何琴, 馬翠廣, 段文貴, 劉陸智

(廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 廣西 南寧 530004)

柱芳烴是一種新型的大環(huán)主體,具有柱狀結(jié)構(gòu)和富電子空穴[1-6]。由于柱芳烴可以進行簡單而靈活的改性,使各種官能團方便地連接到柱芳烴的邊緣,為不同的客體提供合適的作用位點,因此,在過去的幾年中,柱芳烴已經(jīng)呈現(xiàn)出有趣而獨特的主客識別性質(zhì)。特別是在納客體系[7-9]、超分子聚合物[10-12]、生物成像[13-14]、藥物緩釋[15-18]、輪烷或準(zhǔn)輪烷[19-25]、超分子有機框架(SOFs)[26-32]和催化[33-34]等諸多領(lǐng)域。隨著對柱芳烴的深入研究,對柱芳烴進行功能化修飾以及主客體作用研究其平面手性以及自組裝的化學(xué)報道越來越多。誘導(dǎo)、控制柱芳烴的平面手性,以及拆分、檢測不同構(gòu)型的柱芳烴,已經(jīng)成為了許多研究的熱點方向。

手性是生物體和自然的一個基本特征,是指物質(zhì)具有與其鏡像對稱但不能重合的特性,具備這種特性的物質(zhì)稱之為手性物質(zhì)[35]。近年來,核磁共振波譜法(nuclear magnetic resonance, NMR)常常用于手性分子的光學(xué)純度的測定。由于具有無需分離純化、操作簡便、測定速度快等優(yōu)點, 因此NMR法測定手性分子的光學(xué)純度和構(gòu)型已成為重要的研究領(lǐng)域。與其他大環(huán)體系相比,平面手性是柱芳烴衍生物的一個獨特性質(zhì)。在手性客體分子的絡(luò)合作用下,客體分子的手性會轉(zhuǎn)移到柱芳烴主體,相應(yīng)的圓二色譜(CD)信號也會被放大。目前許多大環(huán)化合物如冠醚、環(huán)糊精和杯芳烴,經(jīng)過功能化處理,不僅能夠用于手性化合物的鑒別,而且也在手性色譜上具有良好的拆分性能。而功能化柱芳烴,雖然擁有優(yōu)秀的分子識別能力和帶有平面手性的特點,該類化合物在手性識別中具有廣泛的應(yīng)用前景;但是目前關(guān)于柱芳烴作為手性試劑用于識別手性客體的報道卻寥寥無幾。相對于其他傳統(tǒng)大環(huán)分子而言,柱芳烴的主客體化學(xué)更吸引科研究學(xué)者們的興趣。在眾多的柱[5]芳烴至柱[15]芳烴中,柱[5]芳烴因制備容易、設(shè)計多樣而研究最為廣泛,因此如何拓展柱芳烴的主客體作用,使柱[5]芳烴能夠?qū)κ中钥腕w產(chǎn)生識別能力在超分子化學(xué)上的深入研究具有重要且深遠的意義。本文將D型和L型絡(luò)氨酸結(jié)構(gòu)引入到柱[5]芳烴,設(shè)計合成了2種酪氨酸基柱[5]芳烴D-MPC-8和L-MPC-8。然后選擇α-萘乙胺(G1)為模板客體,利用NMR法考察了D-MPC-8、L-MPC-8作為NMR手性溶劑化試劑對伯胺的手性識別性能。柱[5]芳烴手性試劑的合成路線及客體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 柱[5]芳烴手性試劑的合成路線及客體結(jié)構(gòu)Fig.1 Synthetic route and guest structure of pillar [5] arenes chiral reagent

1 實驗

1.1 主要儀器和試劑

紅外光譜儀(Nicolet iS 50 FT-IR型,美國Thermo Scientific公司);超核磁共振儀(AVANCE AV 600 MHz型,瑞士Brucker公司 );全自動熔點儀(MP420型,濟南海能儀器股份有限公司);超高效液相-質(zhì)譜聯(lián)用儀(UPLCI-CLASS-XEVOG2-XSQTOF型,美國WATERS公司)。

