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湖南大学顶上论义 间吡啶为连结桥的分子内双螺旋化合物的合成 研究生：罗蜂 指导教师：安德烈教授 摘要 近年米，螺旋分子尤其是具有光学活性的双螺旋分子因其独特的结构特 征羊在生物学仿生合成上的巨大意义以及作为潜在的光电材料在应用上的前 景，已经引起了人们极大的关注。虽然国外某些研究小组报道了一些由独立 分子链和金属离子络合而形成的具有相反手性的叔螺旋外消旋混合物，但目 前在实验室合成一种具有光学活性、无金属离子络合且结构优美的分子内舣 螺旋化合物还相当困难。据我们所知，目前文献报道的双螺旋分子人都为前 者，且绝大部分为外消旋物混合物。 本论文在人量文献调研和本实验室过去研究结果的基础上，设计了一种 由2 , 2 一二取代一1 ，1 联萘和间吡啶桥通过线形乙炔构筑的新型光学活性分子内 双螺旋化合物，并对其进行了合成研究。 黟惩 ( r p ) - 分子内双螺旋分子 在论文第二章，作者探讨了2 ，2 二乙炔基一1 ，1 联萘的合成，并通过比较 研究确立了便于本实验室合成的可行路线。从商业上可得的( 励2 ，2 二羟基 - 1 ，1 - 联荼出发，经过酯化、取代、溴化、水解和特殊w i t t i g 反应五个步骤， 成功地获得了具有光学活性的( 固一2 , 2 二乙炔基1 ，1 耳) 萘。 塑堕叁兰堡土丝塞 2 ，2 二乙炔基一1 ，1 联萦 论文第三章，为了实现目标分子的合成，作者设计并探讨了通过分子间 偶合成环反应和分子内偶合成环反应两条合成目标化合物的路线。实验结果 表明，分子间成环的反应路线虽然简短，但这一方法的缺点在丁反应分子中 存在着较多的反应点，导致反应给出非常复杂且难以分离的混合物，冈而目 标分子的生成难以得到确认。利用分子内成环的路线则成功获得了目标分于。 该路线经过( p h 3 p ) 4 p d c u i 催化的吡啶导入、保护基( t m s ) 的导入禾i 脱去以 及在极稀溶液条件下的分子内成环等七步反应，最终获得了具有右旋手性的 分子内双螺旋目标分子。 唯一! 竺鬯，( r ，分子内双螺旋目标分了 一” 本论文通过光学活性的2 , 2 一二取代1 ，卜联萘和间比啶桥的连接，设计并 成功地合成了一种新型分子内双螺旋化合物。本项研究中得到的所有新中间 体和目标化合物的结构都经过高分辨m s 、1 hn m r 、”cn m r 、d e p t 特殊测 定和元素分析得到确认。 关键词 双螺旋分子、光学活性、1 ，l 一联萘、间吡啶桥、s o n o g a s h i r a 偶合反应 器 湖南人学硕十论文 a b s t r a c t r e c e n t l y ，e x t e n s i v ea t t e n t i o n h a sf o c u s e do nh e l i c a lm o l e c u l e s ，e s p e c i a l l y c h i r a ld o u b l eh e l i c a lm o l e c u l e so na c c o u n to ft h e i ru n i q u es t r u c t u r a lf e a t u r e sa n d g r e a ts i g n i f i c a n c ei nb i o n i c ss y n t h e s i sa sw e l ta st h e i rp o t e n t i a l i t i e so fo p t i c a la n d e l e c t r o n i cu s e t h o u g h ，s o m ed o u b l eh e l i c a lr e c e m a t e sd e r i v e df r o mt h es e p a r a t e m o l e c u l e l i g a n ds t r a n d sc o m p l e x e dw i t hm e t a li o n s w e r er e p o r t e d ，i ti s v e r y d i f f i c u l tt o s y n t h e s i z et h et y p eo fi n t r a m o l e c u l a rd o u b l e h e l i c a lc o m p o u n dw i t h o p t i c a la c t i v i t y a n dg r a c e f u ls t r u c t u r ea n dw i t h o u tc o m p l e x e dm e t a li o n si n l a b o r a t o r y t ot h eb e s to f o u rk n o w l e d g e ，m o s to ft h ed o u b l eh e l i c a lm o l e c u l e s r e p o r t e da r ef o r m