（无机化学专业论文）新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得蟛私爝或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：牟洲匕签字日期：抄少 年仁月毕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解移密文厚有关保留、使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权黼以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 学位嚣嚣艇肱授蒜二名：f 7 彳嘭幺学位论文作者签名：础 导师签名： l 一、 签字日期：伙石7 年午月庆哆日签字日期：9 久灿年月日 学位论文作者毕业去向：锈之衫眵7 雹 工作单位：泐汤惭仍萝昂样影电话：汐r 莎车。9 ；唧； 通讯地址：分窆劫碾自污呀参匆手甲学亏邮编：2 ；7 驴z 第一章绪论 第一章绪论 1 1 冠醚衍生物在有机合成和分析化学中的地位及作用 化学的发展与今天的国民经济的发展密切相关，尤其是分析化学的发展和 新兴科学的关系极为密切，尤其是在大规模的现代生产部门中，更需要准确又 迅速的分析技术来解决原料和成品的检测鉴定，从而控制生产。同时由于生物 高分子、超分子及超分子器件的发展，迫切要求人们朝着分析微量试样，检出 痕量、超痕量成分，分离技术上能排除各种杂质干扰，分析方法上却简便、正 确的方向努力。在生产科学、实践的推动下，近年来冠醚及衍生物的研究及应 用己渗透到了分析化学领域中。它不但可以克服仪器分析在某些方面的局限性， 而且在化学方法的分离和富集中，起着重要的作用。 分析化学与国民经济的各部门以及和新兴科学的关系极为密切。近几十年 来，随着科学技术和生产水平的迅速发展，对分析化学科学不断提出了新的要 求。在大规模的现代生产部门中，需要又准确又迅速的分析技术来解决原料和 成品的检测鉴定，以达到控制生产。又由于各种稀有金属冶炼、半导体材料、 高纯物质、生物高分子、超分子及超分子器件的发展，也要求人们朝着分析微 量试样，检出痕量、超痕量成分，分离技术上能排除各种杂质干扰，分析方法 上简便、正确的方向努力。在生产、实践的双重推动下，近年来，有机试剂的 深入研究和广泛应用，已取得了令人鼓舞的成绩，并逐步地满足了灵敏、准确、 简便、快速的现代分析的要求。目前，有机试剂的研究及应用已几乎渗透到了 分析化学领域中的各个环节，成为提高生产效率、简化工艺、改善操作条件的 一条新的途径，是现代化学分析的重要课题之一。它不但可以克服仪器分析在 某些方面的局限性，而且在化学方法的分离和富集中，起着重要的作用。 有机试剂，按其用途不同，大致可以分为辅助试剂和分析试剂两大类。属 于辅助试剂的有：指示荆、缓冲剂、絮凝剂、基准物质以及各种有机溶剂等。 这类试剂比较简单，不参与定量分析的基本反应，因此研究不多。通常指的有 机试剂，是指用于各种离子或化合物的分离和测定的分析试剂，如有机共沉淀 剂、掩蔽剂、萃取剂、螯合离子交换树脂和各种类型的显色剂，以及配合各神 新型氪基酸功能化冠醚衍生物的台成及性质研究 仪器分析方法用的特殊性能的有机试剂等等。这些试剂用在分析化学的测定中， 则表现出快速、准确、灵敏度高、适用范围广等优点；用于分离、富集中则表 现出简便有效选择性好等优点，为克服常规的化学分析无法解决的困难开辟了 有效途径。 有机试剂的产生与发展是与生产相联系的，它的发展大致可以分为以下四 个阶段：( 一) 天然有机物时期，跨度为公元初到十九世纪中叶。这个时期用于 分析检验和作指示剂的主要是植物的浸取液，或天然有机物。( 二) 人工合成有 机试剂的初始应用时期，大致从十九世纪中叶到十九世纪末。由于冶金采矿和 有机合成化学的兴起，促使分析化学开始应用人工合成的有机试剂。在这个时 期中，越来越多人工合成有机化合物以各种不同的方式用于分析化学中。( 三) 近代试剂结构与反应性能之间关系研究和应用，时间为二十世纪初n - - - 十世纪 初五十年代。在瑞典化学家维尔纳提出的配位理论的促进下，以秋加也夫研究 的a - _ - 肟类与金属离子形成螯合物问题为标志，开始了有机试剂与无机离子之 间反应性能的系统研究。这个时期由于对试剂结构与金属离子反应性能关系的 理论研究，扩大了一些试剂的应用范围，更促进了大批新试剂的合成及应用。 ( 四) 现代应用和发展阶段，即二十世纪初五十年代以后。突出表现在；通过 对e d t a 结构的研究，人们认识到螯合作用的重要性，合成了一些螯合性能好 的新试剂；由于生物无机化学的发展并在仿生学的启发下，生物酶作为催化剂 也被用于分析化学，大大提高分析检测的选择性和灵敏度；由于对配位体和中 心原子之间的电子结构及配合物几何形状的深入研究，有机试剂中三元以上的 多元配合物在分析化学中得到广泛的应用和研究，它用于光度分析，可以增大 分子的有效生色面积，使灵敏度得以提高，尤其是表面活性剂的应用，使摩尔 吸光系数可达1 0 6 以上；所有螯合基团都可以引入高分子聚合物骨架上，而成 为具有选择性分析功能的螫合树脂，如苯丙氨酸树脂可以用于1 0 0 0 倍c 0 2 + 、n i 2 + 存在下分离富集1 0 r i g m l 的c u 2 + ；最突出的是，有机试剂用于仪器分析的现代 发展，使一些方法的选择性、灵敏度和测定范围得以提高，如在极谱分析中， 一些电活性有机配合物的极谱吸附波的灵敏度比扩散波高l 2 个数量级；各种 分子光谱分析是目前有机分析试剂应用最广泛和最活跃的领域，一些复杂结构 2 第一章绪论 和共轭效应的配位试剂在各种无机有机和生物分子离子的紫外可见及荧光分析 中发挥巨大作用，有些检测限达到p p b 级的水平。 