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其有潜在分子钳功能的薪型芳香族暇硫脲化合物的含成与表征 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文 中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的 研究成果，其他溺志的研究成果对本久的启承和所提供的帮助，均己在论文孛傲 了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 酗州姚 日 期：阳子、， 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文酌规 定，及学校有权保留并向囡家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库并进行检索，可以采震影爨、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。保密的学位论文在解密籍使用本授权书。 学位论文作者签名： 驺呓如 5 5 指导教师签名： 基期： 其育潜在分子锘功熊的新型芳香族双硫脲化合物的合成与表征 摘要 双硫脲类化会物由于其结构中含有4 个耀对酸性的n 嚣质子，具有强的氢 键键合能力，是选择性识别阴离子的较好人工受体，在分子传感器和手性拆分技 术等方面有着重要的应用价值。特别是钳型双硫脲受体，由于其结构上具有较好 的预组织性霹强的修饰性，使得该类受体越来越受到人们的关注，所以近年来， 有关双硫脲受体的设计与合成融成为超分子化学的研究热点课题之一。 1 本论文以硝基苯甲酸、三芳胺和异硫氰酸苯酯为主要原料，经系列反 应合成了6 个新型芳香族双硫腺化合物5 a 一5 e 和5 窖。通过墩、1 hn m r 及元素 分析确定了霉标产物的结构，并利用2 dn m r 谱确定了它们的空闻结构。 2 探索出了合成目标化合物5 的最佳合成方法。利用p d c 催化加氢的方法， 将中间体硝基化合物3 还原成相应的中间体氨基化合物4 ，制得的中间体氨基化 合物，无需进一步纯化即可直接与异硫氰酸苯酯反应，得到基标产物5 。该合成 方法与文献法楣眈较具有操作简便( 中闻体氨基亿合物无需纯化) ，反应条件温 和( 不需无水溶剂) ，目标产物产率较高等优点。 3 合成出了1 5 个相关中间体，利用熔点、股、1 hn m r 确定了它们的结构。 中阂体硝基化合物3 采用液液糯转移催化法合成，该方法累有反应条姊温秘、 反应时间较短、产率较高等特优点，是合成双酰胺类化合物较理想的方法。 4 根据文献报道可知双硫脲类化合物具有人工受体分子钳的功能。我们所 合成的目标产物薪型芳香族双硫脲化合物将在此方面具有较好的应用前景。 关键词：双硫脲；合成：表征 其有潜在分子钳功麓的新型芳香族双硫脲化合物的含成与表征 a b s t r a c t d i t h i o u r ec o m p o u n d sa r et h es e l e c t i v er e c o g n i t i v ea m o n i cr e c e p t o r sw h i c hh a v e t h ea n i o n b i n d i n gs i t eb e c a u s eo fc o n t a i n i n gf o u ra c i d i cn hp r o t o n s t h e yh a v et h e s i g n i f i c a t i v ea p p l i c a t i o nv a l u e si nm o l e c u l a rs e n s o ra n dc h i r a ls e p a r a t i n gt e c h n i q u e e s p e c i a l l y , t h ee f f i c i e n ta n de x t e n s i v et w e e z e rs h a p ed i t h i o u r er e c e p t o r sw i t hr i g i d o rf l e x i b l es p a c eh a v er e c e n e dc o n d s i d e r a b l ea t t e n i t i o n r e c e n t l y , s i g n i n ga n d s y n t h e s i z i n go fb i t h i o u r er e c e p t o r sh a v eb e c o m et h ef o c u so fs u b j e c tr e s e a r c hi n s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y 1 。