（有機化學專業(yè)論文）新型熒光探針的合成與性能研究和水溶性杯芳烴合成.pdf

2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：摘要 曾少高 摘要 乙酰膽堿在生物體內(nèi)起著重要生理作用，研究在生理條件下對乙酰膽堿及其 衍生物的識別有著特別重要的意義。由于杯芳烴類受體與乙酰膽堿類化合物沒有 熒光性能，因此熒光競爭法是檢測它們之間識別行為的一種有效方法。探索新的 可用于該方法中的熒光探針以及合成生理條件下高效特異選擇性能的人工受體 都是當前的一個研究熱點。 本論文的工作主要為兩大部分，第一部分為新型熒光探針2 - 4 的合成及其性 能的研究；第二部分為具有水溶性的多位點識別受體的合成探索。 第一章綜述了作為第三代超分子主體化合物的杯芳烴功能化修飾的研究進 展，分析了杯芳烴在水溶性、光學信號化和手性識別的三大功能化發(fā)展方向。 第二章闡述了包括新型的芪吡啶鹽探針2 - 4 在內(nèi)的三種熒光探針的合成以及 它們的熒光性能比較。核磁滴定法表明新型探針2 - 4 與杯芳烴2 - 9 形成1 ：l 的包 結絡合物；熒光淬滅光譜法顯示新型探針2 - 4 比其余兩探針更適合在中性水溶液 下進行使用；熒光競爭光譜法表明新型探針2 - 4 可在中性水溶液條件下進行杯芳 烴對膽堿的識別檢測。 第三章探索了對乙酰膽堿具有多位點識別性能的水溶性杯芳烴一盧環(huán)糊精 受體的合成，完成了所有中間體的合成與結構鑒定，目標物的分離純化及結構鑒 定待進一步完成。 關鍵詞：芪，熒光探針，熒光競爭法，乙酰膽堿，分子識別，杯芳烴，人工受體 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：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 年中山大學碩士學位論文：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 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 2 0 世紀7 0 年代末，杯芳烴這類“新型”的具有獨特空穴結構的大環(huán)化合物 引起了化學家的廣泛關注，成為繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合 物。 隨著主客體化學從單點識別發(fā)展到多重識別或多點識別并向不對稱性識別 方向發(fā)展，杯芳烴的合成也向著功能化方向發(fā)展。杯芳烴功能化修飾的目的就是 希望得到特定空穴結構或特定性能的衍生物。物理性能上主要是向著水溶性方向 發(fā)展；應用功能及性能上主要向著攜帶光學、電學信號發(fā)生體或手性識別體等方 向發(fā)展。 杯芳烴的功能化修飾主要是利用酚羥基的醚化、酯化等反應，在其酚羥基引 入特性基團，或通過對杯芳烴苯環(huán)氫的取代進行溴化、磺酸化、烷基化等反應引 入特性基團。 本章著重介紹近二十年來杯芳烴的水溶性、光性能以及手性識別功能化方面 的進展。 1 1 杯芳烴的水溶性功能化 生物體內(nèi)的季銨陽離子類化合物所處的環(huán)境為生理條件( 類似中性水溶液) ， 天然受體對這些客體分子的識別過程也是在生理條件下進行，所以，要模擬這些 天然受體對乙酰膽堿等季銨陽離子進行識別研究的首要條件就是人工合成的主 體化合物必須要有較好的水溶性。以杯芳烴為母體，對其進行功能化修飾得到生 理條件下的季銨陽離子受體，首先必須對其進行水溶性功能化。杯芳烴朝著水溶 性方向功能化的方法主要是引進具有帶水溶性的功能團，如帶電荷的磺酸基、羧 基和磷酸基以及不帶電荷的羥基。引入帶電荷的功能團也使杯芳烴具備電學信號 發(fā)生體，這樣就可以通過調整體系的p h 值來調整帶電荷杯芳烴受體的靜電作用， 從而調整其識別行為。 杯芳烴磺酸化是增強其水溶性的較為常用的方法。