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大环镍配合物与氨基酸的手性拆分 专业名称：无机化学 硕士生：李焕勇 导师姓名：鲁统部教授 摘要 本文结合课题组之前的研究成果，探讨了不同条件下大环镍配合物与氨基酸 拆分的规律和特点。全文共分六章。 第一章为前言，主要介绍大环金属配合物和螺旋配合物的有效构筑，以及手 性拆分的常用方法和意义，并对本论文的选题意义作了概述。 第二章研究了单手性大环镍配合物对外消旋青霉胺( d l - h 2 p e n ) 的拆分。通过 引入单手性的大环镍配合物作为拆分剂，在弱碱性条件下得到了通过氢键连接的 具有一维通道的三维网络，结果表明单手性的大环镍配合物在弱碱性条件下能对 外消旋青霉胺进行有效的拆分。有趣的是，当引入外消旋的大环镍配合物时，与 外消旋的青霉胺发生了自发拆分。 第三章研究了不同外部条件对大环镍配合物与脯氨酸拆分的影响和规律。在 弱酸性的纯乙腈中，单手性的脯氨酸( d l - h p r o ) 可以对外消旋大环镍配合物进行 有效拆分，反过来，单手性大环镍配合物则不能拆分外消旋脯氨酸；在乙腈水 的混合溶剂中，拆分效果则下降，说明拆分效果与溶剂的选择有密切关系；另一 方面，碱的加入会破环拆分效果。所得到的配合物都靠典型的氢键相连，形成螺 旋链或者z 字型链。 第四章主要研究了孔酪氨酸( 苯环对位羟基化：考察羟基对拆分的影响) 对外消旋大环镍配合物的拆分与组装规律。得到的产物稍有不同，而且由于酪氨 酸的溶解性稍差，极易析出，拆分效果不如苯丙氨酸好，酚羟基的引入导致新螺 旋结构的产生 第五章整理了口氨基酸( 精氨酸，天冬氨酸，缬氨酸，谷氨酸) 和伊氨基酸( 3 氨基丁酸，3 氨基丙酸) 等的拆分。这些氨基酸由于溶解性、本身酸碱性和r 基团 的差异等原因，拆分情况不如青霉胺、苯丙氨酸、亮氨酸和脯氨酸等。 第六章对整个论文工作进行了简要的总结。 关键词：大环镍配合物，氨基酸，自组装，螺旋，手性拆分 t h ec h i r a lr e s o l u t i o no fm a c r o c y c l i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e x a n da m i n oa c i d s m a j o r ： i n o r g a n i cc h e m i s t r y n a m e ：h u a n y o n gl i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rt o n g b u l u a b s t r a c t t h ec h i r a lr e s o l u t i o no fr a c e m i ca m i n oa c i d sb yt h ec h i r a ln i c k e l ( i i ) m a e r o c y c l i c c o m p l e x e s ，a sw e l l 褐t h ec h i r a lr e s o l u t i o no f t h er a c e m i cn i c k e l ( i i ) m a c r o e y c l i c c o m p l e xb yc h i r a la m i n oa c i d s ，s u c h 鼬p r o l i n ea n dt y r o s i n e ，w e r ei n v e s t i g a t e di nt h i s t h e s i s i tc o n s i s t so ft h ef o l l o w i n gs i xc h a p t e r s i nc h a p t e r1 ，t h es u r v e yo fc u r r e n ts t u d i e so fm a c r o c y c l i cm e t a lc o m p l e x e sa n d t h ec o n s t r u c t i o n so fh e l i c a lc o o r d i n a t i o np o l y m e r s ，丛w e l la se f f e c t i v em e t h o d so f c h i r a lr e s o l u t i o n , w e r ei n t r o d u c e d i nc h a p t e r2 ，t h ec h i r a lr e s o l u t i o no fr a c e m i ch 2 p e n ( p e n i c i l l a m i n e ) b yt h ec h i r a l n i c k e l ( i i ) m a c r o c y c l i cc o m p l e x e sw a s s t u d i e d t h er e a c t i o n so fr a c e m i cp e n i c i l l a m i n e 、 五mt h ec h i r a ln i c k e l ( i i ) c o m p l e x e