本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.119要求申請(qǐng)序號(hào)為62/045,511、2014年9月3日遞交的、名稱為“融合籠：用于選擇性俘獲多環(huán)芳烴的紫羅堿類吡啶嗡基籠的合成”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容在此并入本申請(qǐng)作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開涉及用于俘獲多環(huán)芳烴的吡啶嗡基籠。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)描述

多環(huán)芳烴(PAH化合物，分子由兩個(gè)或多個(gè)融合的芳環(huán)構(gòu)成的)通常在天然原油沉積物中被發(fā)現(xiàn)，也在碳基材料的不完全燃燒過(guò)程過(guò)程的人為方法中產(chǎn)生。PAH的致癌特性已被知曉很久了，它們導(dǎo)致誘變發(fā)生的路徑被很好地歸檔了。它們不僅在環(huán)境中較為普遍，而且是因?yàn)樗鼈冊(cè)谒械牡腿芙舛仁沟盟鼈円埠艹志谩５禽^小的PAH如萘具有稍高一點(diǎn)的水溶解度，因此容易浸出進(jìn)入到水道之內(nèi)。盡管有這些情況，并且暗示其與幾種疾病狀態(tài)相關(guān)，但是萘每年都以較大的規(guī)模被制造。盡管已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了許多宿主基于分散力和疏溶劑的效果對(duì)PAH有親合力，受體的相互作用已經(jīng)開始干擾π電子不足的宿主，從而導(dǎo)致甚至在有機(jī)溶劑中對(duì)PAH的更高的約束親合力。迄今為止，幾乎不存在分子化合物能從環(huán)境中除去PAH。

N,N'-二氮雜大雙環(huán)聚醚(穴醚)是冠醚的三維類似物。該N,N'-二氮雜大雙環(huán)聚醚結(jié)合1A族和IIA族的金屬陽(yáng)離子如此之強(qiáng)以致它們的1:1 配合物作為穴狀化合物變得已知¹。雖然從冠醚到穴醚的進(jìn)程迅速地發(fā)生時(shí)，曾經(jīng)花費(fèi)了許多年時(shí)間將球瑗²、分子監(jiān)獄³和半分子監(jiān)獄⁴_,⁵更加高度地設(shè)計(jì)成使其入口成為具有凹內(nèi)表面的宿主，所述凹內(nèi)表面供給離子和具有分散的結(jié)合點(diǎn)的中性分子形式的客體的配合以收斂的識(shí)別點(diǎn)。這些早期的對(duì)于宿主-客體化學(xué)的開發(fā)為構(gòu)型包括全部有機(jī)到金屬配位范圍的籠形宿主分子的設(shè)計(jì)與合成打下了基礎(chǔ)。這些落入分子籠的傘下的非自然分子出于許多不同的理由已經(jīng)被設(shè)計(jì)和合成出來(lái)，包括(i)探索和開發(fā)它們的幾何學(xué)，(ii)研究它們作為分子磁體的性質(zhì)，(iii)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)⑺鼈冇米鞣肿用浇?，?iv)使用它們調(diào)節(jié)和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。

申請(qǐng)人報(bào)道了環(huán)雙(百草枯-對(duì)-亞苯基)(CBPQT⁴⁺；圖1:式(I))的更高同系物的有效模板引導(dǎo)合成，通過(guò)在兩個(gè)吡啶鎓環(huán)之間階梯式地插入對(duì)亞苯基環(huán)來(lái)延伸雙吡啶鎓單元，從而制備式(II)的延伸的四陽(yáng)離子二苯撐環(huán)烷烴，這里表示為ExⁿBox⁴⁺(其中n＝0-3，圖1：式(II))。該式(II)的四陽(yáng)離子二苯撐環(huán)烷烴的n＝1時(shí)這里表示為ExBox⁴⁺(圖1：式(IIA))。這些結(jié)構(gòu)作為“二維的箱子”對(duì)于PAH的結(jié)合很弱，因此需要尋求新的對(duì)PAH具有更大的結(jié)合親合力的化合物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面，提供一種選自式(I)和式(II)的化合物：

所述化合物包括與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。

在第二方面，提供一種從包含多環(huán)芳烴(PAH)化合物的溶劑分離PAH化合物的方法。該方法包括將包含PAH化合物的溶劑與式(I)或式(II)化合物或其結(jié)合接觸的步驟：

所述化合物包括與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。

在第三方面，提供一種從溶劑混合物分離多環(huán)芳烴(PAH)化合物的方法。該方法包括幾個(gè)步驟。第一步包括使溶劑混合物與分離媒質(zhì)接觸。所述分離媒質(zhì)由選自式(I)、式(II)的化合物或其結(jié)合物構(gòu)成：

所述化合物包含與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。第二步包括使用液相色譜移動(dòng)相從溶劑混合物解析PAH化合物。第三步包括從溶劑混合物分離PAH化合物。

本發(fā)明的這些以及其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以從如下的說(shuō)明中得到更好的理解。在本說(shuō)明書中，附圖可以作為參考，其構(gòu)成發(fā)明的一部分，以解釋說(shuō)明、非限制性的實(shí)例的方式顯示。

附圖說(shuō)明

在考慮下面的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)這些除了上面提到的特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將變得更容易清晰可見。這些詳細(xì)說(shuō)明提到了以下的附圖。

圖1描述了三個(gè)示例性的現(xiàn)有技術(shù)化合物，具有式(I)、(II)和(IIA)。

圖2描述了合成融合籠(ExCage)6PF₆的示例性流程圖。

圖3描述了合成藍(lán)籠(BlueCage)6PF₆的示例性流程圖。

圖4的(a)示例性地描述了當(dāng)萘的水飽和溶液包含少量的己-2,5-二酮作為內(nèi)標(biāo)時(shí)GC/MS掃描顯示的結(jié)果。

圖4的(b)示例性地描述了在加入ExCage⁶⁺作為它的不溶PF₆^-鹽、超聲處理、濾出固體并將溶液注入到GC/MS內(nèi)從而揭示僅含內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，例如所有的萘已經(jīng)從飽和水溶液中清除的GC/MS掃描顯示結(jié)果。

