（无机化学专业论文）瓜环6与含咪唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物活性研究.pdf

摘要 摘要 瓜环( e u c u r b i te n u r i l ，n = 4 1 2 ) ，又称葫芦脲，是超分子化学中 继环糊精( c y c l o d e x t r i n ) 、冠醚( c r o w ne t h e r ) 及杯芳烃( ( c a l i x a r e n e ) 之后发展起来的一类新型高度对称的桶状大环分子。瓜环c b 6 无可争议 是瓜环家族的代表，它是由六个甘脲组成的大环分子，具有疏水的内部 空腔及由环绕的羰基氧原子组成的端口。结构上的特征使得瓜环区别于 其它的超分子主体分子，并使得它能够通过疏水作用、氢键、离子一偶极 等键合作用键合多种有机阳离子，通过与金属配位形成金属配合物。随 着超分子化学的兴起，瓜环化学在近年来已成为超分子科学中的一朵奇 葩，在超分子催化、超分子组装、分子识别、离子通道、超分子生物学、 纳米科学、超分子药物学等领域展现出广泛而诱人的应用前景。业已发 表了许多有关瓜环识别脂肪胺、末端吡啶基取代的脂肪胺、瓜环与这些 分子作用，形成准轮烷、轮烷、准聚轮烷、聚轮烷、分子机器、分子项 链等等超分子组装体的研究，但有瓜环识别咪唑类的客体分子仍未见报 道。 本文主要以瓜环c b 6 为主体分子，以末端咪唑取代脂肪烷烃为客体 分子作为研究对象展开。在水溶液中进行分子组装制备了系列新型准轮 烷分子，对它们的结构进行了表征，并研究了它们的生物活性。本文的 研究内容主要如下： 1 本文合成了一系列的含咪唑基的客体分子，包括l ，3 一二咪唑基丙 烷( b i b p 3 ) 、1 ，4 一二咪唑基丁烷( b i 船) 、l ，5 一二咪唑基戊烷( b i m p 5 ) 、 1 ，6 一二眯唑基己烷( b i 删) 、n ，n ，_ 二( 4 一甲基咪唑基) 一1 ，6 - - 己二胺 ( b m m h a ) 。用元素分析、核磁共振、质谱等对其结构进行了表征。 2 在水溶液中，通过客体分子与瓜环c b 6 反应制备了系列新型 准轮烷分子，包括：c b 6 b i i p 3 、c be 6 b i 硒、c b 6 b i m p 5 、c b 6 b i 姗、 c b 6 b m i m h a 。用元素分析、核磁共振、电喷雾质谱、x 一单晶衍射等手 段进行了表征。为进一步组装如分子项链、金属配位聚轮烷等更为高级 新奇的超分子聚集体打下极好的基础。并用核磁共振研究了它们溶液中 的状态。探讨了瓜环对咪唑基客体分子化学位移的影响，科学合理地给 瓜环与含咪唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物活性研究 出了相应的位移数据。 3 制各了不同无机酸盐的c b 6 b i 姗准轮烷分子，用x 一单晶衍射 的手段探讨了该准轮烷分子的自组装及不周的无机酸阴离子对准轮烷分 子组装的影响。发现了由非共价兀仃作用连接的准聚轮烷。用电喷雾质 谱证明了该类型准轮烷分子在溶液中及气相中能以双电荷离子及单电荷 离子稳定存在。透射电子显微镜形貌分析发现，该结构形成了具有纳米 结构的直径为2 5 - - 4 0f u l l 的纳米管和纳米线。 4 对准轮烷分子c b 6 b i m h 的生物活性通过硅胶电泳分析进行了 研究。发现在生理条件下，该准轮烷分子可以高效地断裂超螺旋双链 d n a 分子。通过荧光光谱、d n a 热变性、晶体结构、高分辨质谱结构 分析、分子模拟以及模型底物b d n p p 水解等实验，探讨了d n a 断裂模 式，表明其断裂属于水解切割机理。在这个机理中，主体瓜环c b 6 与 客体分子b i m h 共同协作使得d n a 切割得以进行，质子化的咪唑基团 通过氢键静电作用与d n a 的磷酸负阴离子结合，而后瓜环充当路易斯碱 的角色通过氢键作用活化水分子，使其亲核性变强去进攻d n a 的磷原子 使d n a 得以断裂。这是首例应用超分子组装原理，将两个没有生物活性 的小分子进行组装，并获得的水解型核酸切割试剂。需要指出，这同时 也是一种极具生物医学应用前景的、不含金属离子的水解型核酸切割试 剂。 关键词：瓜环；准轮烷；超分子化学；自组装；核酸切割试剂； 切割机理 摘要 a b s t r a c t c u c u r b i t n u r i l ( n = 4 - - 1 2 ) i san o v e lc l a s so fm a c r o c y c l i cm o l e c u l e sw i t h h i 曲l ys y m m e t r i c a ld r u m si nt h ed e v e l o p m e n to fs u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y a f t e rt h e c y c l o d e x t f i n , c r o w n e t h e r sa n dc a l i x a r e n e s c u c u r b i t 6 u r i l ， a b b r e v i a t e da sc b 6 ，i st h ei n c o n t r o v e r t i b l er e p r e s e n t i v ei nt h et h ef a m i l yo f c u c u r b i t n u r i l c b 6 】i sam a e r o e y c l i cm o l e c u l ec o m p o s e do ft h es i x g l y c o l u r i lu n i t sl i n k e db yt h et w e l v em e t h y l e n eb r i d g e s ，a n dh a sa ni n t e r n a l h y d r o p h o b i cc a v i t ya n dt h et w op o r t sf o r m e db yt h ec a r b o n y lo x y g e na t o m s i t ss t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sm a k e si td i s t i n g u i s h e df r o mo t h e rs u p r a m o l e c u l a r m a c r o c y c l i cm o l e c u l e s ，b o n dw i t ht h eo r g a n i cc a t i o n so rm o l e c u l e st h r o u g h i n t e r a c t i o n so fh y d r o p h o b i c ，h y d r o g e nb i n d i n ga n di o n - d i p o l eb o n d i n g ，e r e ， a n dc o o r d i n a t ew i t hm a n ym e t a li o n st of o r mc o m p l e x e s w i t ht h er i s eo f s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y , c u e u r b i t u r i l c h e m i s t r y h a sb e c o m ea c o n s p i c u o u s f l o w e ri nt h es c i e n c e g a r d e no fs u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y , e x h i b i t i n gh u g ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n sb o t hw i d e l ya n di n e t r e s t i n g l yi n s u p r a m o l e c u l a r c a t a l y s i s ，s u p r a m o l e c u l a rs e l f - a s s e m b l y ， m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n , i o n c h a n n e l s ， m o l e c u l a r b i o l o g y ,n s n o - t e c l m o l o g y , s u p r a m o l e c u l a rd r u g ，s u p r a m o l e c u l a rm a t e r i a la n do t h e rf i e l d s m a n yw o r k s o ne u c u r b i t 6 u r i lh a v e b e e n p u b l i s h e d ，i n c l u d i n g t h er e c o g n i t i o no f c u c u r b i t 6 u r i l t o w a r d st h e a l i p h a t i c a m i n e s i o n s ，p y r i d y l m e t h y l e n d e d a l k l y a m m o n i u mi o n s a n do t h e r g u e s tm o l e c u l e s ，t h e f o r m a t i o n so f p s e u d o r o t a x a n e s ，r o t a x a n e s ，p s e u d o p o l y r o t a x a n e s ，p o l y r o m x a n e s ，m o l e c u l a r m a c h i n e s ，m o l e c u l a rn e c k l a c e s ，e t c f r o mc u