e r s ，a n dm o s t o f t h e ma r er e c e m a t e s i nt h i st h e s i s ，b a s e do nn u m e r o u sl i t e r a t u r ei n v e s t i g a t i o na n dt h ep r e c e d i n g r e s e a r c hi no u rl a b o r a t o r y , an e w t y p eo f i n t r a m o l e c u l a rd o u b l e h e l i c a lc o m p o u n d w i t h o p t i c a la c t i v i t y ，i n w h i c h2 ，2 一b i s u b s t i t u t e d 一1 ，l 一b i n a p h t h y la n dm e t a p y r i d i n eb r i d g e s w e r ec o n n e c t e dw i t hl i n e a r e t h y n y l w a sd e s i g n e da n di t s s y s t h e s i sw a s r e s e a c b e d 黼螺 ( r p ) i n t r a m o l e c u l a rd o u b l e h e l i c a lm o l e c u l e i nt h es e c o n dc h a p t e r ，t h es y n t h e s i so f2 , 2 b i e t h y n y l l ，1 b i n a p h t h y l w a s i n v e s t i g a t e d a n d t h r o u g hc o m p a r e d r e s e a r c har a t i o n a l s y n t h e s i s r o u t ew a s e s t a b l i s h e d b y u s eo fc o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e ( r ) - ( 2 , 2 一b i h y d r o x y 一1 ，1 。 b i n a p h t h y l ) ，a n df i v es t e p sw e r ep a s s e d ，w h i c hw e r e e s t e r i f i c a t i o n ，s u b s t i t u t i o n ， b r o m i z a t i o n ，h y d r o l i z a t i o n a n d s p e c i a lw i a i gr e a c t i o n ，2 , 2 b i e t h y n y l 1 ，1 - b i n a p h t h y lw i t ho p t i c a la c t i v i t yw a s o b t a i n e ds u c c e s s f u l l y 塑堕墨兰塑! ：堡茎 一 。，咖。9 一。 洲一“ i nt h et h i r dc h a p t e r ，i no r d e rt os y n t h e s i z e t h e t a r g e tm o l e c u l e ，t w o s y s t h e s i s r o u t e sw e r e d e s i g n e d a n d i n v e s t i g a t e d ，w h i c h w e r e s e p a r a t e l y o u t r a m o l e c u l a ra n di n t r a m o l e c u l a rc o u p l i n gc l o s i n g - c y c l er e a c t i o n sr o u t e s t h e e x p e r i m e n t s r e s u l t ss h o w e dt h a t ，t h o u g ht h eo u t r a m o l e c u l a r c l o s i n g - c y c l e r e a c t i o n sr o u t ew a sb r i e f ，i t sd e f e c tw a st h a tt h e r ew e r em o r er e a c t i o np o i n t si n t h ec l o s i n g c y c l er e a c t i o n ，w h i c hm a d et h er e a c t i o nr e s u l ti nc o m p l i c a t em i x t u r e s ， w h i c hw e r ev e r