新型手性芳雜環分子鉗人工受體的微波干法合成*

張小強， 梅青剛， 石治川， 吳 雙， 趙志剛

(1． 西南民族大學 a. 化學與環境保護工程學院; b. 電氣信息工程學院,四川 成都 610041)

鉗形人工受體以其靈活的結構以及易于將功能團聚集在受體與底物結合的活性部位上等特點，在分子識別、分子器件、新藥開發、仿酶催化等領域引起人們極大的興趣[1，2]。芳雜環具有剛性的分子骨架，是構筑分子鉗的理想結構單元。 近年來,文獻報道了一系列以芳雜環為隔離基的分子鉗，并考察了它們對中性分子、陰離子的識別配合性能[3]。但縱觀國內外文獻，芳雜環分子鉗的手臂以非手性居多，手性手臂的報道較少[4，5]。鑒于手性識別在生命過程中的重要作用，因而設計合成手性手臂的芳雜環分子鉗受體，用于選擇性識別生命過程中的手性生物分子具有重要的理論和實際意義。

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Scheme1

隨著人們環保意識的提高，綠色合成方法越來越受到重視。微波輻射無溶劑條件下的有機反應具有清潔、快速、高效、經濟等優點，已成為有機化學領域中的研究熱點[6]。我們課題組對利用微波輻射無溶劑技術合成分子鉗人工受體方面有著濃厚的研究興趣，并取得了可喜的研究進展[7～9]。

本文在微波無溶劑條件下，以對苯二甲酰氯為隔離基，膽甾(2)為手臂，固體K2CO3為載體，設計并合成了4個新型的手性芳雜環分子鉗人工受體(3a～3d， Scheme 1)，其結構經1H NMR， IR, MS和元素分析表征。考察了微波輻射條件對反應的影響,并用UV-Vis初步研究了3a～3d對客體氨基酸甲酯的對映選擇性識別性能。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

X-4型數字顯示顯微熔點儀(溫度計未經校正)；Varian INOVA-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；PERKIN-ELMER1700型紅外光譜儀(KBr壓片)；FINNIGAN-LCQ型質譜儀；Carlo-Erba-1106型元素分析儀；SANYO牌EM-202MSI型700 W家用微波爐改造的微波反應器(2450 MHz)。

2a～2d按文獻[9～11]方法合成，其余所用試劑均為市售化學純或分析純。

1．2 3的微波干法合成通法

在圓底燒瓶中加入對苯二甲酸3 g， SOCl25 mL及2滴催化劑DMF，攪拌下于50 ℃～60 ℃反應3 h。減壓蒸除過量SOCl2得油狀物對苯二甲酰氯粗品(直接用于下步反應)。

在圓底燒瓶中依次加入對苯二甲酰氯0.5 mmol，21.2 mmol，載體(固體K2CO3)1 g及無水吡啶0.2 mL，充分混合均勻后置于微波爐中(外接干燥管)，于450 W間歇式微波輻射反應4 min～ 5 min(TLC監測)。用二氯甲烷(3×5 mL)萃取，合并萃取液，依次用10%NaHCO3(2×10 mL)，飽和食鹽水溶液(2×10 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥；減壓脫溶得粗品，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)∶V(乙酸乙酯)=7 ∶1 ～ 4 ∶1]分離得3。

1．3 3的常規合成通法

在圓底燒瓶中依次加入對苯二甲酰氯0.5 mmol，無水氯仿20 mL, 2 1.2 mmol及無水吡啶0.2 mL，攪拌下回流反應24 h(TLC監測)。減壓蒸除氯仿，殘余物用20 mL二氯甲烷溶解；后處理同1．2制得3a～3d。

1.4 3a～3d對客體氨基酸甲酯的識別性能測定

以氯仿為溶劑，配制c(3)在1×10-5mol·L-1～10×10-5mol·L-1(由主體摩爾消光系數的大小決定所配溶液濃度的大小)，不斷加入客體分子[c(氨基酸甲酯)在10-4mol·L-1～10-3mol·L-1]，測定各組配合物溶液的吸光度值，為消除客體化合物在紫外區的干擾，采用相同濃度的客體氯仿液作參比，同時為排除體積變化對吸光度的影響，主體中加入客體化合物的總體積不超過100μL。

2 結果與討論

2．1 3的微波合成條件選擇

以3c的合成為例，詳細考察微波輻射功率、輻射時間及載體種類對反應的影響。

(1) 微波輻射功率

2 1.2 mmol,其余反應條件同1.2,考察微波輻射功率對3c收率的影響,結果見表1。由表1可見，輻射功率為450 W時，收率最高(90%)。

表 1 微波輻射功率對3c收率的影響*Table 1 Effect of microwave irradiation power on yield of 3c

*2 1.2 mmol,其余反應條件同1.2

(2) 微波輻射時間

微波輻射功率450 W，其余反應條件同1.3，考察微波輻射時間對3c收率的影響,結果見表2。 由表2可見，輻射時間以4 min為宜，時間過短，反應不完全；時間過長使反應物碳化，收率降低。

表 2 微波輻射時間對3c收率的影響*Table 2 Effect of microwave irradiation time on yield of 3c

*微波輻射功率450 W，其余反應條件同1.3

表 3 載體種類對3c收率的影響*Table 3 Effect of supporter on yield of 3c

*于450 W微波輻射4 min，其余反應條件同1.3

(3) 載體

于450 W微波輻射4 min，其余反應條件同1.3，考察不同種類的載體對3c收率的影響，結果見表3。表3結果表明，以中性K2CO3為載體時收率最高(90%)。

綜上所述，微波干法合成3c的較佳條件為：2 1.2 mmol,固體K2CO3作反應載體，于450 W微波輻射4 min，收率90%。

2．2 微波干法和常規合成法的比較

3的微波干法和常規法的比較結果見表4。由表4可見，微波無溶劑法與一般常規溶劑反應方法比較具有以下優勢：(1)避免了有機溶劑的使用，減少了對環境的污染；(2)反應速率增大了288倍～360倍，大大的縮短了反應時間；(3)3的收率得到較大的提高。所以，微波干法是一種簡便安全、快速、高效、綠色化的合成分子鉗人工受體的好方法。

表 4 微波干法和常規合成法的比較*Table 4 Comparison of synthetic methods between microwave irradiation and conventional heating for 3

*反應條件：微波干法同1．3，常規法同1．4；**常規法反應時間與微波干法反應時間之比

2．3 3對客體的識別性能

表5 3對客體的識別性能
Table5 Recognition performance of3on object

結合常數/L·mol-13a3b3c3dL-氨基酸甲酯2145991 1371 108D-氨基酸甲酯161167566672KL/KD1.33.62.01.6

采用UV-Vis考察了3對客體氨基酸甲酯的識別性能，測定了其結合常數(Ka)和自由能變化(-△Go)(表5)。初步實驗結果表明:3對D/L-氨基酸甲酯顯示良好的手性識別性能，其與L-氨基酸甲酯的結合常數KL大于與相應的D-氨基酸甲酯的結合常數KD。如3b與L-氨基酸甲酯和D-氨基酸甲酯的結合常數分別為599 L·mol-1和167 L·mol-1，其對映選擇性KL/KD值為3.6，這種對映選擇性可望在對映選擇性萃取和手性拆分等方面具有應用前景。

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