（物理化学专业论文）新型schiff+base化合物的合成、表征及性质研究.pdf

贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文摘要 摘要 大环席夫碱配合物由于其独特的光谱、结构以及热力学和动力学稳定性，一直是 人们广泛关注和研究的对象，并已在生物化学、医药、配位化学、超分子化学、催化、 电化学等方面取得了广泛的应用，使得开展大环席夫碱化合物的合成、结构、性质及 其应用研究具有重要意义。 本论文的主要研究工作如下： 一、手性大环席夫碱( s a l e n ) 的合成及其性质表征 1 、亚甲基桥连具有剐性结构手性大环s a l e n 化合物的合成 ( 1 ) 外消旋的环己二胺的拆分 按文献方法对外消旋的环己二胺进行手性拆分，得到手性( r ，r ) 1 ，2 - 环己二胺。 ( 2 ) 5 ，5 亚甲基二水杨醛的制备 以水杨醛为原料按文献方法合成得到5 ，5 亚甲基二水杨醛。 ( 3 ) 亚甲基桥连手性大环s a l e n 化合物的合成及表征。 以5 ，5 亚甲基二水杨醛和( r , r ) - x ，2 环己二胺为原料，用直接法合成亚甲基桥连 手性大环s a l e n 化合物，通过核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱等手段进行了表征。 2 、烷氧链桥连具有柔性结构的新型手性大环s a l e n 的合成 ( 1 ) 2 ，4 二羟基苯甲醛的制备 按文献方法由间苯二酚制备2 , 4 - - - 羟基苯甲醛。 ( 2 ) 二醛一1 ，6 二( 3 羟基4 - 甲酰苯氧基) 取代烷的制各 以间苯二酚、d m f 、三氯氧磷为原料经甲酰化制备2 二羟基苯甲醛，再以2 ，4 _ 二羟基苯甲醛同烷基二溴反应，合成长链二醛：1 , 6 二( 3 i 羟基_ 4 甲酰苯氧基) 取代 烷。 ( 3 ) 模板法合成手性大环s a l e n 化合物 以合成得到的长链二醛和限，r ) - i ，2 - 环己二胺为原料进行缩合反应，用模板法合成 了烷氧链桥连的手性大环s a l e n 化合物。 ( 4 ) 手性大环s a l e n 化合物的谱学性质探讨 通过核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱、质谱等手段进行了表征，同时与亚甲 基桥连手性大环s a l e n 化合物的谱学性质进行了对比探讨。 二、新型含羟基功能基大环席夫碱的合成及其性质表征 以合成得到的含羟基功能基二胺、5 , 5 亚甲基二水杨醛及二醛一1 ，4 - - ( 3 。羟 基一4 _ 甲酰苯氧基) 取代烷为原料，分别用c a 2 + 和b a 2 + 作模板离子，合成了三种新型 含羟基功能基大环席夫碱，利用核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱、质谱等手段进 行了结构表征，并对它们之间的谱学性质进行了探讨。 贵州大学2 0 0 7 届硬士学位论文摘要 三，新型含羟基功能基链状席夫碱化合物的合成、表征与晶体结构 ( 1 ) 1 , 3 - 二( 2 胺基苯氧基) - 2 丙醇的合成 利用廉价易得的邻硝基酚、环氧氯丙烷为原料，通过醚化、硝基还原得到一种含 羟基功能基二胺化合物1 ，3 - - ( 2 - 胺基苯氧基) 2 丙醇。 ( 2 ) 含羟基功能基长链二胺化合物1 ，3 - - - - ( 2 胺基苯氧基) 2 丙醇的晶体结构 首次获得1 ，3 - - - ( 2 胺基苯氧基) - 2 丙醇的单晶体，并对其晶体结构进行解析。单 晶结果显示：该分子两个苯环通过醚链相连成一个非共面的结构，晶体结构中化合物 分子通过氢键作用形成层状结构。 ( 3 ) 含羟基功能基链状席夫碱化合物的合成、表征 以合成得到的1 3 二( 2 胺基苯氧基) 2 丙醇和乙酰丙酮反应得到一种新型链状席 夫碱化合物，并通过核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱、质谱等手段进行了结构表 征。 ( 4 ) 含羟基功能基链状席夫碱化合物的晶体结构解析 单晶结果表明：该分子内的羟基功能基与相邻分子氢原子存在非典型氢键作用， 将分子在a 方向联结成螺旋型的非共面s 型分子结构，在该分子结构中还发现固态席 夫碱化合物中少见的n + h 0 。离子型氢键。 四、含羟基二胺化合物与瓜环形成包结配合物的单晶结构解析及主客体作用研究 ( 1 ) 单晶结构解析 利用x 一射线衍射方法研究了客体长链二胺化合物( 1 ，3 - - - - ( 2 胺基苯氧基) 2 丙醇) 与八员瓜环0 1 8 所形成包结配合物的晶体结构。结果表明主客体间形成了1 ：2 的包结 配合物，两个客体分子分别从瓜环的两个端口进入瓜环内腔，腔内两个客体分子的苯 环之间存在着相互作用。分子间通过氢键作用形成空间网络结构。 ( 2 ) 二胺化合物与瓜环之间主客体作用研究 利用1 hn m r 技术、紫外吸收光谱及荧光光谱方法对主客体间的相互作用进行了 考察，所得结果与晶体结构吻合。 