（应用化学专业论文）改性瓜环——甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究.pdf

贵州大学硕士学位论文改性瓜环甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 摘要 近年来，瓜环作为一类新型静主体讫舍物，邑逐渐戏蔻大环纯学及超分子化 学研究领域中的一个重要组成部分。值怒，瓜环在永、有机溶帮中蘸溶解毪极差， 这在很大程度上制约了瓜环的迸一步研究和应用。因此，改善瓜环溶解往成为瓜 环研究的一个重要课题。 近几年来，一系列全取代的或部分取代的改性瓜环已经被报邋，如系列甲 基取代难环( m e ，是 6 、m e 园 6 、m e 国 6 a n d ( m e ：c y p ) 0 0 6 ) ，二苯基取代瓜环 ( p h i 0 翻) 、五及六元醛己蕤取代双坯( ( c y h ) 5 a n d ( c y h ) 艘 6 ) 等。 本文乖j 糟菅脲二聚体和荦基营艨合成了一系列部分取代数掣基取代蹑黪：觋 甲基六冗取代瓜环( 缁e q 6 】) ，二译基驭f 毽五霓瓜环( 蚤滟 5 】) ，六年基取代委 元瓜环( 1 i m e 5 j ) 和甲基取代七元瓜环。并得弼核磁共振谱及质谱的证实，x 一 射线单龋衍射的确认。四甲基六元瓜环、二甲基五元瓜环、六甲基赢元瓜环和币 基取代七元瓜环的溶解性，较之于普通瓜环，得到很好地改善。考察五元环发现 其溶解性从赢到低依次为：六甲基五元瓜环 二甲纂五元瓜环 十甲基五元瓜环 普邋五嚣瓜环。表现出双环的溶解度与瓜环分子体系的对称性成反比，通过化学 计算分子的偶极距褥裂壤环的对称牲越羞则爨援距越大、溶解度越好。在此基础 上旒瓜环与客秫终爝静动力，选择金藩离予、苯并糍唑系列熬愆生物终为与瓜强 的作用对象，利用核磁共振技术、紫舞光谱、荧光光谱等各种检测等段，考察了 酸度对主客体包结作用的影响，它们与瓜环褶甄作糟的兵体视溪良殷所形成静舀 组装产物的结构特征；单晶x 一射线衍射进一步证实了光谱分析的磁确。珊e q 5 与象属钾离子相互作用时，金属钾离子多以水含离子的形式与咖e q 5 端旺瑗基 氧原予发生偶檄作用，形成分子胶囊壳结构；瑚e q 5 与金属离子水合物形成的 单嚣结拇避过氮键作用或煮接灼偶极臻用连接成超分子链，而链与链之间通过充 斥其阋弱麓离子翻承分子躲氢键佟用堆褒成分子筛网靼平行 4 # 列的一维越分子 链托道。 关键词：改性瓜环、甲基取代瓜环，核磁共振技术，潞体结构，蕊谱、圭客体 紫外分光光度法、荧光光度法 2 贵州大学碰士学位论文改性瓜环甲基取代瓜环的合成、分离蕊其性质研究 a b s t r a c 括 c u c u r b i t n u r i lh a sb e e na l li m p o r t a n tp a r to fs u p e r m o l e c u l ef i e l di nt h e s e y e a r s t h ec u c u r b i t u r i l sa r ep o t e n t i a l l ya su s e f u la sw e l l k n o w nh o s tm o l e c u l e s s u c ha sc r o w ne t h e r s ，c y c l o d e x t r i n s ( c d s ) t h e i rh o s t g u e s tc h e m i s t r ya sw e l la s s u p r a m o l e c u l a ra s s e m b l i e sb a s e do nq f n lh a sb e e ns t u d i e da n ds u m m a r i z e di na t o p i c a lr e v i e wa r t i c l e h o w e v e f t h ep o o rs o l u b i l i t yi nc o m m o ns o l v e n t sh a s l i m i t e dd e v e l o p m e n to ft h ec h e m i s t r yo fc u c u r b i t n u r i l 。t h u s ，s y n t h e s i so fq n l d e r i v a t i v e st h a ta l l o wt h e mt od i s s o l v ei nb o t ha q u e o u ss y s t e m sa n dc o m m o n o r g a n i cs o l v e n t s ，h a v er e c e i v e dg r e a t e s ta t t e n t i o n r e c e n t l y , an u m b e ro ff u l l ya n dp a r t i a l l ys u b s t i t u t e dq 嬲h a v eb e e n r e p o r t e d t h e s ei n c l u d et h ef u l l ys u b s t i t u t e d ( c y c l o h e x a n o ，c y h ) ( c y h ) 2 q s l a n d ( c y h ) 2 q 【6 】，m e l 2 q 6 】a n d ( h o ) 2 。