i nt h i sp a p e r , s i xn o v e la r o m a t i cd i t h i o u r e ac o m p o u n d s ( 5 a - 5 ea n d5 9 ) w e r e s y n t h e s i z e d f r o mn i t r o b e n z o i ca c i d ，d i a r y l a m i d ea n dp h e n y l i s o t h i o c y a n a t e t h r o u g has e r i e so fr e a c t i o n s t h e s t r u c t u r e so ft h et a r g e tm o l e c u l aw e r e c h a r a c t e r i z e db yi r ，1 hn m ra n de l e m e n t a la n a l y s i s 。t h es t e r i o s t r u c t u r e so ft h e t a r g e tm o l e c u l aw e r ec h a r a c t e r i z e db y2 dn m r 、 2 t h eb e s ts y n t h e t i cc o n d i t i o nf o rt h et a r g e tn o v e lc o m p o u n d sh a db e e ne x p l o r e d t h ei n t e r m e d i a t e s3 ，n i t r oc o m p o u n d s ，w e r er e d u c e di i l t oc o r r e s p o n d i n g i n t e r m e d i a t ea m i d oc o m p o u n d s4b yp d cc a t a l y s i s - h y d r o g e n a t i o n 。t h et a r g e t c o m p o u n d s5w a l eo b t a i n e db yt h e r e a c t i o np h e n y l i s o t h i o c y a n a t ew i t ht h e i n t e r m e d i a t ea m i d oc o m p o u n d s4 ，w h i c hd on o th a v eb e e ns e p a r a t e d t h i s m e t h o dh a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l eo p e r a t i o n ( i n t e r m e d i a t ea m i d oc o m p o u n d s n o th a v i n gt os e p a r a t e ) , m i l dc o n d i t i o n s 襁o th a v i n ga n h y d r o u ss o l v e n t ) a n dg 避 y i e l d s 。 3 f i f t e e nc o r r e l a t i v ei n t e r m e d i a t ec o m p o u n d sw e r ea l s os y n t h e s i z e d t h es t r u c t u r e s o ft h ei n t e r m e d i a t ec o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r i z e db ym e l t i n gp o i n t ，i ra n d1 h n m r i n t e r m e d i a t en i t r oc o m p o u n d s3w e r es y n t h e s i z e db yp h a s et r a n s f e r c a t a l y s i s t h i sm e t h o dh a st h ea d v a n t a g e so f m i l dc o n d i t i o n s ，s h o r tt i m ea n dg o o d y i e l d s ，w h i c hi sa b e t t e rm e t h o df o rs y n t h e s i so fd i a c y l a m i d ec o m p o u n d s 4 。