圖4的(c)示例性地描述了當(dāng)那些被濾出的固體(上圖)被溶解于MeCN并注入到GC/MS中時(shí)，例如萘的峰再現(xiàn)和沒有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的GC/MS掃描顯示結(jié)果。

圖5描述了在MeCN中ExCage⁶⁺和存在于八個(gè)PAH(從平面性引入了前述的偏離)、苯并蒽、的π-電子數(shù)之間的約束親合力(log Ka’s)的線性圖，八個(gè)PAH、苯并蒽、具有延長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，位于線以下。

圖6示例性地描述了苯并蒽的形成的ITC數(shù)據(jù)。

雖然本發(fā)明可以進(jìn)行各種改性和替代方式，示范性的實(shí)例在附圖中舉例說(shuō)明和在此詳細(xì)描寫。但是應(yīng)該理解那些示范性實(shí)例的說(shuō)明并不意味著將本發(fā)明限制為公開的特定形式，相反地本發(fā)明旨在覆蓋所有落入如所述具體實(shí)例和權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的改進(jìn)、替代和備選方案。

因此實(shí)例參考和權(quán)利要求被用于解釋本發(fā)明的范圍。

具體實(shí)施方式

下文中將要更充分地參考附圖描述所述組合物和方法，其中將本發(fā)明的實(shí)例的部分而非全部排列和變化示出了。實(shí)際上，本發(fā)明可以體現(xiàn)為許多不同的形式，而不應(yīng)被認(rèn)為限制為這里闡述的實(shí)例。這些實(shí)例以充分的撰寫細(xì)節(jié)進(jìn)行描述并使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，一起公開的還有用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式，如權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的那樣。

同樣地，這里描述的組合物和方法的諸多改變和其他實(shí)例會(huì)被本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上述說(shuō)明書和附圖中存在的教導(dǎo)而想到。因此，將理解本發(fā)明不限于公開的特定實(shí)例，并且意圖將那些改進(jìn)和其他實(shí)例包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里使用了專用名詞，它們只是用作普通和敘述的功能，不為了作限制。

除非另外定義，這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)名詞就本發(fā)明所屬的含義具有和本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解相同的意思。

盡管任何與這里描述的那些相似或等價(jià)的方法和材料可以被用于本發(fā)明的實(shí)踐或測(cè)試，優(yōu)選的方法和材料如下所述。

此外，用不定冠詞“a”或“an”表示的要素并不排除存在多于一個(gè)(單數(shù))的可能性，除非上下文明確地要求只有一個(gè)要素。不定冠詞“a”或“an”由此通常指“至少一個(gè)”。

這里使用的“約”意味著一個(gè)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的范圍，例如規(guī)定的濃度、長(zhǎng)度、分子量、pH值、序列同一性、時(shí)間范圍、溫度或體積。這樣的數(shù)值或范圍可以在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，典型的在給定值或范圍的20％內(nèi)，更典型的在10％內(nèi)，進(jìn)而更典型的在5％內(nèi)。通過(guò)“約”包含的允許偏差取決于研究中的特定系統(tǒng)，能容易地被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。

概述

本申請(qǐng)人產(chǎn)生了一個(gè)基本的發(fā)現(xiàn)，即對(duì)于PAH具有改善的約束親合力的兩種新化合物。這些化合物的優(yōu)點(diǎn)包括：(a)對(duì)于PAH比類似的二維的箱結(jié)構(gòu)具有兩倍或者更高量級(jí)大小的約束力；(b)陰離子交換允許所 述化合物在固態(tài)下、或溶解在水中或有機(jī)媒質(zhì)中起作用；和(c)對(duì)PAH的約束有選擇性。這些化合物的應(yīng)用包括：(a)過(guò)濾/隔離PAH到從人為起源低至兩個(gè)融合芳環(huán)的程度；(b)從有機(jī)媒質(zhì)俘獲PAH；(c)從空氣中過(guò)濾PAH；(d)從水媒質(zhì)俘獲PAH；(e)從生物學(xué)上重要的分子的復(fù)雜混合物過(guò)濾/隔離PAH；和(f)以比色的方式檢測(cè)大量的PAH。

組合物、合成方法和用作PAH化合物結(jié)合媒質(zhì)

在第一方面，通過(guò)將ExBox⁴⁺的中央1,4-二取代的苯環(huán)型環(huán)結(jié)構(gòu)改變?yōu)?,3,5-三取代的結(jié)構(gòu)來(lái)提供式(I)的二環(huán)六陽(yáng)離子二苯撐環(huán)烷烴(這里命名為ExCage⁶⁺)：

在第二方面，通過(guò)將ExBox⁶⁺的中央1,3,5-三取代的苯環(huán)型環(huán)結(jié)構(gòu)改變?yōu)?,3,5-三取代的三嗪環(huán)來(lái)提供式(II)的二環(huán)六陽(yáng)離子二苯撐環(huán)烷烴(這里命名為BlueCage⁶⁺)：