q n la n dt h ep a r t i a l l ys u b s t i t u t e d p h 2 q 6 、m e 6 q 6 、m e 4 q 6 a n d ( m e 2 c y p ) n q f 6 】 w er e p o r tt h es y n t h e s i so fas e r i e so fc u c u r b i t - 一t e t r a s u b s t i t u t e d c u c u r b i t 6 ( t m e q 【6 】) ，d i s u b s t i t u t e d e u c u r b i t 5 ( d m e q 5 ) ，h e x a s u b s t i t u t e d c u c u r b i t 【5 】( h m e q 5 ) a n ds u b s t i t u t e d c u c u r b i t 7 ( m e n q 【7 】) b yu s i n gt h e d i e t h e ro fd i m e t h y l g l y c o l u r i la n dd i m m e ro fg l y c o l u r i li nt h i s 啦e s i s t h i ss e r i e s o fs u b s t i t u t e d c u c u r b i t 翻h a v eb e e nd e t e r m i n e db y1 壬差n m rs p e c t r o s c o p ya n d e s 轰l s 。a n dt h ep a r t i c u l a re l l i p t i c a ls t r u c t u r eo ft m e q 6 1h a sb e e nf u r t h e r c o n f i r m e db ys i n g l ec r y s t a lx r a yd i f f r a c t i o n t m e q 6 、d m e q l 5 1 、h m e q 5 a n dm e n q 【7 】s h o w e d s u r p r i s i n g w a t e rs o l u b i l i t y , w h i c ha l l o w e d 娃st o i n v e s t i g a t e t h e p r o p e r t i e s i n n e u t r a lw a r e l - s o m es u b s t i t u t e d m e t h y l c u c u r b i t 5 u r i l sh a v e b e e ns y n t e s i s e da n di s o l a t e d ，t h e ya r ec h a r a c t e r i z e d b y1 hn m rs p e c t r o s c o p y , m a s ss p e c t r aa n ds i n g l ec r y s t a lx r a yd i f f r a c t i o n a n a l y s i s 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 tt h es t r u c t u r eo f 谯eq 箨l si n f l u e n c eo n t h e i rs o l u b i l i t y , a n dw h i c hi sr e l a t e dw i t hd i p o l em o m e n tf r o mc h e m i c a l c a l c u l a t i o n 。t h es o l u b i l i t yi sm e 6 q f 5 pm e 2 q 【5 】 m e l 0 q 【5 】 q 5 1 a n dt h e ns e l e c t e dc o n l n l o nm e t a li o n sa n db e n z i m i d a z o l ed e r i v a t i v e s a st i l et i t l eg u e s t st od i s c u s st h ei n t e r a c t i o nm e c h a n i s mb e t w e e nc u c u r b i t a n dg u e s ta n dt h es t r u c t u r e so ft h es e l f - a s s e m b l i n gm o l e c u l a rc o m p l e xb yu s i n g x r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s ，n m rt e e h n i q u e s 。