t ot h eb e s to fo u rk n o w l e d g e ，d i t h i o u r ec o m p o u n d sh a v et h ef u n c t i o no fr e c e p t o r t w e e z e r t h et a r g e tc o m p o u n d s - - n o v e la r o m a t i cd i t h i o u r e a sw i l lh a v eg r e a t p r o s p e c ti nt h i sa s p e c t k e y w o r d s ：d i t h i o u r e a s ；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 2 具有潜在分子钳功能的新型芳香族双硫脲化合物韵含成与表征 第一章文献综述 第一节双硫脲化合物的研究进展 有关硫脲及其衍生物合成及性能方面的研究，在近4 0 年来得到快速发展， 含有硫脲基团的化合物以其良好的杀菌，抗瘸毒，抗肿瘤，以及调节植物生长等 作爝受到人们广泛的关注，有关硫脲类化台物盼研究报道裔很多。近年来双硫脲 及其衍生物愈来愈引起人们的兴趣，其已经被广泛应用于人工分子钳受体、植物 生长调节剂、除草剂、驱虫杀菌剂、抗结核药物及手性催化剂等多个领域，同时 在傀学学科戆各个分支及一些边缘学科也有着较好的应用。 1 1人工分子钳受体 阴离子在生物学、临床诊断和环境监测方面具有重要的作用，因而，对阴离 子的识别成为超分子化学中的个被广泛关注的课题【l 】。双硫脲及其衍生物因具 有功能结构奎静苎n h ，是优良的氢键供体，其平面三是型的极性氢键露俸鬻离子 的识别位点，与之形成较稳定的酉芒合物【2 1 。h o n g 等【3 1 以联苯为骨架，设计合成了 双硫脲分子钳受体1 ，其对f 一有优良的选择性识别作用，与f 一阴离子结合前，两 个硫脲链自由 枣旋，与f 一形成i ：1 型配合物时，受体分子掏型发生了翻转，嚣g 性增强，童由旋转受到限制，非辐射跃迂速率减小，荧光强度增强：两与f 形溉 1 ：2 型配合物时，受体分子又恢复自由态构型，荧光强度减弱。因此可作为r 的光化学传感器。 s n h l n h 酗b j l s v n 譬 轰h ，f n b u t l 。2 调节植物生长活性 些双硫脲类化合物，是很好的植物生长调节剂。杜予秀等 4 1 利用相转移催 化法合成的一系列二芳基对苯双硫脲类衍生物，经生物活性测试人多数化合物具 有良好的促进植物生长活性，尤其有较好的促进生根活性。2 为其典型代袭。由 藉肪烃穗连的双硫稼类讫合物3 也具有较好的调节植物生长的活性阎。 具有潜在分子钳功能的新型芳香族双硫脲化合物的合成与表征 矿9 & 遵秽岔 r = o - c l p - c 1 p c h 3 p - c h 3 0 1 3除草活性 一 双硫脲类化合物还是一类重要的除草剂。陈茹玉掣q 通过融烷基硫代磷酸二 异酯与不同的胺加成，合成了一系列双硫脲类化合物，生物测试结果表明，它们 都具有一定的除革活性，其中个别化合物的除草活性较高。4 为其典型代表。 枷匙率n h c n h g n h c n h 一g 篡篡 1 4 驱虫杀菌活性 许多双硫脲类佬合物都具有驱虫杀菌作耀。睦邻苯二胺与酰基舅硫氯酸醣反 应制得的对称性双硫脲化合物，有较好的驱虫活性 t j 。5 为其典型代表。张治广 s l 合成的一系列结构不对称的酰基双硫脲类化合物6 和7 。经杀菌、杀虫和除草 活性筛选测定实验结果表明，所测试化合物对瓜炭疽病菌( c i c o l le t o t r i c h u m l a g e n a r i u m ) 均具有r 撺制作焉，其中当6 孛赶为4 - b r p h 时撺铡率最高，达到6 2 。4 。 大部分化合物对单胺氧化酶亦有一定的的抑制活性，且7 中心分别为4 - n 0 2 p h 和4 ，c h 3 p h 时的抑制活性明显高于其它化合物。 s0 缸一烈c i i 洲 等 ；_ 江。二：崴h k 一尉6p 南哦胁触n 、：= = 量5 抗结核活性 结核发病率从2 0 世纪6 0 年代持续下降，但近些年又重新出现回升。结核病 是由结核分枝杆菌引起的慢性传染病，其可侵及许多脏器，以肺部受累形成肺结 核最为常见。因此，寻求抗结核药物是广大科学家追求的目标之一。双硫脲类化 4 秽q h h o i 洲 甜i m 出辩 oicc，ci 具有潜在分子聿 功畿的新型芳香族礅硫脲化合物的合成与表征 合物8 【9 1 对结核分枝杆菌均具有较强的抑制作用。 s s 1 6 手性催化剂 t o u c h a r d ，f 等合成了一系捌具有手性催纯性能的双硫艨类衍生物，能谴 化苯乙酮与2 一丙醇的反应，以5 的酗金属和t - b u o k 为催化剂，催化e e 值能 达到9 1 。9 为其典型代表。t o m m a s i n o ，l 等 n q 3 1 及其合作者也设计合成出了一 系列能催化氢化苯乙酮的双硫脲类化合物。 第二节芳( 杂) 环类人工分子钳受体的研究新进展 人工受体的设计合成及其分子识别性能研究已成为生物有机化学前沿领域之 一【瑚。分子识剐是生物体系豹基本特堑，并在生命活动中起孛心作蔫【1 5 - 1 9 1 。生物 酶高效专一地催化生化反应，抗体与抗原的强烈结合、蛋白质分子与d n a 序列之 间的相互作用等均源于精确的分子识别【2 0 2 1 1 。从本质上讲，分子识别是受体( 或 主体) 与底物( 缄客体) 精巧嚣补并选择性的结合而产生特殊功能( 如配合、催 纯、能量转换、物旗输送等) 的过程，也是人工超分子体系产生特殊功麓的基础。 