1,4-二甲氧基苯、對苯二酚(上海阿拉丁有限公司購);酪氨酸以及苯乙胺類衍生物(上海泰坦科技股份有限公司)。實驗原料均為分析純。

1.2 柱芳烴的合成

化合物1的合成[36]。在500 mL雙口燒瓶中加入碳酸鉀15.06 g (108.98 mmol)、碘化鉀18.09 g (108.98 mmol)、無水丙酮200 mL,安裝冷凝回流裝置,再加入1,8-二溴辛烷20.07 mL (108.98 mmol),充氮氣保護反應(yīng)體系,油浴鍋攪拌加熱至回流。丙酮溶解3.0 g (27.24 mmol)對二苯酚至60 mL,緩慢滴加對苯二酚的丙酮溶液至500 mL的三口燒瓶中,滴加完畢回流反應(yīng)72 h,采用TCL跟蹤反應(yīng)進程。反應(yīng)完成后,將反應(yīng)后的溶液抽濾,用二氯甲烷洗滌,收集濾液。再加入適量去離子水分液多次并收集有機層。無水硫酸鈉干燥后旋干濃縮,通過柱層析法分離,使用石油醚與乙酸乙酯的體積比為5∶1的混合液洗脫,得到產(chǎn)率為85%的白色固體1。

化合物2的合成[36]。在500 mL雙口燒瓶中加入化合物1(6.07 mmol) 3.0 g、1,4-二甲氧基苯3.37 g (24.37 mmol)、多聚甲醛914.80 mg (30.47 mmol)、1,2-二氯乙烷250 mL,在30 ℃下攪拌溶解后加入三氟化硼乙醚7.72 mL (30.47 mmol)反應(yīng)2 h,TCL跟蹤反應(yīng)完成加去離子水猝滅。分液并收集有機層,無水硫酸鈉干燥,濃縮。通過柱層析法分離,使用二氯甲烷與石油醚的體積比為5∶1的混合液洗脫,得到產(chǎn)率為29.8%的白色固體2。

柱芳烴MTP-8的合成[36]。將化合物2(0.5 mmol) 600 mg、801.8 mg (2.71 mmol)D型或者L型Boc保護的酪氨酸甲酯、碳酸鉀750.4 mg (5.43 mmol)、碘化鉀450.7 mg (2.71 mmol)加入50 mL單口燒瓶中,再加入乙腈25 mL溶解,攪拌回流反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和二氯甲烷萃取分液收集有機相,干燥濃縮。通過柱層析法分離,使用石油醚與乙酸乙酯的體積比為5∶1的混合液洗脫,得到淡黃色油狀產(chǎn)物,減壓蒸餾后得到產(chǎn)率為78.5%的白色固體MTP-8。

柱芳烴MPC-8的合成[36]。 在200 mL的單口燒瓶中加入D型或者L型的化合物MTP 100 mg (65.19 μmol)和甲醇30 mL,加熱時化合物MTP在甲醇中溶解。取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氧化鈉溶液200 μL加入到甲醇溶液中,攪拌回流12 h,TCL跟蹤反應(yīng)完成。反應(yīng)結(jié)束后加入去離子水100 mL,用鹽酸稀釋溶液調(diào)pH至2～3,即可析出白色固體,過濾,濾餅用去離子水多次洗滌,冷凍干燥,得到產(chǎn)率為80.5%的白色固體MPC-8。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物的表征

化合物2:1H-NMR (600 MHz, CDCl3),δ: 6.96(t,J=3.93 Hz, 2H), 6.92(m, 8H), 3.94(m, 4H), 3.91～3.70(m, 40H), 1.83(dt,J=16.0 Hz, 4H), 1.49(m, 4H), 1.33(m, 8H), 1.18(m, 4H), 1.13(m, 4H)。13C-NMR (151 MHz, CDCl3),δ: 150.32, 150.18, 149.33, 128.28, 128.08, 128.06, 128.01, 127.95, 127.87, 113.89, 113.49, 113.04, 112.92, 77.27, 77.05, 76.84, 67.95, 55.48, 55.37, 55.33, 55.29, 55.26, 33.89, 33.19, 32.15, 29.28, 29.09, 29.02, 27.85, 27.19, 25.58。

