（无机化学专业论文）手性杯芳烃衍生物的合成、表征及其光学特性研究.pdf

同济大学硕士学位论文 摘要 本文合成了一种新型手性杯芳烃衍生物，并通过电喷雾质谱及红外、紫外 等方法进行了表征，确认为目标产物，进而对该化合物的紫外可见光谱特性及 旋光特性进行了研究。实验结果表明，新合成的杯芳烃席夫碱，是一种左旋化 合物。这种新化合物能作为分子受体识别氨基酸，并与其结合为超分子，这种 识别是一种手性识别。本文合成的化合物分别与d 苏氨酸、l 苏氨酸作用所生 成的产物为非对映体，具有不同的吸光特性和旋光特性。表明这种杯【4 】芳烃席 夫碱具有对氨基酸进行手性识别的功能，可望作为氨基酸的手性拆分试剂，或 检测氨基酸手性的“探头 ，或标志氨基酸手性的“标识”。 此外，本文还对一种带有荧光标识基团的杯芳烃衍生物的合成进行了初步 探索，完成了绝大部分合成表征工作。 同济大学硕士学位论文 a b s t r a c t an e wc h i r a ! c a l i x 4 a r e n ed e r i v a t i v eh a sb e e ns y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e db y e s i m s ，i ra n du v - v i s t h ed a t aa n ds p e c t r as h o wt h a ti ti st h et a r g e tc o m p o u n d t h r o u g h t h eu v - v i ss p e c t u ma n dp o l a r i m e t r i cs t u d i e so fi t , w ef i n dt h a tt h i s c o m p o u n di sl e v o r o t a t o r y t h i sn e wc o m p o u n dc a l la c ta sa m o l e c u l er e c e p t o rt o r e c o g n i z ea n dc o m b i n ew i t l la m i n oa c i d st of o r mas u p r a m o l e c u l a rs y s t e m t h i sk i n d o fr e c o g n i t i o ni sac h i r a lr e c o g n i t i o n t h ei n t e r a c t i o no ft h i sc o m p o u n d 、枥t hl - t h r e o n i n e ，d t h r e o n i n el e a d st on o n e n a n t i o m e r s ，w h i c hi sd e m o n s t r a t e db yt h e a b s o r p t i o ns p e c t r aa n dp o l a r i m e t r i ce x p e r i m e n tr e s u l t s a sac o n c l u s i o n ，t h en e w c h i r a ls c h i f fb a s ec a l i x 4 a r e n eh a st h ep o t e n t i a lt ob eu s e di ns e p a r a t i n ge n a n t i o m e r s o fa m i n oa c i d s ，o ra sas i g n a l i n gl a b e lo f o p t i c a li s o m e r s a tt h es a m et i m e ，t h es y n t h e s i so fan e wc a l i x a r e n ed e r i v a t i v e 、 ，i t l laf l u o r e s c e n t g r o u ph a sa l s ob e e nt e n t a t i v e l yd i s c u s s e d m o s to ft h es y n t h e t i cw o r kh a sb e e n f i n i s h e d 2 同济大学硕士学位论文 己l 吉 】i 口 1 9 8 7 年，诺贝尔化学奖得主j m l e h n 教授首次提出了超分子化合物和超 分子化学的概念【i l ，用来说明在生物体中广泛存在，并在生命过程中起重要作用 的，主要由独立存在的普通分子或离子靠非共价键力结合起来的一类新物质， 及其特征与变化规律。随着现代生命科学、材料科学的迅速发展，超分子化学 已发展成当代化学科学中的一个前沿领域，备受青昧。 杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 是由酚醛缩合而成的环状低聚物。杯芳烃有多种类型， 本文主要关注的是由苯酚和甲醛缩合而得到的大环化合物( 图1 ) 。