关键词：含羟基二胺，大环席夫碱，合成及表征，单晶结构，主客体配合物 2 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文摘要 a b s t r a c t m a c r o c y c l i c s c h i f fb a s e c o m p l e x e sa t t r a c tt h ep e o p l e se x t e n s i v ec o n c e r na n d r e s e a r c h e sb c c a r l s eo fi t ss p o c i a ts p e c t r u m ，s t r u c t u r e ，t h e r m o d y n a m i c sa n dt h ed y n a m i c s s t a b i l i t y , a n di t sa p p l i c a t i o ni n v o l v e st om a n yf i e l d ss u c ha sb i o c h e m i s t r y , m e d i c i n e ，c o - o r d i n a t i o nc h e m i s t r y , s u p e r m o l e c u l a r c h e m i s t r y , c a t a l y s i s a n de l e c t r o c h e m i s t r y , e t c t h e r e f o r e , i ti so fg r e a ti m p o r t a n tm e a n i n gt os t u d yt h es y n t h e s i s ，s t r u c t u r e ，p r o p e r t ya n di t s a p p f i c a t i o na b o u tm a c r o c y c l i cs c h i f fb a s ec o m p o u n d t h i sm a i nc o n t e n ti ss h o w na sf o l l o w s ： 1 s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no f c h i r a lm a c r o c y c l i cs c h i f f b a s e ( s a l e n ) ( 1 ) s y n t h e s i so fc h i r a lm a c r o c y c l i cs a l e nc o m p o u n d4 w i t hf r a m e w o r kc o n s t r u c t i o nd u et o t h et w oi n d i v i d u a ls c h i f fb a s es u b u n i t sl i n k e dc o v a l e n t l yb ym e t h y l e n e a r e s o l u t i o no fe x t e r n a l l yc o m p e n s a t e dd i a m i n o c y c l o h e x a n e c h i r a l ( r 砂1 ，2 - d i a m i n o c y c l o h e x a n ew a sp r e p a r e df r o me x t e r n a l l yc o m p e n s a t e d 1 , 2 - d i a m i n o c y c l o h e x a n em i x a t i o na c c o r d i n gt ot h el i t e m t a r e b s y n t h e s i so f5 ，5 - m e t h y l e n e - b i s s a l i c y l a l d e h y d e 5 , 5 - m e t h y l e n e - b i s s a l i c y l a l d e h y d ew a ss y n t h e s i z e df r o ms a l i c y l a l d e h y d ea c c o r d i n gt o t h el i t e r a t u r e c s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no ft h ec h i r a lm a c r o c y c l i cs a l e nc o m p o u n d4 s a l e n4w a ss y n t h e s i z e dd i r e c t l yb yt h er e a c t i o no f5 , 5 - m e t h y l e n e - b i s s a l i c y l a l d e h y d ea n d0 t ，r ) - 1 ，2 - d i a m i n o c y c l o h e x a n e ，a n dt h ec o m p o u n dw a sc h a r a c t e r i z e db y l h n m r ，f r - i r , m ss p c c 仃aa n du v - v i s ( 2 ) s y n