u v - v i ss p e c t r o s c o p e a n d f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p e x r a yd i f f r a c t i o na n a l 。y s i ss h o w st h ew h o l e s t r u c t u r eo ft h ec r y s t a lc o n t a i n sac o m p l i c a t e ds y s t e mo fh y d r o g e nb o n d s i n c l u d i n ga l ls t r u c t u r a lu n i t so ft h ec r y s t a l 。l fo m i t t i n ga l lh y d r o g e nb o n d sa n d s t r o n t i u mi o i l s 。a “m o l e c u l a rt u b e ”a n dm o l e c u l a rf i l t e rc a nb eo b s e r v e d k e yw o r d s ：m e t h y ls u b s t i t u t e de u c u r b i t ，x - r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s ，n m r t e c h n i q u e s ，h o s t g u e s tc o m p l e x e s ，u v - v i ss p e c t r o s c o p e 、 f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p e 3 贵州大学硕士学位论文 改性瓜环一甲旗取代瓜环的合成、分离及其性质研究 第章前言 1 1 掺 究背景、现状 蹑环或称葫 n 环联脲( c u c u r b i t n u r i l s ) ，因其貌似缒瓜( 挝丁文： c u c u r b i t a ) 而褥名，是营艨透过亚荦基桥联形成懿一类掰型大环化会物。1 9 0 5 年b e h r e n d 等入通过尿素、乙二醛、和甲醛之闯的筒攀反应蓄次翻各合成得到 m 聚合度为6 的瓜环( 即六元瓜环，c u c u r b i t ( 6 u r i l s ) ，其结构矗副1 9 8 1 年 才被f r e e m a n 等人用晶体结构测定方法所确定1 2 l 。为表晴瓜坏中的结构单元 数，采用类似予杯芳烃的命名规则，称为c b 6 或q 6 ，这个英文俗名己被 广泛接受，中文名称耳前还没有统一规范命名，常见的有葫芦 6 脲成六元瓜 环。在遵德上述缀则款基础上，为楚单起见，根据c u c u r b i t u r i l 第一个字母 熬发音，我稍记之为母，结合结梅单元数，髂为q n ( n = 5 、6 、7 ) 。 超分子亿学的翻立及其逐猛发震促使久们开始对这类勰型繇状纯会物产 生了浓厚的兴趣，科学家们开始关注六元蔽环主客体亿学方瑟韵研究，特剐楚 自组装结构与超分子实体及其应用基础方面的探索性研究。2 0 0 0 年，戳浚大稠 亚新南威尔士大学d a y 为首的研究组和南韩的k i m 研究组几乎阊时报道了聚 合发分别为五、七、八元瓜t 不 3 , 4 1 ，2 0 0 2 年d a y 又报道了十元瓜环【5 1 ( 图卜1 ) ， 号i 起各国学者对这类掰型大环化物的关注，瓜环在主客体化学、自组装超分子 纯学、环境证学、徨化、材料化学、生物化学、化合物的捕集与分离、药物的 蔽辩或缓释裁、镁纯裁乃至予凌熊纳米材料以及超分子实体等领域、摆关学科 越来越受捌关注，一系弼的糯关研究不断被报道【6 2 5 1 。默改荣溶织性为爨鹣豹 一系列的改性瓜环全取代或部分取代的敌性蘸环近凭年不繇出璇，翔系捌 甲基取代瓜环f 2 6 2 9 l ，二苯基取代瓜环【勰、五、六元环己基取代菔环 3 0 l 辞，这 不仅获得了溶解性得到改善的新型瓜环，提供了种新的合成瓜环途径，更重 要的是建立了一种可在瓜环指定位置上引入特定基团的方法，为进一步合成以 瓜坯为单元结构的纳米管以及功能高分子材料提供有用的原料，扩展了瓜环在 主客钵纯学、超分子化学等领域瓣研究。 1 2瓜环的结构特征 瓜环( q n ) 是具有类似于南瓜外形的环状化合物，瓜环两端分别分布着 与其结构单元数棚同的羰基氧原予，珂= 壁上含四储于其结构单元数的氮原子( 图 l 一1 ) ，它甥通过亚甲基接联环绕形成瓜环，具有琉水性的空腔，亲水性端口。 4 贵，i l 大学硕士学健论文政性瓜琢一甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 圈1 - t 五、六、八、十元瓜环的结构示意闰 n 。