它具有一 个由苯环围起来的杯状疏水空腔，可以接纳各种不同的底物，组成超分子化合 物。 图1 杯【n 】芳烃 杯芳烃研究起源于2 0 世纪4 0 年代。z i n k 从酚醛缩合的产物中分离得到一 种高熔点的产物，并提出了环四聚体的结构假设；此后c o n f o r t h 等少数化学家 曾在这类产物的结构研究、合成等方面进行过一些工作。但因受合成方法的限 制，成果甚少。七十年代末期，g u t s c h e 等采用现代分析手段确定杯芳烃的结构 并完善了其中三种环状低聚物( 杯1 4 、杯【6 】、杯【8 】芳烃) 的一步合成法，大大 缩短了合成步骤，并大大提高了产品的纯度和产率，为杯芳烃化学的发展扫除 了障碍。之后，伴随着主客体化学及超分子化学的发展，杯芳烃研究迅速崛起， 并在近三十年来取得了令人瞩目的成果。目前杯芳烃已成为超分子化学研究中 最重要受体分子之一f 2 j 。 4 同济大学硕士学位论文 作为继冠醚和环糊精之后新一代的受体分子，杯芳烃具有如下的突出特性： ( 1 ) 它是一类合成的环状低聚物，空穴结构具有较大的调节自由度，可通过合 成条件调节控制空腔大小；( 2 ) 它兼有冠醚和环糊精两者之长，既有疏水性的 空腔以包合中性有机分子，又有极性的酚羟基，可与离子结合：( 3 ) 它的反应 点丰富，且可通过化学修饰引进各种能够对特定的基团作分子识别的作用位点， 因而能合成多种受体，实现分子识别，可作为理想的构筑组装分子器件的平台； ( 4 ) 它具有多种构象异构体及构象转换现象，因而对于分子识别和模拟酶具有 重要意义。 从二十世纪九十年代以来，大量功能化杯芳烃衍生物被设计合成出来，它们 在阳离子、阴离子和中性有机分子识别等方面表现出优异性能。在此基础上制 备了包括化学传感器在内的多种分子和超分子器件，并被应用于模拟生物催化 体系。以杯芳烃为自组装模块的新型超分子体系的构筑及功能化是目前研究的 热点，有望成为杯芳烃化学在新世纪发展的重要学术生长点。 下面简单介绍近年来杯芳烃研究的最新进展。 1 杯芳烃母体的性质及衍生反应 尽管近年来杯芳烃母体的物性不大受到研究者的重视，但其特殊的结构还是 有深入探讨的价值。h o r s e w i l l 等利用n m rr e l a x o m e t r y 技术观察到，对叔丁 基杯【4 】芳烃中下沿四个酚羟基所形成的环状氢键内存在质子协同传递的现象( 图 2 ) ，这对于研究生物和化学体系中线型或环状氢键结构中的质子传递具有重要 的理论意义1 3 1 。 图2 对叔丁基杯【4 】芳烃中的协同质子传递现象 同济大学硕士学位论文 在杯芳烃的反应中，杯【4 】芳烃的衍生化反应研究得最为深入。不仅在不同 位置衍生化的条件已经非常成熟，而且合成各种构象异构体的方法也基本建立； 杯【5 】、杯【6 】芳烃也研究得很多，发展了不少选择性反应及限制其构象在常温下 的翻转的方法；杯【7 】、杯【8 】芳烃的选择性反应目前还不太成熟，考虑到其更大 的空穴结构，研究它们的衍生化及固定构象的方法更具挑战性，也更有意义。 最近o u t s c h e 又报道了杯【9 】一杯【2 0 】芳烃的合成h l ，如果进一步提高某些更大环 结构的合成产率以及寻找选择性反应的最佳条件，一直都是杯芳烃化学的重要 研究课题之一 2 杯芳烃的分子识别性质 到目前为止，杯芳烃最突出的分子识别性能是对金属离子的识别，尤其是冠 醚对碱金属离子具有非常高的选择识别能力。u n g a r o 和r e i n h o u d t 两个研究小 组在杯【4 】冠醚识别碱金属方面进行了卓有成效的研究，合成出一系列不同冠醚 环大小、不同构象的杯【4 】冠醚，筛选出对k + 高选择识别的化合物杯【4 冠- 6 ； s h i n k a i 等则合成了对n a + 有高选择识别能力的杯【4 】冠4 【扪。不难看出，要提高 识别的选择性，除了杯冠醚下端的冠醚环要具有合适的大小，杯芳烃还必须采 用合适的构象。这主要是因为杯芳烃的芳环能提供电子云，参与识别过程；另 外，高度的预组织性可以导致高度的识别选择性。 n a c l 0 4 - - - - - - - - 。 i nm e c n 图3 杯冠醚识别n a + 离子时构象的调整 以上面的研究结果为基础，众多的研究者积极开展了应用性能方面的研究， 在核废料处理、分子开关及化学传感器等方面取得了显著的成果。 法国、荷兰、意大利、德国等的研究小组联合开展了利用l ，3 交替构象的 杯【4 】冠一6 或杯【4 】双冠6 从核废料中提取c s + 的研究，实现了在强酸性、高浓度 6 同济大学硕士学位论文 n a + 存在下高效提取c s + 的工艺，这在环境保护方面具有非常重要的实际应用价 值1 6 l 。 研制具有光电传感性的分子器件是目前分子识别的热点领域，有望在生物、 电子材料、环境等领域获得重要的应用。b e e r 等将杯冠醚氧化成醌式结构，获 得了可通过氧化还原方法选择识别c s + 及r b + 的离子载体。t a k a h a s h i 等设计合 成的功能化杯冠醚4 具有多模式n a tk + 传感性质，可以利用吸收光谱和电化学 方法来识别n a + ，并且识别过程会导致杯芳烃构象的变化( 图3 ) z l 。 