t h e s i so fc h i r a lm a c r o c y c l i cs a l e nc o m p o u n d5w i t hf l e x i b l ef r a m ec o n s t r u c t i o nd u e t o t h et w oi n d i v i d u a ls c h i f fb a s es u b u n i t sl i n k e dc o v a l e n t l yb yf l e x i b l ea l k o x yc h a i n a s y n t h e s i so f2 , 4 - d i h y d r o x y b e n z a l d e h y d e 2 , 4 - d i h y d r o x y b e n z a l d e h y d ew a sp r e p a r e df r o mr e s o r c i n o la c c o r d i n gt ot h el i t e r a t u r e 。 b s y n t h e s i so ft h ed i a l d e h y d e 1 ，6 - b i s - ( 3 h y d r o x y - 4 - f o r m y l p h e n y l o x y ) a l k a n e 1 , 6 - b i s - ( 3 - h y d r o x y - 4 一f o r m y l p h e n y l o x y ) a l k a n ew a ss y n t h e s i z e db yt h er e a c t i o no f 2 ，4 - d t h y d r o x y b e n z a l d e h y d ea n dd i b r o m o a l k y li na c e t o n ea c c o r d i n gt ot h el i t e r a t u r e c s y n t h e s i so ft h en e w c h i r a lm a c r o c y c l i cs a l e nc o m p o u n d5 s a l e n5w a ss y n t h e s i z e df r o mt h ea b o v ed i a l d e h y d e sa n d ( r ，r ) 一1 ，2 - d i a m i n o c y c l o - h e x a n eb yu s i n gb a z + a st e m p l a t ei n o n si nt h em i x e ds o l u t i o no fm e t h a n o la n dt h f d s p e c t r a lp r o p e r t i e so ft h ec h i r a lm a e r o c y c l i cs a l e nc o m p o u n d5 t h ep r o d u c to b t a i n e dw a sc h a r a c t e r i z e db y1 hn m r ，f t - i r ，u v - v i s ，m a s ss p e c t r a , a n dt h es p e c t r a lp r o p e r t i e so fs a l e n4a n d5w e r ed i s c u s s e d 3 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文摘要 ( 3 ) s y n t h e s m ，c h a r a c t e r i z a t i o na n ds p e c t r a lp r o p e r t i e so fn e wm a c r o c y c l i c 蝴b a s e s c o n t a i n i n gh y d r o x y lf u n c t i o n a lg r o u p n e w m a c r o c y c l i cs c h i f fb a s e sc o n t a i n i n gh y d r o x y lf u n c t i o n a lg r o u pw e r es y n t h e s i z e d 蛔t h e h y d r o x y - b e a r i n gd i a m i n e 啪p 叫n d ，5 , 5 - m e t b y l e n e - b i s - s a l i c y l - a l d e h y d ea n d t h e a b o v ed i a l d h y d eb yu s i n gc a z + , b a z + a st e m p l a t ei n o n s t h ep r o d u c to b t a i n e dw a sc h a r a c t e - r i z c db y1 hn m r , f r - m , u v - v i ss p e c t r o s c o p y , a n dm