（有机化学专业论文）金属参与的有机硒合成新方法及组装新型分子梭关键砌块的合成.pdf

摘要 有机硒化合物由于其在有机合成转化中的重要作用及具有潜在的生物活性 而备受化学家、药物学家及生物学家们的关注。对于它们的合成新方法与活性的 研究是当前研究的一个热点，但是目前有些有机硒化合物的合成方法存在着一些 不足之处，如需要苛刻的反应条件，或者使用有毒的原料及较多的实验步骤。我 们在目前有机硒化合物合成方法的基础上，提出了使用无毒且价格便宜的锌试剂 来合成烯丙基硒醚，该方法还具有操作简便、产率高等优点。炔硒醚是有机合成 转化中的重要中间体，目前合成的方法一般需要十分严格的无水无氧操作且有产 率不高等缺点我们根据氢氧化铯的超强碱性，设计通过端炔与二硒醚反应来制 备炔硒醚。该方法的优点在于不需无水无氧环境且操作简便，为炔硒醚的合成提 供了一条有效的途径。 分子梭是构成分子机器的基础，它是当前科学研究的前沿领域。我们首次根 据蛋白质和卵磷脂的结构特点提出蛰伏式分子梭与内盐式分子梭的概念并设计 出两种这类型的分子梭。对这两类分子梭的关键砌块( 三联吡啶二醇化合物和含 磷内盐式化合物) 进行合成，探讨了合成方法及反应条件对多步反应的影响。中 间体和目标分子通过1 h n m r 、b c n m r 、3 1 p n m r 等表征，并分析了分子结构 与光谱数据的关系。 美键镝：有机硒化舍物，分子梭， 分子机器 a b s t r a c t o r g a n i c s e l e n i d e sh a v e a t t r a c t e dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n so fc h e m i s t s p h a r m a c o l o g i s t sa n db i o l o g i s t s f o rt h e i r i m p o r t a n tr o l e i nt h e o r g a n i cs y n t h e t i c t r a n s f o r m a t i o na n dt h e i rl a t e n tb i o l o g i c a la c t i v i t i e s i ti sah o t t o p i ci nt h ef i e l do f t h e i r n e ws y n t h e t i cm e t h o d sa n dt h er e s e a r c ho ft h e i rb i o a c t i v i t i e s b u tt h e r ea r es o m e d i s a d v a n t a g e si nt h es y n t h e t i cm e t h o d so fo r g a n i cs e l e n i d e s s u c ha sn e e d i n gs t e m c o n d i t i o n sf o r r e a c t i o n , u s i n gp o i s o n o u s m a t e r i a l sa n d p r o c e s s i n gc o m p l i c a t e d m u l t i s t e pp r o c e s sw ep u t f o r w a r dan o v e lm e t h o df o rs y n t h e s i z i n gt h e a l l y ls e t e n i d e s b yc h e a p e ra n di n n o x i o u sz i n cr e a g e n t s s u c hm e t h o dc a l la f f o r dh i g hy i e l d sa n dh a s s i m p l eo p e r a t i o n sj 1 k y n y l s e l e n i d e sa r eas p e c i e so fi m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e si n o r g a n i cs y n t h e t i ct r a n s f o r m a t i o n s ，c u r r e n t l yt h e i rs y n t h e t i cm e t h o d sn e e dn o - w a t e r a n dn o - o x y g e no p e r a t i o n sa n dt h e i ry i e l d sa r em u c hl o w e r c o n s i d e r i n gt h eh i g h e s t b a s i c i t y o fc e s i u mh y d r o x i d e , w ep l a nt ou s et e r m