研究识别作用机制，了解受体与底物之间作用的推动力与二者结构之间的关系， 不仅对于研究生物体系中的非共价键作用，进步揭示生命过程中化学反应的本 质其毒重要的理论意义，两且在设计人工酶僬纯剂、发现新赡化学过程、高纯度 对映分析技术、新的特效药物的研究与药物输送、高灵敏度的分子传感器以及分 予器件等诸多领域具有广阔的应用前景【2 2 】。 近年来，开拓了各种类型的人工受体新模型，如环糊精、冠醚、环番、h 卜啉、 杯芳烃、大环多胺、疆鏊等，莠对弼、疆离子、孛性小分予、手性分子特嬲是生 物分子( 氨基酸、多肽、核酸碱基、核苷酸、碳水化合物、甾族化合物等) 表现 一定的识别和对映选择性识别能力【2 3 2 4 。其巾，分子裂缝( “钳型”m o l e c u l a t w e e z e r ) 是最弓| 入注目的受体类型之一，这类受体的主要特征是以坚硬的分子 骨架作隔离基( s p a c e ) ，数芳( 杂) 环作手臂，构成刚性受体( r i g i dr e c e p o r t ) ， 功能化基团汇聚在其裂缝与其凰补底物形成夹心配合物( s a n d w i c hc o m p l e x e s ) 。 它不仅在结构上具有天然受体的空腔，且可根据需要设计成不同大小、不同种类 的窘能化受体，逶过澍分子裂缝的进一步化学修饰，邵酊提供一个与底物恰当互 5 冷 s = p - n 0 2 c 6 h 4 0 p 0 3 2 - , h 2 p 0 4 - c 1 - 。 h ，n n h h n - n 嚣 s s u 黼 n飞义nhh 联 n 厂、八再淞 量董 飞 黟一符屯) - - n 0 2 n 一，n 、f ，n 飞 2 5 w u ，j i n g - l o n g 等 4 5 j 报道的双酰氨基蘸脲受体2 5 ，对a c o - 也具有棼常好爨选 择性，在d m s o 中通过多重氢键作用与阴离子形成l ：l 型络合物，结合常数达 到1 6 3 x1 0 6l t o o l 一，络合后在可见光谱区域产生了一个明驻的能用肉眼观察到 的颜色变化，因此可用作a c o 。的光化学传感器。而且，受体2 5 与所考察的阴离 子的键合麓力要强于只岔有硫豚基团洳l 或氦基的与箕类似的中性受体的键合 能力。这是因为硫脲基和氨基同时参与了氢键的形成，使其与阴离子的成键能力 增强。酰胺基受体2 6 - 2 8 47 1 ，对阴离子也有较好的识别配合作用。 2 0 0 1 年b e n i t o , j 等【铘】合成了一类包含多个硫爨基积寡耱手性单元的手性分 子镶受体2 9 - 3 1 。hn m r 滴定结果表明，3 l 通过多重氢键作用与戊二酸阴离子 形成配合物，其结合常数高达1 0 6l t o o l 。这主要是由于寡糖将酰胺键控制于 优势构象，而嵌于寡糖中的硫脲功能团被锚定在能与羧酸阴离子键合的位置，从 两大大提高了硫躲基的识裂配合性能。 l o 幻 其宵潜在分子钳功髓的新型麓香族双硫脲化合物盼禽成与表铤 袋 鳃孓水h 堍k ， 3 重 2 2 酰胺类芳( 杂) 环分子钳 氨基啦啶是识蒯羧酸豹缆楚结构单元，在识慰过程孛，羧酸氢正舞与避乏啶氮 琢子、羧酸羰基与虢胺氮氢矮子形成虿李 二重氨键。许多生命活动中都包含澍羧 黢的识鬟，困丽设诗合成对羧酸分子具有识别性能的人工分子钳受傣具有重要酶 理论意义和良好的应用前景。 h a m i l t o n ，a 嚣敞5 0 班芳蒋二羧酸建隔离基桥连两分予鼬氨基啦睫合成了分 子罐受体3 2 。两个酰胺键为褶网- 构型时，该受体是其髫一定剐性的鼙型分子， 两个a 氨基吡啶单元起氢键供体和受体的双重作用。这粪受体选择性的识别不同 链长豹二羧酸，丽鼠对二羧酸麓双键颓反异构具有选择性游识剐能力。翔受俸 3 2 a 能较好的选撩静孵识鬟配合戊二酸霸己二黢。两g o s w a m i ，s _ 等f s l , 5 2 】用间笨二 甲酰基桥连一个或磺个a 氨基袭啶单元，形成的具有多个氢键点的分子锩受体在 c d c l 3 中通过多重氨键作用能谖别难溶的酒石酸与尿素。这类受体在荧光探针方 蕊肖很好的应用前景。 其育潜在分子钳功能的新型芳香族敢硫脲化合物的仑成与表征 o h 2 p 0 4 c h 3 c o o b r - , i - 。受体4 l 慰f 的识剐络合成键能力强于其它阴离子，可以用俸f 的荧光化学传感器。 19 9 0 年，t e c i l l a , p 等 5 8 1 合成的钳型受体4 2 在c d c l 3 中通过六重氢键识别巴 比妥分子，其结合常数高达8 4 1 0 4 l t o o l 。转酰酶模型4 3 5 9 1 ，也能通过多重 氢键强烈豹与巴毖妥酸盐配合，能大大提高巴拢妥酸酯硫解的速度，速度提高鲍 大小受主体中巯基链的长度和柔性的影响。类似的钳型受体4 4 1 6 0 1 对巴比妥通过 六照氢键也能产生强的选择性配合作用。在c d c l 3 中，1 hn m r 滴定验实表明， 当底物巴比妥加入到受体4 4 中时，受体中的n h 质- 了化学位移向低场移动，说 暖有氢键形成，酴会常数为4 。1 l o l m o l 一。预期这类受体在传感器方瑟有较 好的应用。