si na c e t o n i t r i l e w a t e rg a v et w o3 dn e t w o r k 、耐l idt u b e t h r o u g hh y d r o g e nb o n d s t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h e r a c e m i c p e n i c i l l a m i n cc a nb es u c c e s s f u l l yr e s o l v e db yt h ec h i r a ln i c k e l ( 1 i ) m a c r o c y c l i c c o m p l e x e s s p o n t a n e o u sr e s o l u t i o n o c c u r sw h e nw eu s e d n i ( a - r a c l ) ( c 1 0 4 h i n s t e a do ft h ec h i r a ln i c k e l ( i i ) c o m p l e x e s i nc h a p t e r3 ，t h ec h i r a lr e s o l u t i o no fm a c r o c y c l i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e x e sw i t hh p r o ( p r o l i n e ) u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n sw a si n v e s t i g a t e d t h ec h i r a ir e s o l u t i o no ft h e r a c e m i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e x n i ( a - r a c - l ) 2 + w i t hd - h p r ou n d e rw e a ka c i d i c c o n d i t i o ni ss i m i l a rt ot h a to ft h en i ( a - r a c - l ) 2 + w i t hd - p h e t h ee f f e c to fc h i r a l r e s o l u t i o ni ss t r o n g l yi n f l u e n c e db yt h es o l v e n tw eu s e w h e nw ec h a n g et h ep hv a l u e 哪 f r o ma c i d i ct ob a s i cc o n d i t i o n , t h ec h i r a lr e s o l u t i o ni sd e s t o r i e d t h eo b t a i n e d c o m p l e xu n i t sa r el i n k e db yi n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e n - b o n d i n gi n t e r a c t i o n st of o r m h e l i c a lc h a i n so rz - t y p ec h a i n s t h i sd e m o n s t r a t e st h a tw ec a ns u c c e s s f u l l ys e p a r a t e r a c e m i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e xa n d p r o l i n et h r o u g hc o n t r o l l i n ge n v i r o n m e n tc o n d i t i o n s i nc h a p t e r4 ，t h ec h i r a lr e s o l u t i o no ft h er a c e m i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e x n i ( a - r a c - l ) 2 + w i t ha t t y rf f y r = t y r o s i n e ) w a si n v e s t i g a t e dt oc o m p a r ew i t hd l - p h e t h e c h i r a lr e s o l u t i o ni ss i m i l a rt ot h a to ft h e n i ( a - r a c l ) 】2 + w i t hd l - p h eu n d e rw e a k b a s i cc o n d i t i o n , a n dt h eh e l i c a ln a t u r es t i l lh o l d so nl i n e b u tt