i n a la l k y n e sr e a c tw i t h d i a r y l d i s e l e n i d e st oa f f o r da l k y i l ls e l e n i d e s t h i sm e t h o dh a st h e a d v a n t a g e so fs i m p l e o p e r a t i o n a n dw i t h o u tw o r r y i n ga b o u tt h ep r e s e n c eo f w a t e ra n d o x y g e n m o l e c u l a rs h u t t l ei st h eb a s i cc o m p o u n df o rc o n s t r u c t i n gm o l e c u l a rm a c h i n et h e r e s e a r c hi nt h i sf i e l di si naf i o n tf i e l do fs c i e n c e w ef i r s t l yp u tf o r w a r dt h et o r p i d m o l e c u l a rs h u t i l ea n dt h ei n n e rs a l tm o l e c u l a rs h u t t l ed u ot ot h es t r u e t u r a lc h a r a c t e ro f p r o t e i na n dl e c i t h i n ，a n dw e h a v ed e s i g n e dt w os p e c i e so ft h e s em o l e c u l a rs h u t t l e s t h eb l o c k sf o rc o n s t r u c t i n gt ot h e s es h u 仕l e sw e r es y n t h e s i z e d t h ei n f e c t i o n so f s y n t h e t i c m e t h o d s a n dc o n d i t i o n so i lt h e m u l t i s t e pp r o c e s s a r ed i s c u s s e d i n t e r m e d i a t e sa n do b j e c t i v em o l e c u l a rs y n t h e s i z e da r ec h a r a c t e r i z e db y1 hn m r 、1 3 c n m ra n d3 p 卜m 心a n dt h er e l a t i o n s h i p so f m o l e c u l a rs t r u c t u r ea n ds p e c t r a ld a t aa r e a n a l y z e d k e y w o r d s ：o l g a n i cs e l e n i d e s ，m o l e c u l a rs h u t t l e ，m o l e c u l a rm a c h i n e 第一章绪言 1 1 研究有机硒化合物的意义 有机硒化学是当前研究的热点，各种不同的有机硒化合物在医学上和有机合 成中得到了广泛应用。硒是人类必需的微量元素之一，具有提高免疫功能，有效 地清除自由基，保护骨髓造血功能和潜在的抗癌、防衰老等多种作用。近期人们 发现芳硒酚、芳硒腈具有很好抗癌作用，同时又具有低毒性的特点。协和医科 大学的研究人员对硒酸酯多糖的抗癌作用进行了研究| 2 j ，并且确定了其临床应用 价值。硒对慢性乙型肝炎的治疗具有一定的作用，可以明显改善慢性乙肝病人乏 力等症状虬对于当前出现的s a r s 。硒对其也有很好的预防作用。美国科学家 为我们提供的预防方法( 每天摄入2 0 0 微克的硒) 被列入六大预防方法之首。 有机硒化合物中的硒碳键比较弱，容易断裂而发生反应。同时其中的硒可以 作为有效的亲核试剂( 如r s e n a ) 能和多种软酸反应，也可以 乍为有效的亲电试 剂( 如r s e b r ) 和多种软碱反应。这些特点决定了有机硒基团可以很容易地被引 入到有机分子中，同时又容易从有机分子中离去，因此有机硒化合物是； 常有用 的有机反应中间体。 从有机硒醚出发可以最“温和”地得到各种不同钓取代烯烃。首先h 2 0 2 、 0 ，、k 1 0 3 或者r c 0 3 1 4 可以很容易地把硒醚温和地氧化。得到的硒氧化物中的b 一碳原子上如果有氢原子，则可以自发的或者在室温下发生顺式消除硒羟基分子 而得到烯f 4 j 。 ，o+ p h s ；7h r 1r 4 。r 1 i 。瓣 4 泌。 硒可以稳定。一碳负离子。