我国的牟其明等【6 l 6 2 】合成了系列更为冈i 性的分子钳受体，同样能 以六重氢键作用与巴比妥分子形成l ：l 型超分配子合物，结合常数高达1 0 4 l t o o l 一。主客体闻形成的氢键数髫越多，其维合常数越大，且受体与底物的大 1 3 其脊潜在分子钳功麓的新型芳香族戏硫脲化合物的合成与表征 小、形状匹配程度和几何互补情况在识别中也起重要作用。 y 队y i r h n 髟o r 4 2 r = c 2 h 5y = o c 7 h 1 5 ，r = ：c 3 h 7y = n 0 2 ， r = c 3 h 7y _ h 4 3 r - - c h 2 s h ( c h 2 ) 2 s h 4 4 爻一 h 2 c l 椤刚 y = h 0 4 5 簸近，我国的乔玉红等瞬】合成了受体4 5 。在d m s o - d 6 中，对f 有较强的选 择性识别配合作用，而且在紫外光谱滴定中有明显的颜色变化，可作为f 1 的比色 传感器，同样条件下，对三角型的a c o 一识别配合能力较四面体型的h 2 p 0 4 一和线 型的0 h 一强，这表麓受体4 5 有缀好的应用价僵。 张清华等降- 6 6 1 设计合成了新型芳酰胺吖啶分子钳。它们对所考察的中性分 子均有识别配合作用，主客体间形成1 ：1 型超分配子合物。主客体问形成的氢 键数目越多，其结合常数也越大。多重氢键、v e td e rw a a l s 等菲共价力的协同作 忍是这类受体分子识别作蔫麓主要动力。同时受体与底物大小、形状匹配弱几何 互补性均对识别性能具有重要的影响，可望在异构体的分离方面具有应用价值。 2 3 偶氮和西氟碱类芳( 杂) 环分子钳、 近年来，光敏性受体由于其在分子科学秽技术等领域显示诱入的应届前景矮 倍受关注净7 - 6 9 1 。偶氮类化合物及其衍生物是重饕的光敏体系之一，其在光照下发 生顺反异构变化，可用作光、电性的可识别的分子传感器件【6 引，如偶氮冠醚受 体用于光驱动的离子输送以及分子开关等【6 k6 9 1 。偶氮杯芳烃作为一类新型生色 受体在离子输送、分析诧学等领域显示了很好的应爰蓠景锷。西氟碱类多齿靛 体对金属离子有良好的识别性能，此类金属配合物有良好的生物活性( 如抗癌活 性) 和催化性能。偶氮化合物桥连两分子氨基吡啶单元形成的分子钳经高骶氙灯 照射稳定的反式构型变为顺式，分剃加入底物a - d ，形成配合物4 6 t 6 孤，与已二酸 1 4 玖y 灸y佚y 灸y次端褰y 其膏潜在分子钳功麓的新型芳香族双硫脲化合物的余成与表征 的配合物最稳定，结合常数为1 8 1x1 0 6l t o o l 一。识别推动力主要是受体与底 物褥豹多重氢键作雳。盘于其它凡季孛羧酸，分予的长度与受体两氨基毗啶肇元闲 距不匹配，识别效果差。手性偶氮钳型受体的识别性能研究报道较少，最近，我 国的彭游等【_ 7 l 】以偶氮为隔离基，氨基酸酯为手臂，设计合成了一类具有不同手 性中心和裂穴的薪型光敏性受体，这类手性偶氮分子钳对所考察的客体氨基酸均 具有一定翡识刚能力，主客体形成l ：i 型超分子配合物，4 7 为其典型代表，其 对d l 苯丙氨基酸甲酯的对应选择性高达9 2 。其在对应选择性萃取与手性拆分 等方面具有较好的应用前景。 a n = 3b n - - - - 4c n 早6d n = 8 4 6 n = n o h 飞c ”o 明o c 2 翟hh 1 c o h o c 、卜c h 2 辣11 。 4 7 g o s w a m i ，s 等【7 2 】报道的西氟碱受体4 8 和4 9 ，在非极性溶剂中，通过多重氢 键对难溶的嘌呤衍生物具有一定的识别作用：我国的张清华【删课题组设计合成 了多种西氟碱分子错受体，并考察了它嚣对客体芳胺亵二苯学酮熬识别性能，实 验结果表明，它们主要通过氢键及j t 哪重叠作用与客体形成l ：l 型超分子配合 物，受体的微环境及主客体间的形状匹配程度也起着重要作用，同时溶剂对受体 的识别能力也有定的影响。 o 楚 4 8 舻 o 加 罐9 黔d s u 2 4 杯芳烃类芳( 杂) 环分子钳 杯芳烃是一类由苯酚单元，在羟基邻位通过亚甲基连接起来的大环化合物， 其有空腔可调节、橡像可交、易于嫠饰等傀点1 1 乃】。其实质上是一种特殊的环番 烷( m e t a c y c l o p h a n e ) ，在环的上缘和下缘弓| 入适当的功能基团所得到的主体，能 借助于氢键、静电作用、范德华力、疏水作辩j 、阳离二f 作用、j t 川堆积作用以及 诱导契合等非共价键协同作用( 超分子作用) 来识别客体分子。近年来，随着主 客体畿二学放单点谈鄹发展鬟多重识剐或多点识剐，并正寅不对称识别方离发展； l s 其祷潜在分子钳功麓的新型芳香族双硫脲化合物的合成与表征 具有一些优越物理和化学性质的间苯二酚杯芳烃的合成也向着功能化的方向发 展，使整个分子体系成力集特定结构和功能予一身的受体【7 3 】，并在配位仡学【7 4 】、 分予催化f 确、分予识别及化学传感器【7 6 】方面取得了很好的成果。识别配位作用 一般取决于杯环大小、构像及环上取代基的性质。 许多杯芳烃都可以识别多样的有机小分予。s t t r o n g i n ，r 用闻苯二酚翻苯基 硼酸缩聚得到下缘带有硼酸基的闻苯二酚杯芳烃缝显色识鄹糖类分子 7 7 - 8 秘。