（有机化学专业论文）固有手性杯4芳烃及其衍生物的合成.pdf

原创性声明 i i ii ii ii i iii i ii tl liii y 18 3 2 3 3 8 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 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科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 兽、咖童 日期：硼d 年d s 月o n 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 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；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者：哲、咖芷 日期：硼0 年d s 月纠日 摘要 摘要 固有手性杯芳烃是一类典型的手性大环化合物，它们的手性来自杯芳烃骨 架非手性取代基的不对称排列，而非以往我们所见过的轴手性、中心手性或平 面手性等分子。由于具有丰富的衍生位点、灵活多变的构象和独特的大小可调 的立体空腔结构，杯芳烃成为一种优良的分子建筑平台。至今，基于杯芳烃的 主体分子已在络合萃取、分子器件、分子探针、液膜传输、分子开关、不对称 催化等领域显示出较为优越的性能。因此无论是从立体结构上还是其手性识别 能力方面都有着重大的意义。 本论文研究工作从对叔丁基杯 4 】芳烃出发，接着再引入一个冠醚环，得到 对叔丁基冠醚杯【4 】芳烃衍生物，在此基础上分别与溴乙腈、炔丙基溴和1 ，2 二 溴乙烷反应，得到固有手性杯 4 】芳烃。 本论文主要研究了以下几个方面： 1 对叔丁基杯【4 】芳烃在氢化钠作用下与聚乙二醇磺酸酯反应合成了2 5 ，2 6 单 冠醚对叔丁基杯 4 】芳烃，并通过i r ，1 h n m r 对其结构进行确认。 2 2 5 ，2 6 单冠醚对叔丁基杯 4 】芳烃类化合物在碳酸钾作用下，与溴乙腈、l ，2 二溴乙烷或炔丙基溴反应，成功合成了一种新的固有手性2 5 一取代的2 6 ，2 7 单冠醚对叔丁基杯【4 】芳烃。 3 2 5 丙炔氧基2 6 ，2 7 单冠醚对叔丁基杯【4 芳烃与叠氮类化合物进行了c l i c k 反应研究，得到了四个含2 5 三唑环氧基2 6 ，2 7 单冠醚对叔丁基杯 4 】芳烃 类新化合物。 4 本论文一共合成了1 2 个新化合物并用波普手段对其结构进行表征。 5 对具有空间空穴的固有手性杯芳烃进行了m 孑+ 、c a 2 + 、n i 2 + 、z n 2 + 、c u 2 + 、 n a + 、p b 2 + 金属离子识别性的紫外和荧光测试，其中m 9 2 + 的识别效果很好， 同时对甘氨酸的分子识别进行了初步的紫外和荧光测试，取得了很好的识 别效果。进一步的手性拆分和共结晶工作正在进行中。 关键词：固有手性杯 4 】芳烃，冠醚合成，c l i c k 反应，离子识别 a b s t r a c t 胁e r 肌t l yc h i r a lc a l i x 4 a r e n e sa r eat y p i c a lc h i r a lm a c r o c y c l i cc o m p o u n d s m w h i c hc h i r a l i t yg e n e r a t e df r o mt h ea s y m m e t r i ca r r a n g e m e n to f n o n 。c h i r a ls u b s t i t u e n t s 仔疔o mac h i r a la x i s ，ac e n t e rc h i r a lo rap l a n a rc h i r a lm o l e c u l e sa n do t h e rc h i r a l f a c t o r s c a l i x a r c n e si sa ne x c e l l e n tm o l e c u l a rs k e l e t o nb e c a u s eo f t h er i c hd e f t v a t l v e s s p o t t h ef l e x i b l e c o n f o r m a t i o na n dt h ev a r i a b l es i z e t h ep r o g r e s si n1 删l y c a l i x f 4 】砌e sw a $ s u m m a r i z e d i nt h et h e s i s 。