yd i f f i c u l tf o rs e p a r a t e da n dt h e r e f o r et h ef o r m a t i o no ft h et a r g e t m o l e c u l ew a su n a b l et ob ei d e n t i f i e d b u tt h et a r g e tm o l e c u l a rw a so b t a i n e d s u c c e s s f u l l yt h r o u g ht h ei n t r a m o l e c u l a rc o u p l i n gc l o s i n g - c y c l er e a c t i o n s r o u t e d u r i n gt h i sr o u t e ，s e v e ns t e p sw e r eu s e d ，w h i c hi n c l u d e dp y r i d i n e i n d u c t i o n c a t a l y z e db y ( p h 3 p ) 4 p d - c u i ，i n t r o d u c t i o na n do u t r a d u c t i o no fp r o t e c t i n gg r o u p a n di n t r a m o l e c u l a rc l o s i n g - c y c l er e a c t i o nu n d e rp s e u d o - h i g h - d i l u t i o nc o n d i t i o n ， a n dt h ei n t r a m o l e c u l a rd o u b l e - h e l i c a lt a r g e tm o l e c u l ew i t hp l u sh e l i c a lc h i r a l i t y w a so b t a i n e df i n a l l y ( r p ) 一t h ei n t r a m o l e e u l a rd o u b l e - h e l i c a l t a r g e tm o l e c u l e s o ，i nt h i st h e s i s ，an e wt y p eo fi n t r a m o l e c u l a rd o u b l e 。h e l i c a lc o m p o u n d w i t h o p t i c a la c t i v i t y ，i n w h i c h 2 , 2 一b i s u b s t i t u t e d 一1 ，1 - b i n a p h t h y l a n d m e t a p y r i d i n eb r i d g e sw e r ec o n n e c t e d w i t hl i n e a re t h y n y lw a sd e s i g n e da n d s y n t h e s i z e ds u c c e s s f u l l y t h es t r u c t r u r e so fa l ln e wi n t e r m e d i a t e sa n d t h et a r g e t m o l e c u l ew e r ei d e n t i f i e d b yh i g h - r e s o l u t i o nm s ，1 h n m r ，”c n m r ，d e p t s p e c i a lm e a s u r e m e n ta n de l e m e n t a la n a l y s i s k e y w o r d s ：d o u b l e - h e l i c a l m o l e c u l e ；o p t i c a la c t i v i t y ；1 ，1 w b i n a p h t h y m e t a p y r i d i n eb r i d g e ：s o n o g a s h i r a c o u p l i n gr e a c t i o n 湖南大学硕l 论史 缩略语表 s i n g l e t q u a r t e t d o u b l e l m u l t i p l e t t r i p l e t b r o a ds i n g l e l h o u r ( s ) r o o m t e m p e r a t u r e t r i m e t h y l s i l y lc h l o r i d e ( m e 3 s i ) 2 n l i ( c f 3 s o ：h o t e t r a h y d r o f o r a n c d s p e c t r u m ： c i r c u l a rd i c h r o i s ms p e c t r u m p r ，n h d e p t ： b p 0 ： n b s ： d i i s o p r o p y l a m i n e d i s t o r t i o n l e s se n h a n c e m e n t b yp o l a r i z a t i o nt r a n s f e r b e n z o y lp e r o x i d e n - b r o m o s u c c i n i m i d e v 。 