c u r b i t 6 u r i l h o w e v e r , g u e s t m o l e c u l e sw i t ht h ei m i d a z o l eg r o u p sh a v en o ta p p e a r e ds of a r i nt h i st h e s i s a l ls t u d i e sf o c u s e do nt h ec u c u r b i t 6 u r i la sa h o s tm o l e c u l e a n dt h ei m i d a z o l y l - e n d e df a ta l k a n e sa st h eg u e s tm o l e c u l e s i na q u e o u s s o l u t i o n , as e r i e so fn e wp s e u d o r o t a x a n e sw e r ep r e p a r e da n dc h a r a c t e r i z e d ， a n dt h e i rb i o l o g i c a la c t i v i t yw e r ei n v e s t i g a t e d t h es t u d i e sa r ea sf o l l o w i n g ： 1 w es y n t h e s i z e das e r i e so fg u e s tm o l e c u l e sc o n t a i n i n gi m i d a z o l e g r o u p s ，i n c l u d i n g1 , 3 - d i i m i d a z o l y lp r o p a n e ( 8 m 4 p 3 ) ，1 , 4 - d i i m i d a z o l y l 瓜环与含咪唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物活性研究 b u t a n e i m s ) ，1 , 5 - d i i m i d a z o l y lp e n t a n e ( b m 口5 ) ，1 , 6 - d i i m i d a z o l y lh e x a n e ( b i m h ) ，n ，n - b i s ( 4 一m e t h y l i m i d a z o l e ) 一1 ，6 一h e x a n e d i a m i n e ( b m i m h a ) t h e i rs t r u c t u r e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yt h ee l e m e n t a la n a l y s i s ( e a ) ，1 h ，”c n m r s p e c t r a , m a s ss p e c t r o m e t r y ( m s ) a n ds oo n 。， 2 s o m en e wp s e u d o r o t a x a n e si n c l u d i n gc b 6 i b i m p 3 * c b 6 b i m b c b 6 i b i m p 5 ，c b 6 b i m h ，c b 6 b m i m h a w e r ep r e p a r e di na q s o l u t i o n t h ec o m p l e x e sw e r ec h a r a c t e r i z e db ym e a n s o ft h ee i rn m r , e l e e t r o s p r a yi o n i z a t i o nm 弱ss p e c t r o m e t r y ( e s i - m s ) x - r a yc r y s t a l l o g r a p h y a l lt h ew o r ks e tag o o df o u n d a t i o nt op r e p a r ea n de x p l o r et h en o v e l s u p r a m o l e c u l a rc o m p l e x e s ，i n c l u d i n gm o l e c u l a rn e c k l a c e s ，m e t a l c o o r d i a t e d p o l y r o t a x a n e s ，a n ds oo n a l lt h e s ep s e u d o r o t a x a n e sw e r ea l s os t u d i e di nt h e s o l u t i o nb yn m rm e t h o d sa n dt h es h i f td a t ao fp r o t o ns i g n a l so ft h eg u e s t m o l e c u l e sd u et ot h