总之，在现代配合物结构理论的推动下，结合量子化学和计算机技术，有 机试剂的研究和合成向分子设计水平迈进。进一步合成多功能、高效率、高选 择性并能够和其他分析方法结合起来的新型有机试剂，仍将是化学发展的一个 重要方向! 1 2 冠醚衍生物的合成和应用的历史及国内外的研究概况 1 2 1 历史回顾 冠醚化合物系一类大杂环化合物，1 9 6 7 年p c d e r s o n 首次【l 】报道了冠醚的合成 以来的短暂几十年中，它的研究已取得了惊人的成就。冠醚化合物的发现是出 自一个偶然的机会，六十年代中期，美国杜邦公司的工业化学家c j p c d e r s o n 想 利用氮保护的邻苯二酚和2 ，2 二氯二乙醚制备双酚产物。由于使用了纯度不太 高的原料( 其中含有一些未保护的邻苯二酚) ，以外地得到少量的白色纤维状的 环状六元酚醚副产物，即二苯并1 8 冠6 ，这是人类合成的第一个冠醚化合物。 当时p e d c r s e n 报道了冠醚系列化合物具有络合碱金属和碱土金属离子的性质。此 后不久，到了7 0 年代初人们就开始把二苯并1 8 冠6 的二取代衍生物，作为共聚 反应的单体，插入到高分子主链上制备各种功能性高分子冠醚，应用于金属的 分离、富集及精制和有机反应的相转移催化剂等领域 2 4 1 。 1 2 2 国内外的研究状况 随着冠醚化合物的发展，人们对其性质的研究越来越深入。首先冠醚类化合 物因其具有环状空腔结构的特征而有独特的配位性能，能具有选择性地络合金属 离子的能力陋1 2 1 。在一定条件下，冠醚与带正电的某些金属离子( 如碱金属、碱 土金属、镧系和锕系元素) 和铵离子等形成具有一定稳定性的主客体络合物【l 孔。 由于键合原子的孤对电子向着环的内侧，与居于孔腔内的阳离子保持均等距离， 因此，络合物具有一定的稳定性。冠醚孔腔的直径大小是否与阳离子直径相适应、 冠醚中键合原子为何种类型，在两者都相适应的情况下，一般能生成具有固定组 成、也比较稳定的络合物，因此，具有一定的选择性。在分析化学中，利用冠醚 选择性的配位金属离子，选择性的形成最稳定的配位化合物，这一特点可以用来 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 富集、分离、屏蔽和鉴别阳离子或测定其浓度，也决定了冠醚在离子选择性萃取、 离子交换色谱和离子选择性电极方面的一些应用。 其次，冠醚化学与新材料、新技术的开发有着密切的联系，展现出广阔的应 用前景【1 4 - - 2 2 。如在有机合成中可用作相转移的催化剂。相转移催化反应【2 3 2 4 ( 简 称p t c 反应) ，次反应速度快、反应条件温和、操作简单、副反应少、选择性 好、不需要昂贵的无水溶剂或非质子溶剂，可以用碱金属氧化物水溶液代替酚盐、 烷氧盐、氨基钠及氰化钠等，因此受到人们的广泛重视；冠醚也可用于光学异构 体的拆分【2 ”硼；金属离子的捕集与分离，同位素的富集与分离冽；用作分析化学 中的色谱固定相以及电化学中作为离子选择性电极的活性物质，大环金属配合物 的热力学稳定性和动力学惰性可望用于药物输送体系，核磁共振成像增强剂等 3 0 - 3 5 1 ；多光、电、热、p h 交化等敏感性大环配合物的研究，可望用于能量转换 和传感件等 3 6 - 4 2 1 。 另外，据文献资料报道：冠醚、穴醚类大环化合物的配位能力较强，而且具 有良好的从外界吸收能量的“天线效应，特性【4 3 】。如果把这一特性和发光稀土离子 的发光性能结合起来，则会增强其发光强度。 总之，冠醚类化合物不仅成为配位化学、分析化学、有机化学、生物有机化 学、生物无机化学、生物物理化学、农业化学、理论物理化学及光化学的重要研 究内容而且与生命科学、信息科学、环境科学、材料科学、医药科学等都有密 切的联系 3 1 。目前已形成了一门吸引多方面重视植根深远的新兴边缘学科一冠 醚化学。 1 3 论文的主要工作及意义 鉴于冠醚本身具有很多新奇的化学结构和独特性质，人们对该类化合物的 合成和应用研究日益广泛、深入。特别是芳香族冠醚，因更佳的光谱性质和更 易功能化等特点，它们的分子设计、合成一直是化学领域尤其是超分子领域的 热点之一，由于给冠醚环接上取代基后，不但能改变其脂溶性，减小毒性，同 时还能提高配位性能。 氨基酸是生命体必需的物质，一是蛋白质的基本结构单元，是有机体重要的组 成部分，同时又是良好的配体，具有多齿配位结构( n 和o ) ，能够和许多金属离 4 第一章绪论 鉴于此，在对大量文献【1 5 8 1 的分析和总结的基础上，我们设想通过如下步骤， 哎心。卜帅 g ：! 丛! q 丛：盟q 旦- n2 ，s t i r 。