一种基于芘和多分支聚乙二醇链的V型刚柔分子的合成方法与流程

本发明属于有机合成领域，涉及一种V型刚柔分子的合成方法，具体涉及一种基于芘和多分支聚乙二醇链的V型刚柔分子的合成方法。

背景技术：

近年来，设计与合成具有自组装能力的新型构筑基元，发展基于各种推动力的组装方法，构筑具有不同物理和化学性质的超分子体系是超分子科学的研究热点。目前，嵌段共聚物、刚柔分子、液晶、多肽复合物等体系都能自组装成具有完好形状和尺寸的超分子聚集体。在这些人工合成的自组装体系中，刚柔分子由于两种嵌段间强烈的不相容性，可以自组装成多种超分子纳米结构，现已发展成为超分子化学一个新的研究增长点。

在已报道的刚柔分子中，以芳香环为刚性嵌段，以聚乙二醇为柔性嵌段的刚柔分子表现出优异的自组装性能。研究表明，此类刚柔分子结构中刚性基元的π-π相互作用和柔性链段与刚性链段的微相分离作用以及在溶液中的亲疏水作用是刚柔分子聚集形成高规整性超分子结构的主要驱动力。通过调节几个参数之间的协同作用如刚棒形状、刚柔体积比、柔性链长度和横截面积等，可以制备出多种有序的超分子聚集体。例如在本体中可以自组装成体心四方相、穿孔层状相、六方柱状相等，在溶液中可以自组装成囊泡、纤维、纳米笼等纳米结构。由于此类分子中刚性嵌段多形成共轭体系，因此在有机溶剂溶液中具有很强的荧光，可作为荧光染料或荧光分子探针；而在水溶液中这些分子又有很好的自组装性能，在外界条件变化时又可以解组装，因此该类超分子在纳米反应器、药物载体等方面具有很好的应用前景。

目前，基于苯环刚性嵌段是V型的刚柔分子已有报道(H-J Kim；Y-H Jeong；E Lee et al.J.Am.Chem.Soc.,2009,131(47):17371-17375；L Liu；H-J Kim；M Lee.Soft Matter,2011,7(1):91-95；H J Kim；S K Kang；Y K Lee et al.Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49(45):8471-8475；H J Kim；F Liu；J H Ryu et al.J.Am.Chem.Soc.,2012,134(33):13871-13880；Z Huang；S K Kang；M Banno et al.Science,2012,337(6101):1521-1526；S Shin；S Lim；Y Kim et al.J.Am.Chem.Soc.,2013,135(6):2156-2159；H-J Kim；J-K Kim；M Lee.Chem.Commun.,2010,46(9):1458-1460)，但是这些分子都是以取代苯为核心构筑V型刚性嵌段，并在刚性嵌段侧面引入单根柔性链，虽然在柔性链上做了很多变化，但是柔性链连接位置、柔性链的数量对V型刚柔分子自组装行为的影响尚不明确；所形成的聚集体能否作为某些反应的反应场所(即纳米反应器)以及是否具有其它物理性能等等，都有待于进一步深入的研究。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于芘和多分支聚乙二醇链的V型刚柔分子的合成方法，合成工艺合理，产率高，产品在有机溶剂中有较强荧光，可作为荧光染料或荧光分子探针；而在水溶液中具有很好的自组装性能，规整的聚集体可作为纳米反应器或药物载体。

本发明的技术解决方案是：

一种基于芘和多分支聚乙二醇链的V型刚柔分子的合成方法，其结构通式如下：

其中，R₁＝H或，n＝2～6；

具体制备步骤如下：

(1)将化合物1与化合物a、无水碳酸钠按照摩尔比1：(2～5)：(5～10)进行投料，化合物1中R₂＝H或OH，溶解于无水乙腈中，回流反应18小时～48小时，冷却后减压蒸出溶剂，水洗，萃取，干燥，过滤，浓缩，柱层析法分离纯化，得到黄色油状物化合物2

(2)将化合物2与氢氧化钾按照摩尔比1:(2～15)溶解于的甲醇中，减压抽出空气并充入氮气后，加热进行回流反应4小时～8小时；停止加热，冷却至室温后旋出溶剂，加入与化合物2摩尔比为(10～25):1的浓盐酸，继续搅拌15分钟，调节pH至酸性，萃取，干燥，过滤，浓缩，得到化合物3

(3)将化合物3和二甲基甲酰胺(DMF)按摩尔比1:(1～3)溶解于二氯甲烷中，减压抽出空气并充入氮气，然后置于冰浴中；将与化合物3摩尔比为(3～10):1的二氯亚砜溶于二氯甲烷中，氮气保护下用恒压滴液漏斗逐滴加入到上述反应瓶中，滴加结束后撤掉冰浴，室温搅拌6小时～12小时，去除溶剂，得到化合物4