s h i n k a i 研究糾i ，2 】在二十 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展曾少高 世紀八十年代率先開始了對杯芳烴磺酸化的研究，通過磺酸化分別取代杯芳烴上 緣的苯環(huán)氫和下緣羥基氫，合成了系列水溶性的磺酸化杯芳烴衍生物1 - l a e 和 1 - 2 a , 一e ( 圖1 , 1 ) ，并詳細研究了其在水溶液中對中性有機分子如偶氮苯衍生物、 芘等的包結配位行為【2 ，”，以及對有機陽離子如苯疊氮鹽、三甲基苯基銨、酚藍 和乙酰膽堿等季銨陽離子【l 4 “】的識別行為。在其基礎上，關于磺酸化水溶性杯 芳烴的包結行為的應用研究阻1 及新型磺酸化水溶性杯芳烴【坨1 的合成也有報道。 糕h 衛(wèi) 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 圖1 , 1 磺酸化杯芳烴衍生物1 - l a - - e 和1 - 2 a c 羧基化也是增強杯芳烴水溶性的一種方法。 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 圖1 2 羧基化環(huán)番類化合物1 3 7 or， 舔嘈一 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 在二十世紀八十年代，美國d a d o u g h e r t y 1 3 2 0 】的研究小組設計和合成了羧 酸化環(huán)番類化合物1 - 3 和1 4 a - - - e ( 圖1 2 ) 。這些含羧基化合物在p h7 9 的范圍內(nèi)均 可溶于水，而且還發(fā)現(xiàn)環(huán)番化合物能識別包括乙酰膽堿在內(nèi)的季銨離子。l e h n 等 2 1 2 3 1 從1 9 8 4 年到1 9 9 4 年連續(xù)報道了三個帶有羧基的環(huán)番化合物1 5 、1 - 6 和1 - 7 ( 圖1 2 ) ，這幾個化合物不但在水中有較好的溶解性，而且對乙酰膽堿的識別能 力逐漸增強。 杯芳烴同樣可以通過羧基化增強水溶性。a r e n e 2 4 1 等合成并研究了兩種水溶 性杯芳烴1 8 和1 9 ( 圖1 3 ) 在中性條件下與三甲基苯基銨( t m a ) 、芐基- - - e o 基銨 f b t m a ) 和對硝基苯基三甲基銨( b t m a n ) j j n 離子的配位作用。 r 2 n h 2 r = c h 2 c 0 2 n a 1 1 0 i - ! i 圖1 4 深 ：袋型的人工受體1 1 0 和1 - 1 1 除了通過磺酸化和羧基化來改善杯芳烴的水溶性，也有通過磷酸化改進杯芳 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展曾少高 烴水溶性的報道。m a x i ma 1 2 7 等合成了在杯芳烴的羥基進行磷酸化的新型水溶 性杯芳烴l 一1 2 ( 圖1 5 ) 。這些化合物帶有一個以上的磷酸，每個磷酸的p 墨值為 2 8 5 3 1 0 ，所以它們在中性水溶液中可離解成負離子而溶解于水。 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 圖1 5 杯芳烴磷酸化衍生物1 1 2 a f i b 甜 b 圖1 6 杯芳烴一環(huán)糊精偶合體1 1 3 及其自組裝 在杯芳烴中接上具有大量親水性的基團也可以增強其水溶性。如r e i n h o u d t 妒。眵。 移 黟。 臀e 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 d n 【2 8 ，2 9 1 等人在杯芳烴的上緣通過胺化接上環(huán)糊精，獲得了具有多點識別能力 和較好水溶性的偶合體1 1 3 ( 圖1 6 ) 。該化合物具有兩親性，在水溶液中可形成 “泡囊”聚集體。