（有机化学专业论文）基于二乙酯基甘脲拱形拓扑结构分子模块的设计、合成与结构表征.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st f i e s i s 摘要 甘脲及其衍生物可由二羰基化合物与脲或取代脲反应制得，由于其分子结 构中两个稠合的咪唑环之间具有一定的刚性夹角，而呈现特定的成键矢量，因 此被广泛地用作构筑人工受体的建筑单元。近年来，基于甘脲的各种人工受体， 包括分子夹、分子篮，分予胶囊，葫芦脲( c b 【n 】，n - - 6 ) 及其同系物( c b 【n 】， n = 5 ，7 ，8 ，1 0 ) 、衍生物、类似物，由于具有广阔的发展潜力和应用前景而 备受瞩目。本论文对这些基于甘脲的人工受体特别是拱形结构的分子夹和分子 篮的合成、分子识别、分子组装的研究现状进行了较为系统和全面的综述。 同时，为了得到对特定底物具有高度选择性识别的新型人工受体，在本课 题组以前研究结果的基础上，选择在有机溶剂中具有良好溶解度的二乙酯基甘 脲为基本建筑单元，尽可能地避免了溶解度的问题；以i s a a c s 小组的4 uc l i p s ( 他们的命名为c s h a p e d 亚甲基桥连的甘脲二聚体) 为研究对象，设计了一种 新型甘脲类拱形拓扑结构分子模块4 uc l i p1 ( 图1 ) 。通过在4 uc l i p 边墙( s i d e - w a l l s ) 苯环上引入取代基( 一n 0 2 ) ，实现了从组装到识别的策略，以二羟基 富马酸水合物为起始原料，经7 步反应成功制得1 。 0 f n 八n l l 叶。r n v n o f i g 1 t h es t r u c t u r eo f l i r = c o o e t ) c - s h a p e 在反应过程中，也分离得到一种新型甘脲类拱形拓扑结构分子模块3 uc l i p 2 ( 图2 ) ，应用相同的从组装到识别的策略，共经过6 步反应制得另一种新型 甘脲类拱形拓扑结构分子模块3 uc l i p3 ( 图2 ) 。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s r 1 、一 r 1 o 2r = c o o e t , r 1 = h 3r = c o o e t , r i = n 0 2 f i g 2 t h es t r u c t u r e so f2a n d3 合成的3 种未见文献报道的甘脲类拱形拓扑结构分子模块的结构均通过相 应的波谱，包括m 、1 hn m r 、1 3 cn m r 和m s ( e s i - m s ) 等进行了表征，部 分中间产物的结构也得到了x r a y 单晶衍射的证实。 这些新型甘脲类拱形拓扑结构分子模块在分子识别、构筑分子器件和分子 催化等方面有着良好的应用前景，有望对特定底物分子( 如苯酚类、苯胺类或 芳酰胺类化合物等) 进行高度选择性识别，并构筑相应的分子器件。 关键词甘脲：分子模块；拓扑；人工受体；分子夹；分子篮；分子识别； 组装；合成 a b s t r a c t g l y c o l u r i la n dg l y c o l u r i ld e r i v a t i v e sc a nb es y n t h e s i z e db yt h ec o n d e n s a t i o n r e a c t i o no fd i c a r b o n y lc o m p o u n d sw i t hu r e ao rs u b s t i t u t e du r e a i nt h e i rs t r u c t u r e s ， t h e r ea r cr i g i da n g l e sb e t w e e nt h et w of u s e di m i d a z o l et i n g s ，a n dt h eb o n d ss h o w p a r t i c u l a rv e c t o r , s og l y c o l u r i la r ew i d e l yu s e dt oc o n s t r u c ta r t i f i c i a lr e c e p t o r sa s b u i l d i n gu n i t i nr e c e n t ) , c a r s ，m a n yk i n d so fr e c e p t o r sb a s e do ng l y c o l u d la t e s y n t h e s i z e d , i n c l u d i n gm o l e c u l a rc l i p s ，m o l e c u l a rb a s k e t s , m o l e c u l a rc a p s u l e s , c u c u r b i t n u r i l ( c b i n ，n _ 6 ) ，c b n h o m o l o g u e s ( n = 5 ，7 ，8 ，1o ) ，c b i n