5 6 7 8 1 0 疏水性的空腔可以与多种有机物发生疏水性的笼体作用，形成各种自组装 主一客体包结物。丽瓜环端口羰基鼠原子和环蹩氮原予都有可能形成氢键，进 嚣霹以与金属离子摆要传朋或磐直接与金属离子棚互作用，形成自组装的分子 胶囊或生一簿体瀣装体。表1 - 1 刭蹬了几秘瓜环与a 、彝、? 环期精的一些结构 参数。获表率爵鞋着密c u c u r b i n t u r i l 疆= 5 ，6 ，7 ，8 ) 空腔尺寸与甜、器一、y - 环糊精的相当0 0 。与环糊精相依，瓜环的巯永空腚，蜀戳根据其空黢豹大夺选 择性的容纳尺寸、形状匹配的客体分子。 表1 - 1 几种瓜环与a 、b 、? 环糊稽的一些结祷参数 瓜坏q 5 q 6q 7q 8环糊糟d y 。 端口直径a m o 。2 4 0 3 9 o 5 40 6 9 葡萄糖单元 678 空黢蠢 臆m 0 4 4o 。5 3o 7 3 、o t 8 8空腔直径，n mo 4 7 + o _ 5 3 0 6 0 - 0 6 5o ，7 5 一0 1 8 3 空簸体积, n m 3 0 0 8 2矗| 秘疆2 7 90 埘 空腔捧积趣茹 o f l 7 4o 。2 6 2o 4 2 7 外围直径n m 1 3 41 4 41 6 01 7 5井强直径觚1 4 6 圭0 0 41 5 4 圭番i b 毒 | 7 5 圭0 0 4 空腔高度n m 0 9 10 9 l0 9 to 9 l 空腔高度，n m 0 ，7 9 0 o lo 7 9 0 o l0 7 9 士覆o l 由表1 1 可知，与冠醚、杯环烃、环糊精相比，瓜环具有更强的刚性结构p ， 由予其结构的不易改变，所以可以预期其配位作用必将伴随极强的专一性和极 赛翡缔会紫数。麸化学稳定搜来器，环糊耩为多聚醚类，在酸性或碱性环境下 不稳定，瑟悉环在强酸性竣强碱性性余震孛都具有良妊的稳定性。这搜瓜强拥 有了更广泛的应丽空间。 5 贵州大学硕士学位论文改性瓜环甲蒸取代瓜环的合成、分离及其性质研究 1 3 依环的斑霜 莓前，愆环在夯子谈剐 3 蝴、分子镤纯 3 4 - 3 q 、爨组装觋究p 2 1 、类轮烷和聚类 轮烷3 瓣、分子开关溯、多聚轮烷l 艟蜩已经获得广泛酌研究。 1 3 1 瓜环与长链有机胺及其盐的相赢作糟 自从六元瓜环的结构确定以后，有机胺及其盐就被首先用于圭客体的研究 【5 ”，对予六元瓜环与各神有机胺、长链有机二胺等的自组装主客体化合物的热、 动力学磷究，m o c k 研究组以及b u s c h m a n n 研究组进行了详细的研究 5 2 - 5 5 1 。随着 瓜郅嗣系物熬出现，d a y 璎究组、贵州大学大环化学及超分子化学实验室分别对 六、七及，元窳环等瓜环与食碳4 至羰1 2 的长镱二胺及其盐豹蝴互作用进裙了详 缅研究渐7 1 。 1 3 2 , 瓜环与含苯基或苄基他合物的相互作震 对于瓜环同系物而吉，它们的结构相似，与客体作糟的的动力也褶戗。所不 同的是瓜环端口直径与笼体空胶的大小，因而与之作用的客体分子尺度楚有所不 同的。不同的瓜环对具有某种结构特征的客体分子或基团有明驻的选择性睁砩。 1 3 3 瓜坯冀联毗啶或含联毗啶基化合物灼相互作用 在2 0 0 2 至2 0 0 3 年啕k i m 磷究缀和k i a f e r 硪究组先后报道了一系列4 ，4 - 联吡 绽酌双拳铵盐衍生物与七元燕玮、，k 元燕环豹糖互作用【5 蛐3 】，势对它们的电化学 住葳作了详细考察。贵静| 大学大环亿学及怒分子纯学实验室还详缨研究了在这些 联毗啶上引入不丽基霞后，可璇察蓟七元瓜环竣，、元瓜环稳麓与这些筋生纺发生 相互作用形成自组装主客体配含物洚蝴。 1 3 4 瓜环与稠弼：化合物、禽氮稠环化含物及其衍生物的相互作用 k i m 研究组在报道六元瓜环同系物的间时，还报道了能与七元瓜环和八元瓜 环翅互馋用豹萘豹昧躞衍生物6 日。贵州大学大环化学及超分子化学实验室最近系 统地礤宠7 氨慕萘及其惩生物、喹啭及其掰生物、旺 咚啭及其锯生物墨各抛瓜环 福噩佟耀形成主客体配合耪静结梅特 垂等基本性矮【5 7 】。 1 3 5 蘸环岛金属离子的稻踅俸用 瓜环除能与简单离子状态的金属离子作用矫，瓜环还能与金属族优台物褐互 作用形成越分子结构。f r e e m a n 和m o c k 等人就是借助与钙离子形成的晶体将六 元瓜环的结构予以确定的；瓜环与金属离子以及金属族化合物相甄作用形成的晶 体申观察到一维超分予结构，在一些晶体结构中还观察到纳米孔洞结构。 6 赛，h 大学硕士学位论文 改性瓜环一甲箍取代瓜环的合成、分离及其性质研兜 1 4 本文的工作 1 4 1 甲鏊取代藏环的合成、分离 甲基取代瓜环合成步骤可大致分为蹭部分：( 1 ) 二译基苷脲的合成；( 2 ) 二 甲纂苷脲二醚的合成；( 3 ) 管脲二聚体的合成( 4 ) 系列甲基取代瓜环的合成。 采用分离方法：a ) 重结晶法b ) 色谱分离法c ) 加入作用客体等方法。 1 4 2 取代瓜环的结构解析 剥，嘲核磁共振、x 射线单晶衍射、质谱等方法对瓜坯的结构及结构参数进行 分橱。礴臻核磁共援推溺其取代基黪霞漫，取代数爨和熙琊秘类，空阀接列等信 息。质谱可以褥蜀分子潼，欷代基鬻数嚣，取代基蜀筢翡搜置等碎片售息，可以 与祓磁的方法褐互佐证。