帶有丹?；? 圖1 6 中a ) 的橋聯(lián)環(huán)糊精一杯芳烴衍生物1 - 1 3 a 無論有沒有客體分子存在，它在水溶液中都先進行自包結( a ) ，然后通過分子問 作用力形成雙層泡囊( b ) ；與此相反，帶有2 一氨基萘基團的橋聯(lián)環(huán)糊精一杯芳烴 衍生物1 - 1 3 b 則可以通過分子問的組裝形成纖維狀的主一客體配合物( c ) ( 圖 1 6 ) 。這些結果不僅對于研究生物膜的結構和功能，而且對化學傳感技術以及藥 物分子的捕獲與釋放研究均具有重要意義。 1 2 攜帶光學信號發(fā)生體的杯芳烴 杯芳烴攜帶上光學信號發(fā)生體后不但可用于光學檢測法靈敏快捷地對杯芳 烴的性能與應用進行研究，還可望得到實用的光學分子器件，如熒光感應器等。 而且，這些光學信號發(fā)生體多為稠環(huán)基團，如萘基、芪基、蒽基以及較為常見的 芘基等，也是具有豐富的n 電子的基團，不但可以擴大杯芳烴的空腔，還可以增 加體系的n 電子，大大增強該類杯芳烴對季銨陽離子的陽離子呵鍵作用。 在杯芳烴上接上萘基或萘基衍生物( 如喹啉、丹?；? 是使杯芳烴具有光學 信號的一種常見方式。m y r o s l a vo 3 0 l 等人( 圖1 6 ) 合成了在杯芳烴下緣分別攜 帶有l(wèi) 至4 個l ，8 亞酰胺萘基的杯【4 】芳烴1 - 1 4 1 7 和通過二亞酰胺二萘嵌苯連接 起來的二杯【4 】芳烴卜1 8 ( 圖1 7 ) 。二萘嵌苯亞酰胺染料具有熒光性質，且能 夠通過氧還反應成環(huán)、成枝狀、多聚化、成液晶，所以能共價連接或自組裝而應 用于半微量檢測。從幾何的角度，二萘嵌苯亞酰胺染料具有納米大小的平面可使 功能化后的杯芳烴作為更好的自組裝組塊。因此，作者在杯芳烴下緣接上二酰胺 基萘和二萘嵌苯亞酰胺，不但使杯芳烴的空腔擴大，更使之成為具有光學性能的 感應器和作為更大的染料體組裝塊。作者還發(fā)現(xiàn)由于1 - 1 8 a 上的富電子的杯芳烴 是一個熒光淬滅劑，使1 - 1 8 a 因光誘導電子轉移而使二萘嵌苯的熒光被淬滅。 1 - 1 8 b 上雖然也有富電子的杯芳烴，但其萘環(huán)上接有富電子的對苯叔丁基，故不 易產(chǎn)生光誘導電子轉移，從而有強烈的熒光吸收。據(jù)此，作者認為化合物1 - 1 8 a 和1 - 1 8 b 具有在熒光感應器方面的應用。 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展曾少高 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 圖1 7 酰胺禁基化的杯芳烴i - 1 4 - - 1 8 l e r a yi 1 等人分別通過單取代和全取代叔丁基杯【4 】芳烴的羥基，接上帶有 吸電子一羰基和供電子基一甲氧基的萘基，合成了單萘基叔丁基杯 4 】芳烴i - 1 9 和四萘基叔丁基杯【4 】芳烴l 2 0 ( 圖1 8 ) 。 m 筍m 箍。 1 - 1 9c a l i x - a m n l 1 - 2 0c a l l x _ a m n 4 圖1 8 單萘基叔丁基杯【4 】芳烴1 1 9 和四萘基叔丁基杯【4 】芳烴1 - 2 0 萘基在兩端的供電子基和吸電子基的共同作用下，通過光誘導電荷遷移 ( 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 作用而具有熒光性質。當這兩個功能化杯芳烴 分別結合陽離子后，由于光誘導電子遷移( 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 用使化合物的熒光大大增強而呈現(xiàn)熒光“開關”現(xiàn)象。