d e r i v a t i v e s a n dc b i n 】a n a l o g u e s ，w h i c hh a v er e c e i v e dm u c ha t t e n t i o nb e c a u s eo f t h e i rw i d e l y p o t e n t i a ld e v e l o p m e n ta n df u r t h e ra p p l i c a t i o n i nt h i sa r t i c l e ，i ti sr e v i e w e dt h e s y n t h e s e s ，m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n , m o l e c u l a ra s s e m b l yo fv a u l t e dm o l e c u l a rc l i pa n d m o l e c u l a rb a s k e tr e c e p t o r sb a s e do ng l y c o l u r i l a tt h es a m et i m e ，t os y n t h e s i z er e c e p t o r st h a th a v eh i g h l ys e l e c t i v er e c o g n i t i o n t oc e r t a i ns u b s t r a t e s ，b a s i n go np r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t so fo u rg r o u pw ec h o s e d i e t h o x y l c a r b o n y lg l y c o l u r i l ( d e g ) a sb a s i cb u i l d i n gu n i t ，s i n c e i th a sg o o d s o l u b i l i t yi no r g a n i cs o l v e n t ，w h i c ha v o i dt h ep r o b l e mo fi n f u s i b i l i t yo rp o o r s o l u b i l i t y an e wv a u l t e dm o l e c u l a rb l o c ko ft o p o l o g i c a ls t r u c t u r e4 uc l i p1b a s e d o i ld e gw a sd e s i g n e d ( f i g 1 ) b yi n t r o d u c i n g - n 0 2o nt h eb e n z e n er i n go f s i d e w a l l s ，t h es t r a t e g y f r o ma s s e m b l yt o r e c o g n i t i o nw a sa c h i e v e d u s i n g d i h y d r o x y f u m a r i ca c i dd i h y d r a t ea ss t a r t i n gm a t e r i a l ，t h ev a u l t e dm o l e c u l a rb l o c k1 w a ss y n t h e s i z e dv i as e v e ns t e p s f i g 1 t h es t r u c t u r eo f l i v i nt h ep r o c e s so ft h es a m er e a c t i o n , an e wv a u l t e dm o l e c u l a rb l o c k3 uc l i p2 口i g 2 ) w a sa l s od e t e c t e d a c c o r d i n gt ot h es a l n es t r a t e g y , a n o t h e rn e wv a u l t e d m o l e c u l a rb l o c k3 uc l i p3 口i g 2 ) w 於a l s op r e p a r e dv i as i xs t e p s j t l r ， o 2r = c o o e t r 。