新型轮烷树枝状分子的制备、结构及性质研究

Dendrimers, as highly-branched macromolecules, have found wide applications in many areas such as catalysis, light-harvesting, drug delivery, and selective sensing. Recently, construction of supramolecular dendrimer through nocovalent interactions has evovled to be one of the most attractive topics within supramolecular chemistry. In particular, rotaxane dendrimers, defined as “the dendritic molecules containing rotaxane-like mechanical bonds to link their components”, are a recent and important subset of dendrimers.The combination of the unique characteristic of both rotaxanes and dendrimers endows the resultant rotaxane dendrimers with appealing topologic structures as well as promising properties. Many sophisticated rotaxane dendrimers, in which the mechanically interlocked moieties were employed as either the core or the end-groups, have been successfully prepared. However, the construction of rotaxane dendrimers with the ring components interlocked on the branches or at the branching points still remains extremely challenging. This proposal will focus on the discrete, well-defined rotaxane dendrimers equipped with mechanically interlocked moieties on the branches. Their properties and functionalization will be investigated as well.

树枝状分子由于其独特的结构和物理化学性质在催化、传感、药物负载、能量传递等领域得到了广泛的应用，已经成为化学、生命科学及材料科学领域重要的发展方向之一。近年来，利用分子间非共价弱相互作用构筑超分子树枝状分子成为超分子自组装研究中一个前沿和热点领域。虽然已有很多课题组成功构建了轮烷互锁结构分布在核心或外围的轮烷树枝状分子，但目前仅有两例轮烷分布在分支上的低代数轮烷树枝状分子的报道。本项目将围绕超分子树枝状分子领域中一个非常具有挑战性的课题，即如何高效构筑轮烷作为重复单元分布在分支上的轮烷树枝状分子展开系统研究。通过本项目研究，以期建立和发展高效构筑轮烷分布在分支上轮烷树枝状分子的方法，实现一系列新型轮烷树枝状分子的构筑，并阐明其基本物理化学性质。在此基础上，实现功能化轮烷树枝状分子的构筑，特别是具有智能响应性能的轮烷树枝状分子的合成，为发展新型智能响应型材料提供物质基础。

轮烷树枝状分子，是将一个或多个轮烷基元引入到树枝状分子骨架中而形成的一类高阶机械互锁分子。它巧妙地结合了轮烷的运动性以及树枝状分子的三维骨架结构和集成放大性质，因此在催化、传感、药物负载、能量传递等领域具有广泛的应用前景。近年来，利用分子间非共价相互作用构筑超分子树枝状分子成为超分子自组装研究中一个前沿和热点领域。本项目围绕如何高效构筑轮烷作为重复单元分布在分支上的轮烷树枝状分子展开系统研究。一方面，通过设计新的轮烷构筑基元，探索高效构筑高代数轮烷树枝状分子的方法，成功实现了一系列新型轮烷树枝状分子的构筑；特别地，应用可控发散法，首次实现了高代数Type III-C轮烷树枝状分子的构筑，最高代数至四代，是一个分立的[46]轮烷体系。另一方面，应用发展的合成策略，构筑具有刺激-响应性或聚集诱导发光性质的功能化轮烷树枝状分子，这类刺激响应型的轮烷树枝状分子有望应用于开关型超分子催化和智能材料等领域。