ExCage·6PF₆的合成(圖2的路線1)始于1,3,5-三(4-吡啶基)苯(TP)，TP在MeCN/CH₂Cl₂(2：1)中用15倍過(guò)量的1,4-雙(溴甲基)苯進(jìn)行烷基化，回流3天，以75％的產(chǎn)率提供TB·3PF₆的三溴化物，接著在MeOH中進(jìn)行平衡離子交換(NH₄PF₆)。該三溴化物與TP在MeCN中的另一等價(jià)物在作為催化劑³⁰的0.3當(dāng)量的碘化四丁銨(TBAI)存在下在80℃反應(yīng)36小時(shí)，提供粗的ExCage·6Cl，接著添加TBACl到反應(yīng)混合物中以沉淀粗產(chǎn)品，該粗產(chǎn)品在準(zhǔn)備的反相高效液相色譜法之后從洗脫液用NH₄PF₆沉淀，以7％的產(chǎn)率獲得ExCage·6PF₆。在沒有催化劑的情況下僅有痕量的ExCage·6PF₆被分離。但是，當(dāng)在催化劑存在下重復(fù)該反應(yīng)時(shí)，首先使用菲(6當(dāng)量)作為模板，然后用芘(6當(dāng)量)，產(chǎn)率得到很大改進(jìn)。在兩個(gè)TBAI存在的模板直接合成中，隨后添加TBACl的反應(yīng)混合物必須經(jīng)受連續(xù)地使用CHCl₃的液-液萃取以除去模板，該萃取在經(jīng)受預(yù)備的反相色譜法之前，隨后通過(guò)添加NH₄PF₆到洗脫液中進(jìn)行平衡離子交換。盡管使用芘作為模板能將ExCage·6PF₆的產(chǎn)率提高到45％，但是模板被證明有點(diǎn)難以通過(guò)連續(xù)的液-液萃取來(lái)除去，而菲更容易用CHCl₃萃取，其最終產(chǎn)品的產(chǎn)率為35％。在沒有催化劑存在下但是模板存在下，在室溫下進(jìn)行21天后反應(yīng)的產(chǎn)率是相當(dāng)?shù)偷模磳?duì)于使用菲和芘分別為9和11％。

通過(guò)一個(gè)與上述用于ExCage·6PF₆相似的步驟(圖3的路線2)來(lái)實(shí)現(xiàn)模板直接合成BlueCage·6PF₆。用10當(dāng)量的1,4-雙(溴甲基)苯在MeCN/CH₂Cl₂(1：1)處理2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪(TPT)，在90℃下加熱3天，以58％的產(chǎn)率提供TPTB，接著平衡離子交換。在6當(dāng)量作為模板的菲和20摩爾％的碘化四丁銨(TBAI)在MeCN中的存在下，TPTB·3PF₆與TPT在90℃下反應(yīng)3天，供給菲·6Br，接著用溴化四丁銨(TBABr)沉淀粗產(chǎn)品。用CHCl₃連續(xù)萃取7天，接著進(jìn)行預(yù)備的反相高效液相層析法和用含水的NH₄PF₆進(jìn)行陰離子交換，以11％的產(chǎn)率提供作為白色固體的BlueCage·6PF₆。

在一個(gè)方面，提供一種從包含PAH化合物的溶劑分離PAH化合物的分離媒質(zhì)。該分離媒質(zhì)包含選自式(I)和(II)或其結(jié)合的二環(huán)六陽(yáng)離子二苯撐環(huán)烷烴。

在另一個(gè)方面，提供從包含PAH化合物的溶劑分離PAH化合物的方法。參考圖4，所述方法包括將溶劑與式(I)或(II)或其結(jié)合接觸的步驟，所述溶劑包含PAH化合物。優(yōu)選，式(I)或(II)化合物或其結(jié)合被配置作為靜止相，其中所述靜止相與所述包含PAH化合物的溶劑接觸。所述溶劑可以是水性的或有機(jī)溶劑。所述包含式(I)或(II)的化合物的靜止相優(yōu)選被配置在用于進(jìn)行從包含PAH化合物的溶劑色譜分離PAH化合物的柱中。優(yōu)選的用于該目的的色譜分離包括高效液相色譜法(HPLC)。因?yàn)镻AH化合物通常是疏水性，優(yōu)選的層析媒質(zhì)包括疏水性溶劑如己烷。

優(yōu)選的用于分離的PAH化合物包括任何二維的多環(huán)芳烴。示例性的能夠遵照與式(I)和(II)化合物具有高度親合力結(jié)合的PAH化合物包括萘、菲、苯并蒽、芘、螺烯、三亞苯、二萘嵌苯和六苯并苯(圖5)。式(I)和(II)的化合物與PAH化合物形成1:1化學(xué)計(jì)量的復(fù)合物(例如參見圖6)。在式(II)化合物的情況下，陰離子的類型可以調(diào)節(jié)所述化合物對(duì)PAH化合物的約束。例如，PF₆^-陰離子減輕了PAH化合物結(jié)合到式(II)化合物的程度，由此導(dǎo)致在包含PF₆^-的溶液中相比式(I)，PAH化合物對(duì)式(II)化合物的結(jié)合親合力更低。該影響可以通過(guò)交換大的陰離子如BArF^-陰離子來(lái)代替包含式(II)化合物的溶液中的PF₆^-陰離子而被反轉(zhuǎn)，其中式(II)化合物顯示對(duì)給定的PAH化合物與式(I)可比擬的約束親合力。

式(I)和(II)化合物可以被用于以比色的方式檢測(cè)大量的PAH。通過(guò)比色的性質(zhì)來(lái)檢測(cè)PAH的證據(jù)可以從單晶化合物-PAH復(fù)合物的顏色看出，例如那些被用于通過(guò)X-射線衍射檢測(cè)復(fù)合物構(gòu)造。例如，當(dāng)ExCage是無(wú)色的，用苯并蒽、芘和二萘嵌苯配合獲得的晶體是黃色、橙色和紅色的。這種顏色變化也可以在結(jié)合ExCage和特定的PAH的瞬間在溶液中被觀察到。

