新型手性芳杂环分子钳人工受体的微波干法合成*

张小强， 梅青刚， 石治川， 吴 双， 赵志刚

(1． 西南民族大学 a. 化学与环境保护工程学院; b. 电气信息工程学院,四川 成都 610041)

钳形人工受体以其灵活的结构以及易于将功能团聚集在受体与底物结合的活性部位上等特点，在分子识别、分子器件、新药开发、仿酶催化等领域引起人们极大的兴趣[1，2]。芳杂环具有刚性的分子骨架，是构筑分子钳的理想结构单元。 近年来,文献报道了一系列以芳杂环为隔离基的分子钳，并考察了它们对中性分子、阴离子的识别配合性能[3]。但纵观国内外文献，芳杂环分子钳的手臂以非手性居多，手性手臂的报道较少[4，5]。鉴于手性识别在生命过程中的重要作用，因而设计合成手性手臂的芳杂环分子钳受体，用于选择性识别生命过程中的手性生物分子具有重要的理论和实际意义。

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Scheme1

随着人们环保意识的提高，绿色合成方法越来越受到重视。微波辐射无溶剂条件下的有机反应具有清洁、快速、高效、经济等优点，已成为有机化学领域中的研究热点[6]。我们课题组对利用微波辐射无溶剂技术合成分子钳人工受体方面有着浓厚的研究兴趣，并取得了可喜的研究进展[7～9]。

本文在微波无溶剂条件下，以对苯二甲酰氯为隔离基，胆甾(2)为手臂，固体K2CO3为载体，设计并合成了4个新型的手性芳杂环分子钳人工受体(3a～3d， Scheme 1)，其结构经1H NMR， IR, MS和元素分析表征。考察了微波辐射条件对反应的影响,并用UV-Vis初步研究了3a～3d对客体氨基酸甲酯的对映选择性识别性能。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

X-4型数字显示显微熔点仪(温度计未经校正)；Varian INOVA-400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；PERKIN-ELMER1700型红外光谱仪(KBr压片)；FINNIGAN-LCQ型质谱仪；Carlo-Erba-1106型元素分析仪；SANYO牌EM-202MSI型700 W家用微波炉改造的微波反应器(2450 MHz)。

2a～2d按文献[9～11]方法合成，其余所用试剂均为市售化学纯或分析纯。

1．2 3的微波干法合成通法

在圆底烧瓶中加入对苯二甲酸3 g， SOCl25 mL及2滴催化剂DMF，搅拌下于50 ℃～60 ℃反应3 h。减压蒸除过量SOCl2得油状物对苯二甲酰氯粗品(直接用于下步反应)。

在圆底烧瓶中依次加入对苯二甲酰氯0.5 mmol，21.2 mmol，载体(固体K2CO3)1 g及无水吡啶0.2 mL，充分混合均匀后置于微波炉中(外接干燥管)，于450 W间歇式微波辐射反应4 min～ 5 min(TLC监测)。用二氯甲烷(3×5 mL)萃取，合并萃取液，依次用10%NaHCO3(2×10 mL)，饱和食盐水溶液(2×10 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥；减压脱溶得粗品，经硅胶柱层析[洗脱剂：V(二氯甲烷)∶V(乙酸乙酯)=7 ∶1 ～ 4 ∶1]分离得3。

1．3 3的常规合成通法

在圆底烧瓶中依次加入对苯二甲酰氯0.5 mmol，无水氯仿20 mL, 2 1.2 mmol及无水吡啶0.2 mL，搅拌下回流反应24 h(TLC监测)。减压蒸除氯仿，残余物用20 mL二氯甲烷溶解；后处理同1．2制得3a～3d。

1.4 3a～3d对客体氨基酸甲酯的识别性能测定

以氯仿为溶剂，配制c(3)在1×10-5mol·L-1～10×10-5mol·L-1(由主体摩尔消光系数的大小决定所配溶液浓度的大小)，不断加入客体分子[c(氨基酸甲酯)在10-4mol·L-1～10-3mol·L-1]，测定各组配合物溶液的吸光度值，为消除客体化合物在紫外区的干扰，采用相同浓度的客体氯仿液作参比，同时为排除体积变化对吸光度的影响，主体中加入客体化合物的总体积不超过100μL。

2 结果与讨论

2．1 3的微波合成条件选择

以3c的合成为例，详细考察微波辐射功率、辐射时间及载体种类对反应的影响。

(1) 微波辐射功率

2 1.2 mmol,其余反应条件同1.2,考察微波辐射功率对3c收率的影响,结果见表1。由表1可见，辐射功率为450 W时，收率最高(90%)。

表 1 微波辐射功率对3c收率的影响*Table 1 Effect of microwave irradiation power on yield of 3c

*2 1.2 mmol,其余反应条件同1.2

(2) 微波辐射时间

微波辐射功率450 W，其余反应条件同1.3，考察微波辐射时间对3c收率的影响,结果见表2。 由表2可见，辐射时间以4 min为宜，时间过短，反应不完全；时间过长使反应物碳化，收率降低。

表 2 微波辐射时间对3c收率的影响*Table 2 Effect of microwave irradiation time on yield of 3c

*微波辐射功率450 W，其余反应条件同1.3

表 3 载体种类对3c收率的影响*Table 3 Effect of supporter on yield of 3c

*于450 W微波辐射4 min，其余反应条件同1.3

(3) 载体

于450 W微波辐射4 min，其余反应条件同1.3，考察不同种类的载体对3c收率的影响，结果见表3。表3结果表明，以中性K2CO3为载体时收率最高(90%)。

综上所述，微波干法合成3c的较佳条件为：2 1.2 mmol,固体K2CO3作反应载体，于450 W微波辐射4 min，收率90%。

2．2 微波干法和常规合成法的比较

3的微波干法和常规法的比较结果见表4。由表4可见，微波无溶剂法与一般常规溶剂反应方法比较具有以下