硒醚或者氧化硒醚中和硒原子相邻的碳原子上的 氢很容易被有机金属试剂夺取而生成比较稳定的硒醚金属化舍物 r v s e p h 上or v s e p h + 置 l d a骨 r v 卷e p h lr i e p h + 敦h e 一一一搽h 一一一盘= u 图l3 由硒醚可制得不同取代基的n ，b 一不饱和体系 通过硒稳定。碳负离子可以使烯烃上的氢原子用卤原子取代。 i p h s e b r m e c n - 2 5 c r c h 2 c h c h 2 s e p h 竺! 竺-r c h 2 c h c h 2 s e p h 圈15 三元含硒环中间体的高度空间保护作用 m 扎耸 m 一翠 聋 1 2 有机辞试剂在合成中的应用 第一个有机锌试剂( 二乙基锌) 是在1 8 4 9 年由ef r a n k l a n d 合成的，这为 现代有机金属化学奠定了基础。然而，此后在有机金属领域占主要地位的却是有 机镁和有机锂试剂，一直到现在有机锌才成为非常有用的有机金属试剂之。这 主要是因为有机锌非常容易制备，同时它比有机锂和格氏试剂具有更高的官能团 共容性。而且，在适当的催化剂作用下它们在合成天然产物的反应中具有优良的 活性，因此有机辞是合成天然产物的有利工具。y o s h i n o 等报道了由有机锌制备 出前列腺素中间体的方法p 】。 0 t b d m s 占 1 ) l z n v “、c 0 2 m e c u c n2 l i cj p 。n t t m s c it h f 2 、l e d r i d e 0 t b d m s 占 c 0 m e 3 ) _ qh f ，c h 3 c n 图1 6 由有机锌制备前列腺素中间体 b u b n o v 报道了烯丙基锌对c = n 键的1 ，2 一加成反应在生物碱i n d o l i z i n e 的 全合成中的关键性作用。通过改变反应的条件还可以高产率地得到内式一三环化 台物 8 i 。 加7 n b r 一1 0 o 2 h ! ! ! ：二兰! ：! ! i 厂一一 h 1m e o h 2o h + m e o h t h e n o h h e n d o ( 7 3 ) h e x o f 2 7 ) 图17 有机锌在合成生物碱中的作用 常用的有机锌试剂有三类：有机锌卤化物( r z n x ) ，二烃基锌( r 2 z n ) 和锌 酸铿或者锌酸镁试剂。我们工作中用到的为有机锌卤化物( r z n x ) ，它非常容易 制备，把锌直接插入到有机卤化物即可得到。 0j ，。l z n r x r z n x x = ib r t h f z n y n h b o c c 0 2 b n 图18 有机锌卤化物的制备方法 1 3 氢氧化铯在有机合成中的应用 氢氧化铯碱性是无机碱中最强的，其在有机合成中的应用非常广泛。氢氧化 铯具有强烈地吸收质子作用，因此使得一些不活泼地有机物也可以在其作用下发 生反应。在氢氧化铯存在下不仅可以发生氧一烷基化反应制得烃基醚】，还可 以发生氮一烷基化反应而选择性得到二级胺，并阻止三级胺的生成，这就避免了 原始方法中胺的大量加入【1 2 l 。 c s o h h 2 0 p h n h 7 + n - - b u b r 了+ p h n h b u + p h n h b u 2 4am o l e c u l a rs i e v e 8 9 w i t h o u tc s o h h z o2 5 1 0 7 2 图1 9 氢氧化铯参与下的二级胺的合成 c o r e y 等报道了氢氧化铯参与下的立体选择性烷基化反应，此反应是环状且 官能化a 一氮基酸合成的关键步骤，高度对映选择性和绝对立体化学是通过大体 积手性相转移催化剂中的绞离子和甘胺酸衍生物的烯醇式负离子形成的紧密的、 结构化离子对来获得的，亲电试剂只能从s j 面来进攻。 火 ，p 斟h 0 。t e 。 圈1t 0 氢氧化铯参与下的手性有机物的合成 反应) 的发生1 1 4 1 。 r 且r 2 + h r 。爹劳r 。 r 1 ，r 2 = a l k y lo r h 6 6 9 6 r 3 = a l k y l ，a r y l ，a l k e n y l 图1 1 2 氢氧化铯参与下酮的炔基化反应 第二章由烯丙基锌合成烯丙基硒醚 有机硒化合物由于具有生理活性及其在合成转化中的重要作用，而备受生物 化学及有机化学家的注意，对于它的新试剂吟坫l ，新反应 1 7 - 1 9 】及其在生理活性化 合物上的研究口o - - 直是热点，有机硒化合物的合成一般是使亲核的金属硒化合物 的途径。锌是一钟价格便宜、无毒的过渡金属元素因此在有机制备中利用辞来 进行合成转化具有一定的优势。最近文献报道了锌促进下的卤代烃与二芳基二硒 醚在n a h 2 p 0 。或k ：h p 0 4 的水乙腈溶液中反应制各烷基芳基硒醚【2 ”。由于有机 锌化合物容易制备，因此我们使用有机锌来制备有机硒化合物，我们研究了硒插 入碳一锌键形成亲核的硒及其与环氧、o ，9 一不饱和酯的反应1 2 ”。而使用有机 辞与二硒醚反应未见文献报道，本章报道烯丙基与亲电的二芳基二硒醚反应制各 烯丙基芳基硒醚。 