ee f f e c t i o n so fc u c u r b i t 6 u r i lw e r ed i s c u s s e d 3 t h ec b 6 bm h p s e u d o r o t a x a n e sw i t ht h ed i f f e r e n ti n o r g a n i ca n i o n s w e r ep r e p a r e da n di n v e s t i g a t e dt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n ti n o r g a n i ca n i o n so n s e l f - a s s e m b l yt h o u g ht h ex - r a yd i f f r a c t i o nc r y s t a l l o g r a p h yt op r o b et h e s o l i d - s t a t e p r o p e r t i e s o ft h e s e s u p e r m o l e c u l e s w ef o u n dn e w p s e u d o p o l y r o t a x a n e ss t a c k e dv i at h e 霄丌n o n - c o v a l e n ti n t e r a c t i o n s o nt h e o t h e rh a n d ，t h ee l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o nm a s ss p e c t r o m e t r yr e v e a l e dt h a tt h i s 够p e o f p s e u d o r o t a x a n e s c a ne x i s t s t a b l y a s s i n g l e c h a r g e d a n d d o u b l e - c h a r g e ds p e c i e sb o t hi ns o l u t i o na n dg a s - p h a s e t r a n s m i s s i o ne l e c t r o n m i c r o s c o p y ( t e m ) r e v e a l e dt h ef o r m a t i o no fn a n o w i r e sa n dn a n o t u b e sw i t h d i a m e t e r so f 2 5 4 0m t l 4 t h eb i o l o g i c a la c t i v i t yo ft h ec b 6 b i m hp s e u d o t o t a x a n e sw e r e s t u d i e db ym o n i t o r i n gt h ec l e a v a g er e a c t i o no np l a s m i dd n a w i t ha g a r o s e g e le l e c t r o p h o r e s i s t h ec b 6 m i m h 【2 p s e u d o r o t a x a n ee x h i b i t e de f f i c i e n t c l e a v a g et od o u b l e - s t r a n d e dp b r 3 2 2d n ai nq u a s i - p h y s i o l o g i c a lc o n d i t i o n s t h ec l e a v a g em e c h a n i s mw e r es t u d i e db yf l u o r e s c e n c es p e c t r a , d n at h e r m a l d e n a t u r a t i o ne x p e r i m e n t s ，c r y s t a ls t r u c t u r e ，h i g hr e s o l u t i o nm a s ss p e c t r u m ( h r m s ) s t r u c t u r a la n a l y s i s ，m o l e c u l a rm o d e l i n ga n dt h eh y d r o l y s i s o f b i s ( 2 ，4 - d i n i t r o p h e n y l ) 一p h o s p h a t e ( 8 d n p p ) a sa m o d e lc o m p o u n do f d n a i v 摘要 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es c i s s i o nw 3 st a k e np l a c ev i a h y d r o l y s i s m e