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硕士学位论文瓜环与昧睦菲咯琳衍生物及尼吉丁相互作用模式测试 摘要 超分子化学是研究有关两个或者两个以上的化学物种通过分子间作用力缔合而 形成具有更高复杂性的有组织实体，是研究超分子或者超分子结构的形成、性质及应 用的化学。近年来，超分子化学或者主客体化学作为化学研究的一个热点，受到了越 来越广泛的关注。在主客体化学中，人们对冠醚、环糊精、杯芳烃作了大量的研究， 而随着一类新型笼状化合物瓜环及其系列同系物的出现，因其具有良好的刚性和疏 水空腔，使瓜环成为能装载各种大小和性质各异的分子容器，或是使客体分子覆于瓜 环端口自组装形成分子胶囊或分子胶囊壳，以不同瓜环为主体的主客体化学、超分子 化学的研究报道逐年增多。基于以上研究背景，本文考察了瓜环与咪唑【4 ，5 ，f 】啡咯啉 衍生物和尼古丁两个体系情况，并在改性瓜环合成方面也做了一些探索性工作。 第一部分合成了三种客体，即2 - ( 4 一甲基苯基) - 咪唑- 【4 ，5 ，f 】啡咯啉( w 1 ) ，2 - ( 2 甲 基苯基) 咪唑b 5 羽啡咯啉( w 2 ) 以及2 - ( 3 - 甲氧基苯基) 一眯唑- 4 ，5 ，f 】啡咯啉( w 3 ) 三种咪唑【4 ，5 ，平1 1 0 啡咯啉衍生物。利用1 h n m r 技术，荧光光谱法和紫外吸收光谱 法三种现代分析方法，考察了瓜环( c u e u r b i t n u r i l sn = 6 8 ) 与这三种化合物相互作用 的情况，并计算出形成常数。研究结果表明：1 ) 六元瓜环( q 【6 】) 仅能与w l 的盐 酸盐相互作用形成包结比为1 ：l 的主客体配合物；七元瓜环( q 【7 ) 与w l ，w 2 以 及w 3 的盐酸盐均阻! ! 的物质数量比发生相互作用：而八元瓜环( q 8 】) 除与 w 1 形成的是1 ：2 的包结物外，与另外两种客体w 2 ，w 3 也是形成1 ：1 的包结配 合物。2 ) 瓜环对咪唑f 4 ，5 ，f j 啡咯啉衍生物起荧光增敏作用。 尼古丁是烟草中生物碱的主要成分之一，在香烟燃烧的过程中经过亚硝化而形成 烟草中特有的n 亚硝胺( t s n a s ) ，是可能的致癌物。本文考察了六元瓜环对尼古丁 捕集作用的情况，结果表明：一个六元瓜环分子可以与两个尼古丁分子相互作用而形 成分子胶囊式结构，并且考察了二者相互作用条件；六元瓜环对尼古丁的捕集作用是 一个快速的反应过程，在p h = 3 1 0 的条件下，相互作用的效果均较好。 合成了苯基取代苷脲、苯基取代环氧苷脲，并在尝试合成苯基取代瓜环方面做了 一些基础实验，虽然没有得到最终的目标产物，但在此基础上提出了可能的合成路线， 这对以后开疆笼声面的工作还是有一定的借鉴意义。 ，毫瀵词：瓜环眯唑啡咯啉衍生物 尼古丁核磁共振技术荧光光谱法紫外 ，j j 览吸收光谱法忽终配翁物 硕士学位论文皿环与睬睦菲咯啉衙生物及尼吉丁相互作用模式测试 a b s t r a c t s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r yr e s e a r c ho b j e c ti s ak i n do fa g g r e g a t et h a ti sc o m p l i c a t e d ， o r d e r l y , a n da l s oh a sas p e c i a lf u n c t i o nu n d e rt h ec o n d i t i o no f n o n c o r a lb o n d w e a kn u t u a l e f f o r tj o i n t i n g ，i t sak i n d o fc h e m i s t r yr e s e a r c hs u p r a m o l e e u l a ro r s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t r y sp r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o n n o w a d a y ss u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r yo rh o s t - g u e s t c h e m i s t r yh a sb e c o m eo n eo ft h eh o tf i e l d so fc h e m i c a lr e s e a r c h d u et ot h e i rs p e c i a l s t r u c t u r e ，c u c u r b i t n u r i t sa r eb e c o m i n gas e r i e sn e wh o s t sa f t e rc r o w ne t h e tc y c l o d e x l r i n a n dc a i i x a r c n