(4)将化合物4与4-羟基-4’-碘联苯按照摩尔比1:(1～2)溶于精制四氢呋喃中，减压抽出空气并充入氮气，加入三乙胺，所述三乙胺与化合物4摩尔比为(2～5):1，氮气保护下回流24小时～36小时；冷却，旋出溶剂，用二氯甲烷萃取，干燥，过滤，用柱层析法分离纯化，用体积比甲醇：二氯甲烷＝1:(10～30)作为洗脱剂，得到浅黄色油状物化合物5

(5)将化合物b和化合物5按照摩尔比1:(2～3)溶于四氢呋喃和精制三乙胺中，减压抽出空气并充入氮气后，加入碘化亚铜和四(三苯基磷)钯，所述碘化亚铜与化合物b摩尔比为(0.1～0.2):1，所述四(三苯基磷)钯与化合物b摩尔比为(0.05～0.1):1，氮气保护下回流48小时～72小时；旋出溶剂，水洗，分别用二氯甲烷和乙酸乙酯萃取，干燥，过滤，浓缩，用柱层析法分离提纯，得到红褐色固体6

进一步的，步骤(1)柱层析法分离纯化时，洗脱液为溶剂A与二氯甲烷按照体积比为1:(20～40)混合液，所述溶剂A是乙酸乙酯或甲醇。

进一步的，步骤(5)柱层析法分离纯化时，洗脱液为甲醇与乙酸乙酯按照体积比为1:(10～20)的混合溶液。

进一步的，所述浓盐酸质量浓度为37％。

本发明所提供的基于芘和多分支聚乙二醇链的V型刚柔分子的合成路线如下：

其中，化合物1中R₂＝H或OH，化合物2～化合物6中R₁＝H或，n＝2～6。

本发明的有益效果是：

合成工艺设计合理，产率高，选用具有较强π电子离域能和较高荧光量子效率，良好热稳定性的芘作为刚性核，它可以和苯环形成芳香共轭体系来增强π-π作用，增加分子排列的有序性。选取亲水性的多分支聚乙二醇作为柔性嵌段，可以提高溶解性和增加水溶性，所述各类V型刚柔分子在有机溶剂中可作为荧光染料或荧光分子探针；而在水溶液中具有很好的自组装性能，可作为纳米反应器或药物载体。

附图说明

图1是本发明(对应实施例1)所制备的化合物2a的核磁氢谱图；

图2是本发明(对应实施例1)所制备的化合物5a的核磁氢谱图；

图3是本发明(对应实施例1)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a的核磁氢谱图(溶剂:CDCl₃)；

图4是本发明(对应实施例1)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a的核磁碳谱图(溶剂:CDCl₃)；

图5是本发明(对应实施例1)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a的MALDI-TOF-MS图(基质：CHCA)；

图6是本发明(对应实施例1)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a在二氯甲烷中的荧光发射光谱图(0.01wt％)；

图7是本发明(对应实施例1)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a在水溶液中的透射电镜图(0.01wt％)；

图8是本发明(对应实施例2)所制备的中间体2b的核磁氢谱图；

图9是本发明(对应实施例2)所制备的中间体5b的核磁氢谱图；

图10是本发明(对应实施例2)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b的核磁氢谱图(溶剂:CDCl₃)；

图11是本发明(对应实施例2)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b的核磁碳谱图(溶剂:CDCl₃)；

图12是本发明(对应实施例2)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b的MALDI-TOF-MS图(基质：CHCA)；

图13是本发明(对应实施例2)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b在二氯甲烷中的荧光发射光谱图(0.01wt％)；

图14是本发明(对应实施例2)所制备的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b在水溶液中的透射电镜图(0.01wt％)。

具体实施方式

实施例1

1)中间体2a的合成

将没食子酸甲酯0.83g(4.5mmol)，无水碳酸钾3.13g(22.7mmol)溶于50mL的精制乙腈中，然后称取4.96g(18.1mmol)的化合物a，用15mL的精制乙腈将其溶解，倒入恒压漏斗中缓慢滴加到上述溶液中，滴加持续约1.5小时，滴加完毕撤去冰浴装置，回流24小时。冷却后旋出溶剂，水洗，用二氯甲烷萃取三次，干燥，过滤，浓缩，用柱层析法分离纯化(质量比为1:20的乙酸乙酯和二氯甲烷做洗脱液)，得到黄色油状物化合物2a，称重为1.8g，产率为70％。1H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.26(s,2H),4.18(s,6H),3.81(d,9H),3.69(s,6H),3.52(d,6H),3.35(d,9H).