吓 出 。 i 垤 h 眦 一 m | 圣 湖南人学坝l 论文 第一章综述 本章将简要论述近年来有关螺旋结构的分子的研究现状，并对它们的结 构及性质做一定的分析。在此基础e ，提出了本论文的目标一种光学活 性的分子内双螺旋化合物的合成。 第一节具有螺旋结构的分子 1 1 1 概述 rsc a h n 写到：“螺旋具有二个特征：一个轴，一个螺纹特性( 也就是 它的空间螺旋特性) ，和一个斜度( 也就是，t h er a t i oo f a x i a l l yl i n e a rt oa n g u l a r p r o p e r t i e s ) 。 由此可见，螺旋性是种特殊的手性。它可以是右手螺旋的 ( 】d ：p l u s ) ，也可咀是左手螺旋的( 始m i n u s ) 。双螺旋和多螺旋结构一样如此吐 r i g h t h a n d e d ( 尸) 图1 1 单螺旋和双螺旋的示意图 1 9 5 3 年w a t s o n 和c r i c k 根据x 一线衍射图样及各种化学分析的数据，证 明了d n a 呈双螺旋结构。这是当代生物科学取得的极其重大的成就之一眈 d n a 双螺旋结构概念是：d n a 分子通常由两条核苷酸链组成。这两条多核 兽帮 湖南人学坝i ：论文 苷酸链环绕同一氏轴并联盘旋而形成右旋的舣螺旋结构。 核糖与碱基缩合形成的化合物称为核糖核苷。核苷的磷酸酯称为核_ 茁：酸。 d n a 双螺旋结构中极性强的磷酸糖链形成烈螺旋的外围骨架，多核苷酸链上 的碱基平面垂直于双螺旋的跃轴而居于域螺旋的中央。两链同一水平面上的 一对碱基借碱基间形成的氢键互相连接。每l0 个碱基对使螺旋上旋一圈。 上f 相邻的碱基对之间呈样板堆积。d n a 双螺旋结构是十分稳定的，维持 d n a 结构稳定的力量主要是碱基对之问的堆积力。另外，碱基对之间的氢键 也起着重要作刚。 图1 - 2 d n a 的双螺旋结构 不仅是d n a ，生物界中许多其它的天然聚合物，如多糖类，核酸类和一 些多肽类化合物都同样存在着手性和螺旋性【4j 。 分子螺旋结构的形成，空间位阻因素是主要原因之一。例如，稠环芳烃 化合物菲的三个苯环本来在同一平面上，但4 ，5 位上导入两个甲基后，由于 甲基的体积较大，不能容纳在环所在的平面内，因此一个甲基在另一个的上 面，这样就引起了环的扭曲，使整个分子象螺丝中的一圈，既没有对称面， 也没有对称中心，因此形成了具有手性的螺旋结构。如下面的化合物已拆开 成对映异构体pj 。 ，、 f “c h 3 ) 、闩7 。孓以吼。 ( 圆圈内的甲基代表在上方) 图1 3 菲衍生物的螺旋结构 湖南人学硕十论业 d n a 是一种右手螺旋结构，这种螺旋分f 的手陛对生物的生理现象有巨 人的影响。所以在合成中，这也是一个引起了格外关注的问题。 1 1 2 各种不同的螺旋分子 由r 双螺旋的d n a 具有极其重要的生物学意义，化学家们设想：能不能 从化学角度模拟合成出类似的螺旋分子，进而实现对双螺旋的d n a 的合成? 这是一个激动人心的设想，但却也是一个相当困难的i ：作。近年来，螺旋分 子的独特的结构以及这类化合物作为光电材料的应潜力，也已经引起人们 对种结构的物质的极大关注。9 0 年代以来，关于螺旋结构分子的研究已经逐 渐成为合成化学和材料化学领域的一个研究热点。 螺旋分子可分为单螺旋分子、双螺旋分子平多螺旋分子儿种情况。与生命 现象有密切联系的d n a 就是一种典型的舣螺旋分子。至今，化学家们通过不 同的途径合成了一些具有螺旋结构的分子，但有关的研究报道还非常有限。 并且所获得的螺旋分子大部分为外消旋混合物，只有少量是光学纯的。 舣螺旋分子的合成是相对研究得较多的螺旋分子。目前只有一种较为有效 的方法：就是具有配位官能基的链状分子通过与金属的络合反应进行自组装 ( s e l f - a s s e m b l e ) 。1 9 9 1 年，j m l e h n 等人设计并合成了具有二个联吡啶单元的 链分子1 1 6 。7j 。并利用l 与c u c i o 。或者a g ( c f 3 s 0 3 ) 发生的络合反应获得了有相 反螺旋手性的舣螺旋外消旋混合物2 。在它们的结构中，具有配位效果的两条 链缠绕着金属离子产生了配位，从而自己组装成了左旋( m m i n u s ) 和右旋( j p ： p l u s ) 的三核积螺旋分子。这些双螺旋分子曼圆柱形( 有中，0 轴) 并有周期性 ( 闶定的斜度) 。这种双链金属络合物的自组装，被称为“螺旋化”f h e l i c a t e ) 。 