基于柱芳烃聚轮烷的绝缘分子导线的合成与性质研究

This proposal aimed to design and synthesize a new-type of insulated molecular wires (IMWs) using pillar[n]arenes as the platform. We plan to synthesize a series of pillar[n]arene derivatives with conjugated side chains or conjugated bridges, and then to find the best host-guest complexation by changing the structure of side-chain and the cavity of the pillararenes and to further clarify the binding mechanism, and develop a novel method for the synthesis of insulated molecular wire using pillar[n]arenes as the backbone. The research contents include: (1) Synthesize the monofunctional pillar[n]arenes with conjugated side-chain and the pillar[n]arene dimers using conjugated chain as bridge.(2) On the basis of the host-guest interaction of pillararenes, we plan to make the conductive side-chain extends into the cavity of pillar[n]arene through changing the structure of the side-chain and the shape of the cavity, and finally synthesize the target IMWs by self-complexation and polymerization.(3) A variety of measurements will be used to evaluate the properties of the target molecular wires, and reveal the relationship between the superstructure and properties, which will provide more profound reference of this new class of host in the application of supermolecular chemistry and functional materials.

本课题旨在设计以柱芳烃为平台的新型绝缘分子导线。拟合成含有共轭侧链和功能基桥联的柱芳烃衍生物，并通过改变共轭侧链的结构和调控柱穴的大小找到柱穴与侧链之间最佳的络合平衡点，阐明柱芳烃分子识别与组装的驱动力，建立柱芳烃绝缘分子导线的构筑方法和途径。主要研究内容包括：（1）将具有导电性的共轭侧链连接到柱芳烃的上沿，得到含有共轭延伸壁和功能基桥联的柱芳烃衍生物；（2）利用柱芳烃富电子空腔的包合作用，通过侧链结构及柱穴大小的改变使具有导电性的侧链延伸进入柱芳烃的空腔内，形成主客体包合的准轮烷结构，进一步聚合形成新型的柱芳烃绝缘分子导线；（3）通过多种测试手段对所得到的分子导线进行性能的评价，并进一步揭示功能柱芳烃主体结构与性能之间的关系，为柱芳烃在超分子及功能材料领域的应用提供参考。

当今超分子化学发展的目标就是实现其功能化，尤其是在功能材料方面的应用与拓展。本项目围绕“新型大环主体分子柱芳烃的主客体化学及其潜在应用”这一热点科学问题，在基于柱芳烃构筑超分子功能材料和纳米药物转运体系方面开展了较为系统的初步研究。以具有独特柱状结构及富电子空腔的新型大环主体分子--柱芳烃及其衍生物为研究对象，采用有机化学、超分子化学以及材料科学有效结合的方法，探讨了柱芳烃及其功能化衍生物的合成、主客体化学及其在超分子聚合物材料和纳米医学等方面的潜在应用。研究取得的主要成果包括：（1）设计并合成了一系列柱芳烃及其功能化的衍生物，系统研究了它们的主客体化学性质及其在超分子聚合物功能材料中的应用；（2）构筑了基于柱芳烃主客体络合作用组装形成的超分子纳米载体，深入研究了其对不同性质的抗癌药物转运中的潜在应用。上述研究内容层层深入，在一定程度上阐明了功能化柱芳烃主体结构与性能之间的关系，并且为柱芳烃在超分子及功能材料领域中的应用提供了一定的参考。