a s ss p e c t r o s c o p y , a n ds p i r a l p r o p e r t i e so f s a l e n4a n d5w e r ed i s c u s s e d 2 s y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o na n dt h ec r y s t a ls t r u c t u r eo fn e ws c h i f fb a s ec o m p o u n d s c o n - r a i n i n gh y d r o x y lf u n c t i o n a lg r o u p ( 1 ) s y n t h 龉bo f1 , 3 一b i s - ( 2 - a m i n o p h e n o x y ) 2 一p r o p a n 0 1 t h ed i a m i n ec o m p o u n dc o n t a i n i n gh y d r o x y lf u n c t i o n a lg r o u pw a ss y n t h e s i z e db y e t h e d z a t i o n , r e d u c t i o no fn i t r og r o u pf r o m0 n i t r o p h e n o la n de p i c h l o r o h y d r i n ( 2 ) t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo f1 , 3 b i s ( 2 一a m i n o p h e n o x y ) - 2 - p r o p a n o l t h es i n g l ec r y s t a ls t r u c t u r eo f1 , 3 - b i s ( 2 - a m i n o p h e n o x y ) - 2 - p r o p a n o lw a so b t a i n e d f i r s t l ya n dd i s c u s s e d t h ec r y s t a ls t r u c t u r ee x h i b i t sal a y e rf o r m a t i o n ，a n dt h et w op h e n y l r i n g sl i n k e db ye t h e r e a lc h a i nf o r man o n - c o p l a n a rs t r u c t u r e l a y e r sa r ef o r m e db yt h e i n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e nb o n d i n g , a n dt h ea r y lr i n g si nd i f f e r e n c em o l e c u l e sa r ea p p r o x i - m a t e l yp a r a l l e lt oe a c ho t h e r ( 3 ) s y n t h e s i s , c h a r a c t e r i z a t i o na n ds p e c t r a lp r o p e r t i e so fn e ws c h i f fb a s ec o m p o u n d sc o n - r a i n i n gh y d r o x y lf u n c t i o n a lg r o u p t h eh y d r o x y - b e a r i n gs c h i f fb a s ec o m p o u n dh a so b t a i n e db yt h ec o n d e n s a t i o no f 1 , 3 - b i s - ( 2 a m i n o p h e n o x y ) - 2 p r o p a n o la n da c e t y l a c e t o n e ，a n dc h a r a c t e r i z e db y 风1 hn m r , m sa n dx - r a ys i n g l ec r y s t a ls t r u c t u r a la n a l y s i s ( 4 ) t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo ft h eh y d r o x y - b e a r i n gs c h i f fb a s ec o m p o u n d t h ec r y s t a ls t r u c t u r ed a t as h o w st h a tar a r ei n t r a m o l e c u l a ri o n i ch y d r o g e nb o n d i n g h 0 3e x i s t s i nt h em o l e c u l a r t h ei n t e r m o l e c u