酚羟 基修饰后的间苯二酚杯芳烃在成膜后具有不同于单个杯芳烃的识别功能，在四 ( 十一烷基) 间苯二酚杯芳烃的酚羟基引入手性亚磷酰胺基团，自组装成 l a n g m u i r 后能对氨基酸进行选择性识别【嘲。 杯芳烃衍生物成膜后也能对阳离子产生识别作用。h a s s a n ，a 等人在隧( 十 一烷基) 杯 4 1 1 司苯二酚杯芳烃的上缘引入了偶氮基，并把它制成l b 膜，通过对 其光谱性质的研究，表明金属离子与偶氮基发生配位作用，进入了膜层【8 2 1 。 杯芳烃不仅霹以识别中性分子和硪离子客体，焉且合适的受体对瞬离予也有 选择性识别能力。但是阴离子通常有很强的溶剂化趋势，且受酸度影响很大，只 能存在于一定p h 范围内。r e b e k ，j 研究纠嬲】合成了两段开叫的花瓶装空穴配体 ( c a v i t a n d s ) ，其结构特点是在闻苯二酚杯芳熄上缘联有二毗洛喹喔啉基，在甲 苯：丙酮( 霹o1 ) 介质孛对f 和a c o 一表现出很高的选择性。 戈云科研组【删通过对间苯二酚杯芳烃的酚羟基进行全修饰，合成了偶氮类、 酰胺类、s c h i f f 碱类、硫脲类间苯二酚杯芳烃衍生物受体，前三种对金属离子有 识剐能力，町作为金属离子的萃取测，螽一豹楚蕊离子受体，在阴离子传感器方 面会有较好的应用前景。 2 5 胍盐类芳( 杂) 环分子钳 胍盐在很宽的p h 范围内能保持质子化，使得其识别客体羧酸根时既能形 成两重氢键作焉，又有静电吸弓| 作用。近年来，戳单瓤、双瓤、多纛盐梵构筑单 元的人工分子钳受体相继报道。如由刚性双胍盐桥连两个芳环或桥连具有酯键、 酰胺键、醚键等基团可形成剪刀类型的分子钳受体。这类剪刀分子对氨基酸及其 衍生物的手性识别特点为：在桥逐的内表面通常具有与底物重於的宫能团作为锚 定基，受体的锚定基通过氢键和静电弓l 力键合底物的互补雷能团，受体的两个芳 环与底物芳环发生j i - j 1 堆叠( s t a c k i n g ) 作用，形成夹心配合物。 如由我周的陆圜元等岱5 j 合成的手性双环胍剪刀分子钳受体5 0 能识别取代苯 警酸盐。5 hn m r 瀛定实验表明，该受体对对硝基苯甲酸显示良好的手性识别能 力。在形成配合物的过程中，受体5 0 胍基n 。l 和酰胺n h 的化学位移分别向低 场移动2 2 0 和0 8 1 ，这说明胍基与酰胺基的n 。h 都参与了氟键的形成。 1 6 其鸯潜在分子钳功能的新型芳香族戏硫脲化合物的含成与表征 士b d p s士b d p s 5 1 s c h m i d t c h e n 等f 8 6 】用萘酚桥连两分子刚性的双环胍盐形成了多环胍盐受体 5 l 。在c h 3 0 h 中该受体对许多二羧酸阴离子具有识别作用。其中对丙二酸阴离 子的配合能力最强，配合常数达到1 6 1 0 龟m o l ，此受体的识别配合能力对 二酸豹链长穰敏感。 2 6 其它类芳( 杂) 环分子钳 以手性空穴t r o g e r 碱为骨架的分子钳受体5 2 【8 7 1 ，具有相互垂直的两个芳香 平露，其存在顺式和反式是嚣种构象，颁势髯构体为其稳定构象，两个侧基苯环 凡乎处于相互平行的状态，正好可包结一些平面芳香客体分子。含有两个2 ，2 邻辍杂环单元的受体分子钳5 3 。5 5 t 鼹- 9 0 ，处于顺式构象时，两个芳香平面采用 f a c e 4 0 f a c e 取向，可通过j i 哪s t a c k i n g 作用与缺n 电子的平面分子形成夹心超分 子配合物。 r 5 2 a r - - n 0 2 br = c h 3 冀 议 5 5 最近，k 1 i i m e r ，u 等刚报道的亚甲基桥连的分子钳5 6 ，通过叽s t a c k i n g 作用也能识别缺电子芳烃、脂肪族化合物以及有机阳离子。 1 7 其霄潜在分子钳功能的新型芳香族取硫脲化合物的合成与表征 5 65 7 2 0 0 3 年k i m ，s 等【9 2 】合成了以荧光基函葸必隔离基桥连两个咪唑的化会物受 体s 7 。在c d 3 c n 中，1 hn m r 滴定实验表明5 7 对生物学上重要的h 2 p o 4 鲍识 别能力优于其它阴离子( 如c 1 “、b f 、i 一等) ，配合常数约是它们的2 0 0 倍，与 阴离子形成配合作用后发生不同程度的荧光猝灭现象。而且hn m r 滴定实验还 表硝，与珏2 p o _ 配合对，连接苯琢移妹唑的驻擎基也分掰与h 2 p o - 4 的p = o 和 h - o 形成了氢键作用，使得配合物更加稳定。所以蒽基团即是荧光基团又能引入 识别点。 c o s t a 等【9 3 ，9 4 合成了一类能识别二羧酸的方酰胺受体_ s 8 和5 9 ，考察了它们 在不阕溶蠢| 孛对二酸的成键憩力。结果表明，在d m s o 磊毋5 8 对戊二酸及其衍 生物有较强的成键能力，其中5 8 b e 对二酸的配合常数大于1 0 4l - t o o l 4 。化合物 5 9 能与三酸通过多重氢键作用形成较稳定的l ：l 型配合物。 