20 h + 差器 n 0 2 l 0 2 n 1 一 n 0 2 新型氨基酸功能化冠醛衍生物的合成及性质研究 b + b r 2 +c 1 早h c o o h r h o o r r c h c l 3 i - 6 0 6 5 c 。s t i r , 5 h - r n h 2 c h c o o h o o h 我们推断，合成得到目标产物，它们将会借助氨基酸中的配位原子( n 和o ) 与金属离子配位后，形成五员环的稳定结构，从而影响冠醚环上的共轭电子云 密度的分布，引起荧光强度或者峰位的改变，又由于不同的金属离子的电负性 有所不同，冠醚环上共轭电子云密度的改交程度亦不同，其所引起荧光强度或 者峰位的改变强弱也不相同，进而对不同金属离子进行分析、检测或者配位等 方面的研究有所进展。 又由于含有自由羧基的冠醚衍生物，可以作为多肽结构检测的荧光探针， 6 第一章绪论 效果极佳( 其机理有待探讨) 。在此，我们有理由相信，目标产物不仅保留了自 由羧基，而且借助其取代基团氨基酸残基与多肽中的氨基酸残基相似的结构， 可以目标产物为探针，对多肽结构分析及蛋白质检测方面能有新的进展。 参考文献： 1 】d , m 良平，田伏岩夫，庄野利之王冠醚化学p 川原子能出版社，1 9 8 5 ：1 9 - - 1 3 【2 】孙小强，孟器启，阎海波超分子化学导论口川北京：中国石化出版社，1 9 9 7 ： 1 4 1 8 【3 】付煜荣，王义明，罗国安冠醚在毛细管电泳分离对应体中的应用川分析仪 器，2 0 0 2 ，3 2 ( 2 ) ：3 6 - 一3 9 【4 】刘道杰，何风云大环多元醚在分析化学中的应用田理化检验化学分册，聊 城师范学院化学系，2 0 0 2 ，8 ( 1 0 ) ：5 3 1 - 5 3 4 【5 】n r c h a , m y k i m , y h r a m , e ta 1 n e wh 9 2 + 一s e l e c t i v ef l u o f i o n o p h o r e sd e r i v e df r o m p - t e r t - b u t y l c a l i x 4 a r e n e - a z a e r o w l le t h e r s j c h e m s o e p e r k i nt r a m 2 2 0 0 2 ：1 1 9 3 1 1 9 6 【6 】e h u s z t h y , e s a m u , b v e r m e s , e ta 1 s y n t h e s i so fn o v da e r i d i n o - a n dp h e n a z i n o - 1 8 - - c r o w n - 6l i g a n d sa n dt h e i ro p t i c a l l yp u r ed i m e t h y l - s u b s t i t u t e da n a l o g u e sf o rm o l e c u l a r r e c o n g n i t i o ns t u d i e s t e t r a h e d r o n 1 9 9 9 ，5 5 ：1 4 9 1 1 5 0 4 【7 】m i c h a e ls , a n d r e ag ，d i e t e rf r i n g i n - r i n gs t r u c t u r e sf r o mp h e r m a t h r o l i n em a c r o 一 - c y c l e sw i t he x o a n de n d o t o p i eb i n d i n gs i t e s o r g l e t 2 0 0 2 ，4 ( 1 4 ) ：2 2 8 9 - 2 2 9 2 【8 】李亮亮，牛森新型超分子化学体系研究进展阴沈阳农业大学学报，1 9 9 8 ， 2 9 ( 4 ) ：3 5 6 - - 3 5 9 【9 】h a s h e ma t ，r e n u k ad ，z a h r aa ，c ta 1 c h a r a c t e r i z a t i o no fa c f f d a n c a r b o x y l i e a c i dd e r i v a t i v e s 嬲c h e m i l u m i n e s e e n t p e r o x i d a s es u b s t r a t e s j o r g ，c h e m 1 9 9 8 ，6 3 ：9 3 0 9 3 7 【l o 】罗云敬，郭忠先，李天剑沈韩熙液晶态分子在分析化学中的应用发展仞分 析化学，1 9 9 8 ，2 6 ( 7 ) ：8 9 1 8 9 7 【1 1 】潘卫东，胡子伦，蒋青等岸臂脂环一1 8 冠“液晶的合成 j 】有机化学，1 9 9 5 ， 1 5 ( 1 ) ：5 2 5 6 7 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 【1 2 】胡子伦，蒋青，覃军等单臂液晶冠醚l b 膜的研究田高等学校化学学报， 1 9 9 4 ，1 5 ( 2 ) ：2 9 5 - 2 9 8 【1 3 】范丽岩，阎兰，胡晓黎等新氮杂冠醚稀土配合物的制备、表征及荧光性质 