c h a n i s m ，w i t hg o o dc o o p e r a t i o nb e t w e e nt h eh o s t ( c b 6 】a n dt h eg u e s t 0 3 i m h ) m o l e c u l e s i nt h i sm e c h a n i s m , t h ep r o t o n a t e di m i d a z o l em i g h tb i n d d n av i at h ee l e c t r o s t a t i ch y d r o g e nb o n d i n ga n dt h eo x y g e na t o m sf r o m c 8 6 g l y c o l u r i lc a r b o n y la c t i v a t e daw a t e rm o l e c u l ew h i c ha k e dt h e p h o s p h o m sa t o m so nd n a t h i si st h ef i r s t c a s et or e p o r ta na r t i f i c i a l n u c l e a s ea s s e m b l e df r o mt w on o n - b i o a c t i v i t ys m a l lm o l e c u l e sb a s e do nt h e s u p r a m o l e c u l a ra s s e m b l yw i t hs a t i s f a c t i o nb e h a v i o r i ti sn o t i c e a b l et h a tw e h a v ed e v e l o p e ds o m en e wc o m p l e x e sa sm e t a l f r e en u c l e i ca c i dc l e a v a g e r e a g e n t sw i t hg r e a tp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nb i o m e d i c i n e k e yw o r d s ：c u c u r b i t u r i l ；p s e u d o r o t a x a n e ；s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y ； s e l f - a s s e m b l y ；n u c l e i ca c i dc l e a v a g er e a g e n t s ；c l e a v a g em e c h a n i s m 瓜环与古咪唑基客体分子超分子组装及生物括性研究 承诺书 本人郑重申明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立完 成的，学位论文的知识产权属于山西大学。如果今后以其他单 位名义发表与在读期间学位论文相关的内容，将承担法律责任。 除文中已经注明引用的文献资料以外，本学位论文不包括任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。 学位论文作者( 签章) ： 讼6 1 年彳月富日 趟 第一章综述与研究设想 第一章综述及研究设想 1 1 引言 自然界存在着许多和弱的非共价键相互作用密切相关的现象，如通过d n a 双螺 旋结构所进行的遗传信息的储存和传递以及细胞膜通过选择性透过作用来摄取营养 和排泄废物。受到这些自然现象的启发，科学家尝试着利用非共价键相互作用从天 然和人工设计的结构单元来制备许多包括非共价键聚合物在内的非常复杂的自组装 体系，这样超分子化学就诞生了。超分子化学【l 。2 1 ，也称主客体化学，是基于分子间 的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学，被认为是2 1 世纪新概念和高技术 的重要源头之一，是当今化学研究的主要热门领域之一【3 卅。超分子化学，它主要研 究主一客体分子之间非共价键的弱相互作用，如氢键、，“作用、配位键、范德华力、 亲水疏水作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构和功能。当 前，超分子化学已经变成一门范围广泛、发展迅速的新学科( 超分子科学) ，涉及化 学科学、生命科学、材料科学、分子电子学、物理学等自然科学的诸多领域，并得 到迅猛发展，为化学的发展也提供了新颖的轮廓、新颖的观点。s c i e n c e 杂志于2 0 0 2 年出版专刊，提出了2 l 世纪亟待解决的2 5 个重大科学问题，化学自组装是其中唯一 的化学问题。在天然和人工合成的主体中人们对冠醚( c r o w ne t h e r ) 嘲、环糊精 ( c y c l o d e x t r i n ) t 6 1 、杯芳烃( c a l i x a ”蛐e ) 【力及环一二一对苯基一4 4 一联吡啶( c y c l o b i s ( p a r a q u a t - p - p h e n y l e n e ) 弪1 等几类主体化合物( 图1 ) 进行了大量的研究，极大地 促进了超分子化学的发展。 