（有机化学专业论文）新型荧光探针的合成与性能研究和水溶性杯芳烃合成.pdf

2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：摘要 曾少高 摘要 乙酰胆碱在生物体内起着重要生理作用，研究在生理条件下对乙酰胆碱及其 衍生物的识别有着特别重要的意义。由于杯芳烃类受体与乙酰胆碱类化合物没有 荧光性能，因此荧光竞争法是检测它们之间识别行为的一种有效方法。探索新的 可用于该方法中的荧光探针以及合成生理条件下高效特异选择性能的人工受体 都是当前的一个研究热点。 本论文的工作主要为两大部分，第一部分为新型荧光探针2 - 4 的合成及其性 能的研究；第二部分为具有水溶性的多位点识别受体的合成探索。 第一章综述了作为第三代超分子主体化合物的杯芳烃功能化修饰的研究进 展，分析了杯芳烃在水溶性、光学信号化和手性识别的三大功能化发展方向。 第二章阐述了包括新型的芪吡啶盐探针2 - 4 在内的三种荧光探针的合成以及 它们的荧光性能比较。核磁滴定法表明新型探针2 - 4 与杯芳烃2 - 9 形成1 ：l 的包 结络合物；荧光淬灭光谱法显示新型探针2 - 4 比其余两探针更适合在中性水溶液 下进行使用；荧光竞争光谱法表明新型探针2 - 4 可在中性水溶液条件下进行杯芳 烃对胆碱的识别检测。 第三章探索了对乙酰胆碱具有多位点识别性能的水溶性杯芳烃一卢环糊精 受体的合成，完成了所有中间体的合成与结构鉴定，目标物的分离纯化及结构鉴 定待进一步完成。 关键词：芪，荧光探针，荧光竞争法，乙酰胆碱，分子识别，杯芳烃，人工受体 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：摘要 曾少高 a b s t r a c t i ti si m p o r t a n tt os t u d yt h er e c o g n i t i o nf o ra c e t y l c h o l i n ea n di t sd e r i v a t i v e si nt h e p h y s i o l o g i c a lc o n d i t i o n , d u et ot h e i rb i o l o g i c a li m p o r t a n c e c o m p e t i t i v ef l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p i cm e t h o di sa ne f f e c t i v en o n d e s t r u c t i v ed e t e c t i o nf o rt h er e c o g n i t i o no f a r t i f i c i a l r e c e p t o r c a l i x a r e n ew i t ha c e t y l c h o l i n ea n di t sd e r i v a t i v e s ，b o t ho ft h e r e c e p t o ra n dg u e s th a sn of l u o r e s c e n c e r e c e n ts t u d yi nt h i sa r e af o c u so nd e v e l o p i n g n e we f f i c i e n tf l u o r e s c e n tp r o b e s ，w h i c hm i g h tb eu s e di nn e u t r a la q u e o u ss o l u t i o n ，a s w e l la sd e v e l o p i n ga r t i f i c i a lw a t e r - s o l u b l er e c e p t o r sw i t hh i g hs e l e c t i v i t y t h i st h e s i sc o n t a i n st w op a r t s ：o n ei sa b o u tt h es y n t h e s i sa n dp e r f o r m a n c eo fa n o v e lf l u o r e s c e n tp r o b e2 - 4 ，t h eo t h e ri sa b o u tt h es y n t h e s i so fo n ew a t e r - s o l u b l e a r t i f i c i a lr e c e p t o rw i t hm u l t i p l e s i t er e c o g n i t i o na b i l i t yf o ra c e t y l c h o l i n e t h ep r o g r e s so ff i m c t i o n a l i z e dc a l i x a r e n ei sr e v i e w e di nc h a p t e ro n e t h e c a l i x a r e n eh