t h e s ec o m p o u n d sb a s e do nc a l i x 撇e s k e l e t o nw e r ef o u n dr e m a r k a b l ea p p l i c a t i o n s i n t h ec o m p l e x a t i o ne x t r a c t l o n ， m 0 1 e c u l a rd e v i c e s ，m o l e c u l a rp r o b e s ，f i l mt r a n s f e r , m o l e c u l a rs w i t h a s y m m e t r i c c a t a l v s i sa i l do t h e rf i e l d s s oi n h e r e n t l yc h i r a lc a l i x a r e n e s a r ev e r yi m p o r t a n tn o to n l y i nm em r e e d i m e n s i o n a lc o n f i g u r a t i o nb u ta l s oi ne n a n t i o m e r i cr e c o g n l t l o n b a s e d0 nc a l i x 4 c r o w n s k e l e t o ns e p a r a t e l y r e a c t e dt ob r o m o a c e t o n l t n l e p r o p a r g y lb r o m i d eo r1 , 2 一d i b r o m o e t h a n et og i v et h ec o r r e s p o n d i n g i n h e r e n t l yc h l r a l e a l i x 4 a r e n e s t h ec o n t e n t so ft h i st h e s i sm a i n l y i n v o l v e dt h ef o l l o w i n gp 0 i n t s ： 1 p 胞肛b u t y l c a l i x 4 a r e n er e a c t e d w i t hp o l y e t h y l e n eg l y c o ld i t o s y l a t et og l v e 2 7 2 8 d i h y d r o x y - p t e r t - b u t y l c a l i x 4 - 2 5 ，2 6 c r o w n s 2 t i l e r c a c t i o n o f2 7 ，2 8 d i h y d r o x y - p t e r t b u t y l c a l i x 4 。2 5 ，2 6 - c r o w n s w l t h b r o m o a c e t o n i t r i l e ，p r o p a r g y lb r o m i d eo r1 , 2 - d i b r o m o e t h a n e i nt h ep r e s e l l c eo r 3 4 5 p o t a s s i u m c a r b o n a t e a f f o r d e d 2 8 h y d r o x y - p t e r t - b u t y l - 2 5 一s u b s t i t u t e d c a l i x 4 一2 6 2 7 c r o w n s t h er e a c t i o nc o n d i t i o n w a sa l s oo p t i m i z e d t h er e a c 舡o no f2 5 p r o p a r g y l m e t h o x y - c a l i x 4 一2 6 ，2 7 。c r o w n sw i t ha z i d e sa f f o r d e d 2 5 ( 1h - 1 ，2 ，3 一t r i z 0 1 4 y 1 ) m e t h o x y 2 8 - h y d r o x y - p - t e r t - b u t y l 。