在此基础上，该研究小组通过引入具有不对称因素的基团，选择性地获得 了p 一4 。 3 是光学纯的( s s ) 构型。由它与金属离子“组装”成双螺旋金属络合物 可能形成两种具有相反螺旋手性的非对映异构体，( j d ) 4 和( m 4 。但核磁共振 氢谱和c d 谱中大c o t t o n 效应数据显示有一种非对映异构体优势性地形成 ( 9 5 ) 。空间堆积模型以及初步的分子结构计算表明，左手螺旋分子( 力- 4 比 右手螺旋分子( p ) 4 具有更大的空间障碍。由示意图可以看到，在( 4 中，甲 塑妻叁堂堡! ：丝苎 一 基基团都内向排列，而( 尸) 4 中的甲基基团都外向排列，前者囡此显得更为空 间拥塞。同时，c u l 络合物的晶体结构测定表明有m 的c o t t o n 效应。这对应丁 t ，手螺旋特性。这些证据都表明：引入了砖个甲基基团并具有( s ，s ) 构型 的3 的金属自组装络合反应具有极人优势地生成了拓手螺旋手性的双螺旋结 构 c u 3 3 2 】3 + 。 艄 。电 酉囝 曙 ( 尸) 一4 ( 几彳) - 一4 2 ( ( 尸) f o r m ) 图1 4 由具有三个联吡啶单元的链分子形成的双螺旋 b h a s e n k n o p f 等人设计并合成了具有三个二联吡啶单元的分子链5 吼井 利片其与六配位的过渡金属离子f e l 和n i “的络合反应，获得了外消旋的 配 位三核双螺旋分子6 。 在5 的结构中，每个三联吡啶单位之间的c h 2 c h 2 基团很短，这使得同一 条链上的两个相邻的三联吡啶单位不能跟同一个金属离子发生络合。同样的 4 塑堕查兰堡土丝苎 原因，同链两端的两个三联吡啶单位也难以与金属离子发生络合。因此，两 条5 的分子链与三个金属离子络合形成了6 ，同链上的每个三联毗啶基团对应 着一个金属离子。 5 6 图1 5由具有三个三联吡啶单元的链分子形成的烈螺旋 他们还讨论了之所以形成双螺旋而不是两条平行链( t h es i d eb ys i d e s t r u c t u r e ) 的原因。两种结构的示意图以及分子堆积图如下。在结构b 中，在 同一根链上两个相邻的三联毗啶基团的质子h c ( 4 ) 过于接近，这种空间阻碍 导致更有利于a 的生成。另外，在所有的三联吡啶基团上的质子h c ( 3 ) 和 h c ( 4 ) 的驰豫时间( r e l a x a t i o nt i m e s ) 都是相似的，这说明这些质子都处于相 似的化学环境中，显然a 符合此现象。这些证据说明，络合物是以双螺旋结 构的形式存在。 湖南人学硕上论文 图1 66 的结构的示意图 上：双螺旋结构f ：平行链结构 svk e s s a r 等人合成了另一种具有联吡啶单元的分子链7 【。再通过n i 离子的络合作用，白组装形成了二核三螺旋结构8 ： ( 7 ) 3 n i 3 ( c 1 0 4 ) 6 ( 结构与6 类似，从略) ，其结构经x 一衍射得到证实。 邺_ 一，9 。：_ j q 一( 毗毗j q 一囝哪 7 关于单螺旋分子的例子并不多见，只有几种特殊结构的螺旋物质被报道 了。t jk a t z 等人设计并合成了由稠环芳烃构成的单螺旋分子9 【i 。w q l s l a v e n 等人以联萘酚衍生物为母体，以炔键为联结子，合成了单螺旋物质 l o j 。这里，起始原料联禁衍生物的光学性质决定了1 0 的螺旋手性。这个螺 旋可以相当地延长而形成长链结构的低聚物和多聚物。它可用来作为新型的 非线性的光学传导材料、分子识别的主体以及不对称催化中的手性链等。 6 湖南大学硕+ 论文 。g 鸢。 、 。一瓤。 冷“众：“ 图1 7单螺旋化合物的合成 这种螺旋结构的共轭聚合物在电学和光学上的物理性质都与那些线性的 共轭聚合物诸如聚苯乙烯”和聚噻吩1 1 ”等有着明显的不同。对于线性的共轭 聚合物，它们的有效共轭片段对于外部环境非常敏感。外部条件变化可引起 它们发生平面非平面的转化，从而导致吸收和荧光波长发生明显的改变。然 而，对于1 0 这样的螺旋性聚合物，由于它们具有联萘炔片段，能够形成扭曲 的刚眭结构，因而具有t 1 c t ( t w i s t e di n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r ) 荧光性 质。这些联萘炔片段不会被外部环境例如不同的溶剂、溶剂黏度和周围的温 度所改变。这可被用于制造适应周围温度变化及不同溶剂的光传导材料。 近年，具有独特结构特征的分子内双螺旋化台物亦引起人们。泛关注。虽 然目前在实验室合成这种结构优美的分子还比较困难，但一些化学家的研究 已取得了某些重要进展。以下是几个成功的合成例子。 k s f e l d m a n 等人设计并成功地合成了以乙炔键为连结子的分子内双螺 旋物质1 1 1 ”。m j m a r s e l l a 的研究组报道了双螺旋分子1 2 ，1 3 的合成，其中 7 湖南人学硕论文 1 3 同时具有梯状结构1 1 ”。 