本發(fā)明要求保護(hù)的主體不會(huì)以任何方式被束縛或限制任何的特別理論、高結(jié)合親合力的機(jī)理，用式(I)或(II)的化合物保留PAH化合物是部分地基于其三維的二環(huán)結(jié)構(gòu)以及所述化合物的π-電子不足。

應(yīng)用

在第一方面，提供一種選自式(I)和式(II)的化合物：

所述化合物包含與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。

在第一方面的第一點(diǎn)，所述化合物由式(I)的物質(zhì)構(gòu)成：

在第一方面的第二點(diǎn)，所述化合物由式(II)的物質(zhì)構(gòu)成：

在第一方面的第三點(diǎn)，所述合適的對(duì)陰離子選自PF₆^-和BArF^-。

在第二方面，提供一種根據(jù)上述第一方面的化合物構(gòu)成的分離媒質(zhì)。其中，所述分離媒質(zhì)包括選自PF₆^-和BArF^-的合適的對(duì)陰離子。

在第三方面，提供一種從包含多環(huán)芳烴(PAH)化合物的溶劑分離PAH化合物的方法。該方法包括將包含PAH化合物的溶劑與式(I)或式(II)化合物或其結(jié)合接觸的步驟：

所述化合物包括與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。

在第一方面，所述方法包括具有式(I)結(jié)構(gòu)的化合物：

或者，所述方法包括具有式(II)結(jié)構(gòu)的化合物：

這其中，所述化合物包括選自PF₆^-和BArF^-的合適的對(duì)陰離子。這其中，所述溶劑選自水的或有機(jī)溶劑。這其中，所述PAH化合物由平面PAH化合物構(gòu)成。所述PAH化合物選自由萘、菲、苯并蒽、芘、螺烯、三亞苯、二萘嵌苯和六苯并苯或其結(jié)合構(gòu)成的組。

在第四方面，提供一種從溶劑混合物分離多環(huán)芳烴(PAH)化合物的方法。該方法包括幾個(gè)步驟。第一步包括使溶劑混合物與分離媒質(zhì)接觸。第二步包括使用液相色譜移動(dòng)相從溶劑混合物解析PAH化合物。第三步包括從溶劑混合物分離PAH化合物。所述分離媒質(zhì)由選自式(I)、式(II)的化合物或其結(jié)合物構(gòu)成：

所述化合物包含與合適的對(duì)陰離子形成的鹽。其中，所述方法包括一種化合物，其中合適的對(duì)陰離子選自PF₆^-和BArF^-。進(jìn)而，所述PAH化合物選自由萘、菲、苯并蒽、芘、螺烯、三亞苯、二萘嵌苯和六苯并苯或其結(jié)合構(gòu)成的組。進(jìn)而，所述液相色譜移動(dòng)相包括己烷。進(jìn)而，所述分離媒質(zhì)放置在色譜柱中。其中，所述色譜柱設(shè)置為高效液相色譜。

實(shí)施例

在考慮下列非限制性的實(shí)施例的基礎(chǔ)上將更充分地理解本發(fā)明，該實(shí)施例用于解釋的目的，并不構(gòu)成發(fā)明的限制。

實(shí)施例1:材料和方法

所有的試劑從商業(yè)供應(yīng)商處購(gòu)得，除非另有說(shuō)明不需要進(jìn)行進(jìn)一步的純化而使用。如之前文獻(xiàn)中報(bào)道地那樣合成2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪⁸和2,4,6-三(芐基)吡啶鎓-4-基)-1,3,5-三嗪三(六氟磷酸鹽)⁹。溶劑通過(guò)Ar來(lái)脫氧30分鐘。如之前報(bào)道¹⁰的那樣合成1,3,5-三(4-吡啶基)苯。使用C₁₈柱和二元溶劑系統(tǒng)(MeCN和帶有0.1％CF₃CO₂H的水)、在反相HPLC(RP-HPLC)裝置上進(jìn)行分析的高效液相色譜(HPLC)。使用UV-3600島津分光光度計(jì)記錄紫外-可見光-近紅外吸收光譜。在BrukerAvance 600、Varian P-Inova 500、和Bruker F500分光儀上記錄核磁共振(NMR)譜，工作頻率分別為600、500、和500MHz(¹H NMR),以及150、125、和125MHz(¹³C NMR)?；瘜W(xué)位移是以相對(duì)于剩余的非氘化溶劑(CD₃CN:δ_H＝1.94ppm，δ_C＝1.32，和118.26ppm；DMF-d₇:δ_H＝8.03, 2.92,和2.75ppm，δ_C＝29.76,34.89,和163.15ppm)的信號(hào)的ppm(百萬(wàn)分之一)進(jìn)行記錄。在Agilent 6210飛行時(shí)間(TOF)LC-MS上、使用用Agilent 1100 HPLC堆棧偶聯(lián)的ESI源，測(cè)定高分辨質(zhì)譜(HRMS)，直接注入(0.6mL/min)。在MicroCal系統(tǒng)、VP-ITC模型上進(jìn)行等溫滴定量熱法(ITC)試驗(yàn)。在1.8mL的室內(nèi)使用ExCage·6PF₆在MeCN中的溶液作為宿主溶液。通過(guò)連續(xù)注射10μL的滴定標(biāo)準(zhǔn)液加入PAH在MeCN中的溶液，每次注射20秒(25次)，每次注射之間間隔300秒。使用單址綁定模型利用數(shù)據(jù)計(jì)算熱力學(xué)信息，所述數(shù)據(jù)減去客體的稀釋熱，報(bào)道運(yùn)行三次的平均值。在室溫下、氬氣凈化DMF溶液中，使用接口連接電腦的Gamry通用工具(Reference 600)進(jìn)行循環(huán)伏安法(CV)實(shí)驗(yàn)。使用玻璃碳工作電極(0.071cm²)進(jìn)行所有的CV實(shí)驗(yàn)。電極表面在使用前立即用0.05μm氧化鋁水漿料在氈表面上進(jìn)行常規(guī)的拋光。反電極是Pt線圈，參考電極是Ag/AgCl電極。樣品和支持電解質(zhì)(四丁基銨六氟磷酸鹽(TBAPF6))的濃度分別為1.0mM和0.10M。CV單元在使用前立即在烤箱中干燥，并且在該單元的溫度冷卻到室溫時(shí)不斷地用氬氣充滿該單元，以避免水冷凝。

