[發(fā)明專利]萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器及基于其的pH計

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310463739.1
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103539790A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 虞明東;周斌;丁萬強
• 申請（專利權）人: 上海維凱化學品有限公司
• 主分類號: C07D409/12
• 分類號: C07D409/12;C07D405/12;C07D339/04;G01N21/64
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 牛山;陳少凌

技術領域

本發(fā)明屬于分子機器與電化學技術領域，具體涉及一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器及基于其的pH計。

背景技術

輪烷型分子梭作為分子機器的一種類型，由一個環(huán)狀分子和一個線型分子組成，線型分子貫穿環(huán)狀分子的內腔，并且線型分子的兩端大的阻擋基團可以防止環(huán)狀分子脫離線型分子。在外界特定刺激的作用下，環(huán)狀分子可以在兩個阻擋基團之間沿著線型分子作往復的活塞式運動。輪烷型分子梭是研究分子間弱相互作用力及其可控轉換的理想體系之一，它為研究組分之間的能量、電子轉移等重要物理化學過程及其調控提供了新的模型體系，譬如光電轉換、構型轉換、手性轉換、狀態(tài)記憶與轉換等，并且有利于進一步認識和理解生物體系內復雜的能量、電子轉移過程。

雖然基于輪烷或索烴等互鎖分子的分子機器在最近十年有了很大的發(fā)展，例如南開大學劉育教授的《具有分子鍵盤鎖功能的雙插頭-插座超分子器件及其制備》，但是具有高復雜性的分子機器體系仍然缺乏，并且能夠將組分的相對運動轉化為可以識別的信號的例子則更少，特別是肉眼觀測的信號如顏色、熒光等。另外，目前來講，如何利用已知原理進行分子設計、組裝而達到識別目的以及如何構造分子級別上的復雜邏輯電路仍面臨著挑戰(zhàn)。另一方面，分子機器的最終目標是構建有真正意義的分子器件，要想使分子機器能夠真正的應用，就要求特定空間里一定數目的分子機器能夠相對整齊地進行協(xié)同工作。在溶液中，分子機器的自由運動空間比較大，在外界刺激下各種組分發(fā)生的相對運動可以順利進行；而很多原本在溶液中運轉得很好的分子機器體系一旦制備成固態(tài)器件后，絕大部分工作效率大大降低、響應時間大幅度增加。自組裝單分子層技術(self-assembled?monolayers，SAMs)近年來成為研究熱點，各種有機功能分子通過單層自組裝，可以實現分子在納米尺度上在固體表面進行有序的排列，構筑納米層，并可以消除分子機器本身的布朗運動。將性能優(yōu)異的酸堿控制的分子機器的端基進行修飾，使分子機器在兩相界面上形成自組裝單分子層(石英、玻璃或者金電極表面)，研究分子機器在界面上的協(xié)同運動以及運動前后兩個狀態(tài)對界面性質的影響。

市面上現有的pH計存在結果重復性較差、易污染樣品、檢測周期較長、測試穩(wěn)定性較差、電極易損壞以及檢測限較低等缺點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器及基于其的可視在線快速監(jiān)測pH計。本發(fā)明通過合成一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器，利用雙硫鍵與金電極實現結合，在加入堿或酸的過程中導致萘酰亞胺冠醚環(huán)在啞鈴形桿上運動，整個過程中會導致缺電子的萘酰亞胺與富電子的金電極之間的電荷轉移，從而猝滅或者恢復萘酰亞胺明亮的黃綠色熒光，熒光變化之強肉眼可見，檢測金電極上電荷轉移，經過函數轉化為測試溶液的pH值從而實現在線監(jiān)測。本發(fā)明提供的快速在線監(jiān)測pH計，采用最新的單分子層自組裝技術，在金電極表面形成一層功能協(xié)調一致的分子層，只要有一個萘酰亞胺冠醚環(huán)在分子機器內移動，金電極上就會有對應的電位變化，整個過程產生的廢物也不會在單分子層上堆積，從而提高了檢測限、靈敏度以及耐疲勞性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的：

第一方面，本發(fā)明涉及一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器(啞鈴型輪烷分子梭)，其結構式如式(I)所示：

式(I)。

第二方面，本發(fā)明涉及一種上述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器的合成方法，包括如下步驟：

步驟A、以六氟磷酸四乙腈銅為催化劑，以CH₂Cl₂為溶劑，等摩爾的雙硫鍵疊氮化合物1萘酰亞胺二苯并24冠8冠醚2和化合物3反應，得化合物1-H；

步驟B、將化合物1-H與碘甲烷按摩爾比1：20的比例混合，室溫下攪拌，懸蒸出多余的碘甲烷，固體用乙醚洗，得到黃色固體；

步驟C、在CH₂Cl₂中加入由NH₄PF₆和二次水配成的飽和溶液，加入所述黃色固體室溫攪拌，水相用CH₂Cl₂萃取，合并有機相并用無水Na₂SO₄干燥，懸去溶劑，得化合物2-H，即所述萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機器。

也就是說，含雙硫鍵疊氮化合物1、萘酰亞胺二苯并24冠8冠醚2和化合物3在六氟磷酸四乙腈銅的催化下生成化合物1-H，PF₆^-交換后得到化合物2-H，通過酸堿調控可以實現萘酰亞胺冠醚環(huán)在啞鈴型桿上的往復運動。