幽1 8i i 的二维示意图 ( 省略r 侧链) 1 2 1 3 湖南大学硕l 论文 第二节目标分子的设计 通过对大量文献的分析，我们发现：2 , 2 + 取代的1 ，1 一联萘衍生物在合成 中经常被用作构筑光学活性化合物的起始原料。事实上，2 ，2 二取代的l ，l - 联禁衍生物本身就是一种很重要的手性辅助剂和不对称转化剂。例如，化合 物1 4 就在许多反应中被用为一种手性催化剂，它通过与路易斯酸络合而发生 作 j 【1 “。 1 4 2 0 0 1 年诺贝尔化学奖得主野依良渝所发现的手陡氢化试剂1 5 也是一种 2 , 2 _ 二取代的1 ，l - 联萘衍生物，它在前手性羰基化合物还原中，导现出特别 高的对映面辨别能力。 1 5 以卜| 我们希望通过对1 ，l 联萘及其衍生物的分析，来发掘它呈现上面性 质的原因，从而有利于我们的目标分子设计。 首先，关于l ，l 联萘的立体异构，空间阻碍使它形成了具光学活性的对 映异构体。1 9 6 3 年，c o o k e 和h a r r i s 研究了光学活性的1 1 联萘f ( r ) 或 ( 印- 1 6 1 # 1 , 消旋作用的动力学机制i l 。他们发现在5 0 。c 时，1 6 的外消旋作用 半衰期是1 4 5m i n ，而其的g = 2 3 5 c a l m o l 。1 9 7 1 年，p i n c o c k 发现，肖从 熔融态结晶时，1 6 白发地产生了光学活性的r 或。对映异构体l ”i 。p i n c o c k 做 了两百次结晶实验，发现产生优势的兄或s _ 异构体的儿率是相等的。 黩 ，。、l 湖南人学硕j 论文 f - 1 6 g # = 2 35k c a f m o i t = 1 45 m i n5 0 0 c r 只、- 1 6 图1 91 6 的消旋化的动力学机制 肖1 6 的2 , 2 - 位被引入官能团时，1 ，1 ，联萘的手性构型变得1 # 常稳定。例 如：在二甲替甲酰胺中，【一( - ) - 1 7 b p 便在17 5 。cf 也不能发生外消旋化删。 但是，8 , 8 - 二取代的化合物1 8 则可在类似的条件发生外消旋化，其中衰期是 5 1 5r a i n ，g 2 4 4 c a l m o l 。这可能是冈为禁环上的1 ，8 位的两个取代基的空 间排斥作用导致了分子的变形1 ”。 1 7 1 8 o h m i s l o w 等在研究了手性联萘衍生物的光学胜质、五体化学机理以及热力 学原理之后，首先提出了它们的绝对构型【“i 。y a m a d a 和他的同事则通过对 ( r ) 一( 十) 一1 9 进行x - 射线衍射分析，并与其它联蔡分子的相互关系进行比较确证 了它的结构。在( 尺) ( + ) 1 9 中，两个萘环所夹的二面角约为7 7 度。 o 器 嬲 嚣 湖南人学硕l 。论文 由于2 2 一二取代l ，l 联萘衍生物在手性构型上的高度稳定性，困此它们 已经被广泛川丁控制许多不对称过程，并在有机合成中显示出许多显著的手 性特性1 2 3 - 2 4 1 。 r ch e g e s o n 等人合成了具有分子内空腔的荼酚衍生物2 0 “。( r r ) 一2 0 的旋光度为【a 5 7 8 = + 1 5 2 0 ，它们的手性识别能力已经得到了研究口“j 。在区分手 性胺盐、手性的氨基酸和手性的氢基酯时，( r ，r ) - 2 0 羊( s 研2 0 被发现是极好 的手性主体口”。当他们被用来摹取胺盐时( 氯仿或氯仿乙氰溶液) ，氨基酸 或氦基酯的d 型异构体比型异构体更易l - j ( r , r ) 2 0 发生络合。这种很高的 手性识别能力源于主体与客体之间的互补性络合。在形成的络合物2 i 中，主 体和客体两者间通过3 个o h n 氢键的作用而形成络合物。 2 l s - i k i y o o k a 合成了类似的具光学活性化合物2 2 ，2 3 2 ”。e d i e d e r i c h 和 他的合作者们合成了下面的分子2 4 ”j 。目前，对这些化合物的应用研究正在 蹑 湖南大学硕 论文 进行。 凰。扒八，。 刚、s 由。叮v 协。 ( r ，置) - 2 4 【d 】d = + 3 0 23 0 ( c = 10 7 ，c h 3 0 h ) 在前文已经提到，目前合成的螺旋分子人部分为外消旋混合物，只有少 革是光学纯的。同时我们注意到：化合物2 0 ，2 2 ，2 3 和2 4 通过在两端引入 光学纯的联萘基团，合成了具有特定手性和具有主客体络合能力的人环分子。 这种结构设计的方法引起了我们的兴趣。 近年，本研究室一直在考虑对光学活性的2 ，2 一乙炔，1 ，1 联萘( 2 6 ) 的利 川。由。r 这种2 ，2 二取代的1 ，1 联萘在手性构型上具有高度的稳定性，不发 生外消旋化，因而利用其反应可以控制地形成特定螺旋分子。另外，2 6 可以 方便从商业上可得的光学纯的联萘二酚( 2 5 ) 合成它，这很有利于进一步展开我 们的研究工作。 