e ，a n da r co n eo f t h ei m p o r t a n ti n v e s t i g a t i o no f t h es u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y i nt h ef i r s t p a r t yo ft h et e x t n l ei n t e r a c t i o ns t r u c t u r e sa n do p t i c a lp r o p e r t i e so f h o s t - g u e s t o f c u c u r b i t n 一8 u r i l s w i t h s y n t h e s i z e d t h r e e i m i d a z o - 【4 ，5 ，q l ，1 0 一 p h e n a t h r o l i n ed e r i v a t e sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e db yu s i n g1 hn m rt e c h n i q u e ，f l u o r e s c e n c e s p e c t r o p h o t o m e t r ya n du l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a lt h a t c u c u r b i t 6 】u r i l ( q 【6 】) c a n o n l y i n t e r a c t w i t h g u e s ts a l t o f 2 ( 4 一m e t h y l ) 一p h e n y l i m i d a z o 【4 ， 5 。f 1 ，1 0 一p h e n a t h r o l i n e ( w 1 ) 砸出ar a t i oo fl ：l ；h o w e v e r , c u c u r b i t 7 u r i l ( q 7 】) c a n i n t e r a c tw i , ha l lt h r e eg u e s ts a l t so f 2 一( 4 一m e t h y l p h e n y l ) 一i m i d a z o 一 4 ，5 ，f l i ，1 0 - p h e n a t h r o l i n e f w l ) ， 2 - ( 2 一m e t b y l p h e n y l ) 一i m i d a z o 4 ，5 ，f j i ，1 0 - p h e n a t h r o t i n e( w 2 ) ， a n d 2 一( 3 一m e t h y l o x y l p h e n y l ) i m i d a z o 一 4 ，5 ，t q1 ，i l np h e n a t h r o l i n e ( w 3 ) w i t ht h es a m eo f r a t i o o f1 ：1 ；c u c u r b i t 8 u r i l ( q 8 】) ，e x c e p tw i t hw 1 、i t l lar a t i oo f1 ：2 ，c a na l s oi n t e r a c tw i t h w 2 a n d w 3 w i t l lar a t i oo f l ：2 i nt h es e c o n dp a r t yo ft h et e x t ，t h ei n t e r a c t i o ns t r u c t u r e sa n do p t i c a lp r o p e r t i e so f h o s t g u e s to f c u c u r b i t 6 u r i lw i t hn i c o t i n e ( g n ) h a v eb e e ni n v e s t i g a t e db yu s i n g1 hn m r t e c h n i q u e ，f l u o r e s c e n c es p e e t r o p h o t o m e t r ya n d u l t r a v i o l e t s p e e t r o p h o t o m e t r y t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a lt h a tc u c u r b i t 6 u r i lc a n i n t e r a c tw i t hg u e s tn i c o t i n ew i t har a t i o o f l ：2b e t w e e np h = 3 1 0 ； i no r d e rt or e s o l v et h ep o o rs o l u b i l i t yo fq 【n 】i no r g a n i cs o l v e