培养攀晶，得褥单晶衍射结栗，跫对蕊环结褥最京力黔 证明。 1 4 3 取代瓜环生客体性质研究 基于瓜环与客体作用的动力，选择金属离子、苯并咪唑衍生物、金阿烷吡啶 等体系终为研究对蒙，利用核磁共振、质谱、紫外、红外、荧光唧、x 谢线单晶 懿射等方法硬究积考察瓜环和多秘体系客体的楣互作用情况，体系酸度对包结作 弱豹影晌，包括研究其包络状态、龟终比、圣# 耀摸式、包缕常数、主察体作用实 体的结拇特征、蒸力学性质等。 7 贵州犬学硕士学位论文改性瓜环一甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 第二章擎基取代氟环静稍备、分离援表蔹 2 1 实骏部分 2 。1 。1实骏主疆试剡翱仪器 主簧试帮：替躲( 叁铡) ：尿素、嚣飘( 工业纯) ；2 ，3 丁二酮( 位学 纯) ；多聚攀醛、浓盐酸、浓硫酸、球乙酸、荦酸、乙醇( 分辑缝) ；垂潮豹 t l c 板：核磁共掇测定所用溶帮为氘代承( 购岛百灵藏试帮公萄) 。 主溪仪器：d f 一1 0 1 b 集熟式慨温磁力搅拌器，s a r t e o r i u s b s l l 0 s 电子天 平，r e 。5 2 旋转蒸发器，v r i a n i n o v a 一4 0 0 核磁共振仪，h p1 1 0 0 l c m s d 质谱仪，b r a k e rs m a r ta p e xx 一射线单晶衍射仪。 2 1 2甲基取代瓜环的合成 2 1 2 1甲基苷腺的合成 1 8 0 9 尿索加2 0 0 m l 蒸馏水，加入2 5m l 浓盐酸，搅拌，待藤素完全溶 解，在搅拌过程中缓缓滴加8 6 92 ，3 一丁= 酮，反应物按尿索：丁二酮= 3 ：i 摩 尔比。该反应较为剧烈，体系温度上升，在反应过程中补充适量的水( 2 0 0 m 1 ) ， 反应5 h ，囊沉淀生成，减压抽滤，蒸馏水洗3 次后，丙酮洗2 次，干燥所得 露体1 1 3 8 9 ，产率为6 7 。o 。 ： 27 rh c i 晡。 二瓣，一j 一巷一e 海+ 2 ：帮型一跳掣攀 + 一 2 1 2 2甲基苷艨二醚的合成 1 7 9 甲基营腺与1 8g 多聚甲醛混合均匀后( 摩尔眈= 1 ：6 ) ，加入弼2 0 0 m l 烧杯中，加入2 0m l 蒸馏水和7 0m l 浓盐酸。温度保持在3 0 4 0 c 之间， 反应1 2 h 。产生的白色沉淀，抽滤，蒸馏水洗3 次质，丙酮洗2 次，干燥所 褥固体1 6 8 9 ，产率农6 0 + 1 。 s 拄n 咎 臌 费娥大学碗士学铙论文改性瓜珂l 甲罄取代瓜环盼合成、分离及其性质研舅 2 1 2 3 普通苷脲二聚体的合成 1 4 2 9 替脲与6 9 多聚甲醛( 摩尔比= l ：2 ) ，将1 4 2 9 苷腺与8 0 i n l2 m 的 h 2 s 0 4 加入到烧瓶中，搅拌并缓慢升濑到5 0 。c ，加入6 9 多聚甲醛。快速升 涅势保持在9 5 1 0 0 c 之阅，反应1 2 h 。产生的白色沉淀，抽滤，蒸馏水洗3 次嚣，嚣酮洗2 次，予燥掰锝固体1 6 。l g ，产率农5 0 。l 。 2 + 2 ( h c h o ) n 坚 2 1 2 4 甲基取代瓜环的合成 在浓盐酸条件下，加入二甲基取代苷脲二醚9 8g ，苷脎二聚体1 2 4g ， 氯化钾6 0 9 ，反应物的摩尔比为l ：1 ：l ，在1 0 0 c 搅拌状态下加热回流1 2 h a 蝽濒零劐的深红色溶波冷却至室温后，出现淡红色的晶体( 主要成分为氯化 锣) ，将晶体过滤。滤波农旋转蒸发仪上浓缨以除去大部分盐酸后，浓缩， 擒滤、静嚣薪得到澄清溶液，结鑫，哥褥到部分甲整取代瓜矮粗产品2 0 9 ， 产率9 0 。 炙_ _ ： 抟乏 硝。 毪 尊紫七脚 赫 菇 9 t ， ， n = 5 、6 、7 2 。1 3 甲基取代瓜环的分离 1 )重结晶法：烙瓜环母液减压旋转蒸干，加水，将混合物中较易溶解的 瓜强滚出，过滤除去不溶物( 为少量的反应物和普通瓜环) 。继续加水旋转 蒸发，良除去体系豹羧，耀铡戏饱_ 秘澄浚溶波，放爨冷却，板如晶体。滤出 晶体焉，母液褥鸯瓣燕浓缩，放置冷却叛感晶体。重复土疆操俸数次，锝到不 同概次的晶体。分剐将不同箍次析出的晶体霜3 至6 m o v l 豹盐酸重结晶。 1 hn m r 和质谱分析所得样品可知，己得到甲基取代数不葡的瓜环。这一 方法可有效获得产物中绝大部分的对称四甲基取代六元瓜环，部分甲纂取代 9 妨r 。儿忖v 贵，h 大学硕士学谯论文 改 生瓜璐一甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 五元瓜环。 ： 2 )柱层层析法：活化柱层层析磕胶5 0 0g ，装制成柱长l = 3 0 c m 、柱径r = 5 c m 的硅胶柱。将l o 一1 5g 混合瓜环粗产品中溶午尽可能少的甲酸：乙酸一1 ： l 。4 约洗脱剡中，上棰，过牲，可将5 、6 、7 元瓜环分离开来。该方法不能 分离溺环弱系秘。 3 )蕊入作焉客俗：密予柱层层褥法分离熬5 元题耀存在躅系物。哥艇入 k c i ，六甲整五元聪环可与钾离子作需结箍，将其与其舔系携分汗。