冠醚 环糊精 瓜环与含昧唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物活性研究 瓣 杯芳烃环一= 对苯基4 4 川吡啶 图1 几类主要的超分子主体 瓜环( c u c u r b i t m u r i l ，n = 4 1 2 ，缩写c b m ) s q 6 ，也翻译为葫芦脲【1 m 1 1 或南瓜 尼【2 2 1 ，是超分子化学中继环糊精( o y c l o d e x t r i n ) 、冠醚( g r o w ne t h e r ) 及杯芳烃 ( c a l i x a r e n e ) 之后发展起来的一类新型高度对称的桶状大环分子( 图2 ) 。具有疏水的 内部空腔及由环绕的羰基氧原子组成的端口。这些结构上的特征使得瓜环区别于其 它的超分子主体分子，并使得它能够通过疏水作用、氢键、离子偶极等键合作用键 合多种有机阳离子，通过与金属配位形成金属配合物。随着超分子化学的兴起，近 来，瓜环的研究正在并且已经形成超分子科学中新兴的一支。在超分子催化、超分 子组装、分子识别、离子通道、超分子生物学、纳米科学、超分子药物学等领域展 现广泛的应用【2 3 - 2 9 1 。 田2 瓜环 6 1 2 瓜环家族成员的合成、结构及性质 1 2 1 合成 1 9 0 5 年，b e h r e n d 等用尿素、7 , - - 醛、甲醛在酸催化下合成得到一种白色物质， 通过元素分析，认为其组成为c i o h l l n 7 0 4 7h 2 0 8 1 。1 9 8 1 年，w a f r e e m a n 重复该 反应，从产物的硫酸溶液中获得该分子与硫酸钙分子的单晶，通过x r a y 衍射分析确 定了它的结构为甘脲单元的六聚体，并重新确定了它的有机组成【( c 6 i - i 剁4 0 2 ) d 9 1 ( 图3 ) ， 由于该结构系统命名( d o d e c a h y d r o 1h 4 h , 1 4 h , 1 7 h 2 ，1 6 ：3 ， 2 第一章综述与研究设想 1 5 - d i m c t h a n o 5 h , 6 h , 7 i - i , 8 h , 9 h , 1 0 h , l1 h , 1 2 i ，1 3 h ，1 8 h ，1 9 h ，2 0 1 4 , 2 1h ，2 2 h 2 3 h ， 2 4 h ，2 5 h 2 6 h - 2 ，3 ，4 45 a , 6 a , 7 a , 8 a , 9 a 1 0 a , l l a , 1 2 a , 1 3 a , 1 5 ，1 6 ，1 7 a , 1 8 a ，1 9 a , 2 0 a 2 i a ，2 2 a , 2 3 a , 2 4 a , 2 5 a , 2 6 at e t r a e o s a a z a b i s p e n t a l e n o 【i ，6 ：5 ”，6 ”，7 ”】c y c l o o c t y 【l ，2 ”，3 ”：3 ，4 p e n t a l e n o ( 1 ，6 ：5 ，6 ，7 ) - c y c l o o c t a ( 1 ，2 ，3 一g h ：l ，2 ，3 - g h ) e y c l o o e t a ( 1 ，2 ，3 - e d ：5 ，6 ，7 - e d ) d i p e n t a l e n c l ，4 ，6 ，8 ，1 0 ，1 2 ，1 4 ，1 7 , 1 9 ，2 1 ，2 3 ，2 5 一d o d e c o n e ) 过于 复杂，而其结构又酷象一个南瓜，所以f r e e m a n 提议用俗名c u e u r b i t u r i l ，简称c b 6 】 来定名该结构。由此，国际上的化学家开始关注这一结构，陆续有文献报道其相关 方面的研究。2 0 0 0 年，韩国化学家k i m 研究小组使得该方面的研究达到一个小的高潮， 预示者瓜环超分子化学的到来。他们合成分离出了瓜环中另外的三个成员c b 5 、 c b 【7 】和c b 8 】( 图4 ) 【1o 】。几乎同时，d a y 研究小组也合成并分离了这些瓜环，并 对瓜环的合成条件进行了科学性的调查研究l 。随着瓜环家族的壮大，瓜环研究被 推向一个高潮，并开始在化学的各个方面展现它的特点。在此期间，澳大利亚科学 家d a y 等人与2 0 0 2 年合成分离出了最大的瓜环成员c b i o 作为c 8 1 0 c b 5 】的共 晶体( 图5 ) 【1 2 i 。最近，2 0 0 5 年，研究瓜环的i s a s e s d x 组得到单一的c b 1 0 瓜环，并 初步研究t c b 1 0 的超分子化学研究【1 3 】。最近，k i m 和课题组与i s a a e s 课题组共同合 作发现分离了反式瓜环，它他们的晶体结构被示在图4 中【“】。i s a a c s 课题组还分离出 了桥联的c b 5 - - 聚体( n s - c b 1 0 ) 并研究了其作为新主体分子所表现的性质【“。 