田中国稀土学报，2 0 0 1 ，1 9 ( 5 ) ：4 6 7 - - 4 7 0 【1 4 胡晓黎，陆广农，闫兰等新氮杂冠醚衍生物稀土硝酸盐配合物的制备、表 征及荧光性质阴中国稀土报，2 0 0 3 ，2 1 ( 5 ) ：6 1 2 - 6 1 4 【1 5 】赵永亮，赵风英，赫忠喜冠醚铕镧异核配合物的合成、表征及荧光性质 j 】 光谱学与光谱分析，2 0 0 4 ，2 4 ( 3 ) ：3 0 5 3 0 7 1 6 】c d p e d e r s e mc y c l i cp o l y e t h e r s a n dt h e i r e o m p l e x s w i t hm e t a ls a l t s j a m c h e m s o e 1 9 6 7 ，8 9 ( 2 6 ) ：7 0 1 7 7 0 3 8 1 7 】樊能廷有机合成事典嗍北京：北京理工大学出版社，1 9 9 2 ：8 5 7 8 6 0 【1 8 】郑世军，徐晓辉，王经武，等含x - 型二维液晶基元和顺式- 4 ，4 - x 双( 4 - 羟基 苯基偶氮) 二苯并1 4 冠4 冠醚环液晶共聚酯的合成与表征明高分子学报， 2 0 0 6 ，2 0 ( 2 ) ：2 3 6 - - 2 4 0 【1 9 】张淑媛，赵玉彬冠醚侧链液晶聚硅氧烷配体及其钠配合物的研究明高等 学校化学学报，1 9 9 3 ，1 8 ( 1 ) ：3 3 - 3 5 2 0 】王海侨，刘德山，王晓工一种主链含有离子导电性链段的功能发光共聚物 田高分子学报，2 0 0 1 ，2 2 ( 2 ) ：2 6 5 - 2 6 8 【2 1 】e h n s z t h y , e s a m u , b v e r m e s ，e ta 1 s y n t h e s i so fn o v e la c f i d i n o a n dp h c n a z i n o 1 8 c r o w n - 6l i g a n d sa n dt h e i ro p t i c a l l yp u r ed i m e t h y l s u b s t i t u t e da n a l o g n e sf o rm o l e c u l a r r e c o n g n i t i o ns t u d i e s t c t r a h e a r o n 1 9 9 9 ，5 5 ：1 4 9 1 - 1 5 0 4 2 2 】t g u n n l a u g s s o n , m n i e u w e n h u y z e n , l r i c h a r d ，e ta 1 n o v e ls o d i u m s e l e c t i v e f l u o r e s c e n tp e ta n do p t i c a l l yb a s e dc b e m o s e n s o r ：t o w a r d sn a + d e t e r m i n a t i o ni n s 豇u m 。j c h e m s o e ，p e r k i nt r a n s 2 ，2 0 0 2 ：1 4 1 - 1 4 8 2 3 】l s y a n g , y h l i n , c s y a n g p a l l a d i u m - c a t a l y z e ds y n t h e s i so ft r a n s - 4 一( n , n - b i s ( 2 - p y r i d y oa m i n o ) s t i l b e n e af l e w i n t r i n s i c f l u o r o i n o p h o r e f o r t r a n s i t i o nm e t a li o n s o r g l e t t 2 0 0 2 ，4 ( 5 ) ：7 7 7 7 8 6 2 4 】j d a l ea n de o k r i s t i a n s e n m a e r o c y c l i co l i g o e t h e r sr e l a t e dt oe t h y l e n eo x i d e a c t ac h e m s c a n d ，1 9 7 2 ，2 6 ( 4 ) ：1 4 7 1 【2 5 】h a s h e ma t ，r e n u k ad ，z a h r aa ，e ta 1 c h a r a c t e r i z a t i o no fa c r i d a n c a r b o x y l i c a c i dd e r i v a t i v e sa sc h e m i l u m i n e s c e n t p e r o x i d a s es u b s t r a t e s j o r g c h e m 1 9 9 8 。6 3 ：9 3 0 9 3 7 。 