h ee f f e c to fc h i r a l r e s o l u t i o ni sr e s t r i c t e db yt h es o l u b i l i t yo ft y r o s i n e w en e a t e n e dt h ee v o l u t i o no fc h i r a lr e s o l u t i o nb a s e do no t h e r 口a m i n oa c i d s ( a r g i n i n e ，a l a n i n e ，a s p a r t i ca c i d ，v a l i n e ，g l u t a m i ca c i d ) a n df l - a m i n oa c i d s ( 3 - a m i n ob u t y r i ca c i d ，f l - a l a n i n e ) i nc h a p t e rf i v e ，b u tt h ee f f e c ti sn o tv e r yw e l la n d f u r t h e rw o r ki sg o i n go n i nc h a p t e r6 ，ab r i e fc o n c l u s i o no ft h ew o r k w a sg i v e n k e y w o r d s ：m a c r o c y c l i cn i c k e l ( i i ) c o m p l e x e s ，a m i n oa c i d ，s e l f - a s s e m b l y , h e l i c i t y ， i v 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下 完成的成果，该成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识 产权法保护在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专 利，均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以 任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本 人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名教够 日期：矿夕年6 月多日 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引 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 撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 蝴 日期：o年石月3 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构 送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目 的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以 采用复印、缩印或其他方法保存学位论文 论文作者签名：匐眵 导师签名：彳1 气钾 日期：矿p 年6 月 3 日 日期：7 年片 日 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 大环金属配合物的研究进展 首个含氮大环配体在2 0 世纪7 0 年代由j m l e h n 合成【l l ，目前为止在这个 领域上已进行了三十余年的研究。随着大环领域的发展，通过调节大环配体空腔 的大小、配位原子种类和数目，成功实现了对大环配体与配位金属离子的配位能 力和配位构型的调节，改变了金属离子本身在动力学与热力学上的性质，使其在 理论和实际应用中具有研究意义f 2 3 】。 1 1 1 大环金属配合物的应用与研究意义 1 1 1 1 生物酶的模拟 大环金属配合物具有金属中心结构，这与生物体内许多金属酶的金属活性中 心非常相似【4 1 。因此，它为我们提供了大量人工模拟天然酶活性中心的模型，对 其结构与功能的研究，将有助于我们更深地了解金属酶的催化机理【袖 5 】( 如植物的 光合作用、哺乳动物和其它呼吸系统的携氧作用等) 。通过研究大环配体与金属 离子的化学行为来模拟生物体系，极大地推动了生物领域的发展。 1 1 1 2 分子识别 大环金属配合物在分子识别方面有特殊的功能，是主客体化学的重要研究内 容，并能广泛用作反应中间体、催化剂等1 6 l 。 所谓分子识别是指主体( 受体) 对客体( 底物) 选择性结合并产生某种特定功能 的过程。它不依赖于传统的共价键力，而是依赖于非共价键力的分子间作用力， 如范德华力、疏水相互作用和氢键等。主客体之间的识别作用是多种因素之间竞 争的最终结果，这些因素除了立体( 形状和尺寸) 匹配、静电、氢键和疏水作用之 外，还包括离子的水合能、主体的酸碱性和溶解性等【射。