a v eb e e nm a i n l yf u n c t i o n a l i z e dt oi m p r o v ei t sw a t e r - s o l u b i l i t y , o ra c ta s o p t i c a ls i g n a l ，o rp o s s e s sc h i r a lr e c o g n i t i o n i nc h a p t e rt w o ，t h es y n t h e s i so ft h r e ef l u o r e s c e n tp r o b e s ( i n c l u d i n gt h en o v e l s t i l b e n e a p p e n d e dp ”i d i n i u mi o n2 - 4 ) w a si l l u s t r a t e da n dt h ec o m p a r i s o no ft h e i r f l u o r e s c e n tp r o p e r t i e sw a sd i s c u s s e d t h e1 h - n m rt i t r a t i o ns p e c t r as u g g e s t e dt h a t c o m p o u n d2 - 4f o r m sac o m p l e xw i t hr e s o r c i n 4 a r e n e2 - 9i nr a t i oo f1 ：1 t h e f l u o r e s c e n c eq u e n c h e ds p e c t r as h o w e dt h a tp r o b e2 - 4i sb e t t e rt h a nt h eo t h e rt w o p r o b e sw h e nu s e di nn e u t r a la q u e o u sc o n d i t i o n t h ec o m p e t i t i v ef l u o r e s c e n c es p e c t r a r e v e a l e dt h a tc o m p o u n d2 - 4c o u l db eu s e da sap r o b ei nt h ed e t e c t i o no fc a l i x a r e n e t o w e dc h o l i n ec a t i o n si i ln e u t r a la q u e o u sc o n d i t i o n i nc h a p t e r t h r e e ，i t i s d i s c u s s e d t h a t t h es y n t h e s i s o f a w a t e r - s o l u b l e , a - c y c l o d e x t r i n - r e s o r c i n 4 a r e n e ，w h i c hh a sm u l t i p l e s i t er e c o g n i t i o na b i l i t yt o w a r da c e t y l c h o l i n e a l l t h ei n t e r m e d i a t e sh a db 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 y1 hn m r , 3 cn m r , i r a n dm ss p e c t r a h o w 6 v e rt h es e p a r a t i o l l ，p u r i f i c a t i o na n ds t r u c t u r a ld e t e r m i n a t i o no f t h ef i n a lp r o d u c ti su n d e rf u r t h e ri n v e s t i g a t i o n t 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：摘要 曾少高 k e yw o r d s ：s t i l b e n e ，f l u o r e s c e n tp r o b e ，c o m p e t i t i v ef l u o r e s c e n c e s p e c t r a , a c e t y l c h o l i n e ，r e s o r c i n 4 a r e n e 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 2 0 世纪7 0 年代末，杯芳烃这类“新型”的具有独特空穴结构的大环化合物 引起了化学家的广泛关注，成为继冠醚和环糊精之后的第三代超分子主体化合 物。 随着主客体化学从单点识别发展到多重识别或多点识别并向不对称性识别 方向发展，杯芳烃的合成也向着功能化方向发展。