s 第一章绪论 【2 6 】李自法，张征，宁超峰，等近晶c ( s c ) 相串型液晶高分子的合成与表征 j 】 高分子学报，1 9 9 8 ，3 4 ( 4 ) ：1 2 6 - - 1 2 9 【2 7 】李冬梅，郑玉斌，段久芳，等新型液晶共聚酯的合成与表征研化工新型 材料，2 0 0 4 ，3 2 ( 1 1 ) ：3 6 - 3 8 2 8 】郑世军，牛明军，张淑媛，等寻性近晶c ( s c ) 相串型液晶共聚酯的合成与 表征明高分子材料科学与工程，2 0 0 0 ，1 6 ( 5 ) ：3 8 4 1 1 2 9 孙为佐，马艳玲，夏延致，等全芳族液晶共聚酯的合成与表征阴青岛大 学学报( 工程技术版) ，1 9 9 6 ，3 5 ( 3 ) ：6 5 - 6 9 【3 0 】郑世军，李磊，张淑媛，等含x - 型二维液晶基元的液晶高分子的合成与表 征田高分子材料科学与工程，1 9 9 9 ，2 3 ( 2 ) ：1 2 3 1 2 6 3 1 】陈延明，曹振林，张志英，等p h b p e t h q - t p a 液晶共聚酯纤维的制备及 结构性能研究田合成纤维工业，1 9 9 7 ，3 0 ( 1 ) ：2 2 2 2 2 6 【3 2 】曾伟，李建章，李鸿波，等n 取代氮杂冠醚的合成和络合萃取性能研究进 展【j 】有机化学，2 0 0 5 ，2 5 ( 6 ) ：6 1 9 - - 6 2 8 3 3 】王昭松，贺云飞，赵海峰，等两种双取代苯并冠醚的合成阴化学试剂， 2 0 0 5 ，2 7 ( 9 ) ：5 6 3 5 6 4 3 4 】张淑媛，何可可，郑世军，等新型席夫碱型液晶冠醚的合成与性质 j 】应用 化学，2 0 0 5 ，2 2 ( 3 ) ：2 7 2 2 7 7 3 5 】郑林禄，杨发福，季衍卿，等环氧丙基杯【6 1 冠醚接枝壳聚糖的合成与吸附 性能研究川福建师范大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 5 ，2 1 ( 2 ) ：5 1 - 5 4 【3 6 】陈铁，刘武军，丛志奇，等新型四硫富瓦烯硫杂冠醚衍生物的合成【j 】有机 化学，2 0 0 5 ，2 5 ( 5 ) ：5 7 0 - 5 7 5 【3 7 杨森根，刘见永，吴振奕，等新型共价键连的富勒烯卟啉化合物的合成与 表征阴高等学校化学学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 7 ) ：1 2 0 2 1 2 0 5 【3 8 】韩建荣，张衡益，刘育双臂式苯并1 5 冠巧的合成及其对金属离子的选择 键合叨高等学校化学学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 7 ) ：1 2 7 3 1 2 7 6 【3 9 】倪文，白洁环糊精聚合物的合成及应用阴化工新型材料，2 0 0 5 ，3 3 ( 9 ) ： 6 0 - 6 2 4 0 】张衡益，王阁，刘育碳碳三键桥联的双( 苯并1 5 冠5 ) 的合成及其对碱，碱土 9 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 金属离子的选择键合川南开大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 5 ，3 8 ( 4 ) ：4 7 5 l f 4 l 】田家华，贺庭云，张琼瑶，等，键联金属卟啉的合成【刀数理医药学杂志， 2 0 0 5 ，1 8 ( 4 ) ：3 5 8 - - , 3 5 9 4 2 】张晓静，张淑嫒，郑世军，等含二苯并1 8 冠6 和二苯并1 4 冠4 的酰胺型 液晶冠醚的合成田有机化学，2 0 0 5 ，2 5 ( 铋6 7 3 , - 6 7 8 【4 3 】唐斯甫，何可可，张淑嫒，等席夫碱型液晶冠醚的合成与性质 j 】有机化 学，2 0 0 4 ，2 4 ( 7 ) ：7 6 1 7 6 6 【“】秦圣英，蒋立健两种新的酰胺型双冠醚的合成阴四川大学学报( 自然科 学版) ，1 9 8 4 ，3 2 ( 4 ) ：3 6 - - 3 9 【4 5 】张淑嫒，何可可，郑世军，等新型席夫碱型液晶冠醚的合成与性质阴应 用化学，2 0 0 5 ，2 3 ( 3 ) ：6 9 5 - 6 9 8 1 4 6 黄枢，严运江，田宝芝桥链中含氮、硫杂原子的二酰胺型开链冠醚的合成 田合成化学，1 9 9 4 ，2 5 ( 3 ) ：1 6 2 1 【4 7 】韦春，谭松庭，王霞瑜，等熟致性液晶增韧环氧树脂的研究进展【j 】材料 工程，2 0 0 2 ，2 3 ( 2 ) ：3 5 【4 8 】薛翠花，牟其明，赵辉，等烷氧- 酰胺型脱氧胆酸分子钳的合成及对芳胺的 识别性能研究9 1 四川大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，3 8 ( 1 ) ：1 2 2 1 2 3 【4 9 】刘道杰，赵艳芳液晶冠醚的合成及在分析化学中的应用 f 1 化学试剂， 2 0 0 2 ，2 4 ( 2 ) ：7 4 7 9 5 0 】刘勇，刘玉明，夏之宁毛细管电泳前沿分析法研究钾离子与1 8 冠醚_ 6 体 系相互作用田，分析化学，2 0 0 3 ，3 1 ( 1 2 ) ：1 5 0 0 - - , 