其中，四萘基杯【4 】芳烴 1 2 0 在乙醇一水溶液中對n a + 、k + 、l i + 、c a 2 + 和m 9 2 + 均有較高的選擇識別性， p l，一書，時 ， 4 批1力沁一妙貓 挑泰磐鐘愀塞吼 r，、，贍 k 心 m輕惝 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 對n a + 的識別選擇性更是其余幾種金屬離子的4 0 0 倍以上。 m 6 t i v i e rr 【3 2 i 等人則分別通過對稱雙取代和全取代叔丁基杯【4 】芳烴的羥基， 接上帶有吸電子一磺?；凸╇娮踊欢装坊妮粱坏せ酋；?，合成了雙丹 磺?；宥』? 】芳烴1 2 l 和四丹磺?；宥』? 】芳烴1 - 2 2 ( 圖1 9 ) 。作者 發(fā)現(xiàn)，化合物1 2 l 對f i 9 2 + 具有比對n a + 、c 、c a 2 + 、c u 2 + 、z n 2 + 、c d 2 + 和p b 2 + 更高的選擇性識別( 檢測限達1 0 7 m o l l ) ；而且與h 9 2 + 所形成的1 ：l 配合物可 使化合物1 2 l 的熒光被淬滅，原因在于具有較大體積的h 9 2 + 處于兩個丹磺酰基 所形成的“墻”的包圍中，丹磺?；碾娮愚D移到金屬離子中心而導致熒光淬滅。 化合物1 2 2 則對p b 2 + 具有更高的選擇識別性，原因則是配合物中的p b 2 + 雖處于 四個丹磺?；皦Α卑鼑?，但其價電子層還有一對電子，縮短了p b 2 + 與丹磺酰 基的p b - - n 鍵長，提高了化合物1 2 2 對p b 2 + 的配位能力。 l _ 2 3c - d i x - q u i a o f i a e l 圖1 1 0 單喹啉基叔丁基杯 4 】芳烴1 2 3 和l - 2 4 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展曾少高 化合物1 2 3 和l - 2 4 均有較好的熒光性，相對其它堿金屬離子和堿土金屬離 子而言，對n a + 具有最高的選擇性；與鑭系金屬離子中的n d 3 + 、y b 3 + 和e r 3 + 形成 配合物時具有較好的發(fā)光性。 在杯芳烴接上比萘基體積更大，更富電子的葸類基團不但可以更大的擴大杯 芳烴的空腔和提高光學性能。呂鑒泉口4 l 等通過取代杯芳烴苯環(huán)氫接上四個蒽醌 偶氮基，合成了四個蒽醌偶氮基杯芳烴1 2 5 ( 圖1 1 1 ) 。該化合物具有較好的熒 光性，通過熒光法檢測其對堿金屬離子的識別性能發(fā)現(xiàn)鈉離子能淬滅其熒光。 r e i n h o u d td n 3 5 】等通過取代杯芳烴的羥基氫，接上羧基或酰胺基和帶有類似蒽 基結構的熒光基團，合成了系列能與稀土金屬離子n d 3 + 和e r 3 + 配位的熒光性杯芳 烴l - 2 6 、l - 2 7 ( 圖1 1 1 ) 。這些化合物與n d ”形成的配合物使n d ”的電磁譜在 近紅外區(qū)域的發(fā)光強度增加到7 倍，而且在電磁譜的可見光區(qū)域有激發(fā)；而這些 化合物與e r 3 + 形成的配合物僅是在激發(fā)狀態(tài)時才觀察到e r h 的發(fā)光。 o 1 - 1 6r = 口a x = 6 油x = 3 l 2 7r = n e 0 x ；6 圖1 1 l 葸類基團修飾的杯芳烴1 1 2 5 2 7 在杯芳烴接上芘基是一種很常見的功能化手段。韓國的j o n gs e u n gk i m 3 9 1 在這方面做了大量的研究工作。2 0 0 2 年，他們【3 6 j 合成了系列帶有芘熒光基團的 杯芳烴冠醚衍生物1 2 8 - , 3 0 ( 圖1 1 2 ) ，并研究了三個化合物與不同金屬離子的配 位所導致的熒光變化情況。金屬離子可根據(jù)自身大小選擇性的結合到這三個化合 物中杯上緣或下緣的冠醚環(huán)中。當結合到下緣的帶芘基的冠醚環(huán)時，能使芘基的 熒光增強。結果顯示，c u 2 + 。