杯芳烃功能化修饰的目的就是 希望得到特定空穴结构或特定性能的衍生物。物理性能上主要是向着水溶性方向 发展；应用功能及性能上主要向着携带光学、电学信号发生体或手性识别体等方 向发展。 杯芳烃的功能化修饰主要是利用酚羟基的醚化、酯化等反应，在其酚羟基引 入特性基团，或通过对杯芳烃苯环氢的取代进行溴化、磺酸化、烷基化等反应引 入特性基团。 本章着重介绍近二十年来杯芳烃的水溶性、光性能以及手性识别功能化方面 的进展。 1 1 杯芳烃的水溶性功能化 生物体内的季铵阳离子类化合物所处的环境为生理条件( 类似中性水溶液) ， 天然受体对这些客体分子的识别过程也是在生理条件下进行，所以，要模拟这些 天然受体对乙酰胆碱等季铵阳离子进行识别研究的首要条件就是人工合成的主 体化合物必须要有较好的水溶性。以杯芳烃为母体，对其进行功能化修饰得到生 理条件下的季铵阳离子受体，首先必须对其进行水溶性功能化。杯芳烃朝着水溶 性方向功能化的方法主要是引进具有带水溶性的功能团，如带电荷的磺酸基、羧 基和磷酸基以及不带电荷的羟基。引入带电荷的功能团也使杯芳烃具备电学信号 发生体，这样就可以通过调整体系的p h 值来调整带电荷杯芳烃受体的静电作用， 从而调整其识别行为。 杯芳烃磺酸化是增强其水溶性的较为常用的方法。s h i n k a i 研究纠i ，2 】在二十 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展曾少高 世纪八十年代率先开始了对杯芳烃磺酸化的研究，通过磺酸化分别取代杯芳烃上 缘的苯环氢和下缘羟基氢，合成了系列水溶性的磺酸化杯芳烃衍生物1 - l a e 和 1 - 2 a , 一e ( 图1 , 1 ) ，并详细研究了其在水溶液中对中性有机分子如偶氮苯衍生物、 芘等的包结配位行为【2 ，”，以及对有机阳离子如苯叠氮盐、三甲基苯基铵、酚蓝 和乙酰胆碱等季铵阳离子【l 4 “】的识别行为。在其基础上，关于磺酸化水溶性杯 芳烃的包结行为的应用研究阻1 及新型磺酸化水溶性杯芳烃【坨1 的合成也有报道。 糕h 卫 l - 1a r = h b r 2 c h 3 c r 2 f c h 2 ) s c h 3 d r 2c c h 2 ) i i c h 3 er 2c h 2 c h ( c h 3 ) c h 2 c h 3 c 心l r 2 ( c h 2 ) 3 s 0 3 h 1 2ai r l = 4 b n = 6 cn = 8 图1 , 1 磺酸化杯芳烃衍生物1 - l a - - e 和1 - 2 a c 羧基化也是增强杯芳烃水溶性的一种方法。 c 0 2 c s l - 3 1 - 4ar = i 4 - c y c o l o h e x y br = 2 , 5 f u r a n cr = 2 ，5 - t h k ，p h e 1 6 图1 2 羧基化环番类化合物1 3 7 or， 舔嘈一 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 在二十世纪八十年代，美国d a d o u g h e r t y 1 3 2 0 】的研究小组设计和合成了羧 酸化环番类化合物1 - 3 和1 4 a - - - e ( 图1 2 ) 。这些含羧基化合物在p h7 9 的范围内均 可溶于水，而且还发现环番化合物能识别包括乙酰胆碱在内的季铵离子。l e h n 等 2 1 2 3 1 从1 9 8 4 年到1 9 9 4 年连续报道了三个带有羧基的环番化合物1 5 、1 - 6 和1 - 7 ( 图1 2 ) ，这几个化合物不但在水中有较好的溶解性，而且对乙酰胆碱的识别能 力逐渐增强。 杯芳烃同样可以通过羧基化增强水溶性。a r e n e 2 4 1 等合成并研究了两种水溶 性杯芳烃1 8 和1 9 ( 图1 3 ) 在中性条件下与三甲基苯基铵( t m a ) 、苄基- - - e o 基铵 f b t m a ) 和对硝基苯基三甲基铵( b t m a n ) j j n 离子的配位作用。 r 2 n h 2 r = c h 2 c 0 2 n a 1 1 0 i - ! i 图1 4 深 ：袋型的人工受体1 1 0 和1 - 1 1 除了通过磺酸化和羧基化来改善杯芳烃的水溶性，也有通过磷酸化改进杯芳 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展曾少高 烃水溶性的报道。m a x i ma 1 2 7 等合成了在杯芳烃的羟基进行磷酸化的新型水溶 性杯芳烃l 一1 2 ( 图1 5 ) 。这些化合物带有一个以上的磷酸，每个磷酸的p 墨值为 2 8 5 3 1 0 ，所以它们在中性水溶液中可离解成负离子而溶解于水。 r l - 1 2ar = hx = e ty = h b r 2 hx 2 p ( o ) ( o h ) 2y 2 h c r = b u x = p ( o ) ( o h ) 2y 2 h d r = b u x = y = p ( o ) ( o h ) 2 图1 5 杯芳烃磷酸化衍生物1 1 2 a f i b 甜 b 图1 6 杯芳烃一环糊精偶合体1 1 3 及其自组装 在杯芳烃中接上具有大量亲水性的基团也可以增强其水溶性。