1 5 0 3 【5 1 】舒友琴，袁道强，梁月丽毛细管电泳法测定人发中铝忉理化检验化学分 册，2 0 0 3 ，3 9 ( 6 ) ：3 5 3 3 5 6 5 2 】侯经国，何天稀，毛学峰，等红霉素作为手性选择剂对手性药物的毛细管 电泳拆分川分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 1 ) ：1 4 5 3 】彭友元，丁祥欢，叶建农沙棘黄酮口服液中芦丁和5 羟色胺的毛细管区带 电泳电化学检测【j 】分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 1 ) ：7 6 一7 8 5 4 1 杨丙成，谭峰，陈令新，等一种以发光；极管为激发光源的荧光检测器【j 】 分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 3 ) ：2 2 2 4 1 0 第一章绪论 【5 5 】肖美添，黄雅燕，孟春，等扁桃酸甲酯对映体的毛细管电泳手性拆分阴 分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 5 ) ：4 7 4 9 【5 6 】赵书林，林向成，沈江珊，等非衍生芳香族蛋白氨基酸对映体的毛细管电 泳手性拆分明分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 6 ) ：8 , - - 1 0 【5 7 】曹玉华，汪云毛细管电泳电化学检测法测定胡黄连中香草酸和阿魏酸的含 量明分析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 6 ) ：9 5 9 7 【5 8 】杨绍明，林汉枫，江秀明，等血液中苯丙氨酸的测定方法研究进展阴分 析测试学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 6 ) ：1 1 3 1 1 7 新型氮基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 第二章中间体二苯并1 8 冠6 的优化合成 2 1 序言 冠醚的发现开始于偶然。自1 9 6 7 年美国杜邦公司的p e d e r s e n 利用邻苯二酚和 二氯乙醚偶然合成了大环多元醚( 如下图所示) 1 - 2 以来，尤其是自1 9 8 7 年 p e d e r s e n ，l e l mj m 和c r a md j 三人获得诺贝尔化学奖以来，冠醚化学有了长足 发展，形成了- - f - j 吸引多方面重视的新兴边缘学科。 + l 。百( 1 ) n a o h n - b u o h q 三h 三翰 l 、o j 随着冠醚化合物的发展，人们对其性质的研究越来越深入，它们的用途也 越来越广泛。首先，冠醚最重要的一个性质是具有选择性地络合金属离子的能 力p 叫，在一定条件下。冠醚与带正电的某些金属离子( 如碱金属离子，碱土金属 离子，c u 2 * ，a 矿，a u 3 + ，c d 2 + ，h 矿，t l + ，s n 2 + ，p b 2 + ，m n 2 + ，c 0 2 + ，n i 2 + ，镧 系和锕系元素) 和铵离子( n h 4 + ，r n h3 + ) 等，形成具有一定稳定性的主客体络 舍物。其次，冠醚化合物虽然结构简单，但在选择性络合和输送离子特性方面， 与天然离子载体有着惊人的相似性p 叫。它们因具有许多新奇的化学结构和独特 的性质，不仅成为配位化学、分析化学、有机化学、生物有机化学、生物无机 化学、生物物理化学、农业化学、理论物理化学及光化学的重要研究内容，而 且与生命科学、信息科学，环境科学、材料科学、医药科学等都有密切的联系。 冠醚化合物，特别是芳香族冠醚，因更佳的光谱性质和更易功能化等特点，它 们的分子设计、合成一直是化学研究领域尤其是超分子领域的热点之一n 1 1 】。我 们在查阅文献的基础上 1 2 - 1 5 l ，通过改变溶剂的极性、离子性、离去基团的活性及 第二章中间体二苯并1 b k - 6 的优化合成 反应温度等方法，对传统二苯并1 8 冠6 的冠醚合成法【1 1 进行了优化，使目 标产物的最高产率提高，条件温和，最高产率可达7 1 以上，产物通过琅、1 hn m r 等方法进行结构表征。 2 2 实验部分 2 2 1 仪器与药品 x t - 4 双目熔点测定仪( 北京泰克仪器有限公司，温度计未校正) ，f t s - 4 型红外光谱仪( 美国b i o r a d ，k b r 压片) 、a u a n e e d m x 5 0 0 型核磁共振测定仪 氘 代氯仿( c d c l 3 - d ) 为溶剂，四甲基硅烷o m s ) 为内标】，v a r i oe li i i 型元素分析仪 ( 德国) 。 2 ，2 一二氯二乙醚按文献【1 】合成，二甘酵二对甲基苯磺酸酯参照文献【7 】合 成，实验用到的其他试剂均为国产分析纯且合成试剂在使用前经过常规去水处 理，实验用水为蒸馏水。 