實(shí)施例2.用于制備式(I)化合物的合成方法

圖2中所示的路線(1)提供了一種式(I)化合物的合成的概覽。

1)1,3,5,-(1-甲基吡啶4-基)苯三(六氟磷酸鹽)—TM·3PF₆

TM·3PF₆的合成是根據(jù)路線(1A)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

(路線(1A))

TM·3PF₆：將1,3,5-三(4-吡啶基)苯(25.0mg,0.08mmol)和MeI(150μL,2.40mmol)在MeCN(5.0mL)中的混合物在50℃、攪拌下加熱18小時(shí)。將反應(yīng)混合物冷卻到室溫，通過(guò)過(guò)濾收集沉淀。所得固體溶解在MeOH(50mL)中，接著添加NH₄PF₆，在50mL水中稀釋，得到的純TM·3PF₆(55.5mg,87％)沉淀通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行收集，為無(wú)色固體。TM·3PF₆的HRMS-ESI；C₂₄H₂₄Br₃F₁₂N₃P₂的計(jì)算值:m/z＝644.1249[M–PF₆]⁺；實(shí)驗(yàn)值:644.1262[M–PF₆]⁺。¹H NMR(500MHz,CD₃CN,ppm):δ_H 8.77(AA'XX'的AA',J＝6.9Hz,6H),8.53(s,3H),8.45(AA'XX'的XX',J＝7.0Hz,6H),4.36(s,9H.¹³C NMR(125MHz,CD₃CN,ppm):δ_C 154.8,146.6,137.7,131.6,126.6,48.9。

2)1,3,5,-(1-(4-溴代甲基芐基)吡啶鎓-4-基)苯

TB·3PF₆的合成是根據(jù)路線(1B)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

(路線1B)

三(六氟磷酸鹽)—TB·3PF₆

TB·3PF₆:將α,α'-二溴-對(duì)二甲苯(8.96g,33.9mmol)加入到MeCN/CH₂Cl₂(1:1v/v,113mL)中，懸浮液被加熱到60℃直到所有化合物均溶解。將溶液的溫度升高到90℃，1,3,5-三(4-吡啶基)苯(TP)(700mg,2.26mmol)在MeCN(37mL)中的懸浮液等份數(shù)加入，歷經(jīng)2小時(shí)。在回流下加熱3天后，將反應(yīng)混合物冷卻到室溫，沉淀在CH₂Cl₂(500mL)中稀釋并通過(guò)過(guò)濾收集。所得沉淀溶解在MeOH(100mL)中，接著添加過(guò)量的NH₄PF₆在水(400mL)中的混合物，得到純的TB·3PF₆(2.19g,75％)沉淀， 過(guò)濾收集沉淀，為無(wú)水固體。¹H NMR(500MHz,CD₃CN,ppm):δ_H 8.90(AA'XX'的AA',J＝6.9Hz,6H),8.53(s,3H),8.49(AA'XX'的XX',J＝6.9Hz,6H),7.55(AA'BB'的AA',J＝8.3Hz,6H),7.49(AA'BB'的BB',J＝8.2Hz,6H),5.78(s,6H),4.61(s,6H)。¹³C NMR(125MHz,CD₃CN,ppm):δ_C155.9,145.8,141.3,137.7,134.1,132.0,131.1,130.5,127.4,64.6,33.5。TB·3PF6的HRMS-ESI；計(jì)算值：C₄₅H₃₉Br₃F₁₂N₃P₂:m/z＝1149.9952[M–PF₆]⁺；實(shí)驗(yàn)值:1149.9959[M–PF₆]⁺。

3)環(huán)雙(1,3,5,-三(1，1'-(1,4-亞苯基雙(亞甲基))-吡啶鎓-4-基)苯)-六(六氟磷酸鹽)—ExCage·6PF₆

ExCage·6PF₆的合成是根據(jù)路線(1C)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

(路線(1C))

ExCage·6PF₆：使用下述不同設(shè)置的條件進(jìn)行六個(gè)反應(yīng)：(i)沒有模板，有催化劑，(ii)沒有催化劑，沒有模板，(iii)沒有催化劑，使用菲作為模板，(iv)沒有催化劑，使用芘作為模板，(v)有催化劑，使用菲作為模板，和(vi)有催化劑，使用芘作為模板。

(i)沒有模板，有催化劑。在80℃下加熱TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)、TP(39.7mg,0.129mmol),和碘化四丁銨(TBAI,14.2mg,0.0383mmol)在干MeCN(50mL)中的溶液36小時(shí)。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，將出產(chǎn)品溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1,v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該 色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得純的ExCage·6PF₆(15mg,7％)。¹H NMR(500MHz,CD₃CN,ppm):δ_H 8.74(AA'XX'的AA',J＝7.0Hz,12H),8.40(s,6H),8.28(AA'XX'的XX',J＝6.6Hz,12H),7.57(s,12H),5.73(s,12H)。¹³C NMR(125MHz,CD₃CN,ppm):δ_C154.2,145.3,136.9,136.7,131.6,131.4,126.5,64.7。用于ExCage·6PF₆的HRMS-ESI；計(jì)算值C₆₆H₅₄F₂₄N₆P₄:m/z＝755.1483[M–2PF₆]²⁺；實(shí)驗(yàn)值:755.1505[M–2PF₆]²⁺。