k + 、p b 2 + 和r b + 能使化合物1 2 8 顯示強烈的螯合致 熒光增強效應( 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 效應) ，a g + 、c 0 2 + 貝 j 使 驢。硬釜。良 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 之顯示相對弱的c h e f 效應；化合物1 2 9 對a g + 、c 0 2 + 、c u 2 + 和p b 2 + 顯示了相似的 c h e f 效應，但對k 十和r b + 卻沒有c h e f 效應。這說明，化合物1 2 9 上緣的冠醚環(huán) 對k + 和r b 十更適合，而下緣的氮雜冠醚環(huán)對c u ”和p b 2 + 更適合?；衔? - 3 0 在加 入a g + 后，c h e f 效應使化合物1 - 3 0 熒光增強，但再加入k + 卻不見熒光減弱，說明 化合物1 - 3 0 的上緣冠醚環(huán)相對化合物1 - 2 9 更大而與k + 的結合強度弱于下緣冠醚 環(huán)與a 一的結合強度，故不能競爭出結合在下緣冠醚環(huán)的a g + 。2 0 0 3 年，他們h 7 j 在化合物1 2 9 - 與a g + 與的配合物q 舯, - - 氟乙酸，發(fā)現(xiàn)帶芘基的氮雜冠醚環(huán)上的 n 原子可以質子化，形成季銨離子，使芘基熒光強度大大增強( 圖1 1 3 ) 。 r 、 l _ 2 9 l - 3 0 圖1 1 2 杯芳烴冠醚衍生物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 。礦h + 圖1 1 3 季銨離子的形成和熒光增強過程 2 0 0 3 年，他，| f 1 3 7 又合成了一個在上緣帶有蒽的冠醚環(huán)和下緣帶有氮雜冠醚 的新杯芳烴1 - 3 1 ( 圖1 1 4 ) 。通過加入金屬離子后化合物的熒光變化情況和金屬 離子競爭實驗發(fā)現(xiàn)該化合物對c s + 、r b + 和k + 有很強的c h e f 效應。 ，移 ，-力r露強 h 一 1 薹| 一 鼎 m 蟹靜 囝一 ； 蟄 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展曾少高 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 + 圖1 1 4 杯芳烴冠醚衍生物1 - 3 1 及其金屬離子競爭實驗 0 燃寺 o f m 圖1 1 5 新型熒光化學感應器1 3 2 及其開關過程 2 0 0 4 年，在前面的工作的基礎上他們弛1 又報道了一種新型的熒光化學感應 器1 - 3 2 ( 圖1 1 5 ) 的合成和檢測。與前面的金屬離子競爭實驗一樣，作者利用 p b 2 + 與k + 的競爭結合導致感應器的熒光淬滅和再生，說明了化合物1 - 3 2 作為新 型熒光化學感應器的開關過程( 圖1 1 5 ) 。 l _ 3 3 圖1 1 6 雙功能化學感應器1 - 3 3 1 0 - 跫臀。 rk 單 蕃跫鑼 一v 戈 霧 q 咚o 、b 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 曾少高 ，2 0 0 5 年，他們p 川又報道了一種既能結合陽離子也能結合陰離子的雙功能化 學感應器1 - 3 3 ( 圖1 1 6 ) ，使該類化合物的功能更加強大，應用更廣。 1 3 攜帶手性識別體的杯芳烴 攜帶了手性基團杯芳烴可實現(xiàn)其對手性客體的手性識別。手性功能化的位置 可在杯芳烴的酚羥基上，也可在亞甲基橋上。 