2 2 结果与讨论 试验表明烯丙基与二芳基二硒醚在n 盱中，室温下就能有效反应，生成烯 丙基芳基硒醚。 z na r s e s e a r r b r - - r z n 8 f - - r s e a r t h ft h fr t 2 a q 2 ar = a l l y l a r = p h 2 br = a l l y l ，a t = p - m e c 6 h 4 2 cr = a l l y l ，a r = - p - m e o c 6 h 4 2 dr = a l l y l ，a r = p - - c i c 6 h 4 2 er = 3 c y c l o h e x e n y ，a f p h 2 fr = 3 一c y c l o h e x e n y l ，a r = - p m e c 6 h 4 图：】烯丙基硒醚的合成过程 烯丙基芳基硒醚是一种重要的合成中问体。由于硒基对烯丙基阴离子具有稳 定化作用，使它能区域选择性发生烷基化反应 2 3 ) ，也可发生1 2 ，3 s i g m a 重排0 2 4 。5 】 为烯丙醇。其制备方法已有：在p d - - s m l 2 催化下乙酸烯丙酯与二硒醚反应：鲴、 镉及铜促进下烯雨基溴与二硒醚反应：o 硒代酮通过多步反应转化为烯丙基硒 醚。但是这些方法有些存在一些不足，如需使用较贵的过渡金属或者试验步骤多、 操作繁琐，而通过烯丙基锌与二硒醚反应来制备烯丙基硒醚具有原料易得、操作 简便等优点。 2 3 谱图分析 在烯丙基溴化辞和二苯基二硒醚反应的得到的产物烯丙基苯基硒醚的谱图 可以推断出化合物的结构如下。 h h 图2 , 2 烯丙基苯基硒醚的结构 从谱图可以看出，低场到高场，各峰组分分别代表c 6 h 5 一、= c h 、= c h 2 、 - - c = c - c h 2 s e - 。由于硒原子的饱和未成键电子和苯环的离域电子有p m 共轭 作用，苯环被活化，特别是邻h c 、对位氢h a ，电子密度明显提高。其谱峰有较 大的高场位移。间位氢h b 也有高场位移，但是移动幅度小，因此苯环上剩余的 五个氢的谱峰分成了两组：较高场的邻、对位三个氢的峰组和相对低场的间位二 氢的峰组。= c h 的谱峰按照理论推断，该氢 l f 的峰形为d d x t ，为1 2 重峰， 分别受到反式珊1 、顺式h g 和亚甲基氢h d 、h e 的偶合作用而分裂为四组三重峰。 实际谱图中的峰形比较符合这种情况。h h 受到h g 的耦合裂分。又受到h f 的裂 分，还受到h d 和h e 的长程耦合裂分因此也应该为1 2 重峰但是实际的谱图 呈现出单一峰，此峰宽度大，可能是因为仪器的分辨率不高的缘故。和h h 相邻 的峰为h g 的峰。h d 和h e 由于主要受h f 的影响而裂分为双峰。 下面是原料烯丙基溴和单取代苯环( 苯硒酚) 的谱图，通过这两幅图和产物 的谱图比较，我们可以确认缮到的产物为烯雨基苯基硒醚( 谱图从s d b s 下载) 。 l tj o9莓 ? 矿一卜a 瞌 s矗善2j母 鞘 图2 3 烯丙基溴的氢核磁共振谱 。盐r 鞋 图2 4 苯硒酚的氢核磁共振谱 8 噩2 5 蠕黄萋茸荽硒醚的h 谱 在红外谱图中各峰的分析如下： 3 1 0 0 c m l ：= c h 2 的一个吸收峰( 另一吸收在3 0 8 0c m 一4 附近) 3 0 0 0 c m ，2 9 0 0c m ：- - c h 2 的碳氢伸缩振动： 1 4 5 0c m ：c h 2 弯曲振动； 7 0 0c m ：附近的两峰为苯环氢的振动。 挑剁举i 蹦一：二。，l 一 ”：j ：。- l ii - , 鞭译雾。：i 。一耋量三 l ! j ，一 ： 0 c 一 。 ( = j 一 圈2 6 烯丙基苯基硒醚的红外光谱 “hwi 2 4 实验部分 2 4 1 仪器与试剂 - n o v a 一4 0 0 型核磁共振仪，t m s 为内标；取由s h i m a d z u - 4 3 5 记录，t h f 在钠中回流，用二苯基甲酮作指示剂，所有的反应在氮气保护下进行。硅胶为青 岛海洋化工厂产品。 2 4 2 烯丙基锌与二硒醚反应制备烯丙基芳基硒醚 活化的辞粉01 3 9 ( 2o m m 0 1 ) 与烯丙基溴( 22 r e t 0 0 1 ) 在1 0 m l t h f 中，o 一 】0 c 反应直到辞粉消失，加入二硒醚( 20 r e t 0 0 1 ) ，反应混合物在室温下搅拌2 h ， 用乙醚5 0 m l 稀释，有机相用饱和n a 2 c 0 3 洗，m g s 0 4 干燥，旋转蒸发溶剂，对 剩余物进行薄层分离，用石油醚乙醚混合物( 体积比3 0 ：1 ) 作展开剂。 2 4 ，3 化台物2 a 一2 f 的光谱数据 3 一苯硒基丙烯( 2 a ) 油状液体，收率7 5 。