单分子混合物的可能制备方法—实例分析

    单分子混合物，如同山顶上的宝藏，如果没有路，谁也没有办法登上去。如果能找到一条路，那我们就有希望到达山顶。

      虽然单分子混合物这个概念听起来似乎挺有趣，但如果不能找到制备它的具体途径，那么这个概念也只能停留在设想阶段，无法实现进一步的发展。

       幸运的是，基于现有的有机化学实验技术，我们是有可能合成它的，接下来，我们结合一个具体例子，对单分子混合物的可能制备方法做一个详细说明。

       首先，我们构建一个基于取代的三聚甘露醇骨架的单分子混合物体系，其结构如图1中的1所示，在这个体系中，R包含30种-C₁₀H₂₁烷基链的不同异构体，它们均匀随机分布。按照排列组合公式计算可以得知，该体系的异构体总数为5.431×10⁴⁹种，按照我们在本系列文2中的公式计算可以得知，对于该体系，即使以公斤级制备，所得的样品仍然为单分子混合物。值得一提的是，我们设计的这个体系中有两个显著特点：1）这个体系中的每一个分子都有相同的分子式，它们的分子量相等，方便进行质谱表征；2）每一个分子的结构式的区别主要在于烷基侧链上，这使得该系列分子的极性近乎相等，方便进行色谱分离。

图1 构建的一个单分子混合物体系

接下来，让我们考虑如何去合成。我们初步设计了一个合成路线，这里做一个简要介绍。

首先是合成关键原料——取代的苄溴，反应式如图2所示。这里采用了前面提到的“等概率随机合成方法”，将酚2与溴化物3（包含30种异构体的等当量混合物）在碱存在下进行烷基化反应，得到混合物4，其中包含13590种异构体，它们呈等概率随机分布。随后，对4进行还原和溴代操作，得到溴苄5。

图2 取代苄溴的合成

随后，合成如图3所示的关键原料8。从甘露醇6出发，用三苯甲基氯选择性保护两个端位的伯羟基，随后与等概率随机分布的混合物5进行烷基化反应，得的等概率随机分布的混合物8，其异构体个数为3.787×10¹⁶个。

图3

接下来，对混合物8进行脱除Tr保护基的操作，得到部分脱除的混合物9和完全脱除的混合物10，如图4所示。

图4

    随后，对两个端羟基裸露的混合物10进行三氟甲磺酰化，得到双三氟甲磺酰化的混合物11，如图5所示。

图5

最后一步，将混合物9和11进行亲核取代反应，即可得到目标的单分子混合物1。

        在以上的合成路线中，我们多次采用了等概率随机合成方法，这一方法成功的关键在于各异构体的物理化学性质差别要足够小，以便于后续的分离纯化。

        通过以上例子我们看到，采用当前的有机化学实验技术，我们是有可能合成出分子量相等并且呈等概率随机分布的单分子混合物样品的。期待我们以后能够有机会将这一思路付诸实践。