d a b e s t a n i 等设计合成的新型超分子荧光探针，在碱性条件下，加入k + 会导 致荧光增强，加入c s * n 没有变化；而在酸性条件下，加入c s + 会导致荧光增强， 加入k + 则没有变化。这是研究者巧妙利用了光诱导电子转移( p e t ) 的机理来 实现的。这种传感探针分子将有可能应用到微电子技术中作为逻辑门开关( 9 1 。 k u b o 等在杯冠醚的桥连部分引入手性联二萘基团，在杯芳烃部分引入发 色基团，合成了手性生色杯 4 】冠醚，可通过颜色变化来识别手性醇胺的对映体 1 1 0 1 。 将杯芳烃的分子识别功能应用于生物领域，最为出色的当属h a m i l t o n 等的 工作。在杯【4 】芳烃上沿引入四个可以对蛋白质表面进行识别的双肽结构，用作 抗体模拟物。数个环肽围绕着识别作用点成环状排列，这么大的表面区域使之 能有效地与细胞色素c 的表面键合，这种作用方式类似于细胞色素过氧化物酶 对底物的识别l j 。 3 杯芳烃模拟酶研究 尽管模拟酶的研究一直是超分子化学的一个重要研究课题，但是要真正实现 酶的高效和专一的催化功能非常困难。到目前为止，还没有一种模拟酶的体系 到达或超过自然界酶的性能。 u n g a r o 等利用杯【4 】冠5 的b a 2 + 盐作为酯基醇解的可逆催化剂，最近他们又 合成了臂状杯冠醚，评估了这种官能团催化体系的催化酰基转移的性能，并提 出了分子设计时应注意的一些问题1 1 2 l 。 7 同济大学硕士学位论文 r e i n h o u d t 等合成的上沿功能化的杯【4 】芳烃衍生物，与z n 2 + 或c u 2 + 配位后， 能在包合底物的情况下实现分子内酯基的转移反应，从而可作为d n a 聚合酶、 磷脂酶的模拟物i 1 3 1 。 r e i n a u d 等则在杯【6 】芳烃的模拟酶研究方面取得了较为突出的结果。他们将 杯【6 】芳烃进行l ，3 ，5 一选择性功能化，与c u 2 + 配位后，可以将c o 包合在杯芳 烃的空穴之中，作为c u 酶的模拟体系( 图4 ) l m 。 酉一邕 图4 杯 6 】芳烃模拟c u 酶体系 与环糊精相比，杯芳烃作为模拟酶研究的较少。近年来随着杯芳烃研究的不 断深入，模拟酶的研究也开始受到关注。研究空穴较大的杯芳烃的模拟酶催化 将会是今后一个非常重要的方向。 4 杯芳烃的分子自组装 通过氢键、配位键及疏水作用等可以构筑超分子自组装体系。杯芳烃具有空 穴结构，使得组装的超分子体系含有多个空腔，不仅能实现多点识别，还能扩 大受体空腔，包含体积较大、结构复杂的有机分子。这方面的工作偏重于纳米 尺度上的研究。可以自组装的纳米管、分子库、分子胶囊受体等已被合成和研 究1 1 5 l 。 本文合成并表征了一种新型带有手性氨基酸残基的杯芳烃席夫碱，进而通过 紫外可见光谱及旋光方法研究了它对手性氨基酸的识别作用。同时，本文还对 一种新型荧光杯芳烃衍生物的合成进行了探讨。 8 同济大学硕士学位论文 第一章手性杯芳烃的研究 1 1 前言 自从二十世纪七十年代c r a m 率先发现了伯铵盐的外消旋混合物可以用手性 冠醚拆分以来，手性识别领域引起了人们的极大兴趣。生物体内的许多行为都 与手性化合物有关。带手性识别性能的受体可以用在生物过程模拟，手性化合 物检测，制药等方面，有着极大的学术价值和广阔的应用前景。 文献表明最近几十年来对氨基酸手性识别的研究主要集中在金属卟啉衍生物 上【2 】，杯芳烃在这一领域的应用报道甚少。杯芳烃作为继环糊精、冠醚之后的 第三代大环受体化合物的代表，它所具有的突出优点使得手性杯芳烃或手性杯 芳烃衍生物的合成成为一项有价值的工作。实践证明手性杯芳烃或手性杯芳烃 衍生物不仅能实现有机分子的手性识别，而且对于发展新的手性模拟生物催化 体系具有重要意义。 目前文献报导中的手性杯芳烃主要分为两类： ( 1 ) 自身不对称杯芳烃1 1 6 j 相对于下一类而言，这类杯芳烃的手性取决于自身的结构和构象，而非取代 基的手性。 这方面最初的尝试包括了带有三种或四种1 1 7 1 不同p 取代的苯酚单元和单一 m 一取代苯酚单元的杯【4 】芳烃的合成。这种情况下，为了得到稳定的光学异构体， 必须防止环翻转( r i n gc o n v e r s i o n ) 的发生，因为它相当于外消旋化。为此，人 们采用了在酚羟基的氧原子上引进足够大的基团等方法。s h i n k a i 等成功制备出 包含一个3 - m e t h y l - 4 i s o p r o p y l p h e n o l 基团的杯【4 】芳烃四丙基酯衍生物，并用手 性固定相的色谱柱分离出了它的对映异构体【1 8 1 。 同样类型的杯芳烃还可通过酚羟基的烷基化或酰基化，即将不同的基团接到 酚羟基的氧原子上，并控制分子构象完成l 悖l 。为此，对于锥式构象杯芳烃来说， 必须有两种或两种以上的不同的取代基团。当杯芳烃中的酚羟基采取反式排列 9 同济大学硕士学位论文 ( a n t i a r r a n g e m e n t ) 时，一种取代基便可得到手性杯芳烃衍生物。