1 h n m r 6 ：33 1 ( d ，2 h ，j = m z c h l s e ) ，4 4 6 4 9 8 ( m ， 2 h , c h 2 c h ) ，5 4 6 - 6 1 5 ( 玑i t l , c h ) ，7 0 6 75 6 ( m , 5 h ，s e a r h ) ；i r ( f i l m c m “) u ： 3 0 9 5 ，8 0 1 0 2 9 9 5 ，2 9 4 0 ，1 6 9 0 ，1 5 8 5 ，1 4 7 5 ，1 4 4 5 ，1 4 1 0 ，1 3 0 0 ，】1 9 0 ，1 0 7 0 ，1 0 2 0 ，9 7 0 ， 9 1 0 ，8 3 0 ，7 4 0 ，6 9 0 3 一对甲基硒基丙烯( 2 b ) 油状液体，收率7 2 。1 h n i v l r6 ：2 2 0 ( s ，3 hs e a r c h 3 ) ，3 3 1 2 壬，= 7 h 2 ， c h 2 s e a r ) 4 ，6 叫9 5 ( r 璃2 h , c h 2 c h ) ，5 5 0 - 6 】3 ( | h 】ec h z c h ) ，6 9 0 7 3 5 ( m , 5 h s e a r h ) i r ( f i l m e m 1 ) 口：3 0 9 5 ，3 0 3 0 ，2 9 9 5 ，2 9 4 0 ，2 8 9 0 ，1 6 9 0 ，1 6 0 0 , 1 4 9 5 ，1 4 5 0 ， 1 4 0 0 ，1 3 1 0 ，1 2 1 0 ，1 1 8 0 ，1 1 5 0 ，1 1 3 0 ，9 8 0 ，7 8 0 ，9 1 0 3 一对甲氧苯硒基丙烯( 2 c ) 漓状液体，收率6 9 。1 h n m r6 ：3 。2 8 ( d ，2 h j 2 7 h z ，c h 2 s e a r ) ，3 6 6 ( s ， 3 h , s e a r o c h 3 ) ，45 0 4 8 5 ( 甄2 h c h 2 c 功，5 4 0 6 2 0 ( m ，i h c h 2 c h ) ，6 5 8 ( d ，2 h , j 2 8 r t z , s e a r h ) 7 2 7 ( d 2 h , j = s h z , s e a r h ) i r ( f i l r o j e m l ) u 3 0 9 5 ，3 0 1 0 ，2 9 8 5 ，2 9 4 0 ，2 8 6 0 ， 】7 0 0 ，1 6 0 0 ，1 4 9 5 ，1 4 7 0 ，1 2 9 0 ，1 2 5 0 ，11 7 0 ，1 0 4 0 ，9 1 0 ，8 2 6 ，7 8 0 3 一对氯硒基丙烯( 2 d ) 浊状液体。收辜7 0 。1 h n m r 6 ：3 3 5 ( d 、2 - , = 7 - h ，c h 2 s e a r ) ，46 7 49 3 ( m ， 2 h ，c h 2 c h ) ，5 4 7 61 7 ( m ，i h ，c h 2 c h ) ，7 0 4 74 9 ( m ，4 h ，s e a r h ) i r ( f i l m c m i ) 1 3 ：3 0 8 0 ，3 0 7 0 ，2 9 6 0 ，2 8 9 0 ，2 6 4 5 ，2 7 5 0 ，2 4 8 0 ，1 3 9 1 ，1 0 9 0 ，8 1 5 3 一苯硒基环己烯( 2 e ) 油状液体，收率6 3 。1 h n m r6 ：1 5 5 19 1 ( r l l ，6 h ，c h 2 c h 2 c h 2 ) ，3 8 2 ( m ，1 h ， c h s e a r ) ，5 2 7 58 9 ( m ，2 h ，c h c h ) ，7 0 6 - 75 6 ( m ，5 h , s e a r h ) i r ( f i l r r d c m 一1 ) o ： 1 0 9 0 ，3 0 4 5 ，2 9 5 0 ，2 8 8 0 ，1 5 9 0 ，1 4 8 5 ，1 4 4 5 ，1 2 6 0 ，1 1 8 0 ，1 0 6 5 ，1 0 2 0 3 一对甲苯硒基环己烯( 2 f ) 油状液体，收率6 5 。1 hn m r6 ：1 , 5 3 2 ，0 6 ( m ，6 h ，c h 2 c h 2 c h 2 ) ，2 2 3 ( s ，3 h ， s e a r c h 3 ) ，37 5 ( r n ，l l - i , c h s e a r ) ，5 4 7 5 8 3 ( m , 2 h , c h c h ) ，4 0 0 74 3 ( m ，4 1 - t ， s e a r h ) i r ( f i l w d e m “) u 3 0 5 0 ，2 9 8 0 ，1 6 5 5 ，1 4 8 0 ，1 2 6 0 ，8 6 5 3 1 前言 第三章氢氧化铯参与下的炔硒醚的合成 炔硒醚是非常有用的合成中间体，通过它可以合成出高度立体选择性的含硒 双盲能团的有机物，如炔硒醚的立体选择性还原可得到顺式或者反式烯硒醚化合 物：同时还为人们得到含硒杂环提供了便捷的路径谰。因此炔硒醚的合成及应用 得到了广泛的关注。 炔硒醚的合成方法一般有下列几种： 1s t a n 卫等报道了用b 一官能化的三氟磺酰化碘盐和硒酚钾反应来制得炔硒 醚，当下图中r 为对甲基苯磺酰基时就可以得到同时新奇具有推一拉电子基的炔 基苯基硒醚弘“。 