= h 3r = c o o e t , r 1 = n 0 2 f i g 2 t h es t r u c t u r e so f2a n d3 n l es t m c t 眦e so ft h et h r e en e wv a u l t e dm o l e c u l a rb l o c k sw e r ec h a r a c t e r i z e db y c o r r e s p o n d i n gs p e c t r a , i n c l u d i n gr 1 hn m r , cn m ra n dm s s i m s ) t h e s t r u c t u r e so fs o m eh n e 咖e d i a t e sw e r ec o n f m n e db yx r a yc r y s t a ls t r u c t u r e t h e s ev a u l t e dm o l e c u l a rb l o c k so ft o p o l o g i c a ls 觚c t u r eh a v ep o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s i nm o l e c u l a r r e c o g n i t i o n , c o n s t r u c t i n g m o l e c u l a rd e v i c e sa n d m o l e c u l a rc a t a l y s i se t c i ti sh o p e 砌t h a tt h e s em o l e c u l a rb l o c k sc a l lr e c o g n i z e c e r t a i ns u b s t r a t e s ( s u c ha sp h e n o ld e r i v a t i v e s ，a n i l i n ed e r i v a t i v e sa n da r y la m i d e d e r i v a t i v e s ，e t c ) w i t hg o o ds e l e c t i v i t ya n da tt h es a m et i m et h e ya r ee x p e c t e dt o c o n s t r u c tc o r r e s p o n d i n gm o l e c u l a rd e v i c e s k e yw o r d s ：g l y c o l u r i l ；m o l e c u l a rb l o c k ；t o p o l o g i c a l ；a r t i f i c i a l r e c e p t o r ； m o l e c u l a r c l i p s ；m o l e c u l a rb a s k e t s ；m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ； a s s e m b l y ；s y n t h e s i s v 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创巨声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：妻凡良勿戋 日期：厶哆年乡月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 作者签名：李凡发铬 导师签名：炅隹心、 日期：卫哒海6 月z 日日期：耐6 月- ) i - 日 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将 本人的学位论文提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可 按“章程中的规定享用相关权益。同意论文提交后滞后：口半年；口一年： 囤二年发布。 作者签名：魏唛磊荨 导师签名：炙簪仓、 日期：沙少年占月2 - - 日日期：w 心6 月 v 日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章基于甘脲人工受体的超分子化学研究进展 1 1 引言 1 9 6 7 年，发轫于美国d up o n d 公司的c j p e d e r s c n 对冠醚的发现，由d 工 c r a m 等逐步发展起主客体化学的研究领域。到了1 9 7 8 年，法国科学家j - m l e h n 等超越主客体化学研究的范畴，首次提出并发展了“超分子化学刀这一 概念。三位化学家为此共同获得1 9 8 7 年的诺贝尔化学奖【l - 3 】。 超分子化学是“超越分子概念的化学，被定义为：正如基于共价键存在 着分子化学领域，基于分子有序体和分子间价键而存在着超分子化学【4 】。它是 研究两种或两种以上化学物种通过分子间弱相互作用形成的高度组织、结构确 定和具有一定功能的超分子的科学【5 】。它尤为重视具有特定结构和功能的超分 子体系，这为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路。 在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合 中，超分子化学已经发展成为超分子科学，被认为是2 1 世纪新概念和高技术 的重要源头之一【6 | 。 分子识别是超分子化学研究的核心内容，所谓分子识别即是指受体( 或主 体) 对底物( 或客体) 选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装 功能的基础1 7 】。