c a l i x 4 - 2 6 ，2 7 - c r o w n sw i t hu n i q u ec h i r a lc a v i t ys t r u c t u r e sb yc l i c kr e a c t i o n ，a n dt h e i rm e t a l i o n r e c o g n i t i o np e r f o r m a n c e w a ss t u d i e d 12n e wc o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e d i nt h i st h e s i s ，t h e i r s t r u c t u r e sw e r e e l u c i d a t e do nt h eb a s i so fl r ，n m r ，m s ，h r m s m g + ，c a 2 + ，n i 2 + ，z n 2 + ，c u 2 + ，n a + a n dp b 2 + w e r e t e s t e dt oe v a l u a t et h em e t a li o n b i n d i n gp r o p e r t i e s w i t h2 5 s u b s t i t u t e d 一2 8 - h y d r o x y - p t e r t - b u t y l c a l i x 4 1 。 2 6 ，2 7 c r o w n sb yu va n df l u o r e s c e n c es p e c t r a r e c o g n i t i o nt o w a r dg l y c l n ew 弱 n a b s t r a c t a l s ot e s t e d s o m eg o o dr e s u l t sw e r ea c h i e v e d k e yw o r d ：i n h e r e n t l yc h i r a lc a l i x 4 a r e n e s ；c r o w n ；c l i c kr e a c t i o n ；i o nr e c o g n i t i o n l l i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v 第一章前言1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 弓i 言1 固有手性杯芳烃研究现状2 固有手性杯【4 】芳烃3 1 3 1 片段缩合法3 1 3 2 母体修饰法4 1 3 3 杯【4 】芳烃冠醚类化合物2 0 杯 4 】芳烃衍生物的c l i c k 反应2 1 课题的提出和设想2 3 第二章结果与讨论2 5 2 1 5 ，1 1 ，1 7 ，2 3 一四叔丁基2 5 ，2 6 ，2 7 ，2 8 四羟基杯 4 】芳烃的合成2 5 2 2 2 5 ，2 6 单冠醚对叔丁基杯 4 】芳烃的合成2 5 2 3 2 5 ，2 6 ：单冠醚对叔丁基杯【4 芳烃与溴乙腈的反应2 6 2 4 2 5 ，2 6 - 单冠醚对叔丁基杯【4 芳烃与炔丙基溴的反应一2 8 2 5 2 5 ，2 6 一单冠醚对叔丁基杯 4 】芳烃与1 ，2 二溴乙烷的反应3 0 2 6 2 5 - 丙炔氧基2 6 ，2 7 单冠醚对叔丁基杯【4 】芳烃与叠氮化合物反应3 2 2 7 2 5 一三唑环氧基- 2 6 ，2 7 - 单冠醚对叔丁基杯【4 】芳烃的性能测试3 5 2 7 1与陬1 离子的识别性能3 5 2 7 2 化合物2 - 6 - 2 与甘氨酸的识别4 6 第三章实验部分4 8 3 1 仪器及药品4 8 i v 目录 3 1 1 检测仪器：4 8 3 1 2 实验药品：4 8 3 22 5 ，2 6 - 单冠醚对叔丁基杯 4 芳烃的合成4 8 3 2 1 三甘醇二对甲苯磺酸酯的制备4 8 3 2 2 四甘醇二对甲苯磺酸酯的制备4 9 3 2 3 2 5 ，2 6 - 单冠醚对叔j 。基杯【4 】芳烃的合成4 9 3 3 固有手性2 5 一取代的- 2 6 ，2 7 一单冠醚对叔丁基杯 4 芳烃的合成5 0 3 42 5 - 丙炔氧基- 2 6 ，2 7 - 单冠醚对叔丁基杯 4 芳烃与叠氮化合物反应5 3 3 4 1 叠氮苄的合成5 3 3 4 2 2 5 - 丙炔氧基2 6 ，2 7 单冠醚对叔丁基杯【4 】芳烃的c l i c k 反应5 3 3 42 5 - 三唑环氧基- 2 6 ，2 7 - 单冠醚对叔丁基杯 4 芳烃离子识别5 4 3 5 甘氨酸的识别5 4 第四章结论5 6 参考文献5 7 附图6 1 致谢7 1 个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果7 2 v 第一章前言 第一章前言 1 1引言 杯芳烃是一种大环化合物，是以亚甲基做桥连，由数个苯酚单元构成。作 为第三代超分子主体化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，与冠醚和环糊精相 比有其自身的优势：( 1 ) 杯芳烃的空腔大小可以自由调节；( 2 ) 它不但可以在杯芳 烃下沿的酚羟基和上沿的苯环对位发生衍生化反应，而且连接苯环单元的亚甲 基都能进行各种选择性功能化，这不仅能改善杯芳烃自身水溶性差的不足，而 且还可以改善其分子络合能力和模拟酶活力；( 3 ) 它的热稳定性及化学稳定性很 好，但可溶性较差，但通过衍生化之后，可以使某些衍生物具有更好的溶解性； ( 4 ) 与冠醚和环糊精相比，杯芳烃不但能与离子，而且能与中性分子形成主客体 包合物；( 5 ) 杯芳烃的合成较为简单，可望获得较为廉价的产品；( 6 ) 对人体和环 境毒害性小。 