口：一| + p h o t f + p h s e k 呈! 兰! ：竺! ! ! 二! 竺+ r 毒s 。p h r 三三三_ 一| + p h o t f + 。，卜 r = = = 一s e p h p h i k o t f 图31 由苯基碘盐合成炔硒醚 2 m 哦ot i n g o l i 等报道了用端炔与醋酸碘苯和二苯基二硒醚反应来制取 。= p h l ( o a c ) 2 , p h s e s e p 斗hr 三卜s e p h 口_ ：= + h - = = = f o c h 2 c 2 。4 0 c 图3 2 在醋酸碘苯参与下合成炔硒醚 3 文献报道端炔与正丁基锂在7 8 反应生成炔基锂，然后依次加入硒粉和 烃基化试剂可制得炔硒醚 “。 r x r三+ s e n ，b u l i p r c 壬c s e l i 。卜r c 兰c s e r 图3 3 由有机锂试剂舍成炔硒醚 4 用端炔和格氏试剂( 乙基溴化镁) 通过金属交换反应制得炔基格氏试剂， 然后加入苯硒酚反应 3 稍。 e l m g b ra r s e b r r 兰三 卜r c - - - c m g b r ，卜r 三三一s e a r 图3 4 由格氏试剂合成炔硒醚 5 端炔和苯硒溴在d i v j f 中溶液中，在碘化亚铜的作用下可以以温和的条 件来制得炔硒醚。 c u l r c 5 c h + c 6 h s s e x 云磊i - r c 2 c s e c 6 h 5 x = c i b r 图3 5 在碘化亚铜催化下合成炔硒醚 6 al b r 自g a 等报道在碘化亚铜存在下，炔基溴化物和二硒醚在中性溶液 ( 如皿认) 中反应【弛i 。 r c - - - - c b r + 1 2 r s e s e r l _ 卜r c ；- c s e r c u i h m p a 图3 6 在碘化亚铜催化下合成炔硒醚 7 alb r t g a 等报道了通过分子内的w h t i g 反应来散隅炔硒醚【 3 1 。 a r s 。e o ( c , 6 h s ) 3 p = ( _ , - c - r + r - c - ；c - s e a r - ( c 6 h s ) 3 p ：o 图3 7 通过w t t j 譬反应合成炔硒醚 在以上的合成方法中，有些反应对实验条件的要求很苛刻，需要无水、无氧 和低温操作，有的反应原料很难得到，有的方法产率不高，有的需要超低温( 一 7 8 ) 反应，还有的反应只能得到芳炔基硒醚，却不能用烷炔基硒醚。我们考虑 到氢氧化铯的超强碱性，把其参与到端炔和亲电硒试剂反应中，能很好地得到产 物而不需要无水、无氧和低温操作。提供了合成炔硒醚方便、快捷的途径。 文献报道氢氧化铯在氧、硫、氦和磷的烷基化过程中可以起到很好的催化作 用，氢氧化铯可以使羟基，巯基、氨基和膦基上的氢原子去掉而变成亲核性的基 团进攻亲电试剂( 如卤代烃) ，铯甚至使烷基上的氢原子脱去，从而使其成为碳 负离子。这是因为氢氧化铯具有超强碱性，同时具有很好的稳定性。基于这些同 时考虑到前面提到的金属参与下的反应的便捷性我们设计了下面的合成方法： c s o h r 三三十a r s e s e a r 一r 三三s e a r r = c h 3 。c h 2 ，c 6 h 5 n c 4 h 9 t h f 3 a - f a r = c 6 h 5 ，p - c h 3 c 6 h 5 c 6 h 4 c i p ，c 6 h 4 b r - p 图38 炔硒醚的合成方法 3 2 结果与讨论 考虑到炔基碱金属能溶于液态氮，我们对上述反应所用的溶剂进行了选择， 结果发现反应并不需要强极性的溶剂而用四氢呋喃就可以 ：导到很好的产率。这是 由于氢氧化铯可以和端炔形成炔基铯从而得到炔基负离子，这种离子溶解性极 差，在溶剂中是一釉。裸露”的负离子p 4 l ，它具有很强的亲核性，以至于一产生 就能和二硒醚反应。 表3 1 各种炔硒醚的产率 产物 r r产率( 箱) 3 ac 强0 c c 6 地 6 7 3 b吼d c 地c e h s c 心一p 6 0 3 cc 池0 c h 2 g k c l 一p 7 5 3 dc乩c615 7 8 3 ec 地o c 心浏晦b r p 6 2 3 f n 吒 i 9g h 5 6 5 另外，我们发现端炔( 3 一甲氧基丙炔) 积碘可以在氢氧化铯的参与下专一 性地产生出3 一甲氧基一l 一碘丙炔，而不会发生亲电加成反应。 h 3 卜弋三+ b 竺里旦，h 3 c - q 、一i l 三三+ b = h f 1 。 图31 0 氢氧化铯在舍成炔基碘反应中的作用 3 3 谱图分析 我们选取合成的典型化合物( 苯乙炔基苯基硒醚) 的谱图作为分析对象，通 过比较苯乙炔的氢谱发现：谱图中没有出现3 0 5 7 p p m 附近的峰，这说明化合物 中没有端炔基氢，通过分析化合物的结构可知，化合物中有l o 种位置不同碳原 子，这点在碳谱中得到了证明。 