它们不依赖传统的共价键力，而是依赖非共价键弱相互作用力。 在分子识别和组装等方面的研究中，设计和合成新型人工受体是研究的基础。 甘脲及其衍生物是一类具有特殊成键矢量信息的分子，被广泛地用作超分 子化学的基本建筑单元。近年来，基于甘脲的各种人工受体，包括分子夹【8 - l o 】 ( m o l e c u l a rc l i p s ，m c l ) 、分子篮陟l l 】( m o l e c u l a rb a s k e t s ，m b k ) 、分子胶囊 1 2 - 1 5 】( m o l e c u l a rc a p s u l e s ，m c a ) ，葫芦脲【1 6 - 1 9 1 ( c u c u r b i t n u r i l ，c b n ，n = 6 ) 及其同系物 2 0 - 2 2 1 ( c b 【n 】，n - - 5 ，7 ，8 ，1 0 ) 、衍生物 2 2 - 2 3 1 、类似物 2 4 1 等，在分 子识别和分子组装【2 5 之7 1 、超分子材料【2 3 。3 川和超分子催化【3 1 。3 3 1 等方面展现出广阔 的发展潜力和应用前景而备受瞩目。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 本章对基于甘脲的分子央和分子篮人工受体的合成、分子识别和分子组装 的研究现状进行了较为系统和全面的综述。 1 2 基于甘脲人工受体的合成 甘腺( 1 ，图12i ) 是一种二脲，其系统命名为四氢咪唑并 4 ，5 一d 】咪唑一2 ，5 一 二酮，首先由s c h i 球”1 在1 8 7 7 年用脲和乙二醛缩合得到。由于具有刚性的凹 形结构及四个易于取代的- - n h 基团和两个可修饰的桥头c 原子取代位置( 2 ) ， 自从其被合成以后，人们一直对它进行着广泛的研究。但直到1 9 8 1 年由m o c k 小组i l ”诵过x r a y 确定了葫芦 6 脲( 3 ，c b 6 ) 的结构，才带动了甘腮在超分 予化学中的广泛运剧而引起人们r 泛的重视，从而使甘脲成为一个“热点分 子”。c n 6 是一个由六个甘脲单元通过1 2 个亚甲基桥连的环状六聚体，因其 形状酷似葫芦科植物的果实或南瓜( 拉丁文为c u c u r b i t a ) 而得名。c g 6 最早 由b e h r e n d 等人p ”于1 9 0 5 年用甘脲与甲醛反应制得，但当时他们错误地确定 了其经验式为c 1 0 h i l n 7 0 4 4 h 2 0 ，直至m o c k 小组确定正确的结构。 2 3 圈1 2 1 121 分子夹( c i i p s ) 的合成 荷兰的n o l t e 小组首先开展并发展了基于甘脲分子夹( m c l ，也有称为 “m o l e c u l a r t w e e z e r ”) 的合成及其识别、组装等方面的研究，工作极为出色。 1 9 8 7 年口6 1 ，他们首次合成了三个m c l 的系列化合物( 图1 22 ) ：通过脲与联 苯甲酰( b e n z i l ) 反应得到二苯基甘脲( 4 ，d i p h e n y l g l y c o l u r i l ，d p g ) ，再与多 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 聚甲醛反应转化为四羟甲基d p g ( 5 ) ，然后在p t s a 催化下与苯或1 ，4 二取代 苯反应得到分子夹( 6 ) ，其中6 b 的立体结构见图1 2 4 a 。 o 6 图1 - 2 2 基于甘脲的m c l 种类很多，如图1 2 3 。在此，根据由亚甲基连接的甘脲 单体和环状隔离基( s p a c e r s ，或称边墙s i d ew a l l s ) 总数之和x 的大小，我们确 定其为x 单元分子夹( xu n i t s ，简写为x uc l i p s ) 。如n o l t e 的首个m c l6 a ， 其x = 3 ，可称为3 uc l i p ( r n 0 ，n _ 1 ) ( 图1 2 4 a ) ：i s a a c s 小组合成的c - s h a p e d 亚 甲基桥连的甘n - - 聚体p 刀，其x = 4 ，可称为4 uc l i p ( m = 0 ，n 宅) ( 图1 2 4 b ) ；r e b e k 小组合成的分别由柔韧性或刚性隔离基连接的c s h a p e d 二甘脲化合物【3 8 】，其x = 5 ，可称为5 uc l i p ( m = l ，n - 0 ) ( 图1 2 4 0 。另外，当x = 2 时，这种化合物不 是分子夹，我们将其称为2 u 甘脲化合物。 图1 2 3 3 i m r 0 ，1 ) 硕士学位论文 m a s t e r lst h e s i s 嗡酱唼担蘧 糍辫 j 娅擗碱 s ce i 。7 ”1 自t i cr ： 1 融- t a t ie n ar g y 。