例如图5 所示的 两种化合物。 图5 h 图6 所示的杯【4 】芳烃的衍生物制备产率很高1 2 0 | 。这里的不对称性是由上下 缘对称面不同引起的。图7 所示的a b a b 类型的衍生物亦曾见报道，但由于l ， 2 二烷基化的发生远远不如l ，3 二烷基化选择性高，这类物质制备较困难。 图6 y 图7 h 另外，这类手性杯芳烃还包括图8 所示的化合物1 2 ，以及杯【4 】芳烃四酯的 c r ( c o ) 3 络合物等圈。 图8 i o 同济大学硕士学位论文 ( 2 ) 带手性取代基的杯芳烃衍生物 这类杯芳烃的手性完全来自取代基的手性。对于由苯酚衍生而来的杯芳烃， 取代基既可以在对位，又可以在酚羟基位置。这方面的报道不多，主要来自长 崎大学的s h i n k a i 教授等。 在无外消旋条件下，制备杯芳烃衍生物，使用的取代基带有手性会直接导致 产物为手性物质，例如图9 所示的两种物质1 1 6 l 。因此，带手性取代基的杯芳烃 衍生物可以大量制备，这是这类手性杯芳烃相对另一类手性杯芳烃的优点之一。 r 图9 国内这方面研究较多的是中科院化学所的黄志镗教授的课题组。他们曾合成 过十余种含酒石酸酯基团的手性杯冠醚1 2 ”，以及含有氨基酸残基的杯【6 】芳烃衍 生物【2 4 l ，并发现后者分子内氨基酸残基间的氢键具有固定杯芳烃构象的作用。 19 9 6 年，有人通过修饰杯芳烃的下缘合成了n p - t b u t y l c a l i x 4 a r e n e t e t r a c a r b o x y l o y l l f l a n i n et - b u t y le s t e r ，并把它作为毛细管电泳的移动相添加剂， 从而完成了l ，l b i n a p h t h y l 一2 ，2 - d i y lh y d r o g e np h o s p h a t e 外消旋体的拆分1 2 卯。这 是利用手性氨基酸取代的杯芳烃识别手性氨基酸的首例报道，也是极为罕见的 报道之一。未见报道提到上缘被手性氨基酸修饰而得的杯芳烃衍生物用于识别 手性氨基酸。因此，本课题采用手性氨基酸修饰杯芳烃上缘，使杯芳烃带有手 性，成为手性受体。 同济大学硕士学位论文 1 2 实验部分 1 2 1 实验材料与仪器 所用药品、试剂： 对叔丁基苯酚、甲醛水溶液、无水三氯化铝、碳酸钾、溴代乙酸乙酯、1 ，1 二氯甲醚、无水四氯化锡、l 丙氨酸、氢氧化钾、氢氧化钠、盐酸硫酸、甲醇、 甲苯、乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙腈、二苯醚等。 其中，l 丙氨酸为生化纯，其余试剂及溶剂均为分析纯；l ，1 二氯甲醚为 a l d r i c h 公司产品，其余均购自中国医药集团上海试剂公司。 元素分析( c ，h ，n ) 仪中科院上海有机所的仪器 红外光谱仪n i c o l e t 5 d x f t 2 红外光谱仪 核磁共振仪v a r i a nx l - 3 0 0 m h z 核磁共振仪 紫外光谱仪p e r k i n e l m e rl a m b d ab i o4 0u v n i s 型紫外可见分光光度计 荧光仪p e r k i ne l m e rl s 5 0 型荧光光谱仪 旋光仪圆盘旋光仪 热分析仪p e r k i n e l m e r7s e r i e st h e r m a la n a l y s i ss y s t e m 电喷雾质谱仪j m s o l u 型电喷雾质谱仪或用南京大学配位化学研究 所的e m 一3 6 0 型电喷雾质谱仪 电喷雾质谱( e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o nm a s ss p e c t r o m e t r y ，e s i m s ) 是新近发 展起来的一种新的质谱分析技术。主要应用于生物大分子，如蛋白质，多肽， 核酸，碳水化合物，糖蛋白，药物代谢及其它生物活性物质的检测分析。由于 电喷雾质谱分析过程中，对被分析物分子离子提供的激发能量较低，不足以破 坏分子内的化学键，将分子打成碎片，因此对多数物种来说，无论分子大小， 电喷雾质谱通常只给出分子离子峰，几乎没有碎片离子峰。因此利用电喷雾质 谱分析结果可以直接对产物单独进行表征。并且因为电喷雾质谱分析的特点， 特别适宜于表征含有非共价键结合的超分子体系。 1 2 同济大学硕士学位论文 1 2 2 合成与表征 合成路线如图1 0 所示： 3 l 一丙氨酸 - - - - - - - k o h 1 c 1 2 c h o c h 3 - - - - - - - - - - - - s n c l 4 2 c o o k 4 ( b ) 吼卜c h 3 5 r = c h 2 c o o e t 图1 0 按上图所示合成路线，合成了化合物1 、2 、3 、4 ( a ) 、4 ( b ) 、5 ，并分别进 行了表征，确认为目标产物。