分子籠因其有趣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和在主客體化學(xué)、分離、催化和組裝方面的廣泛應(yīng)用一直受到人們**關(guān)注。配位、動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)和非共價(jià)相互作用，由于它們的可逆和動(dòng)態(tài)特性已經(jīng)被廣泛用于制造**率的籠子。然而，一般來(lái)說(shuō)，這些自分類(lèi)籠具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差和合成后修飾困難的限制。共價(jià)有機(jī)籠可以解決這兩個(gè)缺點(diǎn)，因此近年來(lái)備受關(guān)注。

這里，我們報(bào)道了由1，3，5-三（2，4-二甲氧基苯基）苯單體和多聚甲醛/異丁醛一鍋合成共價(jià)有機(jī)籠（Scheme 1）。三角形單體和多聚甲醛之間的縮合生成四聚體籠（[4]籠），產(chǎn)率為46%。而用異丁醛代替多聚甲醛，以52%的產(chǎn)率產(chǎn)生二聚體籠（[2]籠）。[2]籠在普通有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出良好的溶解性，可定量轉(zhuǎn)化為過(guò)羥基化類(lèi)似物，這是進(jìn)一步修飾的重要中間體。值得注意的是，[2]籠可作為氣相色譜固定相，用于**分離苯/環(huán)己烷和甲苯/甲基環(huán)己烷，保留時(shí)間短且分離溫度低。

通過(guò)1H NMR難以分辨其具體結(jié)構(gòu)，因此我們通過(guò)變溫（-20 - 100 ℃）核磁共振氫譜實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，這些核磁共振峰變得清晰，表明產(chǎn)物很可能是一個(gè)四聚體籠。并且幸運(yùn)的是，作者獲得了四聚體產(chǎn)物的單晶結(jié)構(gòu)（Fig.1）。清楚地證明了四聚體物種是由四個(gè)單體構(gòu)建的盒狀籠（[4]籠）。晶體結(jié)構(gòu)也揭示了[4]籠的構(gòu)象。每?jī)蓚€(gè)單體通過(guò)亞甲基相互連接形成二聚體，然后一個(gè)二聚體連接另一個(gè)形成[4]籠。另外，表面靜電勢(shì)圖清楚地顯示了電負(fù)性空穴和正電性末端甲氧基（Fig.1e）。熱重分析顯示[4]籠的熱穩(wěn)定性相對(duì)較好。然而，[4]籠在大多數(shù)有機(jī)溶劑（二氯甲烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、丙酮、二甲基甲酰胺和二甲基亞砜）中的溶解度較差，在三氯乙烯中僅微溶，并且在室溫下，核磁共振氫譜的峰較模糊，因此妨礙了對(duì)其進(jìn)一步的研究。

對(duì)此，我們用異丁醛代替多聚甲醛從而生成溶解性更好的產(chǎn)物。采用類(lèi)似的方法，**獲得了二聚大環(huán)（[2]環(huán)）。但當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間時(shí)， [2]環(huán)的兩個(gè)未被占據(jù)的反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)一步與異丁醛反應(yīng)，導(dǎo)致形成二聚籠（[2]籠），并且通過(guò)1H NMR，13C NMR以及HRMS對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征得以確認(rèn)。除此之外，通過(guò)X射線單晶衍射分析進(jìn)一步驗(yàn)證了三棱柱的結(jié)構(gòu)（Fig.1c-d）。從單晶結(jié)構(gòu)可以看出，每個(gè)籠通過(guò)其一個(gè)外部空腔封裝相鄰分子的甲氧基，并為另一個(gè)籠分子的封裝提供甲氧基，組裝成無(wú)限線性的上層結(jié)構(gòu)，該上層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步彼此對(duì)齊以形成晶體。多重C-H…O相互作用和C-H…π相互作用對(duì)該上層結(jié)構(gòu)的形成起了主導(dǎo)作用。表面靜電勢(shì)圖顯示所有的空穴都是負(fù)電性的，末端甲氧基是正電性的（Fig.1f）。