r _ ：lc 1 = c ds t r u c u ! o 图1 2 4 隔离基或边墙s p a c e r1 与s p a c e r2 ( 图12 3 ) 可以是苯环、苯并卟啉、 萘环、萨罗汾( s a l c p h e n ) 、毗啶、金属络合物等等，其与甘脲中两个n 原子 连接的位置也可以不同 3 9 1 。当二者相同时，是一种对称的m c l ；若二者不同， 则为一种不对称的结构，很多这种分子具有手性或潜手性1 。另外有一点要说 明的是r e b e k 小组1 1 4 峙艮道了大量形如3 uc l i p 和5 uc l i p 的m c a 单体，因为研 究的基本都是二聚的m c a 形式。除非有识别性质，我们将不作详细介绍。下 面按3 uc l i p s 、4 uc l i p s 、5 uc l i p s 的顺序分别介绍对称与不对称的m c l 。 1 2 1 13 uc l i p s 的合成 一、对称的3 uc l i p s 对称3 uc l i p s 的一般合成方法见图1 2 5 ，有四种途径：途径是首次制 p cu5e 。、) 、 j j 厂 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 备m c l 的方法：途径【4 l 】是将d p g 转化为四羟甲基d p g ( 5 ) 后，由于5 不稳定，进一步转化为更稳定的四环二醚化合物( 7 ) 来制备m c l ；途径t 4 l 】 是将d p g 直接转化为7 后制得m c l t 途径【4 2 】为本实验室改进方法，直接由 d p g 制得m c l ，不仅减少了反应步骤，产率也很高，可达9 0 。 此外，为提高起始原料的反应活性，3 uc l i p s 也可通过四乙酰基d p g 制得， 四乙酰基d p g 的乙酰基是更好的离去基团，而且也很稳定，可以高产率地得 到m c l ( 9 4 ) 。也可先制备四氯甲基d p g ，然后在l e w i sa c i d ( 如t i c l 4 、s n c l 4 、 a l c l 3 等) 催化下，与边墙化合物反应制得多种3 uc l i p s 4 3 1 。 c k 罩u o h dr = o c o c h 3 图1 2 5 与上述方法类似，选用不同取代基的边墙( 或不同的边墙) 化合物与d p g ( 或其它甘脲与硫代甘脲) 反应，n o l t e 小组相继报道了多种新型的3 uc l i p s 。 边墙上取代基主要有烷基、烷氧基、冠醚链、长链烷基等。边墙主要有苯环、 取代苯环，苯醌，萘环、取代萘环，以及其它具有催化活性的取代芳香环边墙 等。甘脲上取代基主要有p h 、m e 、c o o e t 、p - b r c h 2 p h 、2 - 吡啶基等。 以苯环或取代苯环为边墙的对称3 uc l i p s 归纳总结于图1 2 6 和表1 2 1 。 图1 2 6 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 表1 2 1 ( 对应上图1 2 6 ) 3 u 序号rr 1r 2l pr 4 c l i p s 16 a 1 4 qp hhhhh 26 b 4 1 】p ho hhho h 3 6 c 4 1 1p ho m ehho m e 46 d 4 h p ho a chho a c 58 a 4 4 m eo hhho h 取代长链取代长链 68 b t 4 qm ehh 烷基烷基 79 a ( 4 5 】 p - m e o p h hhhh 8 9 b 4 5 1 p m e o p h o hhho h 99 c 【4 5 】 p m e o p h o m ehho m e 1 01 0 4 6 1 p b r c h 2 p h o m ehho m e 1 l1 1 4 6 1 p ( 1 - p y - b r ) - c h 2 p ho m ehho m e 1 2 1 2 1 4 7 1 2 , 2 b i p y - 5 ，6 hhhh 1 31 3 4 8 1h c o o p ho m ehho m e 1 41 4 4 8 】m e c 0 0 p ho m ehho m e 1 51 5 1 4 8 1 m e ( c h 2 ) , t o c o p ho m ehho m e 1 61 6 4 8 】m e ( c h 2 ) 1 7 0 c o p ho m ehho m e 1 71 7 a 1 4 9 】 c 0 2 n h ( c h 2 ) 3 n m e 恐hhhh 1 81 7 b 1 4 9 】 c o z n h ( c h 2 ) 3 n m e 20 m ehho m e 1 91 8 a 1 4 9 c o o e thhhh 2 01 8 b 1 4 9 1c o o e to m ehho m e 2 1 1 9 a 4 9 1c o o hhhhh 2 2 1 9 b 1 4 9 1c o o ho m ehho m e 2 32 0 a 【4 5 】p ho b uhho b u 2 42 0 b 1 4 5 1 p ho h e xhho h e x 6 续上表 