其中化合物4 ( b ) 、5 为本人首次合成表征，至今 未见文献报道。 1 2 2 1 对叔丁基杯【4 】芳烃1 的合成与表征 1 3 醛甲 + 太y 洲 同济大学硕士学位论文 向1 0 0 0 m l 三颈瓶中加入5 0 9 对叔丁基苯酚，含0 6 9 n a o h 的水溶液5 m l ， 3 2 m l 甲醛水溶液，加热搅拌，通氮气以加快分水速度，反应温度控制在1 1 5o c ， 直至反应物逐渐变粘，发泡成蜂窝状。停止加热，冷至室温。加入5 0 0 m l 二苯 醚，加热，通氮气，尽可能分出体系中的水。开始回流后停止通氮气。回流2 h ， 反应液颜色逐渐变深，直至黑褐色，。冷至室温后加入5 0 0 m l 乙酸乙酯，析出 白色固体，室温下搅拌3 0 m i n ，静置，抽滤，沉淀先后用乙酸乙酯、乙酸洗涤， 烘干。 甲苯中重结晶，烘干，得产物3 0 9 。 产物用h - n m r 表征( 见附图1 ) ，确认为化合物1 。 1 h n m r 结果( c d c l 3 2 5o c ) 810 3 4 ( 一o h ，s ，4 h ) 67 0 5 1 6 ( a r h ，d ，8 h ) 6 3 4 8 4 2 7 ( - c h 2 一，d ，8 h ) 61 2 1 ( - c ( c h 3 ) 3 ，s ，3 6 h ) 1 2 2 2 去叔丁基杯【4 】芳烃2 的合成与表征 8 5 9 对叔丁基杯【4 】芳烃、5 7 6 9 苯酚、8 9 5 9 无水三氯化铝，8 0 m l 甲苯( 预 先经过去水处理) 加入5 0 0 m l 三颈瓶中，通氮气，浓硫酸液封，室温搅拌，反 应物由浑浊慢慢变澄清，颜色由无色至黄色加深，三氯化铝固体逐渐溶解，反 应一段时间后，溶液变浑浊，1 5 h 后停止通氮气，加入0 2 m o l l 盐酸1 6 0 m l ， 在分液漏斗中震荡后，分出有机相，加水洗涤至水相澄清，有机相旋转蒸发的 残留物加入甲醇后有白色固体析出，抽滤、烘干。 粗产物用氯仿、甲醇重结晶，得白色闪光固体4 9 。 产物用1 h - n m r ( 附图2 ) ，d s c ( 附图3 ) 表征，确认为化合物2 。 1 h - n m r 结果( c d c l 3 ，2 5o c ) 61 0 1 7 1 0 1 9 ( 一o h ，s ，4 h ) 66 7 2 7 0 7 ( a r h ，d ，12 h ) 63 4 9 _ 4 2 7 ( 一c h 2 一，s ，8 h ) 1 h n m r 结果中，原杯【4 】芳烃中叔丁基的端甲基峰消失，表明已脱去叔丁基。 1 4 同济大学硕士学位论文 d s c 结果p e a k3 1 1 3 4 6o c ， ( 文献2 6 1 值3 1 5o c ) 。 1 2 2 32 5 ，2 7 一二乙酸乙酯基一杯 4 芳烃3 的合成与表征 去叔丁基杯【4 】芳烃4 0 2 9 ，碳酸钾1 4 4 9 ，溴代乙酸乙酯2 1 m l ，1 5 0 m l 乙 腈置于三颈瓶中，回流l g h ，冷至室温。抽滤除去碳酸钾，减压蒸去乙腈，得 略带黄色油状物。1 0 0 m l 二氯甲烷将此油状物溶解后，用水2 x1 0 0 m l 洗涤， 减压蒸去二氯甲烷，得白色蜡状固体。 甲醇重结晶，得白色晶体2 5 9 。 产物用。h - n m r 表征( 附图4 ) ，确认为化合物3 。 1 h - n m r 结果( c d c l 3 ，2 5 叼66 5 6 - 7 0 0 ( a r - h ，12 h ) 63 31 - 4 6 6 ( 一c h 2 - ，16 h ) 61 2 7 一1 2 9 ( 一c h 3 ，t ，6 h ) 1 2 2 4 5 ，1 7 二醛基一2 5 ，2 7 - 二乙酸乙酯基- 杯【4 】芳烃4 ( a ) 及5 一醛基一2 5 ， 2 7 一二乙酸乙酯基一杯【4 】芳烃4 ( b ) 的合成与表征 0 7 9 8 9 去叔丁基杯【4 】芳烃乙酸乙酯溶于2 5 m l 氯仿，冷至一1 5o c ，迅速 加入l - 8 2 m l 无水四氯化锡和0 3 4 6 m l l ，1 二氯甲醚，反应混合物立即由无 色变为亮丽的红色，搅拌3 0 m i n 后，加水搅拌，使反应停止，溶液由红色依 次变为紫红色、淡紫色、无色。分出有机相，水洗两次，减压蒸发，剩余黄 色油状物，用丙酮洗涤后为白色固体。 柱层析分离，淋洗液为石油醚：乙酸乙酯= 7 ：3 ，得到产物4 ( a ) 、4 ( b ) 。 4 ( 叠) 电喷雾质谱结果( 附图一5 ) ：m z = 6 7 5 ，相当于4 ( a ) 分子带有一个n a + 的质荷比( m + n a + ) ，由此可以表征，所得产物确为化合物4 ( a ) 。 4 ( b ) 电喷雾质谱结果( 附图一6 ) ：m z = 6 4 7 ，相当于4 ( b ) 分子带有一个n a + 的质荷比( m + n a + ) ；m z = 6 6 3 ，相当于4 ( b ) 分子带有一个k + 的质荷比( m + k + ) 由此可以表征，所得产物确为化合物4 ( b ) 。 