(ii)沒有催化劑，沒有模板。將TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)和TP(39.7mg,0.129mmol)在干的MeCN(50mL)溶液中在室溫下攪拌21天。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，將出產(chǎn)品溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1,v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得痕量的純ExCage·6PF₆。

(iii)沒有催化劑，使用菲作為模板。將TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)、TP(39.7mg,0.129mmol)和菲(138mg,0.774mmol)在干MeCN(50mL)中的溶液在室溫下攪拌21天。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，溶解在水中，通過(guò)使用CHCl₃連續(xù)液-液萃取3天除去模板。水相被濃縮并溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1,v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相預(yù)備C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得純的ExCage·6PF₆(21mg,9％)。

(iv)沒有催化劑，使用芘作為模板。將TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)、TP(39.7mg,0.129mmol)和芘(156mg,0.774mmol)在MeCN(50mL)中的溶液在室溫下攪拌21天。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，溶解在水中，通過(guò)使用CHCl₃連續(xù)液-液萃取30天除去模板。水相被濃縮并溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1, v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相預(yù)備C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得純的ExCage·6PF₆(26mg,11％)。

(v)有催化劑，使用菲作為模板。將TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)、TP(39.7mg,0.129mmol)、TBAI(14.3mg,0.039mmol)和菲(138mg,0.774mmol)在干MeCN(50mL)中的溶液在80℃下加熱36小時(shí)。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，溶解在水中，通過(guò)使用CHCl₃連續(xù)液-液萃取3天除去模板。水相被濃縮并溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1,v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相預(yù)備C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得純的ExCage·6PF₆(81mg,35％)。

(vi)有催化劑，使用芘作為模板。將TB·3PF₆(150mg,0.129mmol)、TP(39.7mg,0.129mmol)、TBAI(14.3mg,0.039mmol)和芘(156mg,0.774mmol)在干MeCN(50mL)中的溶液在80℃下加熱36小時(shí)。反應(yīng)通過(guò)添加過(guò)量的TBACl淬滅，于是從溶液中作為六氯化鹽沉淀所述粗產(chǎn)品，溶解在水中，通過(guò)使用CHCl₃連續(xù)液-液萃取30天除去模板。水相被濃縮并溶解在最小量的H₂O/EtOH(19:1,v/v)中，之后經(jīng)歷高效反相預(yù)備C₁₈柱色譜法，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。該色譜純的化合物通過(guò)將NH₄PF₆加入到洗脫液來(lái)沉淀，獲得純的ExCage·6PF₆(105mg,45％)。

實(shí)施例3.用于制備式(II)化合物的合成方法

圖3中示出的路線(2)提供一種合成式(II)化合物的概覽。

TPTB·3PF₆的合成方法根據(jù)路線(2A)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

(路線(2A))

TPTB·3PF₆：將1,4-雙(溴甲基)苯(7.98g,30.2mmol)在1:1(v/v)MeCN-CH₂Cl₂(120mL)中的溶液在氬氣氣氛中加熱到90℃，以小比例用固體TPT(703mg,2.25mmol)處理。攪拌所述混合物72小時(shí)，經(jīng)歷一段時(shí)間生成黃色懸浮液。在冷卻到室溫后，用CH₂Cl₂(500mL)稀釋懸浮液，通過(guò)過(guò)濾分離固體。濾餅用大量的CH₂Cl₂洗滌，然后用MeOH(45mL)打漿。合并的部分被加入到飽和的含水NH₄PF₆(500mL)中，得到作為白色固體的TPTB·3PF₆沉淀(1.70g,1.31mmol,58％)。¹H-NMR(500MHz,CD₃CN)δ9.25(d,J＝6.5Hz,6H),9.08(d,J＝7Hz,6H),7.57(d,J＝8Hz,6H),7.53(d,J＝8.5Hz,6H),5.88(s,6H),4.62(s,6H)。¹³C-NMR(125MHz,CD₃CN)δ170.2,150.5,147.2,141.4,133.5,131.5,130.8,128.6,65.5,33.5.HRMS(ESI)計(jì)算值：C₄₂H₃₆Br₃F₁₂N₆P₂:m/z＝1152.9809[M–PF₆]⁺；實(shí)驗(yàn)值：1152.9816。

BlueCage·6PF₆的合成根據(jù)路線(2B)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

(路線(2B))

TPTB·3PF₆(1.70g,1.31mmol)、2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪(408g,1.31mmol)、TBAI(97mg,0.26mmol)和菲(2.10g,11.8mmol)在MeCN(500mL)中的均勻混合物在氬氣氣氛中回流下加熱3天。反應(yīng)混合物被冷卻到室溫，并用過(guò)量的TBABr處理以沉淀通過(guò)過(guò)濾收集的剩余固體。濾餅用最小量的水漿化，合并的水性部分經(jīng)歷使用CHCl₃的7天連續(xù)萃取，以除去模板。水相在真空中濃縮，用預(yù)備的高效液相色譜法純化，以包含0.1％TFA的水作為洗脫液起始，添加至多25％的MeCN/0.1％TFA。合并部分在真空下濃縮并用飽和的水性NH₄PF₆處理，提供作為白色固體的純BlueCage·6PF₆(257mg,143μmol,11％)。¹H-NMR(500MHz,CD₃CN)δ9.06(d,J＝6.5Hz,12H),9.05(d,J＝6.5Hz,12H),7.63(s,12H),5.82(s,12H)。¹³C-NMR(125MHz,CD₃CN)δ169.4,150.4,146.1,136.8,130.8,128.7,65.7。¹⁹F-NMR(470MHz,CD₃CN)δ–71.0(d,J＝706.9Hz)。³¹P-NMR(162MHz,CD₃CN)δ–143.59(sept,J＝708.6Hz).HRMS(ESI)計(jì)算值C₆₀H₄₈F₂₄N₁₂P₄:m/z＝758.1341[M–2PF6]²⁺；實(shí)驗(yàn)值:758.1346。