分子识别可以简单的分 为阳离子识别【9 l 、阴离子识别【1o 】和手性识别f l i 】等，其中手性分子的识别是手性拆 分的基础。 1 1 1 3 催化 第1 章绪论 大环化合物的催化【6 , 1 2 - 1 4 】功效主要是依靠初始阶段对底物分子的识别，它不 仅可以催化小分子反应，而且对生命活动中起着信息传递和转录的氨基酸、多肽、 核苷酸等的识别催化方面也有独特的性能。本课题组发现氮杂穴醚双核锌金属配 合物能固定和转化空气中的c 0 2 ，得到碳酸单酯【1 铡，大环双核铜配合物在室温 下对乙腈的碳碳键有活化断裂的作用，生成氰根桥联的双核铜配合物f 1 4 b ，但是 催化剂循环利用率则与识别强弱等有很大的关系。 重1 2 金属氮杂大环配合物的种类与合成 氮杂大环配体与金属配合物因其优越的热力学稳定性和动力学上的惰性等 特点，使其在理论研究和实际应用中，都具有较好的研究前景，因而得以较快的 发展【1 5 】。 通过希夫碱缩合合成是目前合成氮杂大环最常用的方法。希夫碱型大环化合 物的一般合成法有：1 ) 非模板合成法，这是合成希夫碱大环配体的最直接的方法； 2 1 低温或高度稀释法，是大环合成中应用得较多的合成技术，可尽量减少线形聚 合物的生成，有利于形成大环化合物【1 6 1 ；3 ) 模板合成法，用金属离子促进关环反 应，引导成环，稳定大环的生成。氮杂环配体种类多样，有常见的含氮杂环普通 胺类大环( 开环和闭环) ，希夫碱大环( 开环和闭环，对称和不对称，穴状和隔室) ， 将环与环以不同方式和数目连接起来的大环( 联环，并环和索套环) ，将环与其他 功能基团连接起来的大环( 悬臂环，支化环) 【1 7 1 。 其他合成大环金属配合物的方法有：直接法，用于容易成环的大环配体；金 属置换法，利用不同金属与配体配位的明显差别，进行金属置换【1 8 a l ；模板法【1 踟l ， 大环配体不容易成环，改用模板法合成大环金属配合物，金属离子起了模板作用， 但这类金属氮杂环在金属离子去除后配体也不复存在。 近几十年来，大环化合物的合成方法和手段不断改进，通过改变大环配体的 类型，复合各种功能基团，得到了各种功能不同的大环配体【1 8 b 。由于这些配体 能提供众多配位位置或键合部位等，决定了他们对小分子的选择性识别，从而使 其性质各异，各具功斛1 9 1 。 本文中所使用的大环是通过高度稀释法，首先合成希夫碱，进而用硼氢化钠 还原得到的含氮杂环，研究重点在于氨基酸类化合物与大环配合物手性识别过程 中，氢键的方向性、饱和性以及强弱诱导的手性拆分，与轴向配位不同，顺式配 2 第1 章绪论 位不仅有利于手性分子的识别与拆分，而且有助于构筑螺旋链和高维数配合物的 构筑。 1 2 螺旋配合物的有效构筑 1 2 1 螺旋的存在及其意义 螺旋是自然界普遍存在的一种形式，螺旋性可在各种各样的生物学体系中观 察到【2 蚴，因为生物体本身存在手性组成部分，例如牵牛花、海螺、螺旋藻等。 螺旋最重要的特征就是左、右手螺旋呈现一种不恒等的镜像关系。例如，d n a 为具有双螺旋结构的生物小分子，核酸即是由两条反向平行的多核苷酸围绕同一 中心轴构成的双螺旋结构【2 。设计螺旋配合物或者配位聚合物是目前一个受人关 注的研究课题，因为螺旋配合物表现出优良的磁、光、电和稳定性1 7 1 在不对称 催化、选择性分离和光学活性方面的应用也被广泛研究，因而研究螺旋结构的配，。 合物具有特殊的理论和实际意义1 2 5 1 。迄今为止，科学家们已经制备了大量单、双、 三、四重等螺旋结构 2 2 2 4 1 。 1 2 2 构筑螺旋结构的作用力 在组装螺旋结构过程中，各种键合和非键合作用力至关重要【2 6 】。主要包括： 配位键【2 7 1 、氢键【2 引、氮氕堆积作用【捌、金属间的弱作用0 0 l 等。本文构筑螺旋链 主要是利用分子间的氢键相互作用。以下简要介绍下氢键相互作用在螺旋链构筑 中的作用。 本课题组【2 】利用单手性苯丙氨酸d - p h e 拆分外消旋大环镍配合物，成功制 备了多个氢键构筑的螺旋配合物，在配合物 n i ( s s - l x i - p h e ) + 中， n i ( s s - l ) 2 + 与 l - p h e 能够通过氢键作用沿4 l 螺旋轴聚合成一维的右手螺旋链( 图1 1 ) ，这个 氢键作用是由冲h c 上未配位的氧原子与相邻大环l 上的二级胺产生的( 二级胺 是氢键给体，氧原子是氢键受体) 。 第1 秆绪论 缓镳 瑙妒 。和 n i 3 ( r r l ) 3 ( - p h e ) 2 ( c 1 0 4 ) 4 n 与 n i 3 ( s s - l ) 3 ( d - p h e h ( c 1 0 4 ) 4 n ，即在弱碱性条件 下实现了对外消旋大环镍配合物的拆分，用h c l 0 4 脱去苯丙氨酸后得到单手性的 大环镍配合物 n i ( w s s - l ) i ( c 1 0 4 ：h 和 n i ( a - r r - l ) ( e 1 0 4 h 。制备得到的单手性的大 环化合物为进一步拆分外消旋有机化合物提供了很好的拆分剂，而且利用这些手 性元可以用来构筑多种螺旋结构和手性框架。 本章中，我们利用制备得到的单手性大环镍配合物作为拆分剂，拆分外消旋 青霉胺h 2 p e n 。