建 交 5 9 盔r = o e tbr h b n 拽r = o e tbr = n h c 6 h 1 1 cr = n h b nd r = n h c h 2 c h 2 n m e 2 e r = n h c h 2 c h 2 n m e 3 c 4 h 9 1 8 o m e 氏 鼹 具旃潜在分子镱功能的新型芳香族双硫脲亿合物的合成与表征 最近，b h a t t a c h a r y a ，s 纠粥1 以苯衍生物为刚性隔离基桥连两分子锌卟啉单元 构筑了分子镭受体6 9 。在溶剩攀苯孛，该受体糍与c 秘、c 弼形成l ：1 型超分子 配合物，配合常数达到3 x 1 0 4 和2 x 1 0 5 ln n o l 。识别作堵的动力主要为氢键和j i - 且 堆叠作用。 练上新述，双硫繇类纯合物密子其结构巾含有4 个耨对酸性的n - h 质子， 这些质子具有强的氢键键合能力，因而双硫脲类化合物是较好的选择性识别阴离 子的人工受体，其对客体进行选择性识别成键后可引起一些光化学性质如紫外、 荧光等的变化，这在化学转感器方面有较好的应用价值。 第三节双硫脲化合物合成方法的研究进展 目前，双硫脲化合物的合成方法，已有大量文献报道，大多都是以二胺为起 始原料，与异硫氰酸酯进行亲和加威反应制得。 3 1 经典合成法 经典合成方法是在溶剂中寰温下搅拌的一种合成方法。具有反应条件温和、 操作简便等优点。如魏兰华掣4 2 】以d m f 为溶剂，合成了一种新的双硫脲荧光阴 离予受体( s c h e m e1 ) 。 n 2 h 4 + h 2 0 c 2 h s o h n n h 2 h n c s h d m f m n h 2 ( s c h e m e1 ) h n n 鞑 h n 、 3 2 相转移催化合成法 相转移催化含成法是2 0 世纪8 0 年代后起的一种新的合成方法，与经典合 成方法樱比较，栩转移催貔法其有产率高、捺作篱侵等优点。 我国的汪炎钢等( 9 6 ，9 刀以二元脂肪胺或二元芳胺及芳酸或芳氧乙酸为原料， p e g 6 0 0 为催化剂，采用固液相转移催化法和异硫氰酸酯进行亲和加成，合成 了系列双硫脲类化合物6 l 和6 2 。 ， o i ts i is i io i i岔嚣r s i i o i i 心一c n h c n h ( c h 2 ) b n h - - e n h c a r r - - c “h n c h n 弋泸n h c n h c r p l r c n h c 一 一氛彳卜 一 l ；16 2 1 9 hn v s s 具肖潜在分子键功能的新型芳香族双硫脲亿合物的含成与表征 杜子秀等【4 】以单芳胺为原料，采用固液相转移催化法制得的中间体异硫氰 酸醮可不经分离，直接与单芳胺加成反应得裂一系列相癍兹双硫繇炎化合物 ( s c h e m e2 ) 。 3 3 液相合成法 ， 液裙合成是利用高分子载体在特定有机溶剂( 如二氯警烷、氯傍) 孛是霹溶 的，而在乙醚等溶剂中却易析出这一性质。反应完成后，准目标产物与离分子载 体以共价键连接，沉淀之后通过简单的过滤，洗去不要的小分子物质就能完成纯 似娥9 9 。 3 。4 其它合成法 近年来，随着有机合成的不断发展，新的合成方法层出不穷。一些新的合成 方法不断地被应用于双硫脲类化合物的合成之中。 微波合成下，有些有机反斑速率较传统方法挟、操作麓便、产率和纯度明显 提高，反应时间融原来的凡小时、几十小时缩短为几分钟甚至几秒钟【l o o 。 固态有机合成在硫脲化合物的合成中，相对于传统的溶液反应，它还具有高 效性，高选择性，易于分离纯化及反应条件温和等优点。最近有关硫脲的圈态合 成的报道有许多j 。 超声波辐射与相转移催化联用技术。超声波辐射作为一种新的能量形式，已 被应用于有机合成当中。近几年来我们课题组将超声波应用于硫脲的合成当中， 独创了超声波辐射与相转移催化联岗技术，经实践证明，取德了不错的结基【8 ，1 鸭 1 0 3 1 口 在本论文中，我们以二元苯胺为原料，采用经典合成法，合成出了结构对称 的新型芳香族双硫脲化合物。 t 第四节硝基化合物还原方法的研究进展 硝基化合物的还原方法有很多，通常有催化氢化还原法、金属氢化物还原法、 o 辩蕊 饿摊o o 辩羽 羽摊o |；|鲫 i 叱 一 o & o o 每 蓐瓣。 懈；)渊杰y渊芴 坠m 擘 。稚 瓣o o 稚茹 零瓣。 蝴审嘲 其农潜在分子锚功能的薪型芳香族取硫脲化合物的含成与表征 金属还原法、r a n e y - n i 还原法和硫化物还原法。 4 1 催化氢化还原法 催化氢化还原常用的催化剂有活性金属铤。炭、镍、铂、二氧化锯等，在一 定的氢气压力下进行，是还原硝基化合物的常用方法。这种方法的优点是即适用 于实验制备又可用于大规模的工业生产，丽盥廉价操作简单。+ 钯一炭作催化粼时，还原反寂可以在较温和的条件下进行。如在含有少量氯 仿的乙醇中，钯催化下，硝基化合物在略大予大气压的氢气压力下，即可氢化成 相应的胺，产率达到8 9 i 0 4 1 。 3 大气匿h 2 p a c c h c l 3 c 2 h s o h 在乙醇丰，钯谴纯下，二磷基化合物舔可被还蒙成相应的胺，产率达到 8 9 f 1 0 5 。 。 0 2 n 5 0 p s i h 2p d c ( 10 ) h 2 n c 2 珏5 。