n t ，w ed os o i t i cw o r k f b rs y n t h e s i z i n gc u c u r b i t n u r i l sd e r i v a t e s ，w es y n t h e s i z e dt h ec u c u r b i t n u r i l sb a s i c c o m p o u n d s 一3 a , 6 a - d i p h e n y l g l y c o t u r i la n dt h ed i e t h e ro f3 a , 6 a - d i p h e n y l g l y c o l u r i l ，铋t h o u g hid i d n ts y n t h e s i z et h et e r m i n a lt a r g e tc o m p o u n d b u tis u m m e du pt h ef a i l u r e s 、；r i e j c ea n da d v a n c e , 4 ：簿p o s s i b l es y n t h e s i z e dr o u t e t h em e a n i n go ft h i si su s ef o r 一 堡主兰堡笙苎墨坚墨墨些垩燮塑皇塑墨星查! 塑兰堡旦堡塞翌苎 k e y w o r d s ： c u e u r b i t ( n = 6 7 8 ) u r i l s ，埘d a z o f 4 5 f l ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n ed e r i v a t i v e s ，n i c o t i n e ，1 h n m r t e c h n i q u e s , f l u o r e s c e n c e s p e e t r o s c e p y , 1 i v - s p e c t r o s c o p y , i n c l u s i o nc o m p l e x e s 硕士学位论文瓜环与球唑菲咯啭衍生物及尼古丁相互作用模式测试 第一章综述 大环超分子化学是处于近代化学，材料科学和生命科学交融的前沿学科【”，超分 子化学的研究对象是以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且具有特定功能 的分子集合体。超分子化学是共价键化学的一次升华、次质的超越，被称为是“超 越分子概念的化学”。超分子化学不仅在材料科学和信息科学，而且在生命科学中也 具有重要的理论和潜在的广阔的应用前景。在主客体化合物中，人们对冠醚( c r o w n e t h e r ) 、环糊糟( c y e l o d e x t r i n ) 、杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 做了大量的研究，发现由于冠 醚( c r o w ne t h e r ) 、环糊精( c y c l o d e x t r i n ) 、杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 具有特定的空穴内腔， 可以和多种客体形成主客体自组装结构。瓜环( c u c u r b i t u r i l s ) 尽管早在1 9 0 5 d 1 年即被 发现，但直到1 9 8 1 1 4 1 年才被确定其结构，发现瓜环( c u c u r b i t u r i l s ) 与冠醚( c r o w ne t h e r ) 、 环糊精( c y c l o d e x t r i n ) 、杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 具有类似的结构，1 9 9 8 1 9 9 9 口1 年又相继 发现了同系物。近年来，一系列改性瓜环不断出现，如十甲基取代瓜环1 6 1 、二苯基取 代瓜环【7 】、五及六环己基取代瓜环雎1 等，各种有可能合成改性瓜环的改性甘脲也有所 报道阻”1 ( 如图1 - 1 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ) 。最近，我们研究组利用自己合成得到的甘脲二聚体 。”，合成得到了对称四甲基六元瓜环，对称六甲基六元瓜环、二甲基取代五元瓜环等 一系列新型瓜环“”( 如图1 1 ( e ) ( d ) 。这使瓜环成为继冠醚( c r o w ne t h e r ) 、环糊精 ( w e ! o d e x - h _ - _ ) 、杯芳烃( c a ! i x a x e n e ) 后的又一主体化合物，成为超分子化学的又一 重要研究领域。 l 。