1 - 3 1 b r 1 = i r l f x - m e t h y l b o n z y t 彈= 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 圖1 1 7 杯芳烴手性衍生物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 年首次報道了通過對映選擇性合成在杯 芳烴上接上了手性基團，以較高產(chǎn)率獲得具有手性識別功能的杯芳烴衍生物 1 3 4 、1 3 5 ( 圖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 】芳烴的四 個羥基接上不同的基團而使整個杯芳烴l - 3 6 ( 圖1 1 8 ) 具備手性，該化合物空腔 口的基團排布( 圖1 1 8 a ) 顯示其為具有手性識別功能的杯芳烴。實驗證明，該 杯芳烴能選擇性識別與手性芐胺形成鹽1 - 3 6 b ( 圖1 1 8 ) 。 l 一3 6r = q 0 ) p h a l 一3 6 br = c ( o ) e h 圖1 1 8 杯芳烴手性衍生物1 - 3 6 及其鹽 ， 2 0 0 2 年，b r u n ob o a a 【4 1 1 等在間苯二酚杯【4 】芳烴的亞甲基橋上接上手性纈氨 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 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烴1 - 3 7 ( 圖1 1 9 ) 。作者采用離 子交換法測定了手性杯芳烴1 - 3 7 對不同氨基酸的識別能力。結果表明，對不同 的氨基酸，手性杯芳烴1 - 3 7 對丙氨酸的兩種對映異構體的選擇性比色氨酸更高： 對構型同為d - 型的氨基酸來說，1 - 3 7 對月氨基酸的識別能力高于孓氨基酸；對 構型同為上一型的氨基酸來說，1 - 3 7 對譬氨基酸的識別能力高于r 氨基酸：而對 d - 、上- 構型而言， 1 - 3 7 對d 丙氨酸的識別能力高于j 己丙氨酸，但是色氨酸的 情況相反( 表1 1 ) 。手性杯芳烴1 - 3 7 可望應用于氣相手性識別及作為酶催化劑。 豳1 1 9 手性杯芳烴1 - 3 7 表l 1 手性杯芳烴1 - 3 7 對兩種氨基酸的選擇性 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 塒如 1 1 土0 10 8 士o il 2 土0 10 9 土0 1 1 4 杯芳烴的其它功能化 除上述功能化修飾方式外，關于杯芳烴的其它功能修飾也有大量報道。如作 為第一代超分子主體化合物的冠醚或雜氮冠醚，由于其雜原子的富電子性和冠醚 環(huán)大小的易調整性，常與杯芳烴結合，能較好的識別不同半徑和電荷的金屬離子 和季銨離子 4 2 - - 4 6 l 。為擴大杯芳烴的空腔和增加z 電子，常常用磷酰氯或二氯喹 啉取代間苯二酚杯芳烴的鄰位兩羥基，形成具有寬口或“深凹”口袋型杯芳烴 1 - 3 8 a 、1 - 3 8 b 4 “圳( 1 2 0 ) 。還有用鹵代酯取代杯芳烴羥基而合成具有內(nèi)疏水邊 緣親水的“高頸”型杯芳烴1 _ 3 9 1 5 3 , 5 4 1 ( 圖1 2 0 ) 。 意西哿 、 ， 、 ， 擴。弋 f 飛 收蠢瀑囂簪 r 等，麓害v 2 0 0 6 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 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 剛h l 撇c h 。一目丫目 o h 丫“ o 1 3 8 b 圖1 2 0 其它功能化杯芳烴1 - 3 8 幣i1 3 9 綜上所述，作為第三代超分子化學主體化合物的杯芳烴由于其自身獨特的結 構及豐富的可塑性顯示了其在人工受體、超分子器件等方面巨大的潛在應用價 值。 參考文獻： 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 年中山大學碩士學位論文：第一章杯芳烴的功能化修飾研究進展 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