杯芳烃正是基于这些特点，才使得人们对杯芳烃的研究怀有极大的热情。 杯芳烃是一个很理想的分子平台，在其骨架上加以改造，就可以合成丰富多样 的超分子，尤其是手性杯芳烃更是大大触发了人们的研究热情。在过去的几十 年里，人们通过不同的方法合成了多种手性杯芳烃。它的合成方法主要为以下 两种。 第一种方法是通过引入手性基团与杯芳烃共价连接，而得的种类丰富的手 性杯芳烃。一般我们是通过对杯芳烃上下端通过醚化或烷基化、酰基化引入手 性基团，或者在杯芳烃苯酚单元的间位引入手性基团。例如1 9 8 7 年s h i n k a i 和 他的同事们通过引入手性取代基的方法在第一时间合成一个手性杯芳烃衍生物 ( 图1 1 ) 。【l 】自此，在杯芳烃上下沿引入手性取代基为合成手性接收器提供了一 条新的途径，于是掀起人们对杯芳烃手性研究的热潮。 第一章前言 e t + m 冬c h 2 町r ：n a o h , s ：h 2 0 , s ：d h s o n a 图1 1 另一种方法是就是按一定的顺序引入不同的取代基，由于杯芳烃的空间构 型，而使其缺失对称面或反转中心而呈现分子整体手性，整个化合物中并无手性 基团，换句话说，打开大环结构会使其变成一个非手性线性分子。即所谓的“固 有手性杯芳烃”。 1 2 固有手性杯芳烃研究现状 固有手性杯芳烃【2 】是一类典型的手性大环化合物，它们的手性来自杯芳烃骨 架非手性取代基的不对称排列。自从1 9 8 2 年g u t s c h e 和n o 3 】报道了第一例固有 手性杯【4 】芳烃，它潜在的手性识别和不对称催化的特性结构激起了合成固有手 性杯芳烃的热潮。因此在过去的三十年间，人们研究总结了几种合成固有手性 杯 4 】芳烃的方法。然而实际应用中合成光学纯的固有手性杯芳烃的有效方法发 展却相当缓慢，阻止了他的实际应用【4 】。结果，迄今为止报道固有手性杯芳烃不 对称催化的文章很少出现【5 】。 近几年，黄志镗等一些课题【6 7 】组研究了一种有效的对应异构体固有手性杯 芳烃的方法，它主要是通过引入手性辅助体，通过t l c 跟踪然后用硅胶柱色谱 分离非对应异构体，甚至有些衍生物能够进行重结晶。后来黄志镗课题组又报 道了一种更有效的方法合成【8 】，通过引入羰基l 脯氨酸辅助基的双重功能的间 位取代固有手性杯【4 】芳烃对应异构体，同时还发现了羰基l 脯氨酸【9 】可被应用 于外消旋间位取代氨基杯 4 】芳烃的动力学拆分。这种方法可用于合成克级规模 合成光学纯度的固有手性杯芳烃，它为更进一步研究固有手性杯芳烃的不对称 催化打下了基础。 在过去二十年，通过纯粹的有机分子【lo 】而不是金属有机物，得到有高的化学 转化率和立体构型控制、立体选择催化的过程引起人们的广泛关注，这些研究 2 飞 7 审 h、，州每洲霰i 器洲最妞洲 第一章前言 可以展示在立体选择性合成中c c 键可以和杂原子c 键一样有用。 合成固有手性杯芳烃的方法主要有两种，即片段缩合法和母体修饰法。由 于杯 5 】、杯【6 】、杯【8 】的空腔更大，衍生位点多不容易固定，所以有关的报道比 较少。以下我们主要以杯【4 】芳烃为例做介绍。 1 3 1 片段缩合法 1 3 固有手性杯 4 】芳烃 1 9 8 7 年，b 6 h m e r t l l l 等人初次提出了合成不对称取代的杯 4 】芳烃的普遍方 法片段缩合法。他用不同的苯酚单元进行 3 + l 】和 2 + 2 】缩合，得到了一系列 的化合物。为以后合成固有手性杯芳烃杯芳烃打下了基础。( 图l - 2 ) o ho h o ho h 图1 2 同年1 1 月，r o y e r 1 2 】等人在t e t r a h e d r o nl e t t e r s 上报到了用片段缩合法合成 间位取代的固有手性杯【4 】芳烃衍生物( 图l - 3 ) 。 r ih o i l l r i = r 2 = r 4 = r 6 = m e t h y l ；r a = h b r i = r 2 = r 4 = r s = l s o p r o p y l ；r a = h ；r s = m e t h y l cr 1 2 r 2 2 r 4 2 i s o p r o p y l ；r 3 2 m e t h y l ；r e 2 p h e n y l ；r 6 2 hd r 1 = r 2 = r 4 = r 5 = i e o p r o p y l ；r 3 = m e t h y l ；r s = h 图1 3 1 9 9 0 年，s h i n k a i 等人【1 3 】首次顺利拆分了一对不对称取代杯 4 】芳烃。