1 瓜环的命名与合成 瓜环( c u c u r b i n l t u r i l n = 5 - 1 2 】) 是一类由n 个苷脲单元和2 n 亚甲基桥连起来的 大环笼状化合物，最早1 9 0 5 年由德国化学家b e h r e n d 等首次合成，但直到1 9 8 1 年 f r e e m a n 等学者重新研究这个反应后，才首先确定了其中”= 6 的大环化合物的结构， 黎臻蒋潦 瓣瓣鬻麟燃 硕士学位论文瓜环与睬唑菲咯琳衍生物及尼吉丁相互作用摸式测试 图1 - 1 5 、6 、7 、8 元瓜环的结构示意图 f i g u r e l 1 s t r u c t u r e so f t h ec u c u r b i t n u r i l ( n = 5 8 ，i o ) 表明其与金属盐的晶状加合物实为包结配合物。谱学数据( i r 、1 h n m r ) 以及元素 分析表明其化学计量式为( c 6 h 6 n 4 0 2 ) n 。从硫酸溶液中得到了其酸式硫酸钙配合物， x 射线单晶衍射分析其组成为( c 6 h 6 n 4 0 2 ) 6 c a s 0 4 h 2 s 0 4 ( h 2 0 ) 6 ，其有机部 分是一种二甲桥甘脲的环状六聚体，所有的环通过胺链连接在一起 1 6 1 7 1 。由于该类 化合物的系统命名特别复杂，f r e e m a n 建议用c u c u r b i t u r i l 命名，中文译作葫芦脲或 瓜环来命名该种化合物，因为其外部特征与葫芦或南瓜的形状( 葫芦目葫芦科的果实) 很类似，为表明环中的结构单元数，可采用类似于杯芳烃的命名规则，称为葫芦【6 】 脲或六元瓜环，个英文俗名已被广泛接受，中文名目前还没有统一的名称。在遵循上 述原则的基础上，为简单起见，根据c u c u r b i t u r i l 第一个字母的发音，我们记之为q ， 结合结构单元数，如称q 6 】为六元瓜环等等。 q f 6 嘲是在酸性条件下，由甘脲和过量甲醛发生缩合而制得，b u s c h m a n n 1 9 1 在 f r e e m a n 的合成基础上，对合成步骤进行了优化，用下列方法( 反应1 1 ) 可以安全 经济地制备。 i - i 釜0 4 + 膈冒 。反应式1 - 1六元瓜环的合成方法 s c h e m ei - is y n t h e s i z eo f c u c u r b i t t q 试l ( f f 6 ) 在1 9 9 8 1 9 9 9 年度的研究中，南韩的k i m 口o l 和澳大利亚的a n t h o n y 同时发现了瓜 环的同系物c u c u r b i n t u r i l ( ”= 5 - 1 1 ) ，并分离得到了c u c t t r b i n t u r i l ( h = 5 - 8 ) ( 如 图1 3 ) 。j ! 芏! 稀硫酸溶渡中较低温度( 7 5 1 0 0 ) 下反应得到瓜环的混合物，经分离 除得到q 膨】外。还得到禽有q 【5 】、q 7 和q 8 】。在稀盐酸溶液中11 5 。c 下反应，经提 纯碍到q 8 ，1 i 其他几类主体化合物一样，形成了系列的瓜环，即 c j ：埘_ ；f 1 t u r i l ( n = 5 8 ) 。碧m a 等弘1 j 在稀盐酸溶液中在回流条件下，合成提纯得 、；i 。d a y 等 2 l 系统| 鬻了暖 勺种类与浓度、反应物浓度和反应温度等条件对 n ，、n o=o冉n y 硕士学位沧文瓜环与殊唑菲咯啉衍生物及尼古丁相互作用模式测试 瓜环合成的影响。 璐臻 十甲基五元瓜环对称四甲基六元瓜环二苯基取代六元瓜环 五及六环己基取代瓜环羟基取代瓜环 图卜2 一些改性瓜环的结构示意图 f i g u i e l 一2 $ r u e t u r e 5o fc u c u r b i t n u r i l sd e r i v a t e s 最近，使用取代甘滁铡备瓜环的衍生物也有所报道。s t o d d a r t l 2 划等用二甲基甘 艨和3 77 , 6 的甲醛溶液在盐酸溶液中加热反应回流2 h ，在将得到的暗红色的溶液再回 漉1 h ，然后慢慢冷却，经过滤水洗得到白色沉淀。由此制季导的单晶经x - 射线单晶衍 射分析确定为十甲基五元瓜环。( 反应式1 - 2 ) 。 o 硕士学位论文瓜环与睬唑菲咯啭衍生物及尼古丁相互作用模式测试 l ( i m 口4 】则用环己烷并甘脲与甲醛在盐酸硫酸中8 0 c 反应，提纯得到全取代环己 基五元瓜环和全取代环己基六元瓜环。通过谱图研究和x 射线单晶衍射分析证实为 五环己烷五元瓜环和六环己烷六元瓜环。令人欣喜的是，这种新的瓜环衍生物与五、 六、七、八元瓜环及十甲基取代五元瓜环相比，它们在通常的溶剂如水、甲醇、d m s o 中有比较高的溶解性，在乙醇、d m f 、丙腈中也有比较合理的溶解度。出人意料的 是，尽管由于在其腰上有环己烷的存在，它们在水中的溶解度比在有机溶剂的要大。 六环己烷并瓜环在水中的溶解度和n 一环糊精相当。 o l r 十粥肿冒 。 嚣m 5 6o 反应式1 - 3环戊基瓜环的合成 s c h e m e1 - 3 s y n t h e s i z eo f c y c l i cp e n t a m e r ( n = 5 ) a n dh e x a m c r ( f 1 - 6 ) 贵州大学大环化学及超分子化学实验室在合成改性瓜环方面也有所突破，赵云洁 【2 5 1 等用甲基替脲和苷脲二聚体反应，合成并分离出对称四甲基q 【6 】，反应式如下： 十 口 一叉 一 一n n h 2。 