緊接著，我們深入探究了溫度、溶劑、催化劑和反應(yīng)時(shí)間的影響。所得結(jié)論大致是：（Ⅰ）大多數(shù)路易斯酸對(duì)該反應(yīng)起作用，并且BF3?Et2O是**的催化劑；（Ⅱ）催化劑的含量對(duì)反應(yīng)速率和產(chǎn)率有**影響；（Ⅲ）反應(yīng)在大多數(shù)溶劑中可以發(fā)生，在三氯乙烯的產(chǎn)率最高；（Ⅳ）溫度對(duì)反應(yīng)速率和產(chǎn)率有影響:降低溫度（從25 ℃到0 ℃）使反應(yīng)減速（從45分鐘到7小時(shí)）并降低產(chǎn)率（從52%到18%），而升高溫度（25 - 60 ℃）只有輕微影響。（Ⅴ）延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致更多的副產(chǎn)物（無(wú)環(huán)低聚物和聚合物），從而降低[2]籠的產(chǎn)率。值得注意的是，[2]籠的克級(jí)（1.32克）制備可以通過(guò)這種一步縮合（TCE作為溶劑，BF3?Et2O作為催化劑，在25 ℃下）容易地實(shí)現(xiàn)。此外，過(guò)羥基化[2]籠的**產(chǎn)率（91%）為反應(yīng)后修飾奠定了良好的基礎(chǔ)。相應(yīng)地，對(duì)單體和多聚甲醛的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，在25 ℃下，以DCE為溶劑，BF3?Et2O為催化劑，獲得了46%的[4]籠分離產(chǎn)率。

考慮到[2]籠有趣的構(gòu)象和富含π電子的空腔，我們又探究了其主客體相互作用。同時(shí)考慮到苯和環(huán)己烷之間相似的性質(zhì)及分離的難度，這里嘗試將該籠作為解決這一問(wèn)題的替代方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：裸毛細(xì)管柱對(duì)環(huán)己烷/苯?jīng)]有任何分離能力（Fig.2a）。有趣的是，在用[2]Cage填料后，在**條件下實(shí)現(xiàn)了環(huán)己烷/苯的基線分離（Fig.2b）。為了驗(yàn)證普遍性，我們又研究了另一種甲基環(huán)己烷和甲苯的混合物。值得注意的是，觀察到保留時(shí)間小于2.5分鐘的基線分離，而裸毛細(xì)管柱無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種分離（Fig.2d-e）。環(huán)己烷/苯和甲基環(huán)己烷/甲苯的高分辨率分離推斷出[2]籠型涂層柱對(duì)芳香族結(jié)構(gòu)（苯和甲苯）表現(xiàn)出特殊的選擇性，這確保了苯和甲苯與它們的氫化類(lèi)似物（環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷）的**分離。此外，還充分研究了籠式毛細(xì)管柱的可重復(fù)使用性。在日內(nèi)、日間和逐月使用后，也并未觀察到保留時(shí)間的**變化，表明柱籠在氣相色譜分離中具有良好的可重復(fù)使用性。因此，[2]籠是一種優(yōu)良的氣相色譜固定相。

接下來(lái)，為了從能量的角度評(píng)估這些化合物（環(huán)己烷、苯、甲基環(huán)己烷和甲苯）與 [2] Cage 之間的相互作用，作者從等溫柱分離中獲得了 Van't Hoff 圖，從而可以計(jì)算這些化合物與固定相結(jié)合的焓和熵變化（Fig.2c,f ）。當(dāng)然，作者通過(guò)X射線單晶衍射分析更加準(zhǔn)確展示了這種**的分離（Fig.3）。

綜上所述，我們報(bào)道了1，3，5-三（2，4-二甲氧基苯基）苯和多聚甲醛/異丁醛在路易斯酸催化下一鍋法合成共價(jià)有機(jī)籠（[2]和[4]籠）的**和形狀可控的方法。與多聚甲醛的縮合產(chǎn)生四聚籠[4]籠，產(chǎn)率為46%，異丁醛的取代產(chǎn)生二聚籠[2]籠，產(chǎn)率為52 %。三棱柱形[2]籠在固態(tài)時(shí)有一個(gè)內(nèi)腔和三個(gè)外腔。[2]籠是一種優(yōu)良的氣相色譜固定相，用于苯/環(huán)己烷和甲苯/甲基環(huán)己烷的高分辨率分離。并且四種主客體單晶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步揭示了外腔對(duì)這些混合物的分離起著至關(guān)重要的作用。這種簡(jiǎn)潔的合成方法、溫和的反應(yīng)條件、較高的產(chǎn)率和容易的后修飾使得該籠具有進(jìn)一步應(yīng)用的潛力。

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