多篇综述性的文章对瓜环的研究都作了专业性报道1 1 删。 o o h c i ，h 2 0 + c h 2 0 丽 n = 4 1 2 o 图3 瓜环的合成 人h y 瓜环与含眯唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物活性研究 4 第一章综述与研究设想 图4 瓜环家族系列主要成员：左：从顶端看；右：从侧面看 瓜环与含咪唑基客体分予准轮烷超分子组装及生物括性研究 图5c b 1 0 c b 5 的结构 1 2 2结构及性质 主要的瓜环c b 5 - c b 1 0 结构几何参数如表1 所示 2 9 】： 瓜环是一种桶状的大环化合物，从结构上看，瓜环具有尺寸完全相同的端口，空 腔直径大于端口直径( 表1 ) 。两个端口由富电子的羰基氧原子构成，易于捕捉到客 体并与客体有更强的作用。同时，腔壁含有大量的氮原子由x 射线晶体衍射表明瓜 环c b 【6 】、c a 7 、c b s 的空腔尺寸分别与弘，卢、产环糊精的相似洲。但由于瓜环 结构的高度对称，两个端口完全相同，这也是与环糊精不同的地方；表1 列出了瓜 环的几何结构参数。它们难溶于常用的有机溶剂中，而且也难溶于水。水中溶解度 大致为：c b 5 ，c b 7 1 0 2 m o l l ；c b 6 ，c b 8 n a + r b + l i + c s + ；而对于碱土金属 离子，十甲基c b s 与它们配合物的稳定性顺序依次为：s r 2 + b a 2 + g a s * m 矿阁： 陶住朱课题组最近报道了1 ，4 - 二环己基取代六员瓜环与n a + 离子形成的分子胶囊晶 体结构【加】。他们也考察了l ，4 二环己基取代六员瓜环与碱土金属s r + 离子所形成的 配合物的晶体结构【4 ”，结果表明该1 ，4 - - - 代六员瓜环与s ，离子亦形成分 子胶囊，而且此分子胶囊通过结晶水分子氢键作用达成了一维自组装超分子链，其 超分子结构如下图1 0 所示： 图1 0 一维自组装超分子链 吴成泰课题组制各了瓜环c b 5 的铜离子配合物晶体结构1 5 引。刘静欣等人制备了 瓜环c b 5 的各种金属离子配合物的晶体，感兴趣的是，该种类型的配合物的配位 c l - 阴离子被包结在瓜环空腔内刚 s a m s o n e n k o 课题组报道y s r + 离子与瓜环c b 6 】、c b 8 所形成的配合物的单晶结 构巧卯，x 一衍射结构分析，这些配合物都形成了聚合链的超分子实体。d a y 课题组受 冠醚尺寸大小会受不同碱金属离子的影响启发，通过研究发现，不同的碱金属离子 对瓜环的合成有重要的影响。它们发现k + 离子x 寸c b 5 的合成最有利；c s + 离9 ：对c a 6 】 的合成最有利；而l i + 离子对c b 7 的合成最有利；n a + 离子对c b 【8 】的合成最有利【5 6 1 。 瓜环在水中的溶解度的大小受碱金属离予浓度大小的影响。一般而言，碱金属 离子浓度越大，瓜环在其碱金属离子溶液中的溶解度也越大。但对于不同的碱金属 离子而言，随原子序数的增大，c a 6 的溶解度降低：而c e 【7 】的溶解度增大：对于 c b 5 ，k + 使其溶解度增大，丽n a + 离子却使其降低；c b 8 的溶解度受金属离子浓度 大小的影响较小。 f e d i n 课题组研究了多个过渡金属离子与c b n 系列形成的配合物单晶结构。例 如：1 ) c s 离子与c b 6 】的配合物单晶结构芦铂；2 ) w 离子与c b 【6 】的配合物单晶蚓；3 ) m o 离子与c b 【6 】的单晶结构瞪8 】；4 ) h 倩子与c b 【6 】的单晶结构脚1 ；5 ) z r 离子与c b 【6 】 的分子晶体结构酬： y u nk u n 等人研究了金属离子p 屿瓜环c b 【7 】的配位作用模式侧； 陶朱课题组最近报道了十甲基c b 【5 】与b a 2 + 离子所形成的分子碗超分子实体唧】， 结构如图1 l 所示： 瓜环与含咪唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物括性研究 圈1 1 十甲基c 5 】与钡离子所形成的“分于碗”冠分子实体及其分子组装 s a m s o n c n k o 课题组也报道了c b 6 与c ，、n i 2 + 所形成的超分子聚合链k 2 】；并 制备了c b 6 与六种镧系金属离子g d 、y b 、c e 、l a 、h o 、s m 所形成的超分子结晶 配合物，它们都以配位链状的聚合物形式出现【6 3 】。b u s c h m a n n 等人研究了c b 6 与 n d 离子的配位作用5 ”。s a m s o n c n k o 课题组还研究了c b 6 与锕系金属盐t h c h t 删和 u 0 2 2 + 【6 习的超分子单晶结构。 f e d i n 课题组还研究了瓜环c b 【6 】与金属铝原子的组装结构嘲 陶朱课题组也制备了对称四甲基c b 【6 1 与金属银离子的配位超分子实体【6 7 】。 d a n c e 课题组用c a 7 和s n c l 4 反应，制备了个非金属配位而是包结的超分子 实体【6 引。 