逶过1 h n m r 、x 一射线单晶衍射可知褥到钓是六甲基五元瓜环。该方法为分离阊环 同系物提供了新的思路。 2 1 。4甲蒸取代瓜环的结构袭征 到媚核磁共振技术、x 一射线单晶衍射测定、质谱方法等研究手段对甲 基取代燕舔静结梅及络梅参数进行分辑。核磁共援搀测也取代基的位置，取 代数西和愆环种类，空闯摊列等售患。扶矮谱孛分辑褥到取代瓜臻熬分予量， 取代基团数目，取代基可能的位置等碎片信怠，冒戳与棱磁鹃方法糯互佐证。 培养单晶，x 增十线单晶衍射结栗，燕对瓜环结构最有力的证明。结合上述 多种测试手段，对瓜环的结构的解析和确定，最终签定出甲基取代瓜环的结 构。 2 。l 。4 。1 六甲基赢元瓜环( h m e q 【s 1 ) 的结构袋征 六甲基泛元瓜环( h m e q 5 1 ) 的l hn m r 谱：如图2 - 1 所示h m e q 5 】 在1 6 0 p p m 憝显荦基峰，峦予甲基矮子氮熬化学珏境的差异，是双峰。瓜环 分子牵亿学位潼在4 2 0 p p m 缝静蒺子峰必繇主甄甲基指淘环终瓣矮子，由 ： 其化学环境受甲綦的影响不间，星多重峰。对应静指离环肉懿矮子氢，由予 瓜环端口羰基氧是强吸电子纂，它作用于指向环内的质子巍时，怒到个去 屏蔽作用，使质子氢的共振峰向低场位移，并相互叠加形成一个位于5 5 6 p p m 处的多重峰。营脲腰上的4 个叔碳的两种化学环境不同质子的共振峰部分重 叠，搜于5 。2 0 。5 。4 0 p p m 之间。质子峰积分面积比= 甲港：腰：桥= 2 0 1 ： o 5 3 ：3 。2 5 。推算出氛个数= 1 8 ：4 。6 ：2 0 1 ，与理论比值= 1 8 ：4 ：2 0 比较 一致，甲蓥蜂失双蜂，说贸蠢伍学环壤不网豹甲基存在。 i o 贵，i l 大学琐士学位论文改性瓜环一甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 h “o l r 卜0 1 1 2 6 s 、 432l 矗矿露i 蔼“；尸 凿2 - 1 硪眭e q 嘲在现。中的h n m r 谱匿 六甲綦五廷双环( 翻嫌电阁) 豹矮谱分攒：i - i m e q 5 麴袭征还褥到了质谱 分析酶验证。胬2 - 2 展示了h m e q 陶溶液的电搂雾凄落。图2 - 2 孛显承出在瓜繇 中存在钾盐，分子离子峰m z = 9 5 3 3w 熊代表 丽e q 潮+ 嗣离子，( m z - - 9 5 4 。3 为间位数) ，丰度接近1 0 0 ：m z = 9 3 7 2 为 嘲e q 5 十n 羽离子： m z = 1 0 2 7 2 为 瑚e q 5 + k z c l 离子，均能很好地说明删e q 5 j 的存在。 伯o m ：“， 白- 一 柚 “蕾 ；稚 i 跨 o - 瞄1 ! 矗矗玉矗 墨2 - 2l 登, i t , q 5 1 靛鹱谱谱匿 毽缛注意驰是m z = 9 2 5 。2 为删甲基取代五元瓜环+ f ，说明组分有其他瓜 繇存在兹爵能，遮霹熊是核磁谱嚣孛腰上氢积分露积比理论氆太的原因。从聪种 物质在质谱上表蕊的丰度分析，六甲基取代蹑环群占瓣毙镌在8 8 以上。 2 2 4 2 甲基取代七元瓜环静结构表征 通过硅胶色谱柱分离得到未知物质，经薄层色谱分离、显色。该秘质震掇位 赛期大学琐士学位论文 改性瓜珂l 甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研兜 置于四甲基取代六元瓜环之后，而鼠，溶解度非常好( 区剐于普通七元低环) ，珂 能为甲基取代七元瓜环。为确定该物质，通过1 hn m r 、1 3 cn m r 、碳一氢、甄 一氢、h 氢相关、质谱予以考证；利用1 hn m r 考察它与七冗瓜环探针作用。 证明该物质为黟基取代七元瓜环。 甲基取代七元瓜环的核磁表征： 图2 - 3 显示了被测物的伯、仲、叔碳的情况，图中a 部分：峰向上的为c h 3 、 c h 的碳特缝蜂，蜂向下的为c h 2 的碳特征峰，有两个c h 2 的碳特征峰，说明体 系存在他学繇境不溜豹疆秘姊碳，其中一缎碳蜂发生分裂，表明其中碳原予存在 位学环境静徽小差弊；b 部分曼示了测定静c h 豹碳特征蜂；c 部分显示从低场 向商场阔个碳酶依次为c h 、c h 2 、c h 2 、c h 3 。 ， 。：，-ji。，。ji。：i。：。，。上 ：f _ = f 了；_ f 1 f 1 r ? 一蕃 磊1 ； 墅2 - 3d e p t 遘躁 图2 4 结合嚣2 - 3 ，燹靛体琨被晷4 耪瓣悉坏终梅。从图2 - 3 可知务令与氢相 关的碳舔予在碳谱上的蜂彼置。图2 _ 4 给潞c 嚣褶美图谱，位予1 6 0 p p m 楚麓 质子峰与甲基碳相互藕合，证实了体系中甲基的存在，该楚的质子蜂为甲基质子 峰。位于4 4 0 p p m 左右( b ) 、5 2 0 p p m 左右( a ) 两处的质子峰均与两个亚甲基碳 有耦合作用，证明这两处氯为旺甲基氯( 仲氢) ，其化学环境不同：h - h 相关核 磁谱圈，进一步说明a 处质子氢与b 处质子氨是相互耦合的，即a 、b 处于同一 令碳原_ 孑土，这说明a 、b 氯为亚甲基上处于不同化学环境的氢原子。