張小強(qiáng)， 梅青剛， 石治川， 吳 雙， 趙志剛

(1． 西南民族大學(xué) a. 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院; b. 電氣信息工程學(xué)院,四川 成都 610041)

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

CompabcdXHOHHHYHHOHHZHHHOH

Scheme1

隨著人們環(huán)保意識(shí)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(jī)反應(yīng)具有清潔、快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已成為有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)[6]。我們課題組對(duì)利用微波輻射無溶劑技術(shù)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(jìn)展[7～9]。

本文在微波無溶劑條件下，以對(duì)苯二甲酰氯為隔離基，膽甾(2)為手臂，固體K2CO3為載體，設(shè)計(jì)并合成了4個(gè)新型的手性芳雜環(huán)分子鉗人工受體(3a～3d， Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR, MS和元素分析表征。考察了微波輻射條件對(duì)反應(yīng)的影響,并用UV-Vis初步研究了3a～3d對(duì)客體氨基酸甲酯的對(duì)映選擇性識(shí)別性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

X-4型數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正)；Varian INOVA-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；PERKIN-ELMER1700型紅外光譜儀(KBr壓片)；FINNIGAN-LCQ型質(zhì)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(yīng)器(2450 MHz)。

2a～2d按文獻(xiàn)[9～11]方法合成，其余所用試劑均為市售化學(xué)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(duì)苯二甲酸3 g， SOCl25 mL及2滴催化劑DMF，攪拌下于50 ℃～60 ℃反應(yīng)3 h。減壓蒸除過量SOCl2得油狀物對(duì)苯二甲酰氯粗品(直接用于下步反應(yīng))。

在圓底燒瓶中依次加入對(duì)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(yīng)4 min～ 5 min(TLC監(jiān)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(jīng)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(guī)合成通法

在圓底燒瓶中依次加入對(duì)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(yīng)24 h(TLC監(jiān)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(duì)客體氨基酸甲酯的識(shí)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(shù)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(qū)的干擾，采用相同濃度的客體氯仿液作參比，同時(shí)為排除體積變化對(duì)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(jié)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(xì)考察微波輻射功率、輻射時(shí)間及載體種類對(duì)反應(yīng)的影響。

(1) 微波輻射功率

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

表 1 微波輻射功率對(duì)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(yīng)條件同1.2

(2) 微波輻射時(shí)間

微波輻射功率450 W，其余反應(yīng)條件同1.3，考察微波輻射時(shí)間對(duì)3c收率的影響,結(jié)果見表2。 由表2可見，輻射時(shí)間以4 min為宜，時(shí)間過短，反應(yīng)不完全；時(shí)間過長使反應(yīng)物碳化，收率降低。

表 2 微波輻射時(shí)間對(duì)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(yīng)條件同1.3

表 3 載體種類對(duì)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(yīng)條件同1.3

(3) 載體

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

2．2 微波干法和常規(guī)合成法的比較

3的微波干法和常規(guī)法的比較結(jié)果見表4。由表4可見，微波無溶劑法與一般常規(guī)溶劑反應(yīng)方法比較具有以下優(yōu)勢：(1)避免了有機(jī)溶劑的使用，減少了對(duì)環(huán)境的污染；(2)反應(yīng)速率增大了288倍～360倍，大大的縮短了反應(yīng)時(shí)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(guī)合成法的比較*Table 4 Comparison of synthetic methods between microwave irradiation and conventional heating for 3

*反應(yīng)條件：微波干法同1．3，常規(guī)法同1．4；**常規(guī)法反應(yīng)時(shí)間與微波干法反應(yīng)時(shí)間之比

2．3 3對(duì)客體的識(shí)別性能

表5 3對(duì)客體的識(shí)別性能
Table5 Recognition performance of3on object

結(jié)合常數(shù)/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(duì)客體氨基酸甲酯的識(shí)別性能，測定了其結(jié)合常數(shù)(Ka)和自由能變化(-△Go)(表5)。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:3對(duì)D/L-氨基酸甲酯顯示良好的手性識(shí)別性能，其與L-氨基酸甲酯的結(jié)合常數(shù)KL大于與相應(yīng)的D-氨基酸甲酯的結(jié)合常數(shù)KD。如3b與L-氨基酸甲酯和D-氨基酸甲酯的結(jié)合常數(shù)分別為599 L·mol-1和167 L·mol-1，其對(duì)映選擇性KL/KD值為3.6，這種對(duì)映選擇性可望在對(duì)映選擇性萃取和手性拆分等方面具有應(yīng)用前景。

[1] Davis A P. Anion binding and transport by steroid-based receptors[J].Coordination Chemistry Reviews,2006,250:2939-2950.

[2] Tewari A K, Dubey R. Emerging trends in molecular recognition:Utility of weak aromatic interactions[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry,2008,16:126-143.

[3] 牟其明，彭游，趙志剛，等. 芳雜環(huán)類多重氫鍵分子鉗人工受體研究新進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué)，2004，24(9)：1018-1028.

[4] Benito J M, Gomez M, Mellet C O,etal. Carbohydrate-based receptors with multiple thiourea binding sites.Multipoint hydrogen bond recognition of dicarboxylates and monosaccharides[J].J Org Chem，2001,66:1366-1372.

[5] 唐曉麗，趙志剛，曾碧濤. 手性不對(duì)稱脲聯(lián)苯二甲酸分子鉗的設(shè)計(jì)合成[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2007，19(1):64-68.

[6] Ploshettiwar V, Varma R S. Microwave-assisted organic synthesis and transformations using benign reaction media[J].Acc Chem Res，2008,41：629-639.

[7] Zhao Z G, Li X L, Zhou C E. K2CO3catalyzed solvent-free synthesis of molecular tweezers containing chiral unsymmetrical urea unit under microwave irradiation[J].Chinese Chemical Letters,2007,18(9):1067-1070.

[8] Zhao X X, Zhao Z G, Liu X L,etal. Rapid and efficient synthesis of new chiral aromatic amide molecular tweezers under solvent-free conditions using microwave[J].Chinese Chemical Letters,2009,20(4):397-400.

[9] 易奉敏，趙志剛，陳靜，等. 豬去氧膽酸分子裂縫的微波合成[J].合成化學(xué)，2008,16(4):423-427.

[10] 陳靜，趙志剛，劉興利，等. 脫氧膽酸裂口分子的微波合成[J].合成化學(xué)，2008,16(1):28-32.

[11] 周彩娥，趙志剛，唐曉麗. 新型手性不對(duì)稱脲石膽酸分子裂縫的設(shè)計(jì)合成[J].有機(jī)化學(xué)，2007，27(4):513-518.