实验结果表明，在弱碱性的条件下，青霉胺作为一个连接基团通 过巯基的原位氧化连接两个同手性的大环，与相邻的两个二聚体形成l d 螺旋链， 有趣的是，这些同手性的一维螺旋链进一步与相邻的螺旋链通过氢键相连，形成 具有一维通道的三维蜂窝状网络。当用外消旋的大环镍配合物取代单手性大环镍 配合物时，则发生自发拆分现象。虽然在之前的工作【1 j 中已经发现自发拆分现象， 但是通过氢键形成的新颖手性三维网络仍然比较少见。我们对互为对映异构体的 配合物 n i ( f - s s - l ) i z ( i - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 1 ) 和 n i o f - p o - l ) 2 ( d - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 2 ) 进 行了e a 、i r 、c d 光谱和x r a y 单晶衍射等表征： 2 2 实验部分 2 2 1 实验试剂及仪器 实验所需的原料、试剂和仪器型号见附录一 2 2 2 配合物的制备 第2 章单手性镍大环对外消旋青霉胺的拆分与组装研究 n i ( - s s - l ) h ( i - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 1 ) 的制备： 将裤青霉胺( 1 5m g ，o 1m m 0 1 ) 和n a o h ( 4m g ，0 1m m 0 1 ) 溶于o 5m l 的水 中，然后与含有 n i ( c t - s s - l ) ( c 1 0 4 h ( 5 4m g ，o 1r e t 0 0 1 ) 的5m l 乙腈溶液混合，过 滤后得蓝色溶液，缓慢挥发得到蓝紫色晶体 n i ( f - s s - l ) 2 ( 1 - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 1 ) 。 元素分析c 4 6 h 1 0 2 n 1 2 c 1 2 0 1 5 n i 2 s 2 ( 1 ( h 2 0 ) 3 ( c h 3 c n ) 2 ) 理论值：c ，4 1 9 9 ；h ，7 8 1 ；n ， 1 2 7 7 。测定值：c ，4 1 8 3 ；h ，7 2 1 ；n ，1 2 4 2 红外光谱( k b r 压片，c m 。) ：3 4 4 6 ( s ) ， 2 9 5 7 ( s ) ，1 6 0 7 ( v s ) ，1 3 7 1 ( w ) ，1 2 7 9 ( w ) ，1 0 9 9 ( s ) ，8 2 1 ( m ) ，6 2 4 ( s ) 。 n i ( f - r r - l ) 2 ( d - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) z ( 2 ) 的制备： 将以青霉胺( 1 5m g ，o im m 0 1 ) 和n a o h ( 4m g ，0 1m m 0 1 ) 溶于o 5m l 的水 中，然后与含有 n i ( a - r r l ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 5 4m g ，o 1m m 0 1 ) f 约5m l 乙腈溶液混合，过 滤后得蓝色溶液，挥发得到蓝紫色晶体 n i o r - r r - l ) 2 ( d - p e n d s ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 2 ) 。元素 分析c 4 6 h 1 0 4 n 1 2 c 1 2 0 1 6 n i 2 s 2 ( 2 ( 1 - 1 2 0 ) 4 ( c h 3 c n h ) 理论值：c ，4 1 4 2 ；h ，7 8 6 ；n ， 1 2 6 0 f o u n d ：c ，4 1 1 2 ；h ，6 9 4 ；n ，1 2 9 5 红外光谱( k b r 压片，e m 1 ) ：3 4 3 3 ( m ) ， 2 9 7 0 ( s ) ，16 0 6 ( m ) ，138 5 ( w ) ，12 4 4 ( w ) ，l12 0 ( s ) ，8 35 ( w ) ，6 2 5 ( s ) 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 单晶结构测定 单晶衍射测定相关处理细节见附录，配合物1 - 2 的晶体结构参数、选择性键长 键角见附录二。 2 3 2 晶体结构 单晶x 射线分析表明配合物1 和配合物2 为对映异构体( 图2 1 ) ，分别结晶 在p 3 2 2 i 和p 3 1 2 l 空问群，绝对构型参数f l a c k 值为0 0 1 ( 6 ) 和0 0 4 ( 7 ) 。在配合物 l 中，两+ n i ( f - s s - l ) 2 + 通过1 - p e n d s 2 。作为桥连基团相连而形成二聚体( 图2 1 ) ， 其中s s 键长2 0 4 7 ( 5 ) a 和二面角8 5 6 8 ( 8 ) o ，与已报道的值符合的很好【2 ，3 】。而 在配合物2 中，s s 键长为2 0 5 4 ( 7 ) a ，二面角为8 5 9 6 ( 4 ) o 。