忸o r s ) - 2 5 ( r o r 2 6 图1 - 1 02 , 2 * 二乙炔1 ，1 联萘的合成 1 2 村 吼 吼 + 一 湖南人学硕士论文 图1 1 1 ( r ) 2 6 的x - 衍射图 我们也注意到：文献中经常使川乙炔键为联结子( 见化合物1 0 ，1 1 ，1 2 ，1 3 ) ， 这显然与炔键的结构特性紧密相关。根据乙炔的分子轨道模7 型pj ，两个碳原子 以s p 杂化轨道互相重叠，并各与一个氢原子的ls 轨道重叠生成。键。每个 碳原子上各剩f 一个p ，轨道和一个p 、轨道，它们在侧面重叠生成了两个键， n 电子云是以c c 键为轴对称分布的。乙炔分子中四个原子，丙炔分子中的 二键碳原子上的氢和三个碳原子，环炔烃中c c 兰三c c 都分别各在一条商线 上。由此可见，炔键具有直线型的构型以及相对刚性。这对分子内螺旋的形 成是非常有利的。如果用其它的绕度较大较易变形的键结构为联结子，形成 的分子结构可能容易变形，从而不利于其性质的稳定。 文献中合成的螺旋分子的独特性质也与炔键紧密相关。聚炔类化合物由 丁其大共轭结构而具有很独特的性质，白j i l 英树就因对导电性聚乙炔材料的 发现和研究而获2 0 0 0 年诺贝尔化学奖i “。 综合以上的分析及研究，我们实验室考虑使用光学纯的l ，1 ，联萘为起始原 料，以乙炔键为联结子来探讨一些结构有趣的分子内双螺旋物质的合成。 d r d - l a n 等人曾设计并合成了一系列一端为手性联萘的链状结构的分 子，并希望它们能形成螺旋结构。然而遗憾的是，x 线衍射分析的结果( 见 f 图) 表明这类化合物并非螺旋而是开链结构”“。 湖南大学硕 ：论文 f r ) 一2 7 图1 1 2 ( r ) 一2 7 的x 一衍射图 之后，他们设计并成功地合成了一些在两端导入手性联萘的环状分子2 8 ( 止如同分子2 0 、2 2 、2 3 和2 4 那样) 。他们推测：由于分子内的两条链受 到端位上两个手性联萘的控制，成环后的分子很可能形成双螺旋结构。x 一线 衍射分析的结果证实了他们的这个推测是正确的”“。在这里分子的螺旋性 和手性通过单晶x 一线衍射以及c d 分析得到确认。 ( r p ) - 2 8 b 的x 线衍射图见下。大环分子的骨架以双螺旋的形式扭曲缠绕。 乙炔键有稍微的变形。值得注意的是，两个联萘基团的由萘平面形成的二面 角有着显著的不同，分别为6 8 0 c 和7 8 0 c 。以对称结构搭成的空间堆积模型显 示中间的两个苯环的朝内的氢原子将距离非常近，由此产生的环张力导致了 1 4 湖南人学硕士论文 晶体中两个联萘端基发生不对称变化。 随2 8 ax=h ( s 加一2 8 b ：x 。n 0 2 圈1 1 3 ( r ，p ) - 2 8 b 的比例模型 毽 图1 1 4 ( r ，p ) - 2 8 b 的x 线衍射图 h ：! = n 。 撕m肿肿 湖南人学硕上论文 en wb a x t e r 合成了2 9 1 。2 9 是一一个有着一次交叉( 以螺旋必须有两个 以上的交叉) 的大环结构，它相对月性和扭曲的结构包含了一个由两条2 2 一：毗啶链以最低能量形式相互缠绕起来的结构，并由两条1 ，4 二苯基丁二炔链 在人环的两边桥联起来。对2 9 的分子模型的研究表明：当2 2 吡啶链在顺式构 型( 两条链夹角小于9 0 ”) ，同时所有的氮上的孤对电子都朝着大环槽模的内部 时，链状框架的微小的圭h 曲能够形成一个很小的中心空隙，这样就形成了一个 氯孤对电子的四面体排列的结构，这可能可以束缚相应尺寸的金属离子。这种 与乙炔基和丁二炔桥的环状共轭结构偶合的可能性表明：2 9 可能会对特定的 金属离子具有选择性的络合特性，在光谱性质上也麻发生相应的变化实验结 果证明了这些。 2 9 图1 j 52 9 的简单棍状模型 6 湖南人学坝 j 论文 我们注意到2 9 中引入含氮的芳香杂环的用意，以及分子2 0 ，2 2 ，2 3 中 的空腔的主客体络合作用，在本实验室研究的基础上，我们设想在合成中引 入吡啶环等芳香杂环，从而可以合成具有进一步络合能力的含氮的分子内螺 旋。我们也看到分子外螺旋的利用金属络合物进行自组装的方法( 见分子 2 ，4 ，6 ，8 ) ，在自身形成螺旋的基础上，它还能接入其它官能团，从而产生结 构和性质上的扩展。例如：可以通过与过渡金属离子的络合，而形成两个分 子间的四螺旋结构等等。这一些设想可在我们的进一步的研究】：作中体现。 我们选用了间二溴吡啶而没_ l j 邻或对位吡啶来实现吡啶桥的引入，从成 键的角度上看，这可能更有利了双螺旋结构分子的生成。 综上所述，本文设计以f 目标分子，并对其合成和结构进行研究。 