn)子體系在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中也有廣闊應(yīng)用前景，例如作為納米機(jī)器人和藥物釋放平臺。但是，這些應(yīng)用還需要更深入的了解分子轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動機(jī)制和控制方法。

此外，手性超分子體系和分子轉(zhuǎn)子體系在實(shí)際應(yīng)用中還面臨著成本和可擴(kuò)展性的問題。盡管已經(jīng)有研究表明，這些體系的制備和合成方法可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但在大規(guī)模生產(chǎn)方面仍然需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。此外，這些體系的應(yīng)用還需要對其性能和穩(wěn)定性進(jìn)行全面的評估和測試，以確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和安全性。

總體而言，手性超分子體系和分子轉(zhuǎn)子體系作為分子科學(xué)中的前沿研究領(lǐng)域，具有廣泛而重要的應(yīng)用前景和挑戰(zhàn)。通過重點(diǎn)突破和克服這些挑戰(zhàn)和限制，這些體系可以為許多領(lǐng)域提供有價(jià)值的技術(shù)和應(yīng)用，為推動科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