2.2 產(chǎn)物的波譜分析

D-MPC-8的紅外譜圖如圖2所示。從中可見,1 715.26 cm-1為柱[5]芳烴的羧基振動吸收峰和Boc羰基吸收振動峰,BocNH的N—H振動吸收峰在3 442.39、 2 855.16 cm-1, 2 937.41 cm-1為甲基和亞甲基的伸縮振動峰,D-MPC-8的1H NMR譜圖如圖3所示。從圖中可見,柱芳烴芳環(huán)上的質(zhì)子氫化學(xué)位移δ為6.80～7.08,表明MPC-8已成功合成。

圖2 D-MPC-8的紅外譜圖Fig.2 Infrared spectrum of D-MPC-8

圖3 D-MPC-8的1H NMR譜圖Fig.3 1H NMR spectrum of D-MPC-8

2.3 柱[5]芳烴的手性性能研究

為了探索手性柱[5]芳烴衍生物的手性識別,首先選擇D-MPC-8作為CSA,通過1H NMR譜圖表征了G1的手性識別性能。D-MPC-8體系的部分1H NMR譜圖如圖4所示。由圖中可見,D-MPC-8(5.98 mm)與外消旋G1以物質(zhì)的量比為1∶1混合作用后,G1的H4在δ(0.194)處發(fā)生了明顯的高場位移,并裂分成2組基線完全分離且積分比為1∶1的雙重峰,這2組峰可歸屬為G1對映體的R—H4和S—H4。通過D-MPC-8分別與R-G1和S-G1作用的1H NMR比較,發(fā)現(xiàn)G1與D-MPC-8作用后,S—H4的化學(xué)位移相比較R—H4移向更高場(●表示S構(gòu)型,△表示R構(gòu)型)。結(jié)果表明D-MPC-8對G1具有良好的手性識別性能。

圖4 D-MPC-8體系的部分1H NMR譜圖Fig.4 Partial 1H NMR spectra of D-MPC-8

L-MPC-8體系的部分1H NMR譜圖如圖5所示。從圖中可見,與D-MPC-8類似,L-MPC-8對G1具有手性識別性能,主客體以物質(zhì)的量比為1∶1作用后,H4在δ(0.194)發(fā)生了明顯的高場位移,并裂分成2組積分比為1∶1的雙重峰,R—H4的化學(xué)位移相比較S—H4處于更高場,與D-MPC-8?G1體系剛好相反,表明D-MPC-8與L-MPC-8的手性識別性能具有較好的互補性。據(jù)此,聯(lián)合使用D型和L型柱芳烴建立一種簡單的方法來確定G1的絕對構(gòu)型,即當(dāng)ΔδH4(D-L)(客體G1與D-MPC-8作用后H4的化學(xué)位移δH4-客體G1與L-MPC-8作用后H4的化學(xué)位移δH4)=-0.030 2<0時,G1為S構(gòu)型;當(dāng)ΔδH4(D-L)=+0.020 6>0時,G1為R構(gòu)型。客體H4的1H NMR譜圖如圖6所示。

(a) L-MPC-8;(b) 外消旋G1;(c) L-MPC-8?S-G1體系;(d) L-MPC-8?R-G1體系;(e) L-MPC-8?G1。

(a) S-G1與MPC-8作用 (b) R-G1與MPC-8作用

3 結(jié)語

本文合成了2種不同構(gòu)型的酪氨酸基柱[5]芳烴,它們可以作為CSAs對G1具有良好的手性識別性能和互補性。此外,聯(lián)合使用D型和L型柱芳烴建立一種簡單的方法成功地確定了G1的絕對構(gòu)型,本研究將為柱芳烴基手性識別試劑的研發(fā)提供了新的方法和參考。