图3 ，1 1 苯乙炔的氢核磁共振谱 童 珏蓐l 图3 1 2 苯乙炔基苯基硒醚的氢核磁共振谱 i 露 ；：二菩 壤。h，窿 t 2 - 。h h - h 。 ：- ； i i j 耗 i：警；嚣 ：l-乳=“ ： 喈 靠 ：i- 遐r 黼 图3 】3 苯乙炔基苯基硒醚的碳核磁共振谱 盆 王g u 巨。 矗z 瓣瓣爨| l l 溅l 。i笛蓦置盖奏蛊蓦鲁享篁吞窖a ；趸箐蓦l h 西 o u 矗0 0o o k 西 h o 田臼西鬣 0 0 0 0 z 图3 1 43 一甲氧基一1 一碘丙炔的氢核磁共振谱 q 3 心 鞋骶“ n筘g；翼笋菸强弱 z o z 譬h o n vn口om一卜h u v o # ：n h h 口c 工n 口c声忖，善u口凸hz，nu z 厶 旧：? ： ， zeo0一) 。o l i ：e 、 3 4 实验部分 34 1 仪器与试剂 i n o v a 。4 0 0 型核磁共振仪，t m s 为内标；玳由s h i m a d z u 4 3 5 记录，硅 胶为青岛海洋化工厂产品。 3 4 2 炔硒醚的合成过程 1 0 r a l 烧杯中装有c a h 2 ，向其中滴入水，反应完全后再加入c s 2 c 0 3 ，用玻 璃棒搅拌，过滤，用水( 2 m l 3 ) 洗滤纸，滤液收集在5 0 m l 双口烧瓶中，蒸 馏除去水即得到c s o h ，所得产物马上用于下一步反应。 在上一步制有c s o h 的烧瓶上装上回流冷凝管，加入t h f 5 m l ，用磁力搅拌 器搅拌l 小时，然后加入二硒醚( 或用分液滴入3 m l t h f 、二硒醚和溴的混合液) ， 在室温下搅拌过夜，用饱和n i - h c i 水溶液洗( 1 0 m l 3 ) ，再用乙醚( 2 0 m l x 3 ) 萃取，旋转蒸发萃取液中溶剂，柱层析分离( 石油醚l 醚= 2 0 ：1 ) ，即得产物。 3 4 3 炔硒醚的光谱数据 ( 3 a ) 0 h ，0 0 h 2 c ! c s e p h 黄色油状液体，承m a x e r a 1 ) 3 0 6 9 ，2 9 2 8 ，2 8 5 9 ，2 1 7 1 ，1 5 7 7 ，1 4 7 7 ，1 4 3 9 ，1 0 9 9 1 hn m r 7 5 2 7 0 5 ( m ，5 h ) ，4 17 ( s ，2 h ) ，3 3 0 ( s ，3 h ) ， ( 3 b ) c h ，o c h ? c c s e c 水c 心一p 黄色油状液体，玳i t i a ) ( ，c 1 t i 1 ) 3 0 3 7 ，2 9 2 9 ，2 8 6 1 ，2 1 7 0 ，1 5 7 7 ，1 4 8 0 ，1 4 3 9 ，1 0 9 9 1 hn m r 7 6 5 7 1 2 ( m ，4 n 3 ，4 1 2 ( s ，2 h ) ，3 2 3 ( s ，3 h ) ，2 2 9 ( s ，3 h ) ( 3 c ) g h 3 0 c h 2 0 - - - - c s e c 冰, 0 卜p 黄色油状液体，w ( v n 谴x e m 4 ) 3 0 6 9 ，2 9 2 8 ，2 8 6 0 ，2 1 7 1 ，1 5 7 8 ，1 4 7 8 ，1 4 3 9 ，1 0 9 8 1 hn m r 7 6 8 ( m , 4 h ) ，4 1l ( s ，2 h ) ，3 2 6 ( s ，3 h ) ( 3 d ) p b c - - - - - c s e p h 黄色油状液体，i r ( v m a x c m 。) 3 0 7 0 ，2 2 1 0 ，1 6 0 0 ，1 4 9 5 ，6 9 0 1 h n m r 76 8 72 4 ( m 】o h l ( 3 e ) o h 3 0 0 h 2 g c s e o e h , b r p 黄色油状液体，i r ( v m a x c m 1 ) 3 0 7 0 2 9 3 0 ，2 8 6 5 ，2 1 7 0 ，1 5 8 0 ，1 4 7 7 ，1 4 4 0 ，1 】0 0 hn m r7 6 5 69 0 ( m ，4 h ) ，4t o ( s ，2 h ) ，32 2 ( s ，3 h ) ( 3 f ) n - 0 h 。o - - - - - = = = - 8 s e p h 黄色油状液体，l r ( v m a x c m - 1 ) 3 0 7 0 ，2 9 2 9 ，2 8 5 6 ，2 2 1 2 ，1 5 7 8 ，1 4 7 6 ，1 4 3 9 1 h n m r7 5 1 70 8 ( m ，5 h ) ，23 3 0 ，2 h ，j = 5 6 h z ) ，1 7 7 10 1 ( i n ，4 h ) ，o9 1 ( r , 3 h , j = 54 h z ) 2 1 第四章分子梭( 轮烷) 早在二十世纪6 0 - - 7 0 年代人们就合成出了轮烷1 3 5 】，不过当时的产率相当低， 纯粹建立在偶然性的基础之上，此后对轮烷的研究一直停止不前。