一种含氟功能化大环超分子主体分子杯及其制备方法和应用

本发明涉及超分子化学领域，涉及一种二氟甲基修饰的大环超分子主体分子杯和其与金属分子杯的合成及其应用。

背景技术：

1、作为一门研究分子间非共价键相互作用的学科，超分子化学在科学研究与实际应用中发挥着重要地位。例如，第三代大环主体杯芳烃因其优良的主客体识别能力，在人工模拟酶、不对称催化、药物传递、荧光探针及传感器等多个领域显现出广阔的应用前景。其中，深穴大环主体分子杯因其加深的芳香壁而具有较大的穴状空腔，从而展现出生物受体酶的分子选择性识别及调控反应选择性等特点，进而引起了化学家们的极大兴趣。然而，大多数生命过程在水溶液中发生，因此发展水溶性功能化深穴分子杯的研究对模拟生命体系中的分子识别过程具有的重要意义。

2、含氟有机化合物常常表现出非氟有机化合物所不具备的理化特性，特别在医药、农药和材料领域具有十分广泛而重要的应用。其中，二氟甲基(-cf2h)较单氟原子或者三氟甲基而言，不仅可以作为氢键的供体，而且可以调节分子的亲脂性。因此，构筑水溶性二氟甲基功能化深穴分子杯，不但可以赋予分子杯新的组装方式，而且可以拓展其新的分子识别范围，尤其有望用于材料及药物化学领域。

3、cn202310502333.3公开了一种水溶性三氟甲基大环超分子主体分子杯化合物、其制备方法及其应用，在雷锁酚杯[4]芳烃骨架的基础，依次进行芳香壁的加深、上缘2-三氟甲基咪唑基及下缘水溶性基团的引入，实现了新型水溶性功能化分子杯h1，h1-pd，h2的构筑。该方法合成原料简单易得、反应条件温和、操作简便、产率高，能够进行分子杯主体的实验室克级规模制备，为其性能研究提供前提与基础。该发明公开的新型水溶性功能化分子杯主体具有与客体分子结合的深穴疏水空腔和上缘三氟甲基修饰的功能基，三氟甲基功能基的引入赋予了分子杯主体新的、特殊的识别性能，对受限空间小分子行为研究具有重要意义。但是由于三氟甲基官能团化会使化合物的亲脂性明显增加从而导致水溶性较差，其无法识别正庚酸、正辛酸等。且公开的反应方法耗时长，并需要柱色谱纯化。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含氟功能化大环超分子主体分子杯及其制备方法和应用，通过引入适度增加亲脂性的二氟甲基基团在继承了三氟甲基大环超分子主体的优异性能的同时增加水溶性，而且能识别环烷烃、烷基羧酸等，尤其是正庚酸、正辛酸等，从而更有利于在水相中进行一系列分子识别研究。并将二氟乙酸同时用作反应物、溶剂，并将反应时间从72h缩短至24h，且无需柱色谱纯化即可得到纯净化合物。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含氟功能化大环超分子主体分子杯，其特征在于，其为2-二氟甲基苯并咪唑基分子杯主体及其金属衍生物，其结构为如下分子杯h1、h1-pd中的至少一种结构：

3、

4、进一步地，所述分子杯h1具有深的疏水空腔，空腔主体部分为苯并咪唑基团，上缘为四个二氟甲基，下缘为1-甲基咪唑鎓盐水溶性脚。分子杯h1在水中存在两种构象：具有c4v对称的“花瓶”构象和c2v对称的“风筝”构象，且二者之间存在动态平衡。合适的客体分子会诱导分子杯形成稳定的花瓶构象，并将客体分子包裹于分子杯的空腔中。

5、优选地，当本发明中的雷锁酚杯[4]芳烃衍生的大环超分子主体化合物采用分子杯h1-pd结构时，这种结构使得分子杯主体h1能够作为配体与金属钯(pd)发生配位作用，形成一种金属分子杯结构。这种金属分子杯特征在于其深穴的疏水空腔，其内部主要由金属pd配位桥接的苯并咪唑基构成，而其空腔的上缘装饰有四个二氟甲基功能基团，下缘则连接有1-甲基咪唑鎓盐，配以氯离子和硝酸根离子作为对应的阴离子。在适当的客体分子存在时，该金属分子杯以“花瓶”状构象存在，进而将客体分子有效地包裹在金属分子杯的空腔内部。