1 2 2 5 杯芳烃席夫碱5 的合成与表征 1 5 同济大学硕士学位论文 称取o 1 7 8 9 ( 0 2 m m o l ) l 一丙氨酸和o 11 2 9 ( 0 2 m m o l ) 氢氧化钾，加入2 0 m l 甲 醇，5 0o c 水浴加热并搅拌使溶解。0 6 5 2 9 带醛基的去叔丁基杯【4 】芳烃乙酸乙 酯4 ( a ) 、4 ( b ) 混合物加入三颈瓶中， 4 00 c 条件下，用尽量少的乙腈溶解，加入 配好的l 丙氨酸，氢氧化钾甲醇溶液，产生浑浊，加甲醇，直至浑浊消失，4 0 。c ， 氮气保护条件下反应8 h ，澄清反应液由最初的无色逐渐变为亮黄色。减压蒸除 溶剂，得黄色固体，干燥后加甲醇，过滤去除少量不溶物，滤液旋转蒸发，所 得黄色固体用二氯甲烷洗涤，干燥，称重为o 5 9 。 产物通过电喷雾质谱分析进行了表征( 附图一7 ) ，m z = 7 5 7 ，相当于杯芳烃席 夫碱5 的分子带有一个n a + 的质荷比( m + n a + ) ，由此可确认产物为目标化合物5 。 产物的红夕 光谱结果( 附图一8 ) ： 1 1 e m 一3 3 8 8 ，s ，m o h ，( o - h 伸展) 2 9 2 6 ，i n ，c h 3 ，c h 2 一，( c h 伸展) 16 5 9 ，s ， c = o ，( c = o 伸展) 1 6 0 1 ，s ， c 部i ，( c 兰n 伸展) 11 9 8 ，m ，a r - o ，( 酚氧键c 0 伸展) 1 0 3 8 ，s ，co ，( 酯键上的c o 伸展) 7 6 8 ，s ，, a a - _ h ，( 苯环上c h 面外弯曲) 杯芳烃席夫碱5 在强酸性条件下难溶于水，在碱性和中性条件下易溶于水， 中性溶液呈深黄色，碱性溶液呈绿色。 1 2 3 杯1 4 l 芳烃席夫碱5 的光学性质研究 1 2 3 1 杯【4 】芳烃席夫碱5 的分光光度曲线 为了研究产物杯【4 】芳烃席夫碱5 对紫外可见光的吸光情况，测得了杯【4 】芳 烃席夫碱5 从2 0 0 n m 一5 0 0 r i m 的分光光度曲线，并与其原料5 一醛基2 5 ，2 7 二乙酸 乙酯基一杯【4 】芳烃4 ( b ) 和l 一丙氨酸的分光光度曲线进行了比较，如图11 所示。 由图中可以看出新合成的化合物5 的吸光特性与其原料4 ( b ) 和l 丙氨酸的 吸光特性有着明显的不同：原料4 ( b ) 在2 2 8n l l l 出有极强的吸收，在2 7 1 n m 附 1 6 同济大学硕十学位论文 近亦有吸收峰，在3 2 0 n m 以上吸光度为零，没有任何吸收峰相比之下，本文合成 的产物杯【4 】芳烃席夫碱5 表现出在2 0 0 8 0 0 n m 范围内全有吸光，且在2 5 8 n m ， 3 5 3 n m 及6 9 0 n m 附近出现三个明显的吸收峰。由此可见，产物杯【4 】芳烃席夫碱 5 具有完全不同于其原料4 ( b ) 和l 一丙氨酸的吸光性质。这也反过来证明了本文 合成所得产物是一种不同于原料混合物的新的化合物。 g g u 1 k l 捌驯捌删删硼翔啊丹w哪翟曩廿 ，- 图1 1 杯【4 】芳烃席夫碱5 与醛基杯芳烃4 ( b ) 和l 丙氨酸的吸光曲线对比图 1 2 3 2 杯【4 】芳烃席夫碱5 的旋光特性 本文合成化合物5 的设计思想，就是要通过化学合成方法把具有手性的基团 ( l - 丙氨酸残基) 引接到一类普适性较强的受体分子杯芳烃的骨架上去， 使生成的杯芳烃衍生物带有手性，成为具有手性识别能力的受体。为此，将化 合物5 配成浓度为o 0 2 9 m l 的水溶液，2 0o c 测出其旋光度为o = 一0 4 50 ，比旋 光度 q 】= 一2 2 5 。表明本文合成的产物杯芳烃席夫碱5 ，是一种左旋物质，具有 手性。达到预期的合成目标。 1 2 4 杯芳烃席夫碱5 对氨基酸的手性识别作用 为了论证本文所合成的手性产物杯【4 】芳烃席夫碱5 是否具有手性识别 功能，作者选择l 苏氨酸和d 一苏氨酸分别与化合物5 作用，并检测其紫外可 见吸收光谱及旋光性的变化，进行讨论研究。 1 7 同济大学硕士学位论文 1 2 4 1l 一杯【4 】芳烃席夫碱与l 一苏氨酸的作用的光谱检测 图1 2l 杯芳烃席夫碱( l s b ) 与l 苏氨酸( l t ) 混合体系的分光光度曲线 配制浓度约lx10 - 4 m o l l 的杯芳烃席夫碱5 的水溶液，及浓度约1 10 。3 m o l l 的l 一苏氨酸水溶液，备用。取5 m l 容量瓶，加入2 5 m l l 1 0 4 m o l l 的杯芳烃 席夫碱5 的水溶液，再按准确计算的浓度准确加入不同体积的l 苏氨酸溶液， 使杯芳烃席夫碱5 和l 苏氨酸物质的量比为3 ：1 ，l ：1 ，1 ：2 ，l ：3 ，1 ：4 ， 1 ：8 ，l ：1 2 ，用水稀释至刻度，定容。对上述各份样品进行紫外可见分光光度 扫描，结果如图1 2 所示。 将此图与图l l 比较，可以看出，两者分光光度曲线的形状特征。