珏 在四氢呋喃和乙醇中，钯催化下，硝基化合物即可被还原成相应的胺，产率 达到9 5 t 1 蚓。 锡n n 0 2 n 0 2 h 2p d c ( 1 0 , 4 ) - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。- n o zt h f c 2 h 5 0 h h 2 n 该法鹣优点是实验在孛牲条徉下进行，对那些带有酸性耧碱性条徉f 易水解 的基团的化合物，可用此法还原。而且具有污染小、选择憔强、性能稳定、还原 收率高、后处理简单、产品质邈好及催化剂可回收利用等优点。 4 2 金属氢化物还原法 多种金属氢化物也髭将硝基化合物还原成穗应的胺。如硼氢化钠在簇纯荆 钯、硅酸钠、二氯化钴、三氯化锑掣1 07 】存在下，能还原硝基化合物。氯化铝锂 与三氯化铝的混合物可还原芳香族硝基化合物。此法还原选择性较强，在还原过 程中，氰基、蘸基等的存在不受影响。可是迩缎试刻份格较赛，不易得到。 2 l 吼审吼p 喝审喝 具裔潜在分子钳功熊的新型芳香族澉硫脲化合物的念成与表征 4 3 金属还原法 金磊还原法可在酸性、审性、碱性介质串进行。如在酸性( 盐酸、稀硫酸、 醋酸等) 或中性条件下铁能将硝基化合物还原成相应的胺，还原过程中羰基、氰 基、卤素、碳，碳双键一般不受影响。如在少量盐酸存在下，含水乙醇中，铁将 2 , 4 二磷基甲苯还原成相应的胺0 4 1 ，产率为7 4 。 n 0 2 f e h c v h 2 0 - c 2 h s o h 在酸性介质中锌是还原硝基化合物的常用试剂，且酯基不受影响。锡在盐酸 中绒其低价盐氯化皿锡也是还原硝基化合物较温和的还原剂。但还原必须使用足 够能酸、温度低手5 0 、搅摔下进行。酸的黑量至少应过爨2 5 ，若酸薰不是， 常会发生偶联 1 0 s 。 锌还可在中性、碱性介质中还原芳香族硝基化合物。金属还原法操作过程复 杂，且实验所需时间长，容易造成环境污染。 4 4 r a n e y - n i 还原法 r a n e y - n i 是多孔性的金属镍，由镍铝合金和氢氧化钠水溶液反应制得。 r a n e y - n i 催化加氨也是还原硝基化合物常用的方法【1 0 9 。 h 2r a n i c 2 h s o h 将硝基化合物溶于乙醇或甲醇中，然后加入r a n e y - n i 催化剂，加热到沸腾 时慢慢滴入水合肼，可将硝基化合物还原成楣应的胺o 】。 r a n i n h 2 n h 2 。h 2 0 c z h s o h 此还原方法操作简便、安全。实验中肼的用量及溶剂的多少会影响反应的产 物、产率和速度，因此需控制好肼和溶剂的用量。 4 5 硫化物还原法 一些含蕊他合物，迄是硝基他合物常用躺还暴试剂，懿n a 2 s 、n a 2 s 2 0 4 、 节崦 ，i 共有潜在分子谨功麓的新型芳香族双硫脲纯合物的含成与表征 n a r i s 等。一些多硫化物还能将多硝基部分还原，具有很好的应用价值【】。 综上所述，p d c 催化氢化还原硝基化合物的方法在中性条件下进行，对那 些带有酸性和碱性条件下易水解的基团的化合物，可用此法还原。而且与其它还 原方法相比较具有污染小、选择性强、性能稳定、还原收率高、后处理简单、产 品质量好及筵化奔| l 可霾收囊雳等优点。所以，我们采雳此方法，在常压下对硝基 化合物进行了还原，还原合成的氨基化合物不经分离纯化立即用于下一步目标产 物的合成反应，得到了不错的结果。 第五节合成具有潜在分子钳功麓的新型芳香族双硫脲化合物的 立题依据 综上所述，双蕊躲类诧合物盘于其结构中含有4 个樱对酸性嚣n - h 质子， 这些质子具有强的氢键键合能力，因而双硫骤类化合物是较好的选择性识别阴离 子的人工受体，其对客体进行选择性识别成键后可引起一魑光化学性质如紫外、 荧光等的变化，这在化学传感器方蘧有较好的应用价值。 根据文献报道可知，在双硫骤分子孛雩| 入酰氨基霞，傻圈一分子既岔有酰氨 基团又含有硫脲基团，由此所形成的一类新型双硫脲分子钳受体，经研究发现， 此类受体与考察底物成键配合时，硫脲基团和酰氨基团同时参与了氢键的形成， 且羰基的存在可增强巯艨基圜和醚氨基团中n - h 质子的酸性，使其识别成涟能 力增强。但是目前，有关这一类型的双硫脲分子钳文献报道较少，并且，文献所 报道的此类分子钳受体，均是以烷基为连接臂将酰氨基团与硫脲基团相逢接的， 而以芳环为连接臀的此类分子钳，尚未见文献报道。为了增大硫脲基团中n h 蒺子翡酸性，傻其识裘能力增援，我们确立? 戴课题熬疆究，鼯戳芳环兔连接譬 使酰氨基团和硫脲基团同时聚集在同一分予中，合成出一系列具有分子钳功能的 新型芳香族双硫脲化合物，为研究此类化合物的性质提供原料，并研究其合成方 法、谱学性质，这将是一项十分有意义的工作。期望所合成的新化合物在分子钳 受体方面具有较好的应用前景。 其霄潜在分子钳功熊的新型芳香族双硫脲化合物的含成与表征 第二章具有潜在分子钳功能的新型芳香族双硫脲化合物 的合成与表征 合成路线： 第一节合成路线 c s ， - o 舢 n h 3 h 2 0 s i q q 渊尊 p e g - 4 0 0 y m m - n h 2 ，o - n h 2 ，p - n