2 2 2 二苯并1 8 冠6 的合成优化 方法1 ：参照文献h ，在配有回流装置的2 5 0 m l 的三颈烧瓶中，n 2 氛围中 依次 3 【l , k 1 6 9 邻苯二酚、1 0 0 m l i e 丁醇和魄氢氧化钠，1 1 5 ( 2 左右回流3 0 m i n ，确 保氢氧化钠全部溶解，将8 m l 2 ，2 。二氯二乙醚用1 5 m l 正丁醇稀释后慢慢逐滴 加到上述混合液中( 大约2 h ) ，再回流l h ，温度可降低到9 0 ，加) k 6 9 氢氧化钠， 持续回流3 0 m i n ) 舌，将8 m l 2 ，2 二氯二乙醚用1 5 m l 正丁醇稀释后慢慢逐滴加到 上述混合液中( 大约2 h ) ，回流1 6 h ( f e c l 3 溶液显色反应跟踪) 。加入1 5 m l 浓盐 酸，再水蒸气蒸馏除去正丁醇，过滤、滤饼用水洗涤、抽干，固体分散到1 0 0 m l 丙酮中，搅拌3 0 m i n 后，过滤，用丙酮洗涤、烘干，得白色纤维状晶体，产率4 6 。 方法2 ：操作同方法1 ，改变溶剂正丁醇为非质子极性溶剂二甲亚砜，其它 操作不变，回流1 0 h i l l 反应完全( f e c l 3 溶液显色反应跟踪) ，产率3 2 。改变回 流温度为1 1 0 ，反应时间可缩短n 5 、6 h ，产率稍有提高3 5 。 方法3 ：在配有回流装置的2 5 0 m l 的三颈烧瓶中，n 2 氛围中依次加入0 1 5 t o o l 邻苯二酚、1 0 0 m l 苯和0 1 5 m o l 氢氧化钠，1 1 5 左右回流3 0 m i n ，确保氢氧化钠 全部溶解，将0 0 7 5 m 0 1 2 ，2 一二氯二乙醚用1 5 m l 苯稀释后慢慢逐滴加到上述混合 液中( 大约2 h ) ，再回流1 h ，温度可降低到9 0 ，加入0 1 5 r n o l 氢氧化钠，持续回 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 流3 0 m i n 后，将0 0 7 5 m 0 1 2 ，2 二氯二乙醚用1 5 m l 苯稀释后慢慢逐滴加到上述混合 液中( 大约2 h ) ，回流3 5 h ( f e c l 3 溶液显色反应跟踪) 。加入1 5 m 1 旅盐酸，再水 蒸气蒸馏除去苯，过滤、滤饼用水洗涤、抽干，固体分散到1 0 0 m l 丙酮中，搅 拌3 0 m i n 后，过滤，用丙酮洗涤、烘干，得白色纤维状晶体，产率1 7 。 方法4 ：在装有电动搅拌和回流冷凝装置的2 5 0 m l 四颈烧瓶中加入o 7 9 邻苯 二酚、1 0 m l 正丁醇、0 2 矩氢氧化钠固体，置于油浴中，混合物在n 2 气氛围中、 在6 0 c 左右回流加热至固体氢氧化钠全部溶解，再将1 2 9 二甘醇对甲苯磺酸酯倒 入烧瓶中，再加入4 m l 正丁醇，至固体全部溶解，混合物再回流1 h ，然后加n o 2 4 9 氢氧化钠固体至其全部溶解，再加入1 2 9 二甘醇对甲苯磺酸酯和4 m l 正丁醇，回 流过夜( 1 0 h 左右) 。冷却至室温后加入l m i ；浓盐酸酸化，用水蒸气蒸馏除去混合 液中的有机物，整个反应过程中，体系大致颜色为：无色一白色一棕黄色棕 褐色，冷却，减压抽滤，可得到棕黑色固体颗粒，用丙酮洗，然后在1 0 0 左右 烘干，可得到白色纤维状晶体，即二苯并1 8 冠6 ，产率7 1 。其中考察温度对 产率的影响，分别在5 0 ，6 0 ，7 0 ，8 0 ，9 0 下加热反应( f e c l 3 溶液显 色反应跟踪) 。其反应时间及产率如下表所示： 表1 反应时间和温度对产率的影响 t a b l e l e f f e c t so f t h er e a c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r eo ny i e l d s 2 3 结果与讨论 2 3 1 产物的物理性质及表征数据 二苯并1 8 冠6 为灰白色絮状晶体，熔点为1 6 3 c 1 6 4 c ( 与文献值【1 1 - - 致) 。 r 数据( 6 e r a d ) ：2 9 8 0 左右的峰为c - i - i 键伸缩振动特征吸收峰；1 6 1 0 、1 5 9 0 、 1 5 1 0 、1 4 5 0 为苯环骨架振动吸收峰：1 2 5 0 为c o c 不对称伸缩振动吸收峰；1 1 0 0 为c o c 对称伸缩振动特征吸收峰；7 5 0 左右的峰为苯环c h 键面外弯曲振动的特 征吸收峰。 1 4 第二章中间体二苯并- 1 8 冠6 的优化合成 1 hn m r 数据( 6 ) ：6 8 2 - - 6 5 4 ( m , j = 7 4 h z ，8 h ) 为苯环上的质子峰；3 8 8 - - 4 1 5 ( m 1 6 i - 1 ) 为冠醚环上亚甲基上的质子峰。 元素分析( 理论值) ：c6 8 8 0 ( 6 8 9 2 ) ，h5 3 3 ( 5 4 1 ) ，n9 2 5 ( 9 4 6 ) 。 2 3 2 合成条件的优化探讨 冠醚的合成可以看作是带电子的醇羟基或酚羟基中的氧进攻带正电的碳而 发生亲核取代反应。传统合成是在极性质子溶剂中进行，是酚氧基负离子亲核 取代氯离子，产率为4 6 。我们将溶剂正丁醇改变为非质子极性溶剂二甲亚砜， 提高反应温度，可以缩短反应时间。