如r e i n h o u d t 妒。眵。 移 黟。 臀e 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 d n 【2 8 ，2 9 1 等人在杯芳烃的上缘通过胺化接上环糊精，获得了具有多点识别能力 和较好水溶性的偶合体1 1 3 ( 图1 6 ) 。该化合物具有两亲性，在水溶液中可形成 “泡囊”聚集体。带有丹酰基( 图1 6 中a ) 的桥联环糊精一杯芳烃衍生物1 - 1 3 a 无论有没有客体分子存在，它在水溶液中都先进行自包结( a ) ，然后通过分子问 作用力形成双层泡囊( b ) ；与此相反，带有2 一氨基萘基团的桥联环糊精一杯芳烃 衍生物1 - 1 3 b 则可以通过分子问的组装形成纤维状的主一客体配合物( c ) ( 图 1 6 ) 。这些结果不仅对于研究生物膜的结构和功能，而且对化学传感技术以及药 物分子的捕获与释放研究均具有重要意义。 1 2 携带光学信号发生体的杯芳烃 杯芳烃携带上光学信号发生体后不但可用于光学检测法灵敏快捷地对杯芳 烃的性能与应用进行研究，还可望得到实用的光学分子器件，如荧光感应器等。 而且，这些光学信号发生体多为稠环基团，如萘基、芪基、蒽基以及较为常见的 芘基等，也是具有丰富的n 电子的基团，不但可以扩大杯芳烃的空腔，还可以增 加体系的n 电子，大大增强该类杯芳烃对季铵阳离子的阳离子呵键作用。 在杯芳烃上接上萘基或萘基衍生物( 如喹啉、丹酰基) 是使杯芳烃具有光学 信号的一种常见方式。m y r o s l a vo 3 0 l 等人( 图1 6 ) 合成了在杯芳烃下缘分别携 带有l 至4 个l ，8 亚酰胺萘基的杯【4 】芳烃1 - 1 4 1 7 和通过二亚酰胺二萘嵌苯连接 起来的二杯【4 】芳烃卜1 8 ( 图1 7 ) 。二萘嵌苯亚酰胺染料具有荧光性质，且能 够通过氧还反应成环、成枝状、多聚化、成液晶，所以能共价连接或自组装而应 用于半微量检测。从几何的角度，二萘嵌苯亚酰胺染料具有纳米大小的平面可使 功能化后的杯芳烃作为更好的自组装组块。因此，作者在杯芳烃下缘接上二酰胺 基萘和二萘嵌苯亚酰胺，不但使杯芳烃的空腔扩大，更使之成为具有光学性能的 感应器和作为更大的染料体组装块。作者还发现由于1 - 1 8 a 上的富电子的杯芳烃 是一个荧光淬灭剂，使1 - 1 8 a 因光诱导电子转移而使二萘嵌苯的荧光被淬灭。 1 - 1 8 b 上虽然也有富电子的杯芳烃，但其萘环上接有富电子的对苯叔丁基，故不 易产生光诱导电子转移，从而有强烈的荧光吸收。据此，作者认为化合物1 - 1 8 a 和1 - 1 8 b 具有在荧光感应器方面的应用。 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展曾少高 3 r 2 h ( a c o ) 2 0 b 。r ；o h c r = o a c _ 一 1 1 71 - $ a r = h 1 - 1 5 n ：1 y = c 5 h 1 l 一1 61 1 = 2 y = c 一7 rr 1 1 8 b ，r = o y f b u 图1 7 酰胺禁基化的杯芳烃i - 1 4 - - 1 8 l e r a yi 1 等人分别通过单取代和全取代叔丁基杯【4 】芳烃的羟基，接上带有 吸电子一羰基和供电子基一甲氧基的萘基，合成了单萘基叔丁基杯 4 】芳烃i - 1 9 和四萘基叔丁基杯【4 】芳烃l 2 0 ( 图1 8 ) 。 m 笋m 箍。 1 - 1 9c a l i x - a m n l 1 - 2 0c a l l x _ a m n 4 图1 8 单萘基叔丁基杯【4 】芳烃1 1 9 和四萘基叔丁基杯【4 】芳烃1 - 2 0 萘基在两端的供电子基和吸电子基的共同作用下，通过光诱导电荷迁移 ( p h o t o i n d u c e dc h a r g et r a n s f e r , p c d 作用而具有荧光性质。当这两个功能化杯芳烃 分别结合阳离子后，由于光诱导电子迁移( p h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e r , p e t ) 作 用使化合物的荧光大大增强而呈现荧光“开关”现象。其中，四萘基杯【4 】芳烃 1 2 0 在乙醇一水溶液中对n a + 、k + 、l i + 、c a 2 + 和m 9 2 + 均有较高的选择识别性， p l，一书，时 ， 4 批1力沁一妙猫 挑泰磐钟愀塞吼 r，、，赡 k 心 m轻惝 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 对n a + 的识别选择性更是其余几种金属离子的4 0 0 倍以上。 m 6 t i v i e rr 【3 2 i 等人则分别通过对称双取代和全取代叔丁基杯【4 】芳烃的羟基， 接上带有吸电子一磺酰基和供电子基一二甲胺基的萘基一丹磺酰基，合成了双丹 磺酰基叔丁基杯【4 】芳烃1 2 l 和四丹磺酰基叔丁基杯【4 】芳烃1 - 2 2 ( 图1 9 ) 。