这与瓜环的 桥上或甲蘩质子氢是栩互耦会且鲶子琴霹他学环境是掬一致，应该为瓜环挢上亚 军基 牵展方向不丽的鬣子基。位予5 5 0 p p m 楚瓣震子蜂与教碳鞠藕会，落裴宅为 腰上氢。 瓜环桥上娅甲基碳原子之所以分裂，其中少部分向高场位移，是因为甲蒸取 1 2 赉期太学臻士学攘论文教性j 萎霹：一甲蒸取代援群的台碡、缝鹰建基壁鲤塞 代赘艨中甲基的影响。甲基取代瞢躲与瞽邋瞢艨通过驻甲熬桥联形成都分甲蓬取 代瓜环，当贬甲基耩与甲基取代替腿或普通萤腿相连接，与甲基取代营朦稳连接 驰擞甲基受甲基取代萤躲鳇黟基影蝗，岛煮场僚移。然c - 遐耀会上着，与甲基 取代营躲辐逡熬耍串基羰豹e i 避耦会强度要魄与蔫逶营艨褪连静弱缀多，说龌 了体系孛甲基取 帮稼个传孵嚣多予謦遥管躲。这斑试了氢谱甲蓥蜂为单蜂，强 蠢耱形式举蘩存在，驻瑷该浆菝珂链为二学蒸取代七元瓜琢n 整2 4c 矗、| 卜雠稻关技擞谱蕊 餐2 海拜嚣攘荚蔽滋澄强，整予最低场翡c 蜂，该碳霹子萼燕酥桥上姻 矮子氢( a 、c ) ，与鞭上氢( b ) 滔搂籀关，两翔该碳为羰綦碳藩予 其谈酶亿学 位鬟之黪致在较低场是嚣为羰蘩碳受强吸惫予蒸羧基氯的碾电子痒孀，使破 韵井层嘏予云密度降低，怒捌一个去屏蔽的作用，使羰基碳静麸振蜂饿疆处于较 低场。 雕2 - $ “艇粗关拨磁谢巨 1 3 爨州大学硕士学位论文改性瓜环甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 由于有两种苷脲存在的原因，受甲基取代苷朦中甲蘩的影响，羰基谈蜂 发生分裂。接下来的碳峰与甲基质子氢相耦合，表明该碳只可能是甲基取代 管腮的腰上碳，它还与连接的旺甲基桥氢有耦合。后面的四组峰已经在上面 讨论过，除了腰上羰与亚甲基氯存在耳一h 耦合外，其他的均没有h h 耦 舍瑰象存在。综合以上分撂可褥到结论： 氢谱麸 氐场到商场菝次爻锌氨、毅氢、传氢、伯氢，露且强令姊氢是棚 互藕合的。这登与瓜环静质子氲掰表现酶是一致豹。 碳谱从低场到商场依次为羰基碳、季碳( 甲基取代瓜环骚上碳) 、叔碳( 普 通瓜环腰上碳) 、仲碳( 亚甲慕桥碳) 、仲碳( 亚甲基桥碳) 、甲旗碳。 碳谱、氢谱能很好对应甲基取代瓜环的结构特征，说明甲基取代瓜环的 存在。 甲基取代七元瓜环的质谱分析：结合质谱，可以迸步证实甲基七元瓜环的 存农。如分子离子峰m z = 6 4 6 3 可能代表1 2 d i m e q 7 离予，丰度为1 0 0 ；m z = 1 2 1 5 3 为 d i m e q 7 + n a + 】离子( 丰度为5 0 m z = 1 2 4 1 3 为 d i m e q 5 + x q 离子，均能缀好缝说明d i m e q 【7 】豹莓在。从矮谱雉文该化合物为二甲基七元瓜环， 与鬣棱磁甲基峰为荦峰攘吻合。 竹 黯一 篇：? = 西 ：+ _ 0 ：一一-嗣 ：j i 。j ：陲j 。：。一。 篙l - 。o 豁： _ = li i 。；： 。1 1 ：蠢叠：一。o 。姐+ 。 。+ j 。 ：e 。_ ： 1 l _ 汴l “ ? l i 图2 - 6 i ) e m o d 嘲的质谱谱豳 与七元瓜环深锋作用的核磁袭征：瑷上讨论翡拔磁、质谱麓体瑗蹑繇懿萃 元结构( 普通苷脲、甲鏊取代营脲) 、桥联，证实甲基取代箭脲进入合成体系，毽 不能保证一定成环，也可能形成苷脲的联体，为证明体系成环，衬用七元瓜环探 针( 金翅4 烷吡啶) 与之相甄作用。如果形成苷脲联体，就不能与金刚烷毗啶形成 主窖体包缕物，面 ；导不到表征；如果形成j e 七元瓜环，作为七元瓜环探针的金刚 1 4 贵州大学硕士学位论文 改性瓜环一甲蒸取代瓜环的合成、分离及其性质研究 烷吡啶也不与之起特征作用。七元瓜环探针是七元瓜环的特效客体，它们发生韵 主客体觎结作用及模式可区别七元瓜环与其他瓜环。如果体系成环且为七元瓜环， 则必然能与七元瓜环探针起主客体作用。利用核磁技术考察包结作用，证实甲基 取代瓜黪妁存在。 将b a c l 2 热入惩谱犍分离联想的撵熙中，剥用熏结晶的方法分离样是，得到 两懿祥麓( a 、b ，核磁谱图冤图争。1 hn m r 显示嚣撵晶的甲基取代个数不 同，样晶2 的氢核磁谱图b 显示其译基m 共掇峰双峰为双蜂，说鹗甲罄营繇攀元进 入合成体系至少有两个。样品1 已经通过1 hn m r 、1 3 cn m r 、碳氢、氢氢、 n 一氢相关、质谱予以考证，初步定性为二甲綦取代七元瓜环，其氯核磁谱囤为 a 。测用垓磁演定的方法考察两样品与七元瓜环探针( 金剐烷吡啶) 相照作用。 a jlll 从 1 一1 r 一1 丁一 霉2 - 7m d j 掰在d 2 0 中瓣蟾n m r 辫躅 贵蝌大学硕士学位论文改性瓜珂l 甲罄取代瓜环的合成、分离及其性质研究 蹦2 - 8 与七元瓜环探针作用的1 hn m r 漓定谱蹦 圜2 - 9 七元瓜环探针、主客体包结蹦 1 6 m 爨州大学硕士学位论文改性瓜珂k 甲基取代瓜环的合成、分离及其性质研究 图2 - 8 中a 是金冈日烷毗啶的1 h n m r 谱图，搂下去为金两6 烷躐啶滴定样晶 l 、样品2 的核磁谱图，测定主体过量、主客体适量、客体过量三种情况。