2)中间体3a的合成

将2a(1.8g，3.67mmol)溶解于30mL的精制甲醇中，加入氢氧化钾(2.055g，36.7mmol)，抽出空气并充入氮气后回流4小时。停止加热，冷却至室温后旋干溶剂，加入30mL蒸馏水和4mL浓度为37wt％的浓盐酸，搅拌15分钟，调节pH至酸性，用乙酸乙酯萃取，硫酸镁干燥过夜，过滤，浓缩后得到化合物3a，不用提纯直接进行下步反应。

3)中间体4a,5a的合成

用20mL精制的二氯甲烷溶解化合物3a(2.1g，4.56mmol)，然后抽出空气并充入氮气，然后在氮气保护下加入DMF(1mL，13mmol)，置于冰浴下，用恒压滴液漏斗将溶于40mL二氯甲烷的氯化亚砜(1.63g，13.68mmol)逐滴加入到上述反应瓶中，滴加结束后撤掉冰浴，室温搅拌12小时，旋干溶剂，得到化合物4a，不用提纯，直接进行下步反应。

4)将4-羟基-4’-碘联苯(1.24g，4.18mmol)与4a(2.0g，4.18mmol)溶于50mL精制四氢呋喃中，抽出空气并充入氮气，加入约0.85g(8.36mmol)三乙胺，氮气保护下回流36小时。冷却，旋干溶剂，用二氯甲烷萃取，干燥，过滤，用柱层析法分离纯化，洗脱剂为甲醇：二氯甲烷＝1:30(v/v)，得到1.2g浅黄色油状物化合物5a，产率为66％。1H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.79(d,J＝8.1Hz,2H),7.62(d,J＝8.2Hz,2H),7.49(s,2H),7.35(d,2H),7.29(s,2H),4.29(d,6H),3.89(d,6H),3.75(d,6H),3.59(s,6H),3.41(d,9H).

5)基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a的合成

将化合物5a(950mg，1.26mmol)，化合物b(150mg，0.6mmol)溶于25mL精制四氢呋喃和25mL精制三乙胺中，抽出空气并充入氮气后，加入碘化亚铜(15mg，0.08mmol)，四(三苯基膦)钯(50mg，0.04mmol)，氮气保护下回流48小时。旋干溶剂，水洗，分别用二氯甲烷和乙酸乙酯萃取，干燥，过滤，浓缩，用柱层析法分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯：甲醇＝20:1(v/v)，得到160mg红褐色固体化合物6a，产率为44％。1H-NMR(300MHz,CDCl₃)δ8.84(s,2H),8.22(m,4H),8.10(s,2H),7.83(d,J＝8.4Hz,4H),7.71(t,J＝8.2Hz,8H),7.49(s,4H),7.31(d,4H),4.29(m,12H),3.88(m,12H),3.74(m,12H),3.58(m,12H),3.39(d,18H).13CNMR(101MHz,CDCl₃)δ164.71,152.45,150.72,143.24,140.21,138.04,132.19,131.75,131.28,129.85,128.11,127.91,127.09,126.38,125.11,124.13,124.07,122.47,122.20,118.43,109.62,95.58,89.48,72.06,71.99,70.76,70.64,69.64,68.97,59.07.MALDI-TOF-MS m/z(M+Na)+1524。

将合成的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a，进行了荧光性能测试。称取6a分子放入二氯甲烷中，配置成浓度为0.01wt％的二氯甲烷溶液，用波长320nm激发，得到荧光发射光谱图，如图6所示。从图中可看出分子6a具有双发射，最大发射强度在446nm和470nm处，溶液状态下能发出黄绿色荧光，色纯度较好。

将合成的基于芘和三分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6a，进行了水中自组装性能测试。称取6a分子放入水中溶解，配置成浓度为0.01wt％的水溶液，取少量滴到铜网上，自然干燥后测试投射电镜得到图7。从图中可看出分子6a在水中能自组装成球形聚集体，粒径在20nm～80nm范围内，可见此类分子在水中具有很好的自组装性能，可形成稳定的超分子结构。实施例2

1)中间体2b的合成

将3,5-二羟基苯甲酸甲酯0.74g(4.46mmol)，无水碳酸钾3.1g(22.9mmol)溶于60mL精制的乙腈中，然后称取a 4.97g(11.04mmol)，用20mL精制的乙腈将其溶解，倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到上述溶液中，回流20小时。冷却后，旋出溶剂，水洗，用二氯甲烷萃取三次，干燥，过滤，浓缩，用柱层析法分离纯化，洗脱剂为甲醇：二氯甲烷＝1:30(v/v)，得到2.91g浅黄色油状物化合物2b，产率为90.1％。1H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.18(s,2H),6.69(s,1H),4.13(d,4H),3.92-3.80(m,8H),3.69(d,12H),3.54(s,4H),3.37(s,6H).

