“自分类法”：一锅合成含雏菊链的杂[4]轮烷的“黑魔法”

机械互锁型分子由于其特殊的互锁型结构就而受到合成化学家们的广泛关注。由于分子的可修饰性与其结构的复杂性密切相关，因此越来越多的含有复杂结构的轮烷体系被设计和合成出来。比如含有互穿结构的[c2]雏菊链轮烷，就因为其独特的能够模拟肌肉纤维的收缩和舒张运动受到了很多的关注；再比如同一分子内同时含有两种或以上的大环分子的杂[n]轮烷也吸引了很多化学家的关注。但是，目前还很少有报道成功地使用一锅法高效合成出含有[c2]雏菊链结构的杂[n]轮烷，这是因为传统的轮烷合成方法很难适用于在同一个复杂环境中“选择性”地同时实现雏菊链的互穿自组装和环-线的穿入组装过程。因此，要想在杂化轮烷中引入[c2]雏菊链结构，开发一种新型具有选择性的方法是极其重要的。

华东理工大学曲大辉教授研究组近期在一锅法合成含雏菊链的杂轮烷体系取得了突破性进展。该工作利用三种关键中间体的“自分类”组装行为，成功一锅合成出了图示的含有[c2]雏菊链的杂[4]轮烷分子。这三种中间体共含有两种铵盐识别位点（客体）和两种冠醚大环（主体），理论上有很多种主客体组合方式，但是在非极性溶剂中以1:1:1的摩尔比混合组装后，通过核磁表征发现只有两种主要的组装结构，分别为如中间图所示的[c2]雏菊链和[2]类轮烷，表明雏菊链的单体的互穿自组装和[2]类轮烷的组装过程互不干扰，在同一体系里独立进行，即实现了三组分的“自分类”的组装过程。该设计关键在于在形成[c2]雏菊链的24冠8冠醚单体“编码”上二苄胺盐识别位点，这种“编码”方式不仅为雏菊链的互穿结构提供高结合常数的模板，又利用苯环的位阻效应“选择性”地使较大的24冠8通过，而较小的冠醚环21冠7无法通过，因此尽管体系中存在21冠7，但是对雏菊链的自组装不影响。同时21冠7与苄胺盐的结合常数较强，因此21冠7优先与苄胺盐结合形成[2]类轮烷。随后通过高效的click反应，能够一锅高效得到目标化合物。这种“自分类”式的预组装-click一锅合成复杂轮烷体系的方法，就像是在反应瓶中施加了“黑魔法”，使得原本有多种可能副产物的一锅反应专一、高效地只形成目标产物，而这种“黑魔法”就是不同冠醚环在铵盐识别位点上的自分类行为。

由于本工作的前沿性和创新性，此论文也被选为《Chemical Science》当期的内封面。

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/SC/C5SC04844C

原文标题：One-pot synthesis of a [c2]daisy-chain-containing hetero[4]rotaxane via a self-sorting strategy