BlueCage·6PF₆用Na[BArF]的陰離子交換以獲得BlueCage·6BArF是根據(jù)路線(2C)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

(路線(2C))

BlueCage·6BArF：BlueCage·6PF₆(40mg,22μmol)在MeCN(2mL)中的溶液用過(guò)量的TBACl處理以沉淀氯化鹽，其通過(guò)離心分離收集。所述固體用MeCN洗滌很多次，溶解在MeOH中，并用Na[BArF](117mg,132μmol)處理。蒸發(fā)所述溶液，剩余物在MeCN中吸收，并通過(guò)亞微米過(guò)濾器。所述混合物在真空下濃縮，得到的粘性油用最小量的Et₂O重復(fù)漿化，獲得粘性油BlueCage·6BArF(100mg,16.3μmol,74％)，靜置下凝固。¹H-NMR(500MHz,CD₃CN)δ9.09(d,J＝6.5Hz,12H),8.98(d,J＝6.5Hz,12H),7.70(s,12H),7.69(m,48H),7.66(s,24H),5.82(s,12H)。

ExCage·6PF₆用Na[BArF]的陰離子交換以獲得ExCage·6BArF是根據(jù)路線(2D)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

(路線(2D))

ExCage·6BArF：ExCage·6PF₆(40mg,22μmol)在MeCN(2mL)中的溶液用過(guò)量的TBACl處理以沉淀氯化鹽，其通過(guò)離心分離收集。所述固體用MeCN洗滌很多次，溶解在MeOH中，并用Na[BArF](117mg,132μmol)處理。蒸發(fā)所述溶液，剩余物在MeCN中吸收，并通過(guò)亞微米過(guò)濾器。所述混合物在真空下濃縮，得到的粘性油用最小量的Et₂O重復(fù)漿化，獲得粘性油ExCage·6BArF(102mg,16.7μmol,75％)，靜置下凝固。¹H-NMR(500MHz,CD₃CN)δ8.78(d,J＝7.0Hz,12H),8.38(s,6H),8.28(d,J＝6.5Hz,12H),7.69(m,48H),7.59(s,24H),5.75(s,12H)。

將六苯并苯并入到BlueCage·6PF₆以獲得六苯并苯·6PF₆是根據(jù)路線(2E)實(shí)現(xiàn)的：

(路線2E)

六苯并苯·6PF₆：1mg(0.553μmol)BlueCage·6PF₆在MeCN(1mL)中的溶液用六苯并苯(2mg,6.66μmol)處理，超聲處理1分鐘。所述溶液通過(guò)亞微米過(guò)濾器，并經(jīng)歷iPr₂O的蒸氣擴(kuò)散，提供作為深紫色晶體的六苯并苯·6PF₆。

參考文獻(xiàn)

(1)(a)Dietrich,B.；Lehn,J.-M.；Sauvage,J.-P.Tetrahedron Lett.1969,2889；(b)Dietrich,B.；Lehn,J.-M.；Sauvage,J.-P.Tetrahedron1973,29,1647；(c)Huang,R.H.；Faber,M.K.；Moeggenborg,K.J.；Ward,D.L.；Dye,J.L.Nature 1988,331,599；(d)vonC.；Hampe,O.；Weigend,F.；Stahl,S.Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,4775；(e)Rupar,P.A.；Staroverov,V.N.；Baines,K.M.Science 2008,322,1360；(f)Hao,H.-G.；Zheng,X.-D.；Lu,T.-B.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,8148；(g)Lopez,N.；Graham,D.J.；McGuire,R.；Alliger,G.E.；Shao-Horn,Y.；Cummins,C.C.；Nocera,D.G.Science 2012,335,450；(h)Wei,P.；Xia,B.；Zhang,Y.；Yu,Y.；Yan,X.Chem.Commun.2014,50,3973.

(2)(a)Cram,D.J.；Kaneda,T.；Helgeson,R.C.；Brown,S.B.；Knobler,C.B.；Maverick,E.；Trueblood,K.N.J.Am.Chem.Soc.1985,107,3645；(b)Cram,D.J.；Lein,G.M.J.Am.Chem.Soc.1985,107,3657；(c)Bryant,J.A.；Ho,S.P.；Knobler,C.B.；Cram,D.J.J.Am.Chem.Soc.1990,112,5837；(d)Mitjaville,J.；Caminade,A.-M.；Mathieu,R.；Majoral,J.-P.J.Am.Chem.Soc.1994,116,5007；(e)Yi,H.-P.；Wu,J.；Ding,K.-L.；Jiang,X.-K.；Li,Z.-T.J.Org.Chem.2007,72,870；(f)Skowronek,P.；Gawronski,J.Org.Lett.2008,10,4755；(g)Giri,N.；Davidson,C.E.；Melaugh,G.；Del Pópolo,M.G.；Jones,J.T.A.；Hasell,T.；Cooper,A.I.；Horton,P.N.；Hursthouse,M.B.；James,S.L.Chem.Sci.2012,3,2153.