附v c t 等人还制备了瓜环c b 6 】与f e c l 3 、c r ( n 0 3 ) 3 c 6 2 1 的超分子配合物的单晶。 他们也制备钼和钨的超分子配合物【7 叼 k i m 等人也发现五环己基c b 【5 】对p b 2 + 有很高的选择性，可以用作离子选择膜电 橱妒2 1 。k i m 课题组也制备了瓜环c b 6 i f 桕金属铷离子的配合物【7 1 1 。 1 3 2 有机胺离子 m o c k 课题组1 9 8 1 年通过晶体衍射的方法鉴定的瓜环c b 6 的空腔结构后，他们 还详细研究了瓜环c b 6 与有机胺离子的相互作用c 7 2 - 7 6 l 。当一个可以有机胺客体分 子进入瓜环c b 6 的疏水空腔内部，形成l ：l 的包结化合物，客体分子的紫外光谱、 红外光谱、荧光光谱、及核磁共振谱等光谱性质等都将发生变化，对于有机脂肪胺 而言，其与瓜环c b 6 的相互作用可以用核磁共振来研究。m o c k 课题组详细地报道 了有机脂肪胺分子在与瓜环c b ( d 作用形成新的包结化合物后，脂肪胺的核磁共振信 号的变化规律，它们发现，对c b 6 g l 五f 分子而言，当脂肪胺的烷基链穿过c b 6 分 子的疏水空腔后，空腔内部的烷基质子核磁共振氢谱信号化学位移向高场移动，而 空腔外部接近瓜环羰基氧的质子信号向低场移动f 7 4 】，这是由于瓜环的内部空腔是由 第一章综述与研究设想 一个富电子的外壁及端i z l 富电子氧的偶极静电作用所造成的。具体的位移变化如 m o c k 报道所示图1 2 ： h 9 n c h 2 一c h 2 - c h 2 一n h 2 ( n o tb o u n di n t e r n a 。l l y ) h 2 n - c h 2 - c h z - c h 2 一c h 2 - n h 2 ( + o 、8 3 ) ( + 1 0 8 ( + 1 o a ) i + 0 8 3 h 2 n c h 2 - c h 2 一c h 2 一c h 2 一c h 2 - n h 2 ( + o 4 ) + l 0 0 ) f + 1 ，0 0 j ( + 1 o o ) + o 4 4 l h 2 n c h 2 一c 2 一c h 2 一c h 2 一c h 2 一c h 霉一n h 2 l + n 0 4 ) 十1 0 1 ) ( + o 8 3 ) + o b 3 ) i + 1 o i ) ( 中o 0 4 ) h 2 n - c h 2 - c h 2 一c h 2 - c h 2 一c h 2 - c h 2 - c h 2 - n h e ( - 0 o e ) ( + o 4 9 l ( + o 8 7 ) “o 8 7 “0 8 7 ) ( + d 4 9 ) ( 一8 0 8 ) h 2 n c h z c h 2 一c h 2 一c h 2 一c h 2 一c h 2 一c h 2 一c 王霉一n h 2 f o 0 7 ) f + 0 2 5 i + o 、6 0 ( 十o 7 3 ) ( + 0 7 3 ) ( + o b o ) ( + 0 2 5 ) ( - 0 o 动 圈1 2 烷基= 胺与c ar e 生成包结物后化学位移变化 通过客体竞争交换实验，他们从用核磁共振动力学计算了瓜环c b 6 和脂肪胺的 包结常数，发现包含4 7 个亚甲基的烷基链与瓜环c b 6 形成的包结物比较稳定， 不容易离解。尽管苯环的范德华尺寸( 0 6 n m ) 比c b 6 的口经( o 4 r i m ) 大，但由于瓜环 结构的伸缩性( 其几何尺寸可以随客体而变化) ，所以含有恰当尺寸的苯胺类客体仍 可与瓜环c b 6 形成包结物，在垂直与苯环平面的方向，瓜环c b 6 的口径减小0 0 4 n m ， 在苯环平面方向，瓜环c b 6 的口径相应增大。但对于瓜环c b 6 而言，由于空间尺 寸的限制，苯环平面及苯环平面相近尺寸的环型平面化合物是瓜环c b 6 的上限，例 如，对位取代的苯胺类客体分子可以与瓜环c b 6 形成包结物，而邻位或者间位二取 代的苯环类化合物却不能被瓜环c b 6 所包结【19 】：椅式构象的环己烷型的分子不能被 包结在瓜环c b 6 空腔那。就此，m o c k 课题组报道了瓜环c b 6 与对苯二甲胺形成 的包结物的晶体结构【7 ”。 陶朱课题组以核磁共振为手段考察了一系列n 。n 一二( 吡啶甲基) 氨基烷烃客 体分子与瓜环c b 6 、c b 7 、c b 8 的结构模式，发现了一些新的以瓜环为主体的作 用模式，如具有哑铃状结构的自组装主客体包结配合物( 模式i ) ；瓜环可在长链客体 上移动的作用模式，以及具有一维结构的自组装超分子实体( 模式) ，这些作用 模式有可能在进一步的瓜环或其他领域研究中发挥作用【7 8 - 7 9 。他们所报道的作用模 式如下图1 3 ： 他们最近利用核磁共振、u v _ 紫外吸收光谱、电化学的手段考察了六种不同长链 的系列1 ，亚烷基- - n t t 啶二溴客体化合物包括) ：l ，2 一亚乙基二二吡啶二溴化合 1 3 瓜环与含味唑基客体分子准轮烷超分子组装及生物括性研究 物，1 ，4 一亚丁基二