在手性 3 刚审洲 + 酽令洲 一审她 第一章前言 试剂p i r k l e 8r e a g e n t ( s ) - 2 ，2 ，2 - t r i f l u o r o - l - ( 9 一a n t h r y l ) e t h a n 存在下测量1 h n m r ，显 示分子手性的存在。并通过h p l c 首次拆分了外消旋混合物。为以后手性分子 拆分的研究奠定了基础。 但由于片段缩合法产率低，线路长，不经过衍生不能拆分等缺点，使得其 只在早期的合成反应中有较广泛的应用。随着人们的深入化研究，母体修饰法 显示了其不可替代的优越性，进而取代了片段缩合法。 1 3 2 母体修饰法 母体修饰法又可细分为：在杯芳烃上、下沿不对称引入不同的取代基和在 间位引入取代基( 图1 4 ) 。 图1 4 以杯【4 芳烃为例取代基上沿、下沿和间位修饰的位置 1 3 2 1 杯【4 芳烃衍生物的上沿修饰 与杯芳烃的下沿相比上沿修饰的困难比较大，只能进行氯甲基化、醛化、 硝化、溴化等反应，且受其位阻的限制，合成尤为困难，在研究初期这方面的 报道较少，随着研究的深入，越来越多的研究工作者致力于这方面的研究，近 几年此类化合物的报道同趋增多。 1 9 9 6 年，s h i n k a i 等人【m 】通过3 羟甲基2 萘酚与上沿氯甲基化的杯 4 】芳烃 衍生物反应，并通过h p l c 成功的拆分了外消旋混合物。所得到得化合物经c d 谱图证实了对应异构体的存在。( 图1 5 ) 4 第一章前言 r | c 心c i 图1 5 1 9 9 8 年，k a l c h e n k o 等【1 5 】人报道了分步母体修饰杯芳烃衍生物，其中第一 步就是杯 4 】芳烃上沿溴化的反应( 图1 6 ) 。 图l 一6 2 0 0 7 年，s e i j is h i r a k a w a 等人【l6 】设计并合成了一种新型的固有手性杯【4 芳 烃。通过对上沿溴化，然后逐步引入取代基最终合成固有手性的杯芳烃。并且 作者还通过引入大的手性氨基酸基团最终拆分对异构体。用h n m r 检测了固有 手性杯【4 】芳烃对苯基乙醇酸的手性识别能力。此外，还把固有手性杯【4 】芳烃作 为有机催化剂应用于不对称反应中。( 图1 7 ) 次年，s e m is h i r a k a w a 等人【i 7 】在此结构基础上又合成了n 原子上不同取代 的固有手性杯【4 芳烃。 o h p h c o o h 隅，fc h 弗n i 魄罱梅撇莆弛o p ro p r 6 p r p r ot h f o p ru f 下o p r r n j ( 土) 图1 7 5 第一章前言 1 3 2 2 杯 4 芳烃衍生物的下沿修饰 杯芳烃下沿的反应相对简单，对于此类的报道也较多，其下沿可以进行烷 基化、酰基化、醚化、酯化等反应，目前报道最多的是下沿的醚化和烷基化反 应。 s h i n k a i 等人【1 8 1 9 9 0 年第一次报道了下沿a a b h 型固有手性杯 4 】芳烃的合 成。作者先用对叔丁基杯 4 】芳烃与2 氯甲基吡啶单烷基化，第二步把得到的产 物在以b a ( o h ) 2 为碱的条件下与卤丙烷反应，生成三醚化杯【4 】芳烃衍生物。在 手性试剂p i r k l e sr e a g e n t 的存在下检测其氢谱，证实分子是不对称的。通过h p l c 图1 - 9 1 9 9 3 年，s h i n k a i t 2 0 1 在总结前人实验的基础上，得出了杯 4 芳烃氧烷基化衍 生物的可能构型。 6 第一章前言 j 雌 认b a b a b 从b b 从b c a b a c a b c d 图1 - 1 0 杯【4 】芳烃四取代氧- 烷基化的可能构型 四取代的杯芳烃衍生物的可能够型有4 3 中，带星号的为手性杯 4 】芳烃， 可以归结为1 7 种( 图l - 1 0 ) 。 图l - 1 1 杯【4 】芳烃三取代氧一烷基化的可能构型 三取代的杯【4 】芳烃共有2 8 种不同的构型，其中带星号的为手性杯 4 】芳烃 7 a向南一a向南南南尚 皋审第$ 第一章前言 舢固南p囟 舢同筛唏洋囟 舢固帛一皆o栅h 固甬掣唧9 囟 图1 1 2 杯【4 】芳烃二取代氧- 烷基化的可能构型 二取代的杯 4 】芳烃包含2 5 种不同的构型，有1 2 种构型具有手性( 图l 一1 2 ) 。 更重要的是作者为了验证上述想法，通过不同金属模版效应，经过一系列的反 应得到了多种不同构象的二醚化、三醚化、四醚化的杯 4 】芳烃。( 图l 一1 3 、图1 - 1 4 、 图l - 1 5 ) 龟0 带岛n 一心百b z j b ro 的 i 赢福 o 醐叠c h c l a 卒洲 图1 1 3 8 第一章前言 睁p y t c t 忡曲o 刚 o 即。尹2 a 睇c t o 叭n e 9 h 刚蚩。刚 l o h 哉秽 丽m e 3 s i b r h 图1 1 5 1 9 9 7 年，p a p p a l a r d o 等【2 l 】人通过两步反应，首次报道了固有手性杯【4 】冠醚 类化合物。