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 52 1 a 5 0 】p h ( o c h z c h 也c lhh( o c h 2 c h 2 ) 2 c i 2 62 1 b 5 0 p h ( o c n 2 c h 2 h b zhhh 2 c h 2 ) 2 b z 2 72 1 c 5 0 1p h ( o c h 2 c h 2 ) 3 c ihh( o c h 2 c h 2 h c i 2 82 1 d 5 0 1p h ( o c h 2 c h 2 ) 3 b zhh ( o c h 2 c h z ) 3 b z 2 9 2 1 e 【5 0 】p h ( o c h 2 c h 也一 hh ( o c h 2 c h 2 ) 2 - - o c h 2 p y o c h 2 f y 3 02 1 f 5 0 p h o ( c h 2 ) 3 p y hh o ( c h 2 ) 3 1 可 3 12 2 1 5 qp h o ( c h 2 h c l hh o ( c h 2 ) 2 c l 3 22 3 1 5 qp ho hhh o ( c h 2 ) 2 0 一 ( c h 2 h c i 3 32 4 a 4 1 1p hhm em eh 3 42 4 b 4 hp hho m eo m eh 3 52 4 c 【4 l 】p hh ( o c h 2 。( o c h 2 - - h c h 2 ) 4 0c h 2 ) 4 0 3 62 5 1 5 2 p hh o ( c h 2 ) 2 0 t so ( c h 2 ) 2 0 t $h 0 c h o p ho c h o p h 3 72 6 5 2 p hhh o ( c h 2 ) 2 0o ( c n 2 h o 3 82 7 a 5 3 1p ho ho hhh 3 92 7 a 5 3 】p ho m eo m ehh 4 02 7 a f 5 3 】p ho e to e thh 4 12 8 a 1 5 4 1p ho m eb rho m e 4 2 2 8 b 5 4 1 p ho m e n 0 2 ho m e 4 32 9 a 【3 9 】p ho m e n 0 2n 0 2 o m e 4 42 9 b 3 9 1p ho m e n h 2n h 2 o m e ( 注：第二列3 uc l i p s 编号上的标注，表示首次报道该分子夹的文献，下同) 。 1 9 9 7 年m ，n o l t e 小组在报道基于二甲基甘脲的3 uc l i p8 a 时，由8 a 或 6 b 与带长链烷基的芳酰氯反应，制得了6 种边墙上带长链烷基的新型3 uc l i p s ( 图1 2 7 ，8 c 8 d 和3 0 a - 3 0 d ) 。2 0 0 2 年5 5 1 ，他们在已报道3 uc l i p1 6 的基础上， 又成功合成了两种甘脲上取代基为树枝状化合物( d e n d r i m e r s ) 的新型3 uc l i p s 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 1 和3 2 ( 图1 2 8 ) 。 r 8 cm e 8 dm e 3 0 ap h 3 0 bp h 3 0 cp h 3 0 dp h r 1 c t o h 2 1 c 1 2 h 2 5 c 6 h 1 3 c 8 h 1 7 c l o h 2 1 c t 2 h 2 5 图1 2 7 3 2 r 暑( c h 幽，c h 3 r 1 = ( c h 2 ) 1 1c h 3 图1 2 8 树枝状化合物取代的3 1 和3 2 以苯醌为边墙的3 uc l i p3 3 ( 图1 2 9 ) ，由对苯二酚边墙3 uc l i p6 b 在c u 2 c 1 2 催化下用空气氧化制得，产率为7 5 t 5 4 1 。 o o a i r 呈! 兰呈k d m s o 图1 2 9 以萘环或取代萘环为边墙的3 uc l i p s 见图1 2 1 0 ( 未取代萘环3 4 4 1 】) 、图 1 2 1 1 和表1 2 2 ( 1 , 4 二取代萘环) 、图1 2 1 2 和表1 2 3 ( 2 ，7 二取代萘环) 。 第一个蛔被报道的以萘环为边墙的3 uc l i p 是n 。l t e 小组合成的晦合物3 5 ( 见表1 2 2 ) 。 