在每个阳离子中， n i ( 1 1 ) 离子与折叠构型的大环l 上的四个氮原子、l - p e n d s 2 上的羧基上的一个氧原 子和氨基氦原子顺式配位，形成一个稍有畸变的八面体几何构型。大环配体l 的 1 6 第2 乖单于性罐大耳对外消旋青霉胺的拆分- j 灿装研r 手性碳分别采取咧配合物1 ) 皿矗( 配合物2 ) 构型。在每个配合物中，n i - n 键长都 稍长于n i o 键长( 见附录二) 。 图2 - l ：i ( 左) 与2 ( 右) 中的一对对映异构体阳离子： n i ( f - s s - l ) 2 ( 1 - p e n d s ) 2 + 和 n i f f i r r - l ) j 2 ( d - p e n d s ) “ 有趣的是，在配合物1 中， n i ( f - s s - l ) 2 ( i - p e n d s ) 2 + 二策体通过青霉胺中未 配位的羧基氧原子与相邻二聚伴的大环f 硒3 - l 上的二级胺之间的分子间氢键相 连( 图2 - 2 ) ，三个相邻的二聚体沿着3 2 轴形成左手螺旋链，螺距为1 7 8a 偶2 - 3 1 。 相似的氢键相互作用在配合物2 中也存在，形成沿着3 ，轴的螺旋性相反的右手 螺旋链( 图2 _ 4 ) 。 陶2 - 2 配台物l 中- p c n d 一束配位的羧基氧琢子与相邻大环f 鼢l 上的二级胺柏分子闻氢键相 互作删( 左) ，和沿着3 2 轴的顶视图( 古) 。 幽2 - 3 配台物1 中由三个相邻二聚体之间的氢键构筑的一维左手螺旋链 零萋 ：融罐霉 h x ? 。心溅挚 一* 管。、 鹕2 乖单丁性镍 埘蚪消旋青露胺的拆n o m 裟w 兜 攀 凹2 4 配台物2 中由二个相邻聚体之间的氢键构筑的维手螭旋链 5 ( a ) 1 ( 壳) 和2 ( i j ) 的堆积幽，表现出具有维管道的一维蜂窝状网络框架( b ) 1 中 维右手螺旋孔道( 左) 和2 中维左手螺旋孔道的侧视幽 篇镶善 第2 章单千性镰大虾对扑消旌青稼胺的拆分，目l 装研究 配合物1 中未参与这条螺旋链构筑而通过二硫键挂在外侧的n i s s - l ) 2 + 则 靠相同的分子间氢键相互作用形成另外三条螺旋链，印每备螺旋链都通过二硫键 与邻近的三条同手性螺旋链相连，形成个新颖的、具有维管状通道的三维蜂 窝状的单手性氢键网络框架( 图2 - 5 a 左) ( 微孔大小为i o9a l o 9a ) ，由 p l a t o n d q 计算得到的的空洞率为3 20 。配台物2 也有相似的连接方式，并且形 成具有相反手性的氢键网络框架( 图2 5 a 右) 。 圈2 ( a ) 配合物i 的右手烈重螺旋链中，一个一聚体中l 雌i l d f 的两个来配任的援基氧与两 个相部的 【n l ( ，= 蹄l ) 】2 旺巾e n d s ) ) ”二聚体的四个一缓胺之间的氢键相互作网( b ) 沿着c 鼽 的一维山手螺旋链。 沿着l 的一维管状通道，我们发现一个二聚体中的两个未配位的羧基氧分别 和两个相邻大环上的四个二级胺存在典型的氢键相互作用( 图2 6 a 和b ) ，而且 i n i ( f - s s - l ) 2 ( - p e n d s ) 2 + 二聚体通过上述的氧键相互作用形成沿管道壁的一维右 手螺旋链，与之相反，在2 中则是左手二重螺旋链。由于这些微孔为疏水性空腔 ( 图2 7 ) ，其中填充的溶剂分子极易在室温下失去，这是导致晶体质量不高的原 因，溶剂分子严重无序，不能确定，所以我们用s q u e e z e t 5 1 程序去除不能确定的 衍射电子密度。 圈2 - 7 1 的琉水空腔 第2 章荤手性镍大环对外消旋青霉胺的拆分与组装研究 2 4 c d 光谱分析 c d 光谱分析印证了配合物l 和2 的的手性特征( 如图2 8 a 所示) ，晶体l 的水溶液在2 2 0 n m 处为负的c o t t o n 效应，在2 4 3n m 处表现为正的c o t t o n 效应 2 则在相同的波长处表现出相反的c d 信号( 相反的c o i l o n 效应) 。从外消旋混 台物中随机拂出的单晶显示与i 或2 相似的圆二色信号( 图2 - 8 b ) ，表明外消旋 i n i ( c r a c l ) ( c i o 如与外消旋青霉胺反应发生了自发拆分现象得到了外消旋混 合物。 为了说明大环配合物与青霉胺之间手性识别是在结晶过程中的识别还是溶 液中的识别，我们研究其他们在乙腈溶液中的c d 光谱的变化( 图2 - 8 c ) ，发现 在含有配合物1 的乙腈溶液中加入d - p e n 。镍离子的栅跃迁( 6 6 5r i m ) 所产生 的c d 光谱强度下降，说明青霉胺与大环之间的手性识别是发生在结晶过程中而 不是溶液。 阿2 8 ( a ) l ( 黑色) a n d2 ( 红色) 在水 液c d 光谱圈：( 坼从外消旋混合物中随机挑i u 的1 1 个 单晶所测得到的水 ；莩液c d 光谱幽：( c ) d - 青霉胺加入厉c d 光谱的变化 “ 一j-；8 第2 章单手性镍大环对外消旋青霉胺的拆分与组装研究 2 5 小结( 单手性大环镍配合物对外消旋青霉胺的拆分) 获得光学纯的手性化合物，无论对于化学、生物或者药学都是非常重要的， 手性化合物的拆分研究已经成为科学研究和很多高科技新产品开发的焦点。