c h 2 h ，c 孓厶讯， h 一h “、- - c h ： - 一y y n = l ，2 ，3 ，4 ，5 反应式1 - 4 部分甲基取代瓜环的合成 s c h e m e1 - 4 s y n t h e s i so f d i s u b s t i t u t e dc u c u r b i t 6 u r i l ， 郑署u 梅合成并成功分离出了部分取代的环己基瓜环【2 5 1 。 0 | f 厂一一n 、n _ 、 甚，) ) + 、一nn 一 丫i 。 d c u c u r b i t s ，u 】u 6 1 港y 。y 硕士学位论文瓜环与睬唑菲路啉衍生物及尼古丁相互作用模式测试 反应式1 - 5 部分环己基取代瓜环的合成 s c h e m ei - 5 s y n t h e s i so f s y m m e t r i c a ld i c y c l o h e x a n o c u c u r b i t 6 u r i l 总之，由于瓜环同系物及系列改性瓜环的出现，拓宽了瓜环类主客体化学的研究 及应用范围。 1 2 瓜环的结构特征及性质 瓜环( q n ) 是具有类似于南瓜外形的环状化合物，具有两端开口的空腔，其两 端口尺寸相同，空腔直径大于端口直径，每个端口各有与单元结构数相同的氧原子，同 时笼壁上有大量的氮原子，其数目四倍于单元结构数目。环绕在端口极住较强的羰基 形成了阳离子健和位点，可以通过离子偶极相互作用和与脲羰基的氢键作用来键和 金属离子或有机分子的带电部分。而其有机部分二甲桥甘脲的环状 ( = 5 1 0 ) 聚 体，通过所有的胺链连接成环，构成瓜环的非极性内腔，可以通过疏水基相互作用包 结有机分子。几种瓜环的结构参数列于表l - l 。从表中可以看c u c u r b i f n j t t u d l s ( - - 6 、 7 、8 ) 空腔尺寸与旺、d 、y 环糊精的相当【2 酐。与环糊精相同，瓜环的疏水空腔，不 仅可以包括有机分子，还可以根据其空腔的大小选择性的容纳尺寸、形状匹配的客体 分子。 瓜环的另一特征是其结构的刚性。由冠醚、杯芳烃、环糊精到瓜环，分子结构的 刚性依次增强f ：w 。普通瓜环小能改变形状以适台客体分子，所以可以预期配位作用必 会伴随着极强的专一性，和极高的缔和常数。结构决定性质，在充分了解了瓜环的结 构特征之后，可以针对性的对其键合位点加以很好的利用。 ， 从化学稳定性来看，环糊精为多聚醣类，因此在酸性或碱性环境下是不稳定的， 而瓜环在强酸性或强碱性介质中都具有良好的稳定性。 硕士学位论文 瓜环与眯唑菲咯啉衍生物及尼吉丁相互作用模式捌试 墨环种类 q 【5 lq 1 6 1q 1 7 1 q 1 8 1 结构茹 端口宣径n m o 2 40 3 90 5 4 o ，6 9 空腔直径t n m0 4 4 o 5 8 o 7 2o 8 8 空腔体积r i m 3 0 0 8 20 1 6 40 2 7 90 4 7 9 外径m 1 3 ll 4 41 6 01 7 5 高度r i m o 9 10 9 lo 9 l0 9 i 表1 1 瓜环的结构参数 t a b l e t 1 p a r a m e t e r so f t h es t r u c t u r ee u c t t r b i t u r i l s 瓜环的另特征是其结构的刚性，由冠醚、杯芳烃、环糊精到瓜环，分子结构 的刚性依次增强【1 8 l 。瓜环不能改变形状、以适合客体分子，所以可以预期配位作用必 会伴随着极强的专一性，和极高的缔和常数。 1 3 瓜环的应用 根据瓜环的结构特性可知，瓜环在分子识别阿、化合物的捕集与分离、旋光性 物质的拆分 2 9 1 、各种化学、药物的吸附或缓释剂、催化剂乃至于功能纳米材料【3 0 】、 自组装结构口1 1 以及超分子实体 3 2 , 3 3 1 等领域都将有广阔而巨大的应用前景和发展潜 力。在分子识别、超分子组装与自组装等领域，世界各国的科学家进行了卓有成效 的探索并取得了许多成就。 1 3 1 分子识别 超分子形成过程是分子识别过程，是通过给定的受体( 主体) 分子结合和选择底 物( 客体) 过程。根据研究发现，瓜环能对某些金属离子和脂肪胺离子进行分子识别。 b u s h m a n n 等 3 4 - 3 6 】的研究表明q 6 1 - 与c + 能形成稳定配合物。b r a d s h a w 等发现五环己 烷并q 【习对p b 2 + 具有很高的选择性，可用作离子选择性膜电极。d a y 等【3 7 1 制得了 c i s s n c l 4 ( h z o ) z q 7 的包结物单晶。 f r e e m a nm 和m o c k 等1 3 8 】较详细地研究了q 6 】与有机铵离子的相互作用，发现有 机铵客体分子能包结进入瓜环内腔，形成了较稳定的包结配合物。b u s h m a n n 掣弘j 研 究表明，大小合适的众多染料分析可以与q 【6 】形成稳定的包结配合物。