吸收峰的 数目位置都十分相似，由于l 苏氨酸( l t ) 在全部检测波长范围内基本无吸 光，因此，l 一杯芳烃席夫碱5 ( l s b ) 与( l t ) 混合体系的吸光呈现出( l s b ) 的吸光特点，这是合理的。但另一方面，从图1 2 还可以看到，当( l s b ) 与( l t ) 混合后，吸光曲线的吸光度与纯( l s b ) 是有差别的，也就是说，当( l - s b ) 与( l t ) 混合后，混合体系的吸光曲线表现出明显的减色效应或增色效应，这 一点在吸光曲线的几个峰值位置表现得尤为明显。为了便于更清晰地观察这一 变化，作者把图1 2 中3 5 0 r i m 左右的吸收峰附近局部加以放大，并标明了每条曲 线的标志，如图1 3 所示。 同济大学硕士学位论文 图1 3 ( l s b ) 与( l 玎) 混合体系吸光曲线局部放大图 曲线标号 ol2 3 4 56 7 组分配比( l - l ，o3 1l ，ll ，2i ，3l ，4l gl 1 2 s b ) ，( l t ) 由图1 3 可以明显看到：与0 号曲线( 代表纯( l s b ) 的吸光曲线，未加( l t ) ) 比较，所有( l - s b ) 与( l t ) 的混合液样品吸光度曲线在最大吸收波长处的实 际吸光值都大于或小于纯( l s b ) 的吸光值，在1 6 上下，远远大于实验 误差范围。由于在实验中( l t ) 是没有吸光的，( ，j ) - - - 0 ，而l s b 在各份样 品中的浓度又是保持不变的，因此实测一系列样品的吸光度的变化，只能归因 于体系中l - s b 与l t 发生了某种作用，生成某种产物( 其具体结构、组成尚待 进一步研究确定) ，引起摩尔消光系数的变化，因而产生了明显的增色效应或 减色效应。这一结果表明体系中l s b 与l t 发生了某种结合。 1 2 4 2l 一杯【4 】芳烃席夫碱5 与d 。苏氨酸的作用的光谱检测 用与1 2 4 1 节相似的方法，配制一系列含有不同物质的量的比的l - 杯【4 】芳 烃席夫碱5 ( l s b ) 与d 苏氨酸( d t ) 的定容混合液样品，测定各样品的紫 外可见分光光度曲线，如图1 4 所示。 1 9 同济大学硕士学位论文 图1 4 ( l s b ) 与( d t ) 混合体系的分光光度曲线 粗看起来，图1 4 与图1 2 十分相似，具有共同的特点，表明l s b 与d t 之 间确实也有一定的作用，生成某种新的物质，因而引起了增色效应或减色效应。 但为了进一步看清楚两者之间有无差别，作者把图1 4 中3 5 0 n m 左右的吸收峰附 近局部加以放大，并表明了每条曲线的标志，如图1 5 所示。 图1 5 ( l s b ) 与( d t ) 混合体系吸光曲线的局部放大图 曲线标号 o l23 4 56 组分配比( l s b ) ， l o3 ，li ，li 3l ，4i gl ，1 2 ( m ) 将图1 5 与图1 3 比较，作者发现，当l s b 与l t 或d t 作用时，不仅他们 相应的分光光度曲线吸收峰处发生了明显的增色或减色效应，而且随体系中l 一 同济大学硕士学位论文 s b 与l t 或d t 相对比例的变化，体系增色效应和减色效应变化的特点是不同 的。当l - s b 与l t 作用时，随体系中l t 量的增加，体系的吸光度线表现出明 显的增色效应，然后又变成减色效应，有如一个向上行的正弦波；而当l s b 与 d - t 作用时，随体系中d t ：量的增加，体系的吸光度则表现出明显的减色效 应，然后又变为增色效应，有如一个向下行走的正弦波。 由此我们可清楚地看到，本文合成的带手性的受体分子l s b ，不仅能和氨 基酸( 如苏氨酸) 作用，而且l s b 与l t 或d t 的作用结果是不同的，两者 的产物已不再是对映体了，而且具有不同的吸光特性，具有不同的减色、增色 规律。因此，带手性的杯芳烃席夫碱对氨基酸具有手性识别能力，这一点可望 被应用于对氨基酸的手性检测或手性识别，可能以此为基础，开发出某种氨基 酸手性探头或手性识别标志。 1 2 4 3l - 杯【4 】芳烃席夫碱( l - s b ) 与l 苏氨酸，d 苏氨酸作用的旋光检测 配制相同比例的l - s b 与l t 或d - t 的混合体系，体系中( l - s b ) ( l - t ) = ( l s b ) ( d 。t ) = 1 4 ( m o l 比) ，并测定了相应的旋光度值，结果如表l 所 示。 表1l s b 与l t 或d t 混合体系的旋光度变化 体系旋光值 ( l s b ) - 0 4 5 o ( l t )- o 3 6 o ( d - t )+ o 1 8 2 o ( l s b ) + ( l t )+ o 3 4o ( l s b ) + ( d t )- o 2 6o 表l 的结果，同样表明了( l s b ) 可以与( l t ) 或( d t ) 结合而且由于 这种结合，使原先的对映体l t 和d t 非对映体化了，反映在它们的产物旋光 性也各不相同，原来l t 是右旋的，与l s b 结合后变成了右旋的，而原来d t 是右旋的，与l s b 结合后的产物成了左旋的。因此产物旋光性的变化，亦可用 来检测鉴别l - s b 对氨基酸的手性识别。 2 1 同济大学硕士学位论文 参考文献 1 d j c r a ma n dg i d l e i n 。j a m c h e m s o c ，1 9 8 5 ，1 0 7 ，3 6 5 7 2 h u a n gz h 卜t a n g 。z h e n gq i - y u ，c h i n e s ej o u r n a lo fo r g a n i cc h e m i s t r y ，2 0 0 1 ，2 1 ，9 0 4 3 b r o u g h a m 。d f ：c a c i u f f o 。r ：h o r s e w i l l 。a j n a t u r e1 9 9 9 ，3 9 7 2 4 1 4 s t e w a r t 。d r ：g u t s c h e 。c d j a m c h e m s o e 1 9 9 9 ，1 2 1 ，4 1 3 6 5 ( a ) c a s n a t i a ：p o c h i n i ，a ：u n 9 a r o ，r ：u g o z z o l i ，f ：a m a u d ，f ：f a n n i ，s ：s e h w i n 9 ，m j ：e g b e r i n k ，r j m ：d ej o n e ，f ：r e i n h o u d t ，d n j a m ，c h e m s o e 1 9 9 5 。11 7 。2 7 6 7 ( b ) c a s n a l i 。a ：p o c h i n i a ：u n g a r o ，r ：b o e e h i 。c ：u g o z z a i f ：e g v e r i n k 。r j i v i ：s t r u j i k ，h ：l u g t e n b e r g ， r ：d ej o n g ，f ：r e i n h o u d l ，d n c h e m e u r j 1 9 9 6 2 ，4 3 6 6 d o z 0 1 j f ：s i m o n 。n ：l a m a r e ，v ：r o u q u e t t e h ：e y m a r c l 。s ：t 伽m o i s ，1 3 ：0 em a r e 。i j ：i d a c i a s 。r m s e p s c i 1 e e h n 0 1 1 9 9 9 。3 4 8 7 7 7 w e b b e r p r a ：c h e n ，g z ：d r e w 。m g b ：b e e r ，p d a n g e w c h e m i n t e d 2 0 0 1 ，4 0 ，2 2 6 5 8 t a k a h a s h i ，k ：g u 嘣。a ：g u i l l a u m o n t ，d ：p i c h i e r r i ，f ：n a k a m u r a ，s a n g e w c h e m i n t e d 2 0 0 0 ，3 9 。 2 9 2 5 9 j i h f ：d a b e s t a n i ，r ：b r o w n ，g m j a m c h e m s o c 2 0 0 0 ，1 2 2 ，9 3 0 6 1 0 k u b 0 ，y ：m a e d a ，s ：t o k i t a ，s ：k u b 0 m n a t u r e ，1 9 9 6 ，3 8 2 ，5 2 2 1 1 ( a ) h a m u r o ，y ：c a l a m a m 。c ：p a r k 。h s ：h a m i l t o n a d a n g e w c h e m 。i n t e d e n 9 1 1 9 9 7 3 6 。2 6 8 0 ( b ) p a r k ，h s ：l i n 。q ：h a m i l t o n ，a d j a m c h e r l r l s o c 19 9 9 ，12 1 8 1 2 b a l d i n i 。l ：b r a c c h i n i ，c ：c e c i a p a g l i a ，r ：c a s n a t i a ：m a n d o l i n 。l ：u n g a r o r c h e m e u r j 2 0 0 0 ，6 1 3 2 2 1 3 ( a ) l d o l e n v e l d ，p ：k a p s a b e l i s ，s ：e n g b e r s e n j fj ：r e i n h o u d t ，d n j a m c h e m s o c 1 9 9 7 。1 1 9 ， 2 9 4 8 ( b ) m o l e n v e l d p ：s t i k v o o r t 。v 叽m g ：k o o i j m a n ，h ：s p e k ，a l