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图1 2 1 0 图1 2 1 1 表1 2 2 ( 对应上图1 2 i i ) 3 u 序号 rr l c l i p s l3 4 t 3 9 1p hh 23 5 5 6 1p ho m e 33 6 1 4 6 1 p - b r c h 2 p h o m e 4 3 7 t 4 6 】 p 一( 1 一p y - b r ) - c h 2 p h o m e 53 8 4 6 】 2 一p y h 63 9 1 4 7 2 , 2 - b i p y 一5 ，6 一 h 图1 2 1 2 9 硕士学位论文 m a s t e r s f h e s i s 表1 2 3 ( 对应上图1 2 1 2 ) 3 u 序号rr 2 c l i p s 14 0 a 【5 7 】p hh 2 4 0 b 5 7 1p ho m e 34 0 c 【5 7 】 p ho a c 4 4 0 d 5 s p ho h 54 1 5 9 p h o c o c 6 h 2 ( o c l 2 h 2 5 ) 3 64 2 【6 0 】m eo m e 其它芳香环为边墙的3 uc l i p s 见图1 2 1 3 和图1 2 1 4 1 9 9 3 年，n o l t e 小组删报道了可以配位2 个n i ( i i ) 离子的3 uc l i p 主体化 合物4 3 ( 图1 2 1 3 ) ，结构已通过x - r a y 单晶衍射证实。 图1 2 1 3 1 9 9 7 年，他们在制备不对称3 uc l i p s 时，又报道了3 uc l i p4 4 ( 图1 2 1 4 ) ， 具体合成路线是：将对称的二硝基取代苯边墙的3 uc l i p 还原为二氨基取代边 墙，后者溶于1 ：1 ：1 的m e o h ：t h f ：c h 2 c 1 2 ( 体积比) 混合溶剂中，加入l ，l o 邻二氮菲5 ，6 - 苯醌( 1 ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n e 5 ，6 q u i n o n e ) ，在分子筛的存在下回流 1 6 h ，分离纯化后得到，产率为6 6 t 3 9 j 。 h 2 n h 2 n 1 ) m e o h ：t h f ：c h 2 c 1 2 ( 1 ：1 图1 2 1 4 1 0 硕士学位论文 m a s t e r s f h e s i s 基于单( 或二) 硫代甘脲的3 uc l i p s4 5 ，首次于1 9 9 6 年1 6 l 】同样由n o l t e 小组报道，利用二硫代d p g 为起始原料，得到二硫代d p g 的3 uc l i p s ，再对 其进行修饰可得到基于单硫代d p g 的3 种3 uc l i p s 。1 9 9 7 年 6 2 1 ，他们又拓展 了这部分研究，比较了其与未硫代3 uc l i p 对客体的识别作用。 ；懒h h 驴赫赫一 心 芦。1 那二。 y 4 5 批b l i i - i “。 x ycd b ：so q ：sn r ，r = h ，m e ，b u 、 d ：on 烈o r c ，h 勰 r e a g e n t sa n dc o n d i t i o n s t ，m e o s 0 2 c f 3 ( 1e m i r ) ，c h 2 c 1 2 ，16 h ；i i , h 2 0 - e t 3 n ， 1 5 m i n ，8 4 ；i i i ，m e o s 0 2 c f a ( 1e r u i v ) i c h 2 c 1 2 。1 6 h ；i v ，h n r 1 5 r a i n 。6 0 - 9 0 图1 2 1 5 二、不对称的3 uc l i p s 3 uc l i p s 中，边墙上取代基的不同、边墙连接在甘脲上的位置不同及边墙 的不同，均可以产生不对称的3 uc l i p s ，下面分别加以介绍。 边墙上取代基不同产生的不对称3 uc l i p s 见图1 2 1 6 a 和图1 2 1 6 b ，图中 边墙上取代基为长短不一的氯代冠醚链或具有手性的芳香甲酸酯【5 l 】。 图1 2 1 6 a l l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s + dt s ( o c h 2 c h 2 ) c i n a i l ，d m f ；i i ) p t s a , ( c i c h 2 ) ；掰) ( - ) - m e n t h y lc h l o r o f o r m a t e 。e t 3 n ，c h 2 c b 图1 2 1 6 b 1 9 9 7 年1 3 9 1 ，n o l t e 小组也合成了两种边墙上取代基不同产生的不对称3 u c l i p s5 0 ( 图1 2 1 7 ) 。 o 图1 2 1 7 边墙连接在甘脲上的位置不同产生的不对称3 uc l i p s 见图1 2 1 8 。1 9 9 3 年， n o l t e 小组合成了以1 甲氧基- 4 乙酰氧基苯为边墙( 5 0 ，图1 2 1 8 a ) 和以萘环 为边墙( 5 1 和5 2 ，图1 2 1 8 b ) 的不对称3 u c l i p s l 4 1 1 。图1 2 1 8 c 所示不对称3 u c l i p5 3 由3 uc l i p6 c ( 表1 2 1 ) 直接溴化或硝化制得【5 4 】。 弓洲 、l ， 2 2 o h n n = = r r a b o o 5 5 ，_、 r r 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 肛。邺一a 刊肚 图1 2 1 8 边墙不同产生的不对称3 uc l i p s 。