作者 发现，化合物1 2 l 对f i 9 2 + 具有比对n a + 、c 、c a 2 + 、c u 2 + 、z n 2 + 、c d 2 + 和p b 2 + 更高的选择性识别( 检测限达1 0 7 m o l l ) ；而且与h 9 2 + 所形成的1 ：l 配合物可 使化合物1 2 l 的荧光被淬灭，原因在于具有较大体积的h 9 2 + 处于两个丹磺酰基 所形成的“墙”的包围中，丹磺酰基的电子转移到金属离子中心而导致荧光淬灭。 化合物1 2 2 则对p b 2 + 具有更高的选择识别性，原因则是配合物中的p b 2 + 虽处于 四个丹磺酰基“墙”包围中，但其价电子层还有一对电子，缩短了p b 2 + 与丹磺酰 基的p b - - n 键长，提高了化合物1 2 2 对p b 2 + 的配位能力。 l _ 2 3c - d i x - q u i a o f i a e l 图1 1 0 单喹啉基叔丁基杯 4 】芳烃1 2 3 和l - 2 4 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展曾少高 化合物1 2 3 和l - 2 4 均有较好的荧光性，相对其它碱金属离子和碱土金属离 子而言，对n a + 具有最高的选择性；与镧系金属离子中的n d 3 + 、y b 3 + 和e r 3 + 形成 配合物时具有较好的发光性。 在杯芳烃接上比萘基体积更大，更富电子的葸类基团不但可以更大的扩大杯 芳烃的空腔和提高光学性能。吕鉴泉口4 l 等通过取代杯芳烃苯环氢接上四个蒽醌 偶氮基，合成了四个蒽醌偶氮基杯芳烃1 2 5 ( 图1 1 1 ) 。该化合物具有较好的荧 光性，通过荧光法检测其对碱金属离子的识别性能发现钠离子能淬灭其荧光。 r e i n h o u d td n 3 5 】等通过取代杯芳烃的羟基氢，接上羧基或酰胺基和带有类似蒽 基结构的荧光基团，合成了系列能与稀土金属离子n d 3 + 和e r 3 + 配位的荧光性杯芳 烃l - 2 6 、l - 2 7 ( 图1 1 1 ) 。这些化合物与n d ”形成的配合物使n d ”的电磁谱在 近红外区域的发光强度增加到7 倍，而且在电磁谱的可见光区域有激发；而这些 化合物与e r 3 + 形成的配合物仅是在激发状态时才观察到e r h 的发光。 o 1 - 1 6r = 口a x = 6 油x = 3 l 2 7r = n e 0 x ；6 图1 1 l 葸类基团修饰的杯芳烃1 1 2 5 2 7 在杯芳烃接上芘基是一种很常见的功能化手段。韩国的j o n gs e u n gk i m 3 9 1 在这方面做了大量的研究工作。2 0 0 2 年，他们【3 6 j 合成了系列带有芘荧光基团的 杯芳烃冠醚衍生物1 2 8 - , 3 0 ( 图1 1 2 ) ，并研究了三个化合物与不同金属离子的配 位所导致的荧光变化情况。金属离子可根据自身大小选择性的结合到这三个化合 物中杯上缘或下缘的冠醚环中。当结合到下缘的带芘基的冠醚环时，能使芘基的 荧光增强。结果显示，c u 2 + 。k + 、p b 2 + 和r b + 能使化合物1 2 8 显示强烈的螯合致 荧光增强效应( c h e l a t i o n - e r d a a n c e df l u o r e s c e n c ee f f e c t ，c h e f 效应) ，a g + 、c 0 2 + 贝 j 使 驴。硬釜。良 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 之显示相对弱的c h e f 效应；化合物1 2 9 对a g + 、c 0 2 + 、c u 2 + 和p b 2 + 显示了相似的 c h e f 效应，但对k 十和r b + 却没有c h e f 效应。这说明，化合物1 2 9 上缘的冠醚环 对k + 和r b 十更适合，而下缘的氮杂冠醚环对c u ”和p b 2 + 更适合。化合物1 - 3 0 在加 入a g + 后，c h e f 效应使化合物1 - 3 0 荧光增强，但再加入k + 却不见荧光减弱，说明 化合物1 - 3 0 的上缘冠醚环相对化合物1 - 2 9 更大而与k + 的结合强度弱于下缘冠醚 环与a 一的结合强度，故不能竞争出结合在下缘冠醚环的a g + 。2 0 0 3 年，他们h 7 j 在化合物1 2 9 - 与a g + 与的配合物q 舯, - - 氟乙酸，发现带芘基的氮杂冠醚环上的 n 原子可以质子化，形成季铵离子，使芘基荧光强度大大增强( 图1 1 3 ) 。 r 、 l _ 2 9 l - 3 0 图1 1 2 杯芳烃冠醚衍生物1 - 2 8 3 0 n o 棚u o r e s t m n ! l - 2 9 f l u o m s c o n t l - 2 9 a g + h i g hf l u o r e s c e n c e l 一2 9 a 。矿h + 图1 1 3 季铵离子的形成和荧光增强过程 2 0 0 3 年，他，| f 1 3 7 又合成了一个在上缘带有蒽的冠醚环和下缘带有氮杂冠醚 的新杯芳烃1 - 3 1 ( 图1 1 4 ) 。通过加入金属离子后化合物的荧光变化情况和金属 离子竞争实验发现该化合物对c s + 、r b + 和k + 有很强的c h e f 效应。 ，移 ，-力r露强 h 一 1 薹| 一 鼎 m 蟹静 囝一 ； 蛰 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展曾少高 4 4 4 n o n f l u o r e s c e n t f l u o r e s c e n t l e s s f l u o r e s c e n t 1 3 11 - 3 1 c s +i - 3 1 - c u 2 + 图1 1 4 杯芳烃冠醚衍生物1 - 3 1 及其金属离子竞争实验 0 燃寺 o f m 图1 1 5 新型荧光化学感应器1 3 2 及其开关过程 2 0 0 4 年，在前面的工作的基础上他们弛1 又报道了一种新型的荧光化学感应 器1 - 3 2 ( 图1 1 5 ) 的合成和检测。与前面的金属离子竞争实验一样，作者利用 p b 2 + 与k + 的竞争结合导致感应器的荧光淬灭和再生，说明了化合物1 - 3 2 作为新 型荧光化学感应器的开关过程( 图1 1 5 ) 。 l _ 3 3 图1 1 6 双功能化学感应器1 - 3 3 1 0 - 跫臀。 rk 单 蕃跫锣 一v 戈 雾 q 咚o 、b 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 ，2 0 0 5 年，他们p 川又报道了一种既能结合阳离子也能结合阴离子的双功能化 学感应器1 - 3 3 ( 图1 1 6 ) ，使该类化合物的功能更加强大，应用更广。 1 3 携带手性识别体的杯芳烃 携带了手性基团杯芳烃可实现其对手性客体的手性识别。手性功能化的位置 可在杯芳烃的酚羟基上，也可在亚甲基桥上。 1 - 3 1 b r 1 = i r l f x - m e t h y l b o n z y t 弹= u n d e c y i r 3 = m e 1 - 3 5 只1 = ( r ) - i t _ m e t h y l d e n z y l 。 r 2 ：u n d e c y l r 3 = m e 图1 1 7 杯芳烃手性衍生物1 - 3 4 年l i1 - 3 5 p h i l i pc b u l m a np a g e l 4 0 】等人在1 9 9 9 年首次报道了通过对映选择性合成在杯 芳烃上接上了手性基团，以较高产率获得具有手性识别功能的杯芳烃衍生物 1 3 4 、1 3 5 ( 图1 1 7 ) 。m a x i ma t a i r o v l 2 7 1 等在2 0 0 2 年在叔丁基杯【4 】芳烃的四 个羟基接上不同的基团而使整个杯芳烃l - 3 6 ( 图1 1 8 ) 具备手性，该化合物空腔 口的基团排布( 图1 1 8 a ) 显示其为具有手性识别功能的杯芳烃。实验证明，该 杯芳烃能选择性识别与手性苄胺形成盐1 - 3 6 b ( 图1 1 8 ) 。 l 一3 6r = q 0 ) p h a l 一3 6 br = c ( o ) e h 图1 1 8 杯芳烃手性衍生物1 - 3 6 及其盐 ， 2 0 0 2 年，b r u n ob o a a 【4 1 1 等在间苯二酚杯【4 】芳烃的亚甲基桥上接上手性缬氨 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 酸乙酯( 上一v a l i n e ) ，合成了具有手性空腔的杯芳烃1 - 3 7 ( 图1 1 9 ) 。作者采用离 子交换法测定了手性杯芳烃1 - 3 7 对不同氨基酸的识别能力。结果表明，对不同 的氨基酸，手性杯芳烃1 - 3 7 对丙氨酸的两种对映异构体的选择性比色氨酸更高： 对构型同为d - 型的氨基酸来说，1 - 3 7 对月氨基酸的识别能力高于孓氨基酸；对 构型同为上一型的氨基酸来说，1 - 3 7 对譬氨基酸的识别能力高于r 氨基酸：而对 d - 、上- 构型而言， 1 - 3 7 对d 丙氨酸的识别能力高于j 己丙氨酸，但是色氨酸的 情况相反( 表1 1 ) 。手性杯芳烃1 - 3 7 可望应用于气相手性识别及作为酶催化剂。 豳1 1 9 手性杯芳烃1 - 3 7 表l 1 手性杯芳烃1 - 3 7 对两种氨基酸的选择性 f 月卜( 一) 7 7 ( 0 6 9 ) 5 0 ( 0 4 5 ) 1 5 士0 1 46 ( 0 4 1 ) 69 l o6 2 ) f ) 7 土0 1 ( “十) 7 i 0 6 3 ) 5 9 1 05 3 ) 1 2 o 138 ( 03 4 ) 7 6 ( 0 6 8 10 5 土0 i 埘如 1 1 土0 10 8 士o il 2 土0 10 9 土0 1 1 4 杯芳烃的其它功能化 除上述功能化修饰方式外，关于杯芳烃的其它功能修饰也有大量报道。如作 为第一代超分子主体化合物的冠醚或杂氮冠醚，由于其杂原子的富电子性和冠醚 环大小的易调整性，常与杯芳烃结合，能较好的识别不同半径和电荷的金属离子 和季铵离子 4 2 - - 4 6 l 。为扩大杯芳烃的空腔和增加z 电子，常常用磷酰氯或二氯喹 啉取代间苯二酚杯芳烃的邻位两羟基，形成具有宽口或“深凹”口袋型杯芳烃 1 - 3 8 a 、1 - 3 8 b 4 “圳( 1 2 0 ) 。