b a r t i k 等口驯 应用挖9 x en m r , l hn m r 谱研究证实，在水溶液中氙可以可逆地进、出q 6 i 幂j 空腔 r 焉黟成l ：l 主客停配合物。嚣i m 等【7 】发现2 , 6 一二( 4 ，5 二氢一l h 2 基) 萘分子太大，不 硕士学位论文 瓜环与眯唑菲咯噼衍生物及尼古丁相互作用模式测试 能与q 【6 】形成主客体配合物，但可与q 【7 】形成1 ：1 包结配合物，与q 8 形成1 ：2 包 结配合物。 1 3 2 超分子组装与自组装 m o c k 等p 叩基于h 3 n ( c h 2 p 3 + ( k 严2 8 8 1 0 6 d m 3 t o o l 1 ) 和h 3 诹c h 2 ) n h 3 + ( k f = ：2 7 1 0 5 d m 3 m o f l ) 与q f 6 】包结常数的不同，设计得到了式1 - 4 的分子开关。 k i m 、b u s c h m a n n 等h 1 删在利用瓜环形成类轮烷、轮烷方面做了大量的工作，制 得多种类轮烷、轮烷。 b l a n c h 等【4 3 1 制备并表征了q 【7 】与邻碳硼烷形成的稳定包结配合物( 图1 - 3 a ) 。k i m 等1 将大环( 1 , 4 ，7 ，1 0 一四氮杂十二烷或1 , 4 ，8 ，1 1 四氮杂十四烷) 先包结入q 【8 中，形 成大环中的大环，然后加入一个过渡金属离子又可以与内大环键合( 图1 3 b ，1 3 c ) 。 a n t h o n y 等4 5 1 分离得到了包结q 【5 】的十元瓜环，其结构经x 射线单晶晶体分柝确证 ( 图1 3 d ) 。 蒋 蒜 图1 - 3 ( 依次为a ，b ，c ，d ) k i m 等m 4 7 1 发现q 6 】与n a + 、k 十、c s + 等金属离子可形成t h f 、苯、环戊酮和呋 隅等的分子容器组装体。这可利用来包结、释放客体分子。m o c k 、s t e i n k e 等f 4 8 9 1 还 利用皿环进行了分子催化方面豹研究。总之，q 【6 及其家族新成员为我们提供了，一个 垒蓊艉研究课题，由于瓜环具有的各种性质，使它们在诸多的研究领域如在环境治理， 釜属离一j4 的选择性吸跗和捕集，绡米新材料，生物医学等都有比较广阔的前景。 ，3 3 分孑 鬻化 基于瓜珥对铵离子的特殊的专一性，m o c k 等进行乐炔烃和烷基叠氮的1 , 2 偶极 环册成反应，其；再厅使用的炔烃和烷基叠氮均带有一个末端胺基以使它们与q 6 】形 成稳定的配合物。这一环加成反应在稀甲酸溶液中缓慢进行时生成三唑和一个区域异 ：句 瓤但当加入催化剂量昀= 2 | 酬列使反应大大加速( 5 5 1 0 4 倍) ，且生成区域专一 硕士学位论文 瓜环与眯唑菲咯啭衔生物及尼古丁提互作用模式测试 的产物。这应归因于瓜环与两反应物之间形成了过渡态的三元配合物。这两种底物的 铵离子分别与羰基端口配位，非极性部分穿入瓜环的空腔，从而促进了环加成反应( 反 应式1 。 耩罄一秘b 钠孽c h + 辩_ 狲啪叫满圆卜- 瞩 赢鲫挚岔蝴 反应式1 - 6 乐炔烃和烷基叠氮的1 , 2 一偶极环加成反应( q 6 】为催化剂) s t e i n k e 掣恻由2 ，6 二氯甲基3 ，5 二甲苯分别制各相应的炔烃和叠氮，然后借助在 q 6 中发生环加成反应，形成聚轮烷组装体。他们还使用小的双功能化炔烃和叠氮， 通过q 6 】的催化作用，同样可以得到线状低聚三唑聚轮烷组装体。调节p h 值，可以 把其从q 6 】空腔中抽出【2 7 1 。 1 4 本文工作 如前所述，瓜环可以和多种客体物质相互作用形成主客体配合物，尺寸效应是 主客体相互作用的主要机理之一，对于菲咯啉类客体与瓜环相互作用已有报道，但研 究手段主要是核磁共振技术。由于菲咯啉是共轭大n 键的平面分子，所以具有良好的 光化学性质。我们有目的的合成具有不同端口尺寸的昧唑菲咯啉的衍生物，利用核磁 共振技术，荧光光谱法，紫外一可见吸收光谱法等现代分析技术，考察了瓜环与上述 眯唑菲咯啉衍生物的相互作用情况，并对瓜环与这类客体相互作用模式、作用机理进 行更深入的研究。 尼古丁是香烟中烟碱的主要成分之一，本身就具有毒性，0 4 9 尼古丁足以致死一 头牛，在香烟燃烧的过程中经过亚硝化而形成烟草中特有的n 亚硝胺( t s n a s ) ，是 可能的致癌物，而普通的醋纤过滤嘴对其没有显著作用效果。我们考察了q 6 】对尼 古丁的捕集作用的情况，并对相互作用的条件进行试验，以寻求瓜环的应用价值，为 进一步拓宽瓜环用途微了基础研究工作。 另外，在合成苯基取代瓜环方面也做了一些探索性工作，合成了苯基取代瓜环的 起始化合物苯基蕾脲及中间产物苯基环氧蕾脲，虽然最终没有得到目标产物苯基取代 瓜环，但是总结的失败的经验对以后也是有借鉴意义的，并且根据提出了可能的合成 路线及合成条件。 颈士学位论文 瓜环与昧唑菲咯啉衍生物及尼吉丁相互作用模式测试 第二章 瓜环与咪唑【4 ，5 ，f 】- 1 ，1 0 一菲咯啉衍生物相互作用模式的测试 利用荧光光度法、紫外可见分光光度法研究冠醚、环糊精的主客体化学已有很 多报道，而用于研究瓜环与客体的作用还不多见，由于这类光谱分析方法有较高的灵 敏度特别适用于瓜环以及一些在水介质中溶解性极低的主客体分子相互作用的研究， 这不仅能研究以瓜环作为受体分子的识别特性、自组装结构特征的考察，而且用发光 基团修饰来构造发光超分子体系，对发光超分子体系的光敏和识别性质进行研究具有 重要意义和广泛的应用前景。