1 9 9 1 年【4 3 】，n o l t e 小组报道了第一个这 种类型的不对称3 uc l i p5 4 ( 图1 2 1 9 ) 。基于二乙酯基甘脲的这种不对称3 uc l i p 5 5 ( 图1 2 1 9 中，r = c 0 2 e t ) ，在1 9 9 9 年【4 9 1 也被成功合成。 c i h 2 c p h 越了删旦蚴 p h 耍p h 肃了品；静 a h 2 c _ n n _ c h 2 a 1 9 9 7 年，n o l t e 小组又合成了多种边墙不同的不对称3 uc l i p s ( 一些报道的 3 uc l i p s 列于图1 2 2 0 ) ，并系统总结了这种3 uc l i p s 的合成方法，提出了一种“通 用模式”：先制得单边墙的2 u 甘脲环醚化合物，然后与另一边墙化合物反应， 即可得到种类丰富的不对称3 uc f i p s 。对具有催化边墙的功能化3 uc l i p s ，则需 要对2 u 环醚的单边墙苯环进行二氨基化，然后与二酮化合物反应制得口9 1 。 0 6 7 1 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 6 0 ar = h 6 0 br = n 0 2 6 0 br = n h 2 图1 2 2 0 随后，他们又报道在c u 2 c 1 2 催化下用空气氧化3 uc l i p5 6 时，不仅得到已报 道的5 7 ，同时还得到一种新型的不对称3 u c l i p 6 6 t 6 3 】( 图1 2 2 1 ) 。 5 6 5 7 ( i ) c u 2 c 1 2 ，p y d di n e ，d m s o ，o x y g e n 图1 2 2 1 6 6 三、其它一些新型的3 uc h p s ： 除了上述的各种3 uc t i p s 多 h ，还有一些化合物也可看作是新型的3 uc l i p s 。 如1 9 8 5 年，m o c k d , , 坌, t t 6 4 报道了他们通过甘脲或取代甘脲与烷基二胺反应得到 的7 种多环化合物，其中有5 种化合物6 7 ( a g ) 的结构得到t x - r a y 单晶衍射的证 实。6 7 9 的x - r a y 单晶结构见图1 2 2 2 ( 右图) ，从中可以清楚地看出其也是一种 1 4 撂 罨 m 蜡 c l i p 型结构，所以我们将其归纳到3 uc l i p s 中。 每v 蠡n y n x 盯 图1 2 2 2 1 9 9 8 年【6 5 1 ，n o l t o 小组报道了基于丙烷二脲( 6 8 ) 的新型3 uc l i p s ，反应 路线见图1 2 2 3 。6 8 b 产率为9 0 ，3 uc l i p s6 9 的产率均少于2 0 ，6 9 c 的结 构通过x m y 单晶衍射证实，其晶体状态下以二聚( d i m e r ) 形式存在。 肋心k 毋0 譬r 2 6 9 br = m e ，r l - h 6 9 cr - - 1 1 r l - o m e 图1 - 2 2 3 2 0 0 1 年，n o l t e d , 组拓展了这部分研究，得到了更多基于丙烷二脲的3 u c l i p s ，其中7 2 a 和7 2 b 的结构也得到了x - r a y 单晶衍射的证实，同时还合成了第 一个基于丙烷二脲且以萘环为边墙的3 uc l i p7 3 ( 图1 2 2 4 ) 。 酝2 暑零 7 0 a 钻小h 7 ， 7 0 br = h 。r 。= m e 7 2 br = h - r 1 = m e 7 2 cr = h 。r = p h 7 2 dr ar l f f i m | ) d m s o , n a i l ，噶2 4 h ；l d7 1 。r tl s h , 3 0 图1 2 2 4 1 2 1 24 uc l i p s 的合成 n 2 3 2 3 4 3 3 3 3 3 r r h h毗眺呲刚h x o o o o o o s a b c d e f g 4 uc l i p s 的合成和性质研究目前主要集中在i s a a c s 小组b 4 ，3 7 卿1 】的工作( 他 们称之为亚甲基桥连的甘脲二聚体) 。如图1 2 4 b 所示，其中两个可以为各种 取代芳香环边墙的s p a c e r1 与s p a c e r 2 可相同也可不同，如同3 uc l i p s 一样可 将其分为对称的4 uc l i p s 和不对称的4 uc l i p s 两种，下面分别加以介绍。 一、对称的4 uc l i p s 一些已报道的4 uc l i p s 结构【7 田见图1 2 2 5 ，其合成方法如图1 2 2 6 所示网， 主要有三种途径：2 u 甘脲自身的二聚反应，2 u 甘脲环醚自身的二聚反应及2 u 甘脲与其环醚的二聚反应。 l cr - c o o e j 2 cr 暑p b 3 cr = 栅r i d y l 4 cr - ( c 1 1 4 ) 2 5 cr = ( c o ) 2 n ( c h 2 ) z n m 2 6 cr - c o o i l