还有用卤代酯取代杯芳烃羟基而合成具有内疏水边 缘亲水的“高颈”型杯芳烃1 _ 3 9 1 5 3 , 5 4 1 ( 图1 2 0 ) 。 意西哿 、 ， 、 ， 扩。弋 f 飞 收蠢瀑嚣簪 r 等，麓害v 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 n = ( c h 小。c h 3 i - 3 8 a i 3 9 b - r ( n ：1 2 】： hh - - - c h 2 c o n 。h - 1 3 ：掣“v i i “ l 孵 s 1 ( = 6 ) 1 - 3 9 b - s ( n = 惶) ： l 瓤s c h “吼k o o - - c h # o n h - - i c h 2 刚h l 撇c h 。一目丫目 o h 丫“ o 1 3 8 b 图1 2 0 其它功能化杯芳烃1 - 3 8 币i1 3 9 综上所述，作为第三代超分子化学主体化合物的杯芳烃由于其自身独特的结 构及丰富的可塑性显示了其在人工受体、超分子器件等方面巨大的潜在应用价 值。 参考文献： 1 ，s h i n k a is ，m o r is ，k o r e i s h ih ，t s u b a k it ，m a n a h eo ，h e x a s u l f o n a t e dc a l i x 6 a r e n e d e r i v a t i v e s ：an e wc l a s so f c a t a l y s t s ，s u r f a e t a n t s , a n dh o s tm o l e c u l e s ，ja m c h e m s o c ，1 9 8 6 ， 1 0 8 , 2 4 0 9 - 2 4 1 6 2 s h i n k a is ，a r i m u r at ，s a t o hh ，m a n a b eo ，c h i r a lc a l i x a r e n e ，c h e m s o c ，c h e m c o m m u n ，1 9 8 7 ，1 4 9 5 - 1 4 9 6 3 s h i n k a is ，k a w a b a t ah ，a r i m u r at ，m a t s u d a 工，s a t o hh ，m a n a h eo ，n e w w a t e r - s o l u b l ec a l i x a r e n e sb e a t i n gs u l f o n a t eg r o u p so nt h el o w e rr i m ：t h er e l a t i o nb e t w e e n c a l i x a r e n es h a p ea n db i n d i n ga b i l i t y , j = c h e m s o c ，p e r k i nt r a n s 1 ，1 9 8 9 ，1 0 7 3 1 0 7 4 1 3 一v 俐嘶肛篡 0 2 0 0 6 年中山大学硕士学位论文：第一章杯芳烃的功能化修饰研究进展 曾少高 4 s h i n k a is ，m o i ls ，a r a k ik ，m a n a b eo ，i n f l u e n c eo f h e x a s u l f o n a t e dc a l i x 6 a r e n e so n t h er e a c t i v i t i e so fa r e n e d i a z o n i u mi o n si na l la q u e o u ss y s t e m ，b u l l c h e ms o c j p n ，1 9 8 7 ，6 0 , 3 6 7 9 3 6 8 5 5 s h i n k a is ，m o r is ，a r i m u r at ，m a n a b e0 ，s t a b i l i z a t i o no fa r e n e d i a z o n i u mi o n sb y c o m p l e x a t i o nw 曲h e x a s u l f o n a t e dc a l i x 6 a r e n e si na na q u e o u ss y s t e m ，j = c h e m s o t ：，c h e m c o m m u n ，1 9 8 7 ，2 3 8 - 2 4 0 6 s h i n k a is ，a r a k ik ，m a n a b eo ，n m rd e t e r m i n a t i o no fa s s o c i a t i o nc o n s t a n t sf o r c a l i x a r e n ec o m p l e x e s e v i d e n c ef o rt h ef o r m a t i o no f a1 ：2c o m p l e xw i t hc a l i x 8 a r