2)中间体3b的合成

将2b(1.5g，2.07mmol)溶解于30mL精制的甲醇中，加入氢氧化钾(1.16g，20.7mmol)，抽出空气并充入氮气，在氮气保护下回流8小时。停止加热，旋干溶剂，然后加入20mL蒸馏水和2mL浓盐酸，搅拌15分钟，调节pH至酸性，用乙酸乙酯萃取，硫酸镁过夜干燥，过滤，浓缩后即为化合物3b，不用提纯直接进行下步反应。

3)中间体4b,5b的合成

用25mL精制的二氯甲烷溶解混合物3b(1.43g，2.01mmol)，然后抽出空气并充入氮气，在氮气保护下加入DMF(0.46mL，6.0mmol)的DMF，置于冰浴下，用恒压滴液漏斗将溶于20mL二氯甲烷的氯化亚砜(0.84g，7.06mmol)逐滴加入到上述反应瓶中，滴加结束撤掉冰浴，室温搅拌6小时，旋干溶剂，得到化合物4a，不用提纯，直接进行下步反应。

4)将4b(1.46g，2.0mmol)与4-羟基-4’-碘联苯(1.2g，4mmol)溶于30mL精制的四氢呋喃中，抽出空气并充入氮气，加入三乙胺1.25g(10mmol)，氮气保护下回流24小时。冷却，旋干溶剂，用二氯甲烷萃取，干燥，过滤，用柱层析法分离纯化，洗脱剂为甲醇：二氯甲烷＝1:10(v/v)，得到1.87g浅黄色油状物5b，产率为94.6％。1H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.77(s,2H),7.59(s,2H),7.35(dd,6H),6.80(s,1H),4.19(d,4H),3.89(m,4H),3.80-3.63(m,36H),3.57(dd,4H),3.39(s,6H).

5)基于芘和二分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b的合成

化合物b(200mg，0.80mmol)，化合物5b(1.87g，1.9mmol)溶于40mL精制的四氢呋喃和40mL精制的三乙胺中，抽出空气并充入氮气后，加入碘化亚铜(20mg，0.1mmol)，四(三苯基膦)钯(100mg，0.08mmol)，氮气保护下回流72小时。反应结束后旋干溶剂，水洗，用二氯甲烷和乙酸乙酯萃取，干燥，过滤，浓缩，用柱层析法分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯：甲醇＝10:1(v/v)，得到725mg红褐色固体6b，产率为46％。1H-NMR(300MHz,CDCl₃)δ8.77(s,2H),8.21(d,J＝7.9Hz,2H),8.12(d,J＝8.0Hz,2H),8.03(s,2H),7.80(d,4H),7.67(d,8H),7.37(s,4H),7.31(d,4H),6.77(t,2H),4.18(d,8H),3.88(d,8H),3.77(s,8H),3.65(s,16H),3.55(d,8H),3.38(s,12H)；13C NMR(101MHz,CDCl₃)δ164.85,159.87,150.61,140.22,138.08,132.17,131.77,131.29,131.07,129.87,128.12,127.94,127.10,126.40,125.12,124.11,122.42,122.12,118.43,108.58,107.42,95.53,89.40,71.90,70.83,70.75,70.64,69.56,67.78,59.06.

MALDI-TOF-MS m/z(M+Na)+1991。

将合成的基于芘和二分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b，进行了荧光性能测试。称取6b分子放入二氯甲烷中，配置成浓度为0.01wt％的二氯甲烷溶液，用波长325nm激发，得到荧光发射光谱图，如图13所示。从图中可看出分子6b具有双发射，最大发射强度在448nm和475nm处，溶液状态下能发出黄绿色荧光，色纯度较好。

本发明所述合成的基于芘和二分支聚乙二醇链的V型刚柔分子6b，进行了水中自组装性能测试。称取6b分子放入水中溶解，配置成浓度为0.01wt％的水溶液，取少量滴到铜网上，自然干燥后测试投射电镜得到图，如图14所示。从图中可看出分子6b在水中能自组装成线性纤维，长度大小不一，但纤维直径在12nm～16nm范围内，比较均一，可见此类分子在水中具有很好的自组装性能，可形成稳定的超分子结构。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。