1.2  轮烷的合成方法

由于轮烷分子是通过环状分子与线形分子之间的超分子作用力而形成，通过形成新的共价键将这些弱相互作用把线性和环分子组分固定在一起，然后得到稳定的轮烷。而根据形成的共价键部位和组装次序的不同可分为四种方式：(1)首先使线性分子与环状分子结合形成准轮烷，再在线性分子的两端引入封基组装成轮烷分子，即穿线法。(2)在较高温度下使内径相当的环分子组分穿过线性分子的端基，得到在较低温度下稳定的轮烷，即滑移法。(3)先使分别带有一个封基的两个线性分子片段与环状分子形成环状配合物，然后通过共价作用将线形分子片段连接起来组装成轮烷分子，即夹套法。（4)最近发展起来的穿线胀大法[4],先使一端有封端基团的线性轴分子穿入大环而形成半轮烷,然后再涨大线性轴分子的另一端而实现封端。

 图2.四种制备轮烷的方法

(a)“夹套法”;(b)“穿线法”;(c)“滑动法”(d)“穿线胀大法”

在夹套法中,环状分子的片段先与带有封端基团的线性分子形成夹心状配合物,然后再进行闭环反应而形成轮烷。在穿线法中,首先使线性分子受非共价键作用趋使穿入环状分子内腔中形成准轮烷,之后在其两端引入大的封端基团组装成轮烷。滑移法指的是在较高温度下,使内径相当的环状分子与带有封端基团的线性轴分子形成类轮烷,再冷却而得到轮烷.在最近发展起来的穿线胀大法中,先使一端有封端基团的线性轴分子穿入大环而形成半轮烷,然后再涨大线性轴分子的另一端而实现封端。

根据形成轮烷和准轮烷时主要驱动力的不同,轮烷和准轮烷的制备方法可以分为统计学缠绕、化学转移、受氢键驱动、受亲水-疏水相互作用驱动、受金属配位作用驱动、和受π-π堆积相互作用以及电荷转移驱动等。

（1）统计学缠绕法1967年,Harrison和Harrison发展了统计学缠绕法制备准轮烷和轮烷,这是一种纯统计学方法,形成准轮烷和轮烷的过程没有明显的驱动力,与其他方法相比,此法效率较低,因而近年来应用很少。

（2）化学转移法此法于20世纪60年代始于Schill等人,由于步骤复杂、收率较低,近来也很少应用。

（3）基于氢键相互作用近10年来,依靠氢键作用制备准轮烷和轮烷应用非常广泛。一些含孤对电子的原子,比如N原子和O原子,可以和某些基团(如—NH,—OH,和—NH2+)上的氢原子有静电吸引而形成氢键,基于这些氢键作用可以制备准轮烷和轮烷。

（4）基于亲水-疏水相互作用迄今为止,大多数依靠亲水-疏水相互作用而制备的准轮烷和轮烷都是基于环糊精(cyclodextrins,CDs)主体的。这类准轮烷和轮烷也叫做包合复合物。这些包合复合物的形成是由环糊精的几何构造和功能决定的.环糊精系淀粉经酶解环合后得到的由六个以上葡萄糖单元连结而成的环状低聚物.。最常见的是α-CD、β-CD和γ-CD,它们分别由六个、七个和八个葡萄糖单元构成。

（5）基于金属配位作用过渡金属离子参与的卟啉及其类似物的电荷转移在生物学上有着重要的应用,因此对这一现象的研究非常重要。

（6）基于π-π堆积相互作用和电荷转移以Stoddart为代表的化学家利用π-π堆积相互作用合成了很多轮烷和准轮烷。比如他们利用两亲性哑铃分子与四价阳离子百草枯环番(CBPQT4+)的模板效应合成了一些轮烷。其中哑铃分子中的四硫富瓦烯(TTF)富含π电子,CBPQT4+缺电子。两者分别作为电子的给体和受体,形成了具有电化学氧化还原活性的轮烷。

1.3  轮烷的分类