6、本发明还提供一种含氟功能化大环超分子主体分子杯的制备方法，该方法包括以下步骤：

7、分子杯h1的制备：以间苯二酚为起始反应原料，制备水溶性二氟甲基分子杯及其金属衍生物，在分子杯下边缘引入1-甲基咪唑鎓盐，其抗衡阴离子为氯离子，使化合物整体具有水溶性；上边缘引入二氟甲基，得到2-二氟甲基苯并咪唑基分子杯主体h1；

8、分子杯h1-pd的制备：在分子杯h1下边缘引入1-甲基咪唑鎓盐，其抗衡阴离子为氯离子，使化合物整体具有水溶性，上边缘引入二氟甲基，其接近开口处的咪唑基与4当量的乙二胺合钯(ⅱ)发生配位作用，得到2-二氟甲基苯并咪唑基分子杯金属衍生物h1-pd。

9、进一步地，所述的方法具体步骤如下：

10、a.以氯脚八氨基盐酸盐作为分子杯的前体，向其加入过量二氟乙酸，将二氟乙酸同时用作反应物、溶剂，110℃反应24h。反应完成后，将混合物冷却至室温，洗涤，过滤，收集所得固体，干燥，纯化，最终获得白色致密粉末状的产物；

11、b.将步骤a中得到的产物溶解于1-甲基咪唑中，并在100℃下搅拌24小时，之后，将溶液置于冰浴中冷却至0℃，加入丙酮进行超声处理以形成悬浮液，接着进行减压过滤，并在高真空下干燥，即得白色致密粉末状的分子杯h1；

12、c.取步骤b中得到的分子杯h1配制成重水溶液，然后，逐渐加入硝酸乙二胺·二水合钯(ii)重水溶液，直至通过核磁共振氢谱确认，除了游离钯配体峰外，谱图不再出现变化，超声处理后，即可得到分子杯h1-pd的重水溶液，呈浅黄色且澄清透明。

13、进一步地，步骤a中二氟乙酸的加入量为过量；

14、进一步地，步骤a中洗涤采用去离子水进行多次洗涤，直至滤液不再呈现酸性反应；仅对产物进行充分洗涤即可，无需进一步纯化。

15、进一步地，步骤b高真空下干燥的温度不高于50℃，真空度0.09～0.1mpa。

16、进一步地，步骤c中分子杯h1配制的重水溶液的浓度为1mmol/l，

17、硝酸乙二胺·二水合钯(ii)重水溶液的浓度为100mmol/l。

18、本发明还提供一种含氟功能化大环超分子主体分子杯的应用，将所述含氟功能化大环超分子主体分子杯用于识别环烷烃、烷基羧酸的至少一种。

19、所述含氟功能化大环超分子主体分子杯在水相中与水相中的客体分子形成1:1的主客体络合物。

20、优选地，当本发明雷锁酚杯[4]芳烃衍生化的大环超分子主体化合物具有分子杯h1的结构时，分子杯h1可实现环烷烃、直链羧酸的水相识别。

21、优选地，当本发明雷锁酚杯[4]芳烃衍生化的大环超分子主体化合物具有分子杯h1-pd的结构时，可以选择性识别1,2-二氯乙烯的顺反异构体混合物中的顺式-1,2-二氯乙烯。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1.本发明的合成路线工艺简便，原料易得、反应条件温和，产率高，重复性好；相较于cn202310502333.3耗时更短产率更高且无需柱色谱纯化即可得到纯净化合物。

24、2.本发明新型水溶性功能化2-二氟甲基苯并咪唑分子杯主体h1、h1-pd结构新颖，二氟甲基的引入使得分子杯具有更广的客体识别范围。二氟甲基的引入使得分子杯可以识别cn202310502333.3中无法识别的正庚酸、正辛酸。

25、3.本发明新型水溶性功能化2-二氟甲基苯并咪唑金属分子杯主体h1-pd能够选择性识别水污染物，分子杯h1-pd可吸附水中有机污染物顺/反式-1,2-二氯乙烯，同时能够选择性络合1,2-二氯乙烯的顺反异构混合物中的顺式异构体。