l a rn o n - c l a s s i c a lh y d r o g e nb a n d s c - h ol i n k st h es c h i f fb a s em o l e c u l a ro fn o n - c o p l a n a rsc o n f i g u r a t i o ni n t oah e l i 】【c h a i n s t r u c t u r ea l o n gt h eaa x i s 3 s t u d yo nt h ec 孙y t a ls t r u c t u r ea n di n t e r a c t i o no fc u c u r b i t u r i lw i t ht h eh y d r o x y - b e a r i n g d i a m i n ec o m p o u n d ( 1 ) t h es t r u c t u r ea n a l y s i so ft h ec r y s t a l t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo ft h ei n c l u s i o nc o m p l e xw i t hc o c u r b i t u d l ( 0 1 8 ) a n d1 , 3 - h i s ( 2 - a m i n o p h e n o x y ) - 2 一p r o p a n o lw a sd e t e r m i n e db yx r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eq 8 】b i n dg u e s tt of o r ma l li n c l u s i o nc o m p l e xi nar a t i o so f1 ：2 ，a n d i n t e r m o l e c u l a r一i n t e r a t i o n se x i s tb e t w e e nt h ep h e n y lr i n g so ft w og u e s tm o l e c u l e si n c a v i t yo fq 【8 】 4 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文 摘要 ( 2 ) t h eh o s t - g u e s ti n t e r a c t i o ns t u d yb e t w e e nt h ed i a m i n ec o m p o u n da n dc u c u r b i t 8 u r i l t h es t r u c t u r ea n di n t e r a c t i o no fq 【8 】w i t ht h eg u e s tw c i em v 鼯t i g a t e db y1 hn m r t c c h n i q u 嚣，u vs p e c t r o s c o p ya n df l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t r yr e s p e c t i v e l y , t h er 璐u l t s a i ng o o da g r e e m e n tw i t ht h ec r y s t a ls t r u c t u r eo ft h eh o s t - g u e s tc o m p l e x k e yw o r d s ：d i a m i n ec o m p o u n dc o n t a i n i n gh y d r o x y ，m a c r o c y l i cs c h i f fb a s e ，s y n t h e s i s ， c h a r a c t e r i z a t i o n ，c r y s t a ls t r u c t u r e ，h o s t - g u e s tc o m p l e x e s 5 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文附录 附：学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 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。对本文的研究在做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蒸薹垒日期一三业z 生旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、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；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：弛师签名：论文作者签名：比丝绝导师签名： 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 第一章前言 ， 一飓一k r f - + 印 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 作用，而是通过桥基产生间接的相互作用。