本文利用荧光光谱法、紫外可见分光光度法对六元、 七元、八元瓜环与2 - ( 4 一甲基苯基) - 咪唑一【4 ，5 ，f 】啡咯啉( w 1 ) ，2 - ( 2 甲基苯基) 一咪唑- 【4 ，5 ，f 】 啡咯啉( w 2 ) 以及2 - ( 3 甲氧基苯基) 一咪唑- 【4 ，5 ，f 】啡咯啉( w 3 ) 间相互作用进行了考 察，并通过hn m r 技术，紫外一可见吸收光谱法协同研究其光谱性质及结构特征。 结果是三种方法相互佐证，并由此推测出瓜环与这些客体相互作用模式及作用机理。 2 1 实验部分( 咪唑菲咯啉衍生物的合成及所需溶液的配制) 2 。1 i 实验仪器及主要试剂 实验仪器：磁力搅拌器，旋转蒸发仪，s a r t e o r i u s b s l l 0 s 电子天平，v a r i a n i n o v a - 4 0 0m 核磁共振仪，a g t i e m8 4 5 3u v v i s 紫外可见分光光度计，r f 。5 4 0 荧光 光度计( 日本岛津) ，p h s ，p h 计，容量瓶若干。 实验试剂：q n n = 6 、7 、8 】为本项目组自制5 0 1 邻菲罗啉二酮按文献制得，对、 邻、间苯甲醛由百灵威公司购买，醋酸铵，溴化钾，浓硫酸，浓硝酸，冰醋酸，浓氨 水，氢氧化钠均为分析纯。 塑主兰垡笙苎墨堑兰登矍翌翌竖塑兰墼星蔓三塑兰堡里壁墓塑茎 ： 2 1 2 客体化合物的合成路线 h 邻菲罗啉二酮的合成：称量1 ，1 0 啡咯啉8 0 0g ，溴化钾8 0 0g ，混和均匀，加入 2 5 0m l 三颈烧瓶中，用量筒量取4 0m l 浓硫酸溶液，8 0m l 浓硝酸在烧杯中缓慢混 和，然后冷却至室温，搅拌状态下用滴液漏斗逐滴滴加到上述反应物中，滴加完毕 聒，升温使之回流，维持温度在9 5 1 0 0 度之间，反应3 h ，冷却至室温，倒入1 0 0 0m l 冰水混合物中，用浓氢氧化钠溶液调其口h 值在乱7 之间，有黄色沉淀生成，减压抽 滤滤去沉淀，滤液用三氯甲烷萃取，每次用4 0 0m l 共萃取四次，合并所得到的三氯 甲烷溶液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤后在旋转蒸发仪上除去有机相，固体用 乙醇一水的棍和体系重结晶，即可以得到纯的邻啡咯啉二酮，产率为8 4 。 蜷唑菲咯啭衍生物的合成：称量1 1 0 邻啡咯啉二酮2 0 0g ，醋酸铵1 4 6g ，混 弱加入1 0 0 m l 的三颈烧瓶中，加入6 0 m l 冰醋酸，升温到6 0 。c 所加物质完全溶解， 鬻灞至4 0 0 ，取对甲基苯甲隧3 n og 溶于5m l 冰醋酸中，然后滴加到反应器中， 毒i ! 蘑囊：警焉：s 、 - 7 。# _ 、。r 爱虚4 h i 冷却至窒温，用浓氨水中和美p h = 8 - 9 贮如 呲飞跌赫 硕士学位论文 瓜环与眯唑菲咯啉衍生物及尼古丁相互作用模式测试 之间，有大量黄色沉淀生成，收集此沉淀，用丙酮和水的混和体系重结晶即可得到 纯的目标产物，产率为8 5 。w 2 、w 3 的制法与此类似，产率分别为7 1 o 和8 3 0 。 咪唑啡咯啉衍生物盐酸盐的制法：眯唑菲咯啉衍生物在水中的溶解性都比较差， 为了方便配制溶液，在实验中都是将其做成盐酸盐的形式，具体的做法是：将1 ，0 0g w l 溶于1 0m l 乙醇中，然后将溶液滴加到3 0m l 浓盐酸中，静止，过夜，有黄色 沉淀产生，收集此沉淀，在8 0 。c 左右条件烘干，即可得到w l 的盐酸盐。w 2 ，w 3 的盐酸盐制法与此类似。 2 1 3w l 、w 2 、w 3 的分子结构示意图及其核磁谱图 在讨论瓜环和本文所涉及客体相互作用之前，有必要给出客体的构示意图以及对 客体的各质子进行指认，以便推测主客体作用模式。参考2 苯基一咪唑 4 ，5 ，f 】l ，1 0 邻啡 咯啉各质子的化学位移，可指认三个客体的1 hn m r 谱图，以d4 6 7 p p m 处水的质 子峰为参照，6 大于5 p p m 的共振峰对应啡咯啉及苯环的质子，其中较低场的组三 个共振峰对应啡咯啉的质子，它们依次为h l ，h 3 ，1 - 2 ；在较高场的一组共振峰对应 于苯环质子，d 小于3 p p m 的共振峰对应苯环上的取代基的甲基质子。图2 - 1 为标记 了的三客体w l ，w 2 ，w 3 的1 h n m r 谱图。 5 1 ：1 4 h 1 h 5 礤 w 2 图2 - 1 客体的结构示意图 f i g u r e 2 一i t h es t r u c t u r e so f t h eg u e s t s w l 丑 t h m 址苴1 w 3 _ l 1 - 1 3 1 t 2i t 4 - 7 h o 儿n。