第一步先用对叔丁基杯【4 】芳烃与卤代烷反应，生成单取代的杯 4 芳 烃衍生物，然后再与寡聚乙烯基甘二醇磺酸酯反应，得到一系列的固有手性 2 6 ，2 7 - 杯【4 】冠醚衍生物。作者并用h p l c 对其进行了光学拆分。( 图l - 1 6 ) 砰导瓣1 s d z a 。t s 2 一p y ( c h 2 0 c h 2 ) 2 2 - p y ( c h 2 0 c h 2 ) 3 2 - p y ( c h 2 0 c h 2 ) 4 p h( c h 2 0 c h 2 ) 4 图1 1 6 冠醚与杯芳烃结合，为杯芳烃的研究提供了一个更广阔的空间，为固有手 性杯芳烃构建了一个模型，随后的时间里人们在此基础上合成了很多固有手性 杯芳烃。 2 0 0 5 年，罗钧等人【2 2 1 合成了一系列锥型带有荧光固有手性杯 4 】冠醚3 氧 烷基化物和部分锥型带有荧光固有手性杯 4 】冠醚4 - 氧- 烷基化物。然后通过手性 9 第一章前言 辅助剂( s ) b i n o l 缩合得到一对非对映异构体，再用薄层层析法使之分离。( 图 l 一1 7 ) 1 0 m e 4 n o h e n a m b m e 俜o fi 工丝巳一d l a s t e r e o m e r s o fi i i 1a n di - 2 r e f l u x1 1 - 1a n d1 1 - 2 图1 1 7 图1 - 1 8 2 0 0 6 年，x i a nx i a nl i u 等人【2 3 】合成l ，3 二取代杯 4 】芳烃，通过核磁共振显 示该化合物结构为不对称的，虽然分子内没有成环，但由于有两个手性基团较 大，致使分子不能自由旋转，从而导致了化合物的手性。( 图1 1 8 ) 2 0 0 8 年，a r i n d a ns a r k a r 等【2 4 】制备了四个刚性结构的杯 4 芳烃磷酸盐配体 以及它们相对应的金属钯络合物。( 图1 1 9 ) 1 0 第一章前言 2 1 明咖劫“ 图1 1 9 2 0 0 8 年，s h a oy o n gl i 等【2 5 】利用对叔丁基杯【4 醇反应，一步制得固有手性杯 4 】氮杂冠醚。以后合 供了行之有效的方法。( 图l - 2 0 ) 厂弋厂厂、 t s onoo t s 。 图1 2 0 合成下沿l ，2 取代和l ，3 - 取代型固有手性杯【4 】芳烃 2 0 0 9 年，b o y k o 等【2 6 】研究了对叔丁基杯 4 】芳烃和杯【4 j 芳烃烷基化的区域 1 1 第一章前言 选择性，发现在n a o h d m s o 或n a i - i c h 3 c n 中可以很好的合成a b h h 固有手 性杯芳烃。( 图1 - 2 1 ) x 蠢x x = t - b u ；a i k = m e ( a ) ，n - p r ( b ) x = h ：a i k = m e ( c ) ，n - p r ( d ) x = t - b u ；a i k = n - p r ，r = n b u ( a ) ： a i k = m e ，r = ( s 卜c h 2 c ( o ) n h c h ( p h ) c h 3 ( b ) ： a i k = n p r ，r = ( s ) - c h 2 c ( o ) n h c h ( p h ) c h 3 ；( c ) x = h a i k = m e ，r = ( s ) - c h 2 c ( o ) n h c h ( p h ) c h 3 ( d ) ： a i k = n p r ，r = ( s 卜c h 2 c ( o ) n h c h ( p h ) c h 3 ；( e ) 图1 2 1 1 3 2 3 杯 4 芳烃衍生物的间位修饰 1 9 9 5 年，一种新型的合成固有手性杯芳烃的方法被报道。r e i n h o u d t 等人【2 7 】 通过在杯 4 】芳烃的间位直接引入取代基合成固有手性杯芳烃，为固有手性杯芳 烃的研究作出了贡献。根据这种方法作者合成了一系列的固有手性杯 4 】芳烃， 并在手性试剂t r i s 3 一( h e p t a f l u o r o p r o p y l h y d r o x y m e t h y l e n e ) 一( + ) - c a m p h o r a t o 】 e u r o p i u m ( 1 1 1 ) e u ( h f c ) 3 存在下，使其h n m r 峰发生分裂。( 图l 2 2 ) nbs。锺一 丽2 - b u t a n o i n e 雎r i r 2 h瓢n r 1 r t i 一一一 o r h n 0 3 、 i r 、丽、lf1 h o a c 。