e n e ja m c h e m s o c ，1 9 8 8 ，1 1 0 , 7 2 1 4 7 2 1 5 7 s h i n k a is ，a r a k ik ，m a t s u d at ，m a n a b eo ，n m rd e t e r m i n a t i o no fa s s o c i a t i o n c o n s t a n t sf o ra q u e o u sc a l i x a r e n ec o m p l e x e sa n dg u e s tt e m p l a t ee f f e c t so nt h ec o n f o r m a t i o n a l f r e e d o m ，b u l l c h e m s o c 也 ，1 9 8 9 , 6 2 ，3 8 5 6 - 3 8 6 2 8 k o hk n ，a r a k ik ，l k e d aa ，o t s u k ah ，s h i n k a is ，r e i n v e s t i g a l i o no f c a l i x a r e n e - b a s e d a r t i f i c i a l - s i g n a l i n ga c e t y l c h o l i n er e c e p t o r s u s e f u li nn e u t r a l a q u e o u s ( w a t e r m e t h a n 0 1 ) s o l u t i o n ，za m c h e m s o c ，1 9 9 6 ，1 1 8 , 7 5 5 - 7 5 8 9 l i uy ，h a nb ，h ，c h e ny t ，i n c l u s i o nc o m p l e x a t i o no fa c r i d i n er e dd y eb y c a l i x a r e u e s u l f o n a t e sa n dc y c l o d e x t r i n s ：o p p o s i t ef l u o r e s c e n tb e h a v i o r ，j = o r g c h e m ，2 0 0 0 ，6 5 ， 6 2 2 7 6 2 3 0 1 0 j i nt ，an e wf l u o r o m e t r i cm e t h o df o r t h ed e t e c t i o no ft h en e u r o t r a n s m i t t e r a c e t y l c h o l i n ei n w a t e ru s i n gad a n s y l c h o l i u ec o m p l e xw i t hp - s u l f o n a t e dc a l i x 8 a r e n e ，j o u r n a l o f l n c l u s i o np h e n o m e n aa n d m a c r o c y c l i cc h k m i s t r y , 2 0 0 3 ，4 5 , 1 9 5 - 2 0 1 11 h o s e y i nb ，w e m e rm n ，f l u o r e s c e n c e r e g e n e r a t i o na s as i g n a l i n gp r i n c i p l ef o r c h o l i n ea n dc a m i t i n eb i n d i n g ：ar e f i n e ds u p r a m o l e e u l a rs e n s o rs y s t e mb a s e do naf l u o r e s c e n t a z o a l k a n e ，a d v f u n c t m a t e r ，2 0 0 6 ，1 6 , 2 3 7 - 2 4 2 1 2 ，k a z a k o v ae k ，m a k a r o v an a ，z i g a n s h i n aa u ，m u s l i n k i n al a ，m u s l i n k i na a h a b i c h e rw d ，n o v e lw a t e r - s o l u b l et e t r a s u l f o n a t o m e t h y l c a l i x 4 r e s o r c i n - a r e n e s ，t e t r a h e d r o n l e t t e r s ，2 0 0 0 ，4 1 ，1 0 1 1 1 - 1 0 1 1 5 1 3 s h e p o d d 王j ，p e a im a ，d o u g h e r t yd a ，1 1 9 址o r i e n t e db i n d i n go fa na l i p h a f i c g u e s tb yan e wc l a s