卜 矿百r 了f 1 r 1 丁 闱 图2 - 2 客体w l ，w 2 ，w 3 的1 h n m r 谱图 f i g u r e s2 2 1 hn m r s p e c t r ao f t h eg u e s t sw 1 ，w 2 ，w 3 2 1 4 待测溶液的配制 核磁待测液的配制：将w l 、w 2 、w 3 分别配制成1 0 0 x1 0 。m o l l 的氘代水溶 液，取0 5 0 m l 装入核磁管中，再分别加入适量q n n = 6 、7 、8 】，在2 9 3 k 下用v a r i a n i n o v _ a - 4 0 0m 核磁共振仪测定相应的2 hn m r 谱图。 荧光光谱、紫外- 可见光谱待测溶液的配制：荧光光谱、紫外可见光谱待测溶液 分摩尔比法和等摩尔比法两种，摩尔比法的配法是：分别称量一定量的w t 、w 2 、 w 3 配制成浓度为5 0 0 1 0 4 m o l l 的溶液，将q 【7 】、q 8 】分另q 配制成浓度为1 0 0 1 0 。4 m o f l 的水溶液；因溶解性关系，是将q 6 i 先溶于适量浓韵盐酸中，然后加水慢 慢稀释，至盐酸浓度为0 0 5m o l l ，其中q 6 1 豹浓度为1 0 0 x1 0 4 m o l l 。采用开始加 入的客体浓度为2 5 0 xt 0 s m o l l ，改变瓜环浓度的方法配制系列不同主客体物质的量 比( n # n w = 0 0 0 、o 2 0 、0 4 0 、0 6 0 、0 8 0 、1 0 0 、 2 0 、1 4 0 、1 6 0 、1 8 0 ) 的试液； 等摩尔比法又叫连续变换梯度法或j o b 法，这种方法的特点是主体、客体的浓度都发 生改变但体系的总浓度为一定值，具体的配制方法是固定初始加入的主客体即 ( n q + n w ) 总浓度为4 ，0 0 x1 0 5 m o l l ，逐渐改变主客体的物质的量比例，配制成( n o n o + n w = o 0 0 、o 1 0 、o 2 0 、o 3 0 、0 4 0 、o 5 0 、o 6 0 、o 7 0 、0 8 0 、o 9 0 、1 0 0 ) 系列 待铡溶液。 硕士学位论文 瓜环与咪唑菲珞啉衍生物及尼古丁相互作用模式预4 试 2 2 结果与讨论 2 2 iq n n = 6 、7 、8 1 与w l 相互作用的1 hn m r 谱图分析 通常，瓜环与客体分子发生相互作用时，由于产生笼体或端口作用，瓜环对客体 分子的屏蔽或去屏蔽作用使客体分子所处的化学环境发生变化，从而会引起相应核磁 共振谱的变化，根据这些变化可以了解主客体相互作用的情况以及主客体包结物的结 构特征。为了方便说明，以下讨论中以h 1 4 ，i - 1 2 ，h 3 * ，h 4 * ，h 5 * ，i - 1 6 ，h 7 * ， 王 i n e + 代表已与瓜环q 汹作用豹客体分子的质子。图2 - 3 展示了q 【6 ，q 7 - l 与q 8 】分 剐于霉体楣互作用共存体系的1 h n m r 谱匿，与图2 - 2 游离客体的1 h n m r 谱图比较， 容易分辨出q 6 + w 1 及q 7 1 + w 1 作用体系中与瓜环发生作用的客体( 分别以h l + ， h 2 * ，h 3 * ，h 4 * ，h 5 * 标注) 以及过量游离的客体的质子峰。由相关主客体质子积分 强度可知，相互作用的q 【6 或q 7 】与w l 的物质的量之比均为1 ：l 。对于q 8 j + w 1 体系，仅观察到一些不同于游离客体的平缓质子共振峰，这表明与瓜环作用客体进出 瓜环内腔豹频率较快，致使仪器不能很好地分辨，因此，仅靠核磁共振方法尚不能准 确判断其主窖体作用比铡。 从图2 - 3q 6 j + w 1 作用体系可看出，作用客体菲咯啉端的质子共振峰分剐向低场 移动了6 0 , 9 1 4 ，苯环质子共振峰也分别向低场移动了50 7 0 9 ，因此可推断，客 体w l 的啡咯啉端以及笨环都处于q 6 】两端口的去屏蔽区，或者说是在瓜环两端口 蚪。对。t - q f 7 与w l 作用体系，也有类似的结果，此时作用客体的啡咯咻端和苯环端 的质子共振峰也分别向低场移动了60 7 1 1 和60 3 5 0 7 8 ，这说明客体分子w 1 啡 嚼啉端和苯环端都位予七元瓜环端口，受到了瓜环端e 1 豹去屏蔽作用。而q 8 】与w l 痒掰体系中客 奉的质子共振峰剜爱映出作用与未作用客体的平均结果，其质乎共振峰 的化学位移低于游离客体的化学位移，但又高于前两个体系中作用客体的质子共振峰 的化学位移，这一结果进一步说明了该体系客体与q 【8 相互作用的过程与作用解离过 程处于一个快的动态平衡。 从图2 - 3 还可观察到，在三种瓜环与w l 作用体系中，瓜环端口亚甲基的一组质 子共振峰( h c ，二重峰) 均分裂为两组二重峰。通常。瓜环q 【n 】由n 个相同单元构 成( 参见图2 - 3 瓣瓜环附图) ，每个单元有三种处于不同化学环境的质子h a ，h b 及 o 。由于瓜环的高度对称性，不同聚合度的瓜环的1 hn m r 谱图都十分相戗。仅显 i 把1 j a ( 耀上，单峰) ，h b ( 指恳环外，二重峰) 及h e ( 指向环内，二重峰) ，每一质 硕士学位论文瓜环与球蛙菲咯精衍生物及尼古t 相互作用模式测试 子