(3)(a)Cram,D.J.；Karbach,S.；Kim,Y.H.；Baczynskyj,L.；Kalleymeyn,G.W.J.Am.Chem.Soc.1985,107,2575；(b)Cram,D.J.；Karbach,S.；Kim,Y.H.；Baczynskyj,L.；Marti,K.；Sampson,R.M.； Kelleymeyn,G.W.J.Am.Chem.Soc.1988,110,2554；(c)Sherman,J.C.；Cram,D.J.J.Am.Chem.Soc.1989,111,4527；(d)Jasat,A.；Sherman,J.C.Chem.Rev.1999,99；(e)Roach,P.；Warmuth,R.Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,3039；(f)Makeiff,D.A.；Sherman,J.C.J.Am.Chem.Soc.2005,127,12363；(g)Ihm,C.；Jo,E.；Kim,J.；Paek,K.Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,20569；(h)Chen,J.Y.-C.；Jayaraj,Jockusch,S.；Ottaviani,M.F.；Ramamurthy,V.；Turro,N.J.J.Am.Chem.Soc.2008,130,7206；(i)Srinivasan,K.；Gibb,B.C.Chem.Commun.2008,38,4640；(j)Wang,H.；Liu,F.；Helgeson,R.C.；Houk,K.N.Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,655.

(4)(a)Cram,D.J.；Tanner,M.E.；Knobler,C.B.J.Am.Chem.Soc.1991,113,7717；(b)Cram,D.J.；Jaeger,R.；Deshayes,K.J.Am.Chem.Soc.1993,115,10111；(c)Makeiff,D.A.；Pope,D.J.；Sherman,J.C.J.Am.Chem.Soc.2000,122,1337；(d)Warmuth,R.；Yoon,J.Acc.Chem.Res.2001,34,95；(e)Warmuth,R.；Makowiec,S.J.Am.Chem.Soc.2007,129,1233；(f)Lu,Z.；Moss,R.A.；Warmuth,R.；Krogh-Jespersen,K.J.Phys.Chem.A 2011,115,13799；(g)Li,M.-J.；Huang,C.-H.；Lai,C.-C.；Chiu,S.-H.Org.Lett.2012,14,6146；(h)Lin,Z.；Sun,J.；Efremovska,B.；Warmuth,R.Chemistry 2012,18,12864.

(5)(a)Cram,D.J.；Tanner,M.E.；Knobler,C.B.J.Am.Chem.Soc.1991,113,7717；(b)Cram,D.J.Nature 1992,356,29；(c)Cram,D.J.；Cram,J.M.容器分子和它們的客體(Container Molecules and their Guests).超分子化學(xué)專著；Ed.Stoddart,J.F.英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)，劍橋，1994。當(dāng)穴醚形成配合物時(shí)，它們這些穴狀化合物、球瑗、分子監(jiān)獄和半分子監(jiān)獄，分別被稱為球瑗配合物(spheraplexes)、分子監(jiān)獄配合物(carceplexes)和半分子監(jiān)獄配合物

J.C.；M.；Strutt,N.L.；Frasconi,M.；Sampath,S.；Giesener,M.A.；McGrier,P.L；Bruns,C.J.；Stern,C.L.；Sarjeant,A.A.；Stoddart,J.F.J.Am.Chem.Soc.2013,135,183；(b)M.；Barnes,J.C.；Dale,E.J.；Liu,W.-G.；Strutt,N.L.；Bruns,C.J.；Vermeulen,N.A.；Ghooray,K.C.；Sarjeant,A.A.；Stern,C.L.； Botros,Y.Y.；Goddard III,W.A.；Stoddart,J.F.J.Am.Chem.Soc.2013,135,12736；(c)Barnes,J.C.；M.；Vermeulen,N.A.；Dale,E.J.；Stoddart,J.F.J.Org.Chem.2013,78,11962.

(7)(a)Anderson,S.；Anderson,H.L.；Sanders,J.K.M.；Acc.Chem.Res.1993,26,469；(b)Cacciapaglia,R.；Mandolini,L.Chem.Soc.Rev.1993,22,221；(c)Hoss,R.；F.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1994,33,375；(d)Hubin,T.J.；Busch,D.H.Coord.Chem.Rev.2000,200,5；(e)Meyer,C.D.；Joiner,C.S.；Stoddart,J.F.Chem.Soc.Rev.2007,36,1705；(f)Crowley,J.D.；Goldup,S.M.；Lee,A.L.；Leigh,D.A.；McBurney,R.T.Chem.Soc.Rev.2009,38,1530.

(8)Anderson,H.L.；Anderson,S.；Sanders,J.K.M.J.Chem.Soc.Perkin.Trans.1995,2231–2245.

(9)Gries,W.-K.；Günther,E.；Hünig,S.Liebigs Ann.Chem.1991,1021–1028.

(10)Schmittel,M.；He,B.；Mal,P.Org.Lett.2008,10,2513–2516.

Dale EJ,Vermeulen NA,Thomas AA,Barnes JC,M,Blackburn AK,Strutt NL,Sarjeant AA,Stern CL,Denmark SE,Stoddart JF,“ExCage,”J.Am.Chem.Soc.136:10669-82(2014).

Hafezi N,Holcroft JM,Hartlieb KJ,Dale EJ,Vermeulen NA,Stern CL,Sarjeant AA,Stoddart JF,“Modulating the binding of polycyclic aromatic hydrocarbons inside a hexacationic cage by anion-πinteractions,”Angew.Chem.Int.Ed.Engl.54:456-61(2015).

本文中引用的所有專利、專利申請(qǐng)、專利申請(qǐng)公報(bào)和其他出版物均整體上一并引入作為參考，就如其整體被提出一樣。

以上用目前被認(rèn)為最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)例描述了本發(fā)明。但是，目前解釋說(shuō)明本發(fā)明的方式不意味著其限于所公開的實(shí)例。相應(yīng)地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到本發(fā)明旨在包含所有立足于發(fā)明主旨和權(quán)利要求范圍的改變和替代方式。