最近十年内， 随着超分子化学的发展，轮烷的研究发生了翻天覆地的变化【3 9 】。科学家们不仅 找到了更好的合成轮烷的方法，同时更重要的是已经开始探索轮烷的特殊性质。 目前的研究表明轮烷作为光电信息材料具有十分诱人的前景。惠普公司的p h i l k u e k e 研究小组和加利福尼亚大学珞杉矶分校的h e a t h 小组用轮烷设计出一种夹 心三明治型的分子逻辑门( m o l e c u l a r - - b a s e dl o g i cg a t e s ) 【4 0 】，这预示蓿计算机将 在节能、微型化以及速度上取德突破性的进展。同时，通过对生命过程中蛋白质 的生物分子机器进行模拟，将有利于我们揭示生命活动的奥秘、掌握生命活动的 规律，本章着重介绍轮烷的定义，在介绍各种不同类型的轮烷时渗透了轮烷研究 的最新新发展状况，轮烷的作用部分使我们明确了我们工作的长远目标及意义， 最后介绍了我们实验室的研究工作。 4 1 轮烷的定义l 删 轮烷( r o t a x a n e ) 是由一个环分子( m a e r o c y e l e ) 和一个从其内腔穿过并且两 端带有大的萋团的线性分子( t h r e a d ) 组成的化合物。轮烷作为一个较为完整的 定义是由s c h i l l 在1 9 7 1 年提出【3 引，是由拉丁文“r o l a ”( 轮) 及“a x i s ”( 轴) 组成而得。用化学语言来说，它含有一个或几个环状分子( 轮) 和一个线性分子 ( 轴) ，为了防止他们之间相互滑动，在线性分子得两端必须有两个体积足够大 的基团一塞予( s t o p p e r ) ，其线性分子和环分子通过所谓的“力学键”( m e c h a n i c a i b o n a i n u ) 相连，而不是通过强的共价键和配位键连接，但是分子的性质却由两 个单元分子共同决定。理论上任何一个线性分子都可以穿入或穿过一个内径足够 大的环分子，假如随后在线性分子的两端引入足够大的基团能阻止线性分子的离 去就可以得到稳定的轮烷分子。而如果线性分子能从环分子内腔离去，二者形成 的超分子被穆为准轮烷( p s e u d o r o t a x a n e ) 。最简单的轮烷结构由一个线性分子 和个环分子构成，可用【2 轮烷表示，由一个线性分子和n 一1 个环分子构成的 轮烷用i n 】轮烷表示川。 4 2 轮烷的分类【4 3 准轮烷怛】轮烷 i 砷轮烷 图4 1 轮烷和准轮烷h 2 l 子 轮烷类型可以根据轮烷的各部件的类型以及轮烷中环分子和线性分子之间 的作用力不同而区分开来。由于轮烷中一般情况下是多种作用力回时存在。这里 我们依据轮烷中不同类型的环分子而把轮烷区分出来为下面几种类型的轮烷。 4 2 1 冠醚类轮烷 在这类轮烷中环分子由冠醚构成，常用的冠醚一般含有富电子的苯或者萘成 分。s i o d d m l 实验小组合成出许多冠醚轮烷。如对苯二撑3 4 冠1 0 c b p p 3 4 c 1 0 ) 和 带来树状分子塞子的联二吡啶盐化合物混合后，可以在较高温度下形成准轮烷 烷，然后在较低温度( 或室温) 下形成轮烷。改变所用冠醚的比例，可得到 2 f 4 轮烷。变温hn m r 图谱表明在低极性溶剂中轮烷分子中的冠醚b p p 3 4 c 1 0 分子 在两个联毗啶构成的骨架上进行往返“穿梭”运动，从而形成了“分子梭” 4 5 删。 c h i c h a k 等用穿线法成功地将r u 一 啉配合物分子作为塞子，利用二苯撑 2 4 卜 冠一8 大环分子和l ，2 一二( 4 ，4 一二毗啶) 已烷，构筑了具有光敏性质的 2 轮烷， 其hn m r 谱表明由于在环状分子和线形分子之间较强的一“s t a c k i n g 作甩及 氢键( c h o ) 的存在，促使“穿线”过程的完成i “。随着台成技术的提高，人 们不断合成出新型冠醚类轮烷，如最近l a u 小组合成了以联毗碇盐为识别点的含 有丁r f ( 1 c t r a t h i a f u l v a l e n e ) t s o - 跏的环分子的准轮烷f 矧。 4 2 2 大环酰胺类轮烷 在这种轮烷中存在着环状酰胺分子与线形分子之间的氢键作用，同时氢键作 用对其合成起着决定作用。l e i g h 等报导了一种酰胺袭轮烷的合成，这个化台物 中有多肽的结构，用于模拟蛋白质中的生物分子机器，实验发现大环酰胺可以对 肽键的构型其到决定作用，氢键的稳定作用使得多肽分子以z 式结构存在t 5 6 j 。 f r i t z v 6 9 t l e 等利用经典的m i c h a e l 加成反应合成出了具有八个苯环和两个环几烷 的大环酰胺轮烷。合成过程是先利用氢键作用使环分子和大体积的酚结合，然后 使结合了环分子的酚和o ，b 一不饱和系统反应【州。h u b n e r 等利用树状分子作 为塞子，将烷基分子和环状酰胺分子组装成轮烷，表明只有当树状塞予与环状分 子大小匹配时才能有较为满意的产率l 。s c h m i e d e r 等首次利用【3 】轮烷中两个环 状分子叠放次序的不同，成功地分离出具有光学立体异构活性的