这些多元相互作用也出现在类似的表面和 催化化学中。 j 蒂夫碱大环化合物是类氮杂冠醚的配体，它具有冠醚的一般性质，如对金属离子 或中性有机分子的选择性络合作用，含羟基功能基席夫碱大环化合物也由于其带有孤 对电子的羟基存在，具有特定的电子效应和空间效应，既可以提高对金属离子的络合 选择性，又可以参与对金属离子的配位，增强络合物的稳定性【堋。因含有羟基使得其 成为一类重要的合成中间体，同时所含羟基可作为识别位点，本身也具有很好的配位 识别作用【妊1 9 1 ，含羟基功能基席夫碱大环化合物也因此受到了越来越多的关注。 i i 大环席夫碱化合物研究状况 i i i 概述 大环席夫碱配体是含有不饱和席夫碱官能团c h = n - 的杂原子大环配体，主要是 由芳香二醛( 苯、吡啶、呋喃、噻吩等) 或二酮化合物与一系列多胺反应生成i 刎。c h = n - 官能团上的氮原子上有一对孤对电子，受氮原子强的电负性和邻位上双键电子云密度 离域的影响，这一对孤对电子有很强的配位能力，能够形成稳定的金属配合物。 通常每个配体至少应含有三个配位原子，这些配位原子既可以结合又可以附着在 环骨架上1 2 ”。与简单的多齿配体一样，大环中的配位原子与金属离子之间通常形成 稳定的五员、六元或七员螯合环，按照这样的要求，具有3 个配位原子的大环配体通 常为9 - 1 3 员环，具有4 4 配位原子的大环配体通常为1 4 - 1 8 员环，具有5 个配位原子的大 环配体通常为1 8 2 2 员环，具有六个配位原子的大环配体通常为2 4 - 3 0 员环，具有八个 配位原子的大环配体通常为3 0 5 0 员环。本论文通过模板法合成的是环上具有七至八 个配位原予的4 4 员环、2 9 员环、2 7 员环和”员环的新型大环席夫碱。 1 1 2 大环席夫碱化合物的研究进展 早在1 9 3 6 年，j va l p h e n 就第一次合成了四氮杂环十四烷，这仅是第一个含氮的 二维大环l 碉。但事实上，人类早就认识到一些基本的生物体系中含有杂原子大环配合 物。如天然植物的光合作用，哺乳动物和其它呼吸体的携氧作用等，都是因为这些生 物中含有天然的杂原子大环配合物。 到本世纪六十年代，人们发现高度共轭的酞箐及其衍生物，在结构上类似于天然 叶琳大环，且性质多样。有的酞箐类化合物有半导体性质，有的可以作为化学转移催 化剂，有的可以作为生物体系的模型，有的甚至可以在工业上作为着色剂及染料等【2 3 j 。 至六十年代后期，合成大环大量出现，使人们对生物体系中的金属离子产生了浓厚的 兴趣，从而把大环化学和无机化学者两个领域联系了起来1 2 4 1 。 八十年代以来，随着m a r t e n 等第一个酪氨酸酶大环模型的提出，席夫碱双核大环 配体己经逐渐的成为配位化学的一个重要研究方向，许多酶的模拟模型陆续被提出。 其中罗勤惠等对超氧化物歧化酶( s o d ) 进行了系列模拟研究嗍，以2 ，6 - - 乙酰基吡啶 与3 一氧杂戊烷1 ，5 - 二胺缩合成的二十四员席夫碱大环配体，以咪唑为桥基形成为双铜 2 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 ( 1 ) 配合物，咪唑桥能在p h = 5 6 - 1 0 3 的混合液中稳定。天然酶中咪唑桥在溶液中能承 受的p h 范围为4 5 1 1 ，因而这一体系被看作对s o d 的模拟系。到目前为止，人们对大 量的天然和合成大环的研究已经进行到了相当的深度。从初期简单的大环化学研究发 展到现在的超分子化学研究，从初期简单的离子识别和传输应用发展到目前的分子识 别，从初期简单的化学模型研究发展到现今的诊断治疗药物等等，这充分说明此分支 学科发展的强大生命力 2 7 1 。目前科学家们正在下列诸领域，如分子电子学、晶体工程、 超分子催化剂、核废料的处理和贮存、光化学传感器、超分子光电器件、电子转移设 备、肿瘤跟踪治疗、n m r 和e p r 成像造影剂等方面展开了深入和广泛的研究。以期在 大环化学应用研究方面取得更大的突破 2 s - 2 9 1 。 1 1 3 大环席夫碱化合物的应用状况 氮杂环或取代氮杂环类大环席夫碱金属配合物【加日2 】由于本身的功能性结构而引 起了相当的注意。自6 0 年代起，有人开始合成含芳香性杂环的席夫碱类配体的金属配 合物。它们被广泛应用于大分子化合物的合成、半导体材料、金属材料、常温超导材 料、光敏材料、催化剂及超分子设计方面。近年来，大环席夫碱配合物由于其独特的 光谱、结构、光电磁学性质以及热力学和动力学稳定性，己得到人们广泛的关注和研 究，并已在生物酶模拟金属离子、分子的识别和运输、光化学、医药合成、分子电子 学、晶体工程、超分子催化剂、核废料的处理和存储、光化学传感器、超分子光电器 件、电子转移设备、肿瘤示踪治疗、n m r 和e p r 成像造影剂等多个领域取得应用 3 3 - 3 4 1 。 ( 1 ) 在生物酶模拟方面的应用 生物体系中金属蛋白的很多生物功能都被认为与双金属中心有关。如白蓝蛋白每 个亚单元都含有两个铜( i ) 离子，它是以铜0i ) 为辅基的一种结合蛋白质，含铜( i ) 的双 核中心具有传输双氧的功能。