从样 品1 的谱图可看出当向主体滴加不足量的金刚烷吡啶时，毗啶环上h l 略向高场 移动0 1 p p m ，h 2 、h 3 基本不发生位移；金刚烷上的质子峰a 向高场位移0 8p p m ， b 擞逡蠢场位移势发生了分裂，化学位移分别为0 6p p m 、 1p p m ；同时，样品 静举基蒙变为双重蜂，跫游离圭体擎基矮子峰与作瘸主体甲基震子蜂豹峰叠翔， 作嗣主体的洋萋质予蜂硌胬f 氐场位移。罄圭、客体逶量辩逶过核磁积分褥积推算 主客体龟结眈约为l ：l 。当滴加的客体过量时，游离的客体质予共振峰又重新密 现。从核磁中质子峰位移情况可知，金削烷毗啶进入主体空腔，受麟蔽作用，金 刚烷基上的质子氢均向高场位移且位移较大。吡啶旗上氮原子接近甚至进入瓜环 端阴，使吡啶环上的姒也受到屏蔽作用，略向高场移动( 图2 9 ) ，h 2 、h 3 距离 较远，化学位置基本不发生改变。 能与七元瓜蓼探钞( 金剐烷g 毙碇) 起主窖体包结作用，金靼h 烧基进入主体， 包络魄为1 ：1 ，充分表明荦基取伐七元蕊环豹存在。捞品1 为二甲基取代七元瓜 环。值，驮闰2 - 7 ( b ) 裔每瓜环样品氢核磁备个袋子蜂积分鬣积滋计舞，样晶2 与 理论积分面积眈还魑有一定的误差，说明得到样品2 酶七元瓜环可能是一个混合 体系，由甲基取代个数不同的七元瓜环组成。 1 7 爨卅大学硕士学位论文改性瓜环甲撬取代瓜环的合成、分离及其性质研究 第三章甲藿取代蘸环_ 荛客俸链质磷究 3 1 实验部分 3 1 1 实验蛋戆 选择苯并涨睦愆生携、金属离子等体系绍为磅究对象，潮用核磁共振、 质谱、紫矫、荧光先谱、x 射线革晶衍射等方法研究和考察了甲基取代题环 和体系的多种客体问相互作用情况，龟括研究其酸度影嫡、包络状态、包络 比、包结常数、作用模式、主客体作厢实体的结构特征等。 3 1 2 实验主要试剂和仪器 主要试剂：t m e q 6 、h m e q 5 由贵州大学大环化学及超分子化学实验 室是剑；2 - 苯并咪唑甲醇( 记为g e l ) 、2 - 苯并咪唑丙酸( 记为g e 2 ) 、2 - 胺 基苯共涨螋( 避为g e 3 ) 、金剐烷毗睫购自迈璇尔化学技术有限公司，均为分 桥缝( 在本实验整刽各残毅酸盐) ；b a ( n 0 3 ) 2 、c o c l 2 6 h 2 0 、s r c l 2 、 c u ( n 0 3 ) 2 - 3 h 2 0 、c r c l 2 、a g n 0 3 、k c i 、l i c i 、c s c l 等秃辊念羁盐( 均为分 析纯) ：核磁共振瓣定所用溶剂为氘代水( d 2 0 9 9 9 9 ，购自百灵蒇试帮公司) 。 主鬻仪器：a g i l e n t - 8 4 5 3 紫外可见吸收光谱彼( 美国安捷伦公司) 、 r f 一5 4 0 荧光光度计( 日本岛津) 、p h s - 3 c 型p h 计、v a r i a ni n o v a 一4 0 0 核磁 共振谱仪、d f - i o i b 集热式恒温磁力搅拌器，s a r t e o r i u s b s l l 0 s 电子天平， r e - 5 2 旋转蒸发器，t i p1 1 0 0l c - m s d 质谱仪，b r u k e rs m a r ta p e x 单晶衍射 饺。 3 2 t m e q 潲冬苯并秣淫错生耪静主客佑作用的紫外、荧必考察 3 2 1 酸度对苯并昧睡衍生物与瓜环褶甄作糟的影噙 配制1 2 5 1 0 m o l l 的g e l 、g e 2 、g e 3 溶液，1 2 5 1 0 。m o l l 的t m e q 6 溶液。取0 8 m l 客体予2 5 m l 容量瓶中，用盐酸和氢氯化钠调节其 p h ，并在不同p h 值下测定其紫外吸光强度和荧光强度。用同样的方法测定加 入秘e q 6 ( 使客体与t m e q 6 的摩尔比分别为2 ：1 、1 ：1 ，并使加入的客 髂攫保特一致，浓度必4 。0 0 x 1 0 6m o l l - 1 ) ，在不周蹦俊下的紫外吸光强 度帮发射荧光强度。 圈3 - 1 纶出了t m e q 6 与g e l 、g e 2 、g e 3 在俸掰琵锯主钵：客体= 0 ； l 、l ：2 、1 ：1 的紫外吸收强度随体系p h 交亿的规律懿线。三副搔图牵的盏 l g 贵，h 大学碳士学位论文 改性瓜环一甲基取代瓜环的合成、分离疑其性质研究 线从上到下分别为纯客体、主体：客体= l ：2 、主体；客体= l ：l ，徽明显体 系的酸度对客体( g e l 、g e 2 、g e 3 ) 的紫外吸收强度怒有作用的，向客体中加 入瓜环，酸度对g e l 、g e 2 、g e 3 与t m e q 6 相崽作用的影响基本趋于致。在 p h 1 0 时，紫外皲必强度足乎没骞交纯，说疆 它衍伟用徽弱域者蔻乎没有作用。主体： 客体= 1 ：2 的吸收曲线落在纯客体暇收益 线与主体：客体= l ：l 的吸收曲线中间， 表明了紫外吸收强度与主客体比例呈线 作用体系的a p h 关系睡 溷3 - 2 给出了t m e q 6 菇g e l 、g e 2 、g e 3 奁锋攘毙镤为o ：l 、