参考文献 1 r s c a h n 1 n g o l d ，vp r e l o g ，a n g e wc h e m 1 9 6 6 ，7 8 ，4 1 3 ；i b i d i n te d1 9 6 6 5 3 8 5 2 a ) j hb r e n s t e r , t o p i c sc u r tc h e m 1 9 7 4 ，4 7 ，2 9 b ) k pm e r r e r , fv o g t l e i b i d1 9 8 5 ，1 2 7 ，1 3 康健等编著生物纪学人民卫生出版社1 9 9 31 8 - 】9 4 a ) a g w a l t o n ，np o l y p e p t i d e sa n dp r o t e i ns t r u c t u r e ；e l s e v i e r ：n o r t h h o l l a n d ，n e wy o r k ，1 9 8 1 ；( b ) l p a u l i n g ，；rbc o r e y , np r o cn a t la c a d s c iu s a 1 9 5 1 ，3 7 ，2 3 5 5 胡宏纹主编秀祝纪学高等教育出版社1 9 7 8 ，1 5 2 湖南大学颁士论文 6w z a r g e s ，j h a l l ，j - ml e h n ，c b o l m ， f t e l v e t i c ac h i m i c aa c t a 。 1 9 9 1 v o l7 41 8 4 3 13 - m l e h n ，e ta 1 a n g e wc h e mi n te de n 9 1 1 9 9 0 ，2 9 ，1 3 0 4 8bh a s e n k n o p f , j - m l e h n ，h e l v e t i c ac h i m i c aa c t a 一1 9 9 6 ，v 0 1 7 916 4 3 9j - m l e h n ，a r i g a u l t ，j s i e g e l ，j h a r r o w f i e l d ，b c h e v r i e r ，dm o r a s ， a n g e w c h e mi n te d e n 9 1 1 9 9 3 ，3 2 ，7 0 4 10 tj k a t z ，ll i u ，n d w i l l m o r e ，j mf o x ，al r h e i n g o l d ，s s h i ，c n u c k o l l s ，b h r i c k m a n ，t ，：爿mc h e ms o c 1 9 9 7 ，1 1 9 ，1 0 0 5 4 11v m e n g ，一w i l l i a m s ，v s l a v e n ，dw a n g e t c t e t r a h e d r o n a s y m m e t r y1 9 9 8 ， 9 3 6 9 5 12pl i nb u r n ，a k r a f t ，dr b a i g e n t ，dd cb r a d l e y ，arb r o w , r hf r i e n d ， rwg y m e r , ah h o l m e s ，rwj a c k s o n ， ，a mc h e ms o c 1 9 9 3 ，1 15 ， t o l l 7 1 3 a ) gz e r b i ，b c h i e r i c h e t t i ，l n g a n a d ，o , z c h e mj d 伽1 9 9 1 ，9 4 ，4 6 4 6 b ) i i l e v e s q u e ，m l e c l e r c ，c h e ms o c c h e mc o m m u n1 9 9 5 ，2 2 9 3 1 4jmf o x ，dl i n ，丫h a g a k i ，j f u j i t a ，o r gc h e m1 9 9 8 ，6 3 ，2 0 31 1 5mj m a r s e l l a ，itk i m ，ft h a m ，“坍c h e ms o c2 0 0 0 ，1 2 2 ，9 7 4 1 6ds l i n g e n f e l t e r , r ch e l g e s o n ，d jc r a m ，j o r g c h e m1 9 8 1 ，4 6 ，3 9 3 1 7 b m t r o s t ，c r h u t c h i n s o n ，左桂权等译，秀祝兮成新发展，上海科学 技术文献出版社，1 9 8 5 ，2 0 9 18asc o o k e m mh a r r i s 一c h e ms o c1 9 6 3 2 3 6 5 1 9rep i n c o c k ，r r p e r k i n s ，a s m a ，kr w i l s o n ，s c i e n c e 1 9 7 1 ，1 7 4 ，1 0 1 8 2 0 d mh a l l e e t u r n e r , ，c h e ms o c 1 9 5 5 1 2 4 2 2 1km i s l o w , a n g e w c h e m 1 9 5 8 ，7 0 ，6 8 3 2 2 ha k i m o t o ，t s h i o i r i ，y ，l i k a k a ，s y a m a d a ，t e t r a h e d r o nl e t t1 9 6 8 ，1 ，9 7 2 3 c r o s i n i ，l f r a n z i n i ，a r