我们 通过引入简单易得的单手性大环镍配合物，利用非对映异构体拆分和自发拆分原 理，成功的对外消旋青霉胺拆分，为拆分外消旋化合物提供了一种新的拆分剂。 参考文献 n i ( o e - - r a c - l ) 2 + 1 g c o u , l j i a n g , x l f e n g , t b l u ，l n o r g c h e m ，2 0 0 8 ，4 7 , 2 7 1 0 - 2 7 1 8 2 ( a ) d r l e c a v a l i e ra n dj c c r a w h a l l ，zr h e u m ，1 9 8 1 ，8 ，2 0 ；( b ) f p l a n a s - b o l m e , j = r h e m , z ，1 9 8 1 ，8 ，3 5 3 ( a ) m s h i o t s u k a , h k o u m u r a , y s u w a k i ，m a s a i ，h t a t e m i t s u , t o z a w aa n dh m a s u d a , t r a m m e t c h 删2 0 0 9 ，3 4 ，3 5 3 ；( b ) r h o r i k o s h i ，t m o c h i d a , c o o r d c h 绷r e v ，2 0 0 6 , 2 5 0 ，2 5 9 5 ；嗡s l t o h , m n a g a g a w a , a n ds f u k u z u m i , j a m c h e m o c ，2 0 0 1 ，1 2 3 ，4 0 8 7 ； ( d ) j a t h i c h ，d m a s t r o p a o l o ，j p o t e n z a , a n dh j s c h u g a r ，j = a m c h e m 溉，1 9 7 4 ，甄 7 2 6 4 a l s p e k , za p p l c r y s t a l l o g r 。2 0 0 3 ，3 6 , 7 5 ev ：d s l u i sa n da l s p e k , a c t ac r y s t a l l o g rs e c t 彳，1 9 9 0 , 4 6 , 1 9 4 ；i m p l e m e n t e da st h e s q u e e z ep r o c e d u r ei np l a t o n ，am u l t i p u r p o s ec r y s t a l l o g r a p h i c 伽i ，e d a l s p e k , u t r e c h tu n i v e r s i t y , u t r e c h t , t h en e t h e r l a n d s 1 9 9 8 2 1 第3 章不同外部条件对大环镍配合物0 脯氨酸拆分的影响 第3 章不同外部条件对大环镍配合物与脯 氨酸拆分的影响 3 1 引言 合理的调控、改变外部条件对分子的识别( 包括手性识别) 有显著的影响。改 变分子内的构象位阻，调节分子内间弱相互作用是合理调控外部条件的主要目 的。分子内或分子间氢键相互作用是常见的弱相互作用之一，由于氢键具有方向 性，饱和性，因而由氢键形成的结构也会由于外部条件的改变而发生显著的变化。 基于先前对苯丙氨酸【l 】、青霉胺等的研究，本章中，我们研究了脯氨酸与大 环镍配合物的拆分，主要是基于以下几点：( 1 ) 脯氨酸是构成蛋白质组分的2 0 种氨基酸中唯一一个氨基为二级胺的氨基酸，这种特殊的结构有可能导致氮原子 提供氢键的能力不同；( 2 ) 独特的五元环结构使得他的二面角保持在- 7 5 。左右， 脯氨酸更具刚性，相对于其他氨基酸构象更为独特；( 3 ) 脯氨酸经常作为c b s 还 原，m i c h a e l 加成和a l d o l 反应等的不对称催化剂1 2 1 ，这使得脯氨酸的拆分更具 实际意义；( 4 ) 五元环上的氮原子质子化后是一个很好的氢键给体，有助于有趣 结构的产生。实验发现：在弱酸性的乙腈中，单手性大环镍配合物可以有效的对 外消旋脯氨酸进行拆分；在乙腈水的混合溶剂中拆分效果下降；而在乙腈溶剂 中，单手性脯氨酸对外消旋大环镍配合物不能拆分( 不能结晶) ，在乙腈水的混 合溶剂中则可以；另一方面，碱的加入会破环拆分效果。对所得到的化合物用 e a ，i r ，c d 光谱，x r a y 单晶衍射等进行表征。