c h 2 c l 2 l0 文l 蝤：d - ，、- l r = p rr 1 一t b u hr 2 | , b r , n 0 2 图1 2 2 现阶段固有手性杯芳烃的光学拆分主要是依靠h p l c 法，虽然h p l c 法对大 多数化合物是行之有效的，但其代价太高，难以应用于实际生产中，从而限制 了对固有手性杯芳烃的研究。 1 2 憋 戈赵的一热胁蕊一蕊 第一章前言 1 3 2 4 杯 4 】芳烃上下沿修饰 2 0 0 0 年，d u s a nh e s e k 等人【2 8 】通过分子内重排得到了一类新型的半锥状固有 手性杯【4 】芳烃。这种重排是下沿的较大的取代基通过兀- 兀和c - h - 兀的分子能交换 完成的，它的手性来自于上下沿不同的取代基，而非手性中心。( 图l - 2 3 ) 主要产物 对称 1 ) c h h c ：i , c n i ：a n 0 3 心。 次要产物 手性 图l 一2 3 同年，s a l v a t o r ec a c c a m e s e 等 2 9 】以对叔丁基杯 4 】芳烃移除其部分叔丁基，再 在下沿进行烷基化从而合成上沿为a a b b 型，下沿为c d c d 型的固有手性杯【4 】 芳烃。其外消旋体在p i r k l e sr e a g e n t 存在下在1 hn m r 信号有裂分，作者通过高效 液相色谱法对其成功的分离，其c d 谱图呈镜像对称。( 图1 - 2 4 ) q、 辆杈一敷捧 r = c h 2 c h 2 c h 3 ；p c h 2 c s h 4 b u e ：p - c h 2 c e h 4 n 0 2 ； p - c h 2 c e h 4 b r ；c o c h 3 ；c o c e h s 图1 2 4 2 0 0 3 生g ，黄志堂课题组【3 0 】合成的固有手性杯 4 】冠醚通过其对应得联萘酚非 对映异构体衍生物用薄层层析法而非之前所用的高效液相法成功的分离。这为 以后研究固有手性杯芳烃衍生物的手性识别和不对称催化打下了基础。( 图1 - 2 5 ) 1 3 e n a n t i o m e r so fi n a o h e t o h h 2 0 d l a s t e r e o m e mo fu i - 1a n d1 - 2 r e f l u x 1 1 - 1a n d1 1 - 2 图1 2 5 2 0 0 8 年，s h i r a l a w a 等【3 1 】研究了一种较高效的合成a b c d 型取代模式的锥型固 有手性杯【4 芳烃，在制备的过程中用至l j t m i c h a e l ) ) l 成，这将成为以后固有手性 杯芳烃催化反应的一个有效途径。( 图l 一2 6 ) 1 ) n - b u u 2 ) n a b h 4 燃詈n a h 燃 o b no a n 6 p rh o b a no b n 6 p rp r o ( ) 1 - 2 6 - 4 1 ) n - b u l i 2 ) a ( o m e ) a 1 i t h f 赫赫意 图1 2 6 1 4 第一章前吉 1 3 2 5 杯 4 】芳烃上间位修饰 2 0 0 5 年，r um i a o 等t 3 2 】合成了锥型和部分锥型固有手性杯 4 】芳烃喹啉衍生 物，其中化合物1 2 7 3 、1 2 7 4 、1 2 7 6 和1 2 7 1 2 通过柱层析法或薄层层析法成 功的分离，而手性化合物1 2 7 1 1 在辅助剂p i r k l e sr e a g e n t 存在下被1 h n m r 信号分 裂所证实。每对对映异构体的c d 图谱也成镜像对称。 1 - 2 7 - 1r = t - b u 1 - 2 7 - 2 r = h 蛐 1 - 2 r t - 8 n 0 2 1 - 2 7 9 n h 2 图1 2 7 2 0 0 6 年，m i c h a e lm a s t a l e r z 掣3 3 】人通过对苯乙烯基杯 4 】芳烃的研究，首次 合成了杯 4 菲烃，进一步又制备了一系列含有一个或多个菲单元对映异构的杯 【4 菲烃。并且对光照环化反应条件的优化，使反应获得了较高的产率。( 图1 - 2 8 ) 1 5 第一章前言 图1 2 8 2 0 0 7 年，黄志堂课题组【3 4 】通过引入手性辅助剂b o c l p r o l i n e 得到间位纯的对 映体的固有手性杯【4 芳烃，并利用c d 谱、x - r e y 单晶衍射等方法对其验证。( 图 l - 2 外 图1 2 9 2 0 0 8 年，黄志堂等人【3 5 】通过对上沿和间位的取代基合成固有手性杯 4 芳烃。 本文的一大亮点是以b o c - l - 脯氨酸为酰化试剂，在非酶作用下成功的与其中一个 1 6 第一章前言 异构体反应，将另一异构体剩余，从而为合成单一的问位取代的氨基杯【4 】芳烃 提供了一种方便有效的途径。