南京大学罗勤惠等对超氧化物歧化酶( s o d ) 进行了系列 模拟研究，以2 ，6 - - - 7 , 酰基吡啶与3 氧杂戊烷1 。5 - - - - 胺缩合成的二十四员大环席夫碱配 体，以咪唑为桥基形成双核铜( i ) 配合物，咪唑桥能在p h = 5 6 1 0 3 的混合液中稳定。 天然酶中咪唑桥在溶液中能承受的p h 范围为4 5 1 l ，因而这一体系被看作s o d 的模拟 体系。另外，x 射线数据表明，嗜热细菌酶含有由氨基酸残氧和氮原子配位的双核锰 单元，它可以催化分级过氧化氢。由于大环席夫碱配体能给配位金属离子提供特定的 配位环境并影响金属离子的物理、化学性质，因此，其配合物已被人们广泛用来作为 模型模拟金属蛋白的结构和功制硐。 ( 2 ) 在金属离子、分子的识别和运输方面的应用 分子与位点识别是指给定受体对底物选择性结合并产生某些特定功能的过程。识 别过程需要底物与受体间空间匹配，力场互补，相当于钥匙和锁的关系。而大环席夫 碱配体由于能为配位金属提供特定的空间环境，在识别过程中取得了广泛应用。如在 阳离子识别方面，k h i l 等报道了大环席夫碱配体质子化可以识别苯基a 。心二羰基酸形 成配合物川；另外，在离子识别，中性分子识别，离子运输等方面也有很多报道。 3 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一章前言 ( 3 ) 在光化学方面的应用 众所周知镧系金属离子在紫外可见光范围内吸收很少，但是，如果通过使离子 形成配合物，使大环席夫碱配体中心发生电荷转移，则可以改善镧系金属离子在紫钋 可见光区的吸收。或利用穴状大环或悬臂大环对镧系金属离子进行屏蔽【3 7 1 ，使其不 与溶剂水分子作用，从而有效的进行能量传递，提高锕系金属离子的发光强度等等。 ( 4 ) 在医药方面的应用 大环席夫碱配合物由于其独特的化学结构和性质，使其在医药方面取得了广泛的 应用。如把大环席夫碱配体n 0 1 a 与中性o a 和i n 形成配合物，可以选择性地保留其在 肿瘤组织中的一段时间；又如把大环席夫碱配合物应用于抗体靶，可以提高肿瘤放射 性疗法的选择性及疗效；把大环席夫碱金属配合物与造影剂和治疗剂相复合，做成靶 组织，即可同时完成某些病毒细胞的识别和破坏【3 8 l 。 固大环席夫碱配合物的其它应用 目前，大环席夫碱配合物在分子电子学、晶体工程、超分子催化剂、核废料的处 理和存储、光化学传感器、超分子光电器件、电子转移设备、肿瘤示踪治疗、n m r 和e p r 成像造影剂等领域的应用也都有一定的研究| 3 9 4 0 ! 。 1 1 4 大环席夫碱化合物的合成方法 目前，人们对大环席夫碱配合物合成方法的研究已经进行了很多年，现有的合成 方法主要有两大类：其一是在不受金属离子影响的条件下，通过有机合成反应，直接 合成环状配体，这种方法被称为“直接合成法”；第二种合成大环的方法是在金属离 子的影响下， 以金属离子作“模板”，合成环化产物的方法，称作“模板合成法”。 在大环合成反应中，无论是选用“直接合成法”，还是选用“模板合成法”，其目的都 是要使目标产物的产率最高，因为用作大环合成的原料，相互之间或一种原料自身之 间会发生聚合反应，如果条件选择不当，就会导致生成的产物是聚合物而非想要得到 的环状化合物。 ( 1 ) 直接合成法( 高度稀释法) 直接合成法中，由于在低浓度下，分子间的成环反应容易发生，所以要求反应物 的浓度不宜过高，而是选择溶剂的量远远大于反应物的量，通常控制在0 0l m o l l 以下。 医此，直接合成法又叫高度稀释合成法，影响此种反应的主要因素有所选溶剂的种类， 反应物在溶剂中的溶解度大小，加料速度以及反应温度等。运用该法合成大环席夫碱 化合物可尽量减少线形聚合物的生成，而有利于形成更大的环系。但由于线形多聚往 往成为优势反应，在多数情况下，很难分离出理想的大环产物。用高度稀释法合成的 大环席夫碱化合物为数并不多，它们大多是在低温或高稀释条件下缩合得到的。其合 成通法为： 4 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一章前言 厂“ 2 “” l nh t ( 2 ) 模板合成法 印年代初，j a g e r 掣4 1 】首先用过渡金属离子促进b 酮亚胺与二胺的关环反应， 高产率地得到大环席夫碱四胺配合物。经研究发现，金属离子在这里一方面起了引导 成环的作用，另一方面起了稳定生成的大环的作用。b u s h 4 2 j 用“模板效应”来描述金 属离子在大环合成中的控制作用。n e l s o n 掣4 3 】对二羰基化合物和二胺模板合成大环 席夫碱化合物的机制作了更明确的描述。 模板合成按照起模板作用的金属种类不同，可以分为碱法，碱土金属离子模板合 成法和过渡金属离子模板合成法。 碱金属离子的模板合成法以南京大学苟少华教授的钠离子模板反应最为典型。他 以4 取代的2 ，6 - 二甲酰基苯酚的钠盐与一系列多胺缩合。制备7 1 2 + 2 ， 1 3 + 3 1 ， 【4 + 4 】等多种类型的亚胺大环。由于钠离子大环的不稳定性以及产物易吸水， 所以一般不用将含钠的大环分离出来，而是直接通过过渡金属离子与钠离子的置换反 应，得到相应的稳定的多核过渡金属离子大环配合物【“4 5 j 。 