但产率最高只达3 5 ，这可能是因为强极性 非质子溶剂基本上不会使醇羟基负离子溶剂化，活性高，亲核性强，反应快。 n a + 在该溶剂中会溶剂化，可能因此使得作为模板的金属离子有效浓度不高，从 而使产率降低。由此可以得出，冠醚合成中金属离- t - n a + 的模板效应起关键作用， 即n 矿与配位原子o 通过离子禺极作用而缔合，促进环化反应的进行。 将溶剂正丁醇改变为非质子非极性溶剂苯，产率更低，仅为1 7 ，而且反应 时间较长。这可能是因为极性的反应物在非极性非质子溶剂中不仅难以离解， 可极化度也大大降低，有些分子甚至以缔合状态存在，故反应性能降低，反应 慢，产率不高。 最后，将2 ，2 二氯- - 7 , 醚改变为二甘醇对甲基苯磺酸二酯，用更活泼的离 去基团对甲基苯磺酰负离子代替不活泼的氯离子，以正丁醇做溶剂，产率有较 大提高。探讨了温度对反应的影响，得出温度对产率影响较大，6 0 c 左右反应 9 5 h ，产率最高，可达7 l 。 2 4 总结与展望 我们主要从反应条件入手，对方法进行了优化。从结果看，我们设计的合 成路线对于冠醚的合成有研究潜力和实际的应用价值。选用乙醇重结晶得到晶 体比用石油醚、氯仿、环己烷等效果更佳，其优点是结晶速度快，产率高，晶 型好。产品的合成过程中，温度不宜过高，若加热温度过高会使冠醚炭化，从 而影响产率，甚至不能得到产品。 一冠醚化合物能选择性络合金属离子的特性，使其应用范围越来越广泛，因 而引起多学科科学家浓厚的研究兴趣。如果再给冠醚环接上取代基后，不但能改 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 变其脂溶性，减小毒性，同时还能提高络合性能和化学反应选择性，通过官能 团的转化，也可合成各种新型冠醚化合物，从而扩大了冠醚的应用范围。 参考文献： 【l 】小田良平，庄野利之，田代岩夫，等王冠醚化学 m 】北京：原子能出版社， 1 9 8 5 ：2 1 4 【2 】c 3 p e d e r s e n j a m c h e m s o c 1 9 6 7 ，8 9 ( 2 6 ) ：7 0 1 7 【3 】孙丛芳，苟钊训c o 、n i 、c u 、z n 氯化物单氮杂苯并1 5 冠5 固体配合物的合 成与表征忉曲阜师范大学学报( 自然科学学报) ，2 0 0 0 ，2 6 0 ) ：7 6 - - 8 8 【4 】李隆弟，吴应光光敏离子载体丹磺酰基单氮杂1 8 冠6 的阳离子识别性质研 究阴高等化学学报，2 0 0 1 ，2 2 ( 9 ) ：1 4 7 2 1 4 7 6 5 】汪玉庭，黄载福冠醚化合物的合成叨高等学校化学学报，1 9 9 2 ，1 3 ( 2 ) ： 2 0 0 2 0 3 【6 】吴成泰冠醚化学d 咽北京：科学出版社，1 9 9 2 ：11 7 【7 】p h u s z t h y ，e a m u , b ，v e n n e s ，e ta 1 t e t r a h e d r o n ，1 9 9 9 ，5 5 ：1 4 9 1 【8 】t g t m n l a u g s s o n ，m n i e u w e n h u y z e n ，l r i c h a r d ，e ta 1 j d h e m s o e ，p e r k i n t r a m 2 ，2 0 0 2 ：1 4 1 【9 】9j s y a n g ，y h l i n ，c s y a n g o r g l e t t 2 0 0 2 ，4 ( 5 ) ：7 7 7 【1 0 】j m l e h n ( 法) 著，沈兴海等译，超分子化学一概念和展望【m 】，北京：北 京大学出版社，1 9 9 9 ：2 2 0 11 1 刘育，尤长城，张衡益超分子化学一合成受体的分子识别与组装m 天津： 南开大学出版社。2 0 0 0 ：1 4 0 1 2 1 王娟，季振平1 ，4 ，7 ，1 0 ，1 3 ，1 6 六氮杂- 十八环四烯合锌配合物的合成与表征明 湖北大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，2 3 ( 2 ) ：1 4 5 1 4 7 1 3 1 徐利文，杨利明二胺基二苯并1 8 一冠一6 的合成及其改进方法叨化学世界， 2 0 0 1 ，( 4 ) ：1 9 6 - - , 1 9 8 【1 4 】杨琼新型取代二苯并冠醚的合成叨宝鸡文理学院学报( 自然科学版) ， 2 0 0 1 ，2 1 ( 3 ) ：3 4 3 5 1 6 第二章中间体二苯并1 3 冠- 6 的优化合成 【1 5 】万婕，季振平，王静秋，等稀土冠醚配合物的研究叨，武汉大学学报( 自 然科学版) ，1 9 8 3 ，2 8 ( 3 ) ：7 5 8 2 1 7 新型氨基酸功能化冠醚衍生物的合成及性质研究 第三章中间体4 ，4 - - 硝基二苯并1 8 冠6 、 4 , 4 - 二氨基二苯并1 8 冠6 及4 , 4 一二溴二苯 并1 8 冠6 的合成和表征 3 1 序言 由于氨基、卤素是较为重要的离去基团，具有较高的反应活性，通过对以 下二苯并1 8 - 冠6 的活性中间体的合成，即4 ，4 - 二硝基二苯并1 8 冠。6 、4 , 4 - - ： 氨基二苯并