( 图1 - 3 0 ) 譬 图1 3 0 2 0 0 9 年，f r a n c e s c o 掣3 6 1 以阴离子作为媒介进行了杯芳烃邻溴代衍生物的亲 和取代反应，合成了固有手性杯 4 芳烃。( 图l - 3 1 ) 图l - 3 l 2 0 0 9 年，z h e n x i a n gx u 等刚合成了一种纯对映体的固有手性杯【4 芳烃衍生 物的双水杨叉邻苯二胺配体以及他们对应的过度金属配合物，并通过n m r 、i r 、 c d 和h r m s 对其结构进行了鉴定。( 图1 3 2 ) 1 7 第一章前言 图1 3 2 2 0 0 9 年，m i a or u 等人在纯对映体基础上有合成了一种n ，o 型手性配体， 甚至将其应用于催化二乙基锌对苯甲醛的不对称加成反应中。目前，这是首次 在不对称催化合成反应中应用固有手性杯芳烃作为手性配体的例子。虽然它的 对应选择性很差，但为这一领域的反应开辟了一个新的途径，为以后的研究奠 定了基础。( 图1 - 3 3 ) 图1 3 3 1 8 磺。一 第一章前言 2 0 0 9 年，s i m o n 等3 9 1 用非对称邻位锂化的方法制备了固有手性杯【4 芳烃衍生 物。此次研究为合成高光学收率的固有手性杯芳烃提供了一种很实际的方法， 并为以后不对称合成反应中手性配体的应用进一步研究打开了一扇大门。这也 是首次环丙基锂被当做反应物应用于芳基锂化反应中，同时已取得了良好的反 应效果，或许在其他的选择性锂化反应中环丙基锂会发挥更大的作用。( 图l - 3 4 ) 图1 3 4 3 2 5 其他 2 0 0 7 年，m e i x i a n gw a n g 等【4 0 】人合成了一种氧桥联的含氮芳杂环杯状固有 手性化合物。通过对3 ，5 二羟基苯甲酰或苯甲酸与2 ，4 二羟基苯乙酮和氰尿酸氯 的多步反应得到，并合成其衍生物。( 图l - 3 5 ) 釜h 赞+ c 苁等 r 。= ( r ) - n h c h ( m e ) p h ，o r o - ( - ) - m e n t h y l 图1 3 5 1 9 第一章前言 2 0 0 9 年，罗钧等通过在固有手性杯 4 】芳烃的下沿又接连一个杯 4 】芳烃， 合成了固有手性双杯【4 】芳烃。( 图1 - 3 6 ) 1 3 3 杯 4 】芳烃冠醚类化合物 图1 3 6 杯芳烃冠醚类化合物中既含有杯芳烃单元，同时又含有冠醚单元，这不仅 仅是两者的简单加和，这种类型的化合物在实际应用中有了更多潜在的优势， 是单纯的杯芳烃或冠醚类化合物所不能及的。杯芳烃冠醚类化合物又可以分为 两类，杯芳烃下沿l ，2 一桥联和l ，3 - 桥联冠醚。( 图1 3 7 ) 图l - 3 7 杯芳烃冠醚为固有手性杯芳烃的合成提供了一个初步的骨架，我们可以在 此基础上在杯芳烃下沿酚羟基上引入一个基团从而得到固有手性杯芳烃。 黄志镗掣4 2 4 3 】就曾报道了一系列下沿l ，2 桥联的a a b h 和a a b c 型固有手 性冠醚杯 4 】芳烃的合成及其光学拆分，而且探讨了结构与拆分效果之间的影响， 其中化合物b 具有冠醚环和羧酸等识别位点，具有潜在的手性识别和不对称催化 2 0 第一章前言 用途。( 图1 3 8 ) ( s ) - b i n o l d c c d m a p c h 2 c 1 2 an = 1 r i = h r 2 = h 。r a = h bn = 1 r l = t b u r 2 = h r a = h cn = 2 r 1 - r 2 2 b u r a = h dn = 2 ，r i = r 2 = t b u r 3 = n p r e n = 2 r i = r 2 = b u r a = b n fn = 3 r i = r 2 = b u r 3 = h gn = 3 r 1 = r 2 = 。b u r 3 = “p r hn = 3 r i = r 2 = 1 8 u 。r a = b n 图1 3 8 1 4 杯 4 芳烃衍生物的ci c k 反应 - 卜b ：( + 卜暑 2 0 0 1 年，s h a r p l e s s 删首次提出了“c l i c kc h e m i s t r y 的概念。随着对点击化学 研究的深入，它的优越性表现的越来越突出，备受药物化学工作者的青睐。它 是小分子之间的反应，通过碳杂键连接，具有产率高，副反应少，反应条件温 和，适用范围广，以及它的反应原料易制备，反应甚至可以直接用水作溶剂， 反应后处理简单等特点。无论是作为理论研究，还是实际应用都是很有价值的。 最具代表性的反应体系是：铜( i ) 催化端基炔与叠氮化合物的l ，3 偶极加成 反应，s h a r p l e s s 还给出了该反应的原理。【4 5 1 ( 图1 3 9 ) 2 1 吼一 拦妒岛塑勘圳 啦世氇灿 黼a一一b删一 第一章前言 0e n 兰n n r 2 r 1，c u l n 爿 n ，n 、r 2 r ，_ 兰兰 一c u l n i 【c u l n r 图