得到的化合物如下： n i ( f - s s - l ) ( d - h p r o ) ( c 1 0 0 2 ( h 2 0 ) ( 3 ) n i ( f - s s - l ) ( 1 - h p r o ) l ( c 1 0 4 ) 2 ( i i 2 0 ) 4 ( 4 ) n i ( f - r r - l ) ( 1 - h p r o ) l ( c 1 0 4 ) 2 ( h 2 0 ) ( 5 )i n i ( f - r r l ) ( d - h p r o ) ( c 1 0 4 ) 2 ( h 2 0 ) 4 ( 6 ) n i ( f - r a c - l ) ( d l - h p r o ) l ( c 1 0 4 ) 2 ( 7 ) n i ( f - r a c - l ) ( d l - h p r o ) ( c 1 0 4 ) 2 ( h 2 0 ) ( 8 ) n i ( f - s s - l ) ( i - h p r o ) ( c 1 0 0 2 ( c h 3 c n ) z o ) n i ( f - r r l x d - h p r o ) ( c 1 0 0 2 ( c h 3 c n ) 2 ( 1 0 ) n i ( f - r a c - l ) ( d l - h p r o ) ( c f 3 s o 如( h 2 0 ) 2 5 ( 1 1 ) n i ( f - r - l ) z ( 1 - h p r o ) ( 1 - p r o ) ( c l 0 0 3 ( h 2 0 ) 3 ( 1 2 ) 第3 章不同外部条件对大环镍配合物与脯氨酸拆分的影响 n i ( f - r a c - l ) 2 ( d - h p r o x d - p r o ) ( c 1 0 4 ) 3 ( h 2 0 ) 3 ( 1 3 ) n i ( f - r a c - l ) 1 2 ( c 0 3 ) o t 2 0 ) 1 ( c ! 0 4 ) 2 0 4 ) l n i ( f - r a c - l ) 2 ( c 0 3 ) ( h 2 0 ) ( c 1 0 4 ) z ( c h c l 3 ) 3 0 5 ) n i ( f - r a c - l ) 3 ( c 0 3 l h 5 l ( c j 0 4 ) 3 帆o ) 2 5 ( 1 6 ) n i ( f - r a c - l ) z ( c 0 3 ) o t 2 0 ) l ( c 1 0 0 2 ( h z o ) 2 ( 1 7 ) 3 2 实验部分 3 2 1 实验试剂及仪器 实验所需试剂与仪器见附录一。 3 2 2 配合物的制备 【n i 伊姊l ) ( - h p r o ) ( c 1 0 4 h ( h 2 0 ) 4 ( 3 ) 和 n i ( f - s $ - l ) ( d - h p r o ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 1 1 2 0 ) ( 4 ) 的制备： 含有 n i ( a - s s - l ) ( c 1 0 4 ) 2 ( 5 4m g ，o 1m m 0 1 ) 的乙腈溶液5m l ，加入到含有d - h p r o ( 1 2m g ，0 1r e t 0 0 1 ) 的lm l 水溶液中，过滤后的溶液缓慢挥发得到蓝色的块状晶体 【n i ( f - s s - l ) ( d - h p r o ) l ( c 1 0 4 ) 2 ( h 2 0 ) ( 3 ) ( 产率4 2 ) ，过滤后的溶液继续挥发得到另外 一种蓝色晶体【n i ( f - s s - l ) ( i - h p r o ) ( c 1 0 4 ) e ( h 2 0 ) 4 ( 4 ) ( 产率2 7 ) 。元素分析 n i c 2 1 h 4 7 n s o ii c h ：【3 ( h 2 0 ) c ，3 7 3 5 ；h ，7 0 2 ；n ，10 3 7 测定值：c ，3 7 0 6 ；h ，7 0 5 ； n ，1 0 2 9 i r ( k b r , c m q ) ：3 5 8 7 ( m ) ，3 4 6 5 ( m ) ，3 2 6 3 ( 0 ，3 1 4 6 ( w ) ，2 9 7 3 ( 0 ，1 5 9 7 ( s ) ， 1 4 4 3 ( m ) ，1 3 8 8 ( m ) ，1 3 4 4 ( m ) ，1 2 7 1 ( i n ) ，1 0 9 0 ( v 0 ，9 7 5 ( m ) ，6 2 5 ( 0 。n i c 2 1 h 5 3 n 5 0 1 4 c 1 2 【4 ( h 2 0 ) 4 】：理论值：c ，3 4 5 9 ；h ，7 3 2 ；n ，9 6 0 测定值：c ，3 4 7 0 ；h ，7 3 1 ；n ，9 6 3 i r ( k b r ，c m l ) ：3 4 4 s ( w ) ，3 2 6 2 ( 0 ，316 6 ( m ) ，2 9 7 3 ( 0 ，16 0 0 ( 0 ，1 4 5 8 ( 0 ，13 9 2 ( m ) ， 1 3 4 3 ( m ) ，1 2 7 1 ( w ) ，1 0 9 2 ( v 0 ，8 2 1 ( m ) ，6 2 5 ( 0 。 n i ( f - r r - l ) ( d - h p r o ) ( c 1 0 4 h ( h 2 0 ) 4 圆和 n i ( f i r r l ) ( 1 - h p r o ) l ( c 1 0 4 h 帆o ) ( 6 ) 的制各： 含有 n i ( a - r r l ) ( c 1 0 4 h ( 5 4m g ，0 1m m 0 1 ) 的5m l 乙腈溶液，加入到含有d - h p m ( 1 2n a g ，o 1m m 0 1 ) 的lm l 水溶液中，过滤后的溶液缓慢挥发得到蓝色的块状晶体 【n i 俨r r l ) ( d - h p r o ) ( c