碱土金属大环席夫碱配合物具有热力学不稳定性，通过过渡金属离子的置换可得 到一些采用金属作为模板而得不到的金属配合物。其合成通法为： 厂”。 2r n + 2 l 一。 过渡 金属离子模板合成法是在所要合成大环配合物的过渡金属离子存在下，直接进行成环 反应，得到相应过渡金属的大环配合物。而无需金属置换反应。这种方法虽然比上一 种方法简便，但是，对于有些反应过烈或过缓的体系，并不适用。其合成通法为： r 、， ) 歹 、 n 1 h 。 j m m 肾 fi也、 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 q h 0 ： 2 t ： ： c h o 1 1 s 大环席夫碱化合物的合成实例 ( 1 ) 四氮杂全氮大环席夫碱化合物 四氮杂全氮大环席夫碱化合物的结构类似于自然界中的卟啉和咕啉。这是人们最 早感兴趣的一类合成大环化合物。j a g e r 4 6 】用镍( i i ) 和铜( i i ) 作模板离子，以p 酮 亚胺和二胺缩合得到四氮杂全氮大环配体。研究表明，关环反应取决于r 2 的结构。只 有r 2 为酰基或烷氧酰基时，p 酮亚胺与脂肪二胺的关环反应才能发生。但当与邻芳 香二胺时，不论r 2 是否为酰基，关环仍能顺利进行。h o l m 掣4 7 】用非模板法以三乙氧 鲶氟硼酸盐或五硫化二磷活化b 酮亚胺后，再与二胺缩合得到了用j a g e r 法不能合成 的大环配体。但该法产率低，也不适于1 6 员以上大环的合成。 m = n i ( i i ) ，c u ( i i ) ；x = y = o c 6 t h ； x = o - c 6 1 1 4 ；y = ( c n 2 ) 2 ；x = y = ( c 8 2 ) 2 3 b r e i t m a i e r 掣4 8 埔新型双功能试剂3 ，4 二氢2 h 吡喃5 醛和各种邻芳香二胺进 行【2 + 2 】缩合得到带双羟丙基的四氮杂大环化合物。该法产率高，可惜的是不适于与 脂肪二胺成环。吴鸣虎等【4 9 】用乙二胺或丙二胺的单高氯酸盐和3 ，4 一二氢2 h 吡 喃5 醛成功地合成- f 2 + 21 大环二高氯酸盐。在此之前，c u r t i s 等 5 0 l 利用乙二胺 单高氯酸盐分别和丙酮或a ，b 不饱和酮缩合得到了1 ，4 ，8 ，1 1 四氮杂4 ，6 ，1 1 ，1 3 环 十四碳四烯二高氯酸盐。g o o d k e n 等【5 1l 先用模板法合成大环配合物，接着脱模板离 子得到四氮杂自由大环配体。其具体作法是：用邻苯二胺和乙酰丙酮缩合，接着在乙 醇中用氯化氢脱模板离子，然后用碱中和。 ( 丁洲0 + q h ( 2 ) 杂环系大环席夫碱化合物 6 毗 z u e 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 含吡啶环系的大环席夫碱化合物研究得较多。吡啶环上的氮原子是很好的电子给 体，因而含吡啶环系的大环化合物是很好的配体。利用2 ，6 二甲酰基吡啶或2 ，6 二 乙酰基吡啶，分别和多种二胺的成环缩合，选择适当大小的金属离子作为模板，可选 择性地得到1 1 + 1 】或【2 + 2 】大环。b u s h 等【5 2 】报道了第一个多于四配位的大环配合物 的合成。它们将2 ，6 二乙酰基吡啶分别与三乙烯四胺或四乙烯五胺，在铁0 1 ) 存在 下，进行模板缩合得到【l - i - 1 】关环产物。 n = 2 ，3 ；m 2 + = f c ( ) 同时含有氧和氮电子给体的吡啶环系大环席夫碱化合物亦被合成。2 ，6 二甲酰基 吡啶与三甘醇二胺分别在镁( i i ) 和铅( i i ) 存在下缩合，得到1 1 + 1 】、【2 + 2 】大环配合 物 5 3 1 。含5 员单杂环的大环席夫碱化合物的合成受到重视。用以上同样的方法以 2 ，5 一二酰基呋喃、2 ，5 二酰基噻吩和2 ，5 二酰基吡咯与多种二胺缩合得到含5 员杂环系的大环席夫碱化合物。 吴鸣虎等母】用新型二醛2 ，2 - ( 5 甲酰基2 呋喃基) 丙烷和适当的二胺，在 钡( i i ) 存在下，模板合成了新型的含双呋喃环系的大环席夫碱配合物，接着用硫酸 钠溶液脱钡离子得到自由大环配体。该法提供了该类大环钡( i i ) 配合物脱模板的好 途径。在此之前，s o n e 掣5 5 】用高度稀释法由1 ，1 - ( 5 甲酰基2 噻吩基) 甲烷 及其同系物分别与7 - 胺和丙二胺进行【2 + 2 】缩合，制得了含四噻吩环系的大环席夫 碱配体。 p l + 吣詈 r 为烃基烷氧醚链 r ( 3 ) 含中心功能基大环席夫碱化合物 在大环上引入适当的功能基( 如酯基、羧基和酚羟基等) ，可以显著改善其物理和 化学性质。其中，含中心酚羟基的大环席夫碱化合物通常由4 取代2 ，6 二酰基苯酚 和各种二胺非模板缩合得到。多采取【2 + 2 】方式缩合【5 6 1 。 7 w “弋 r 贵州大学2 0 0 7 届硕士学位论文第一章前言 + m x 八n z 岱o , m l ，s ；z g c o 胡宏纹和鲁天保i 明利用5 取代2 甲氧基1 ，3 苯二甲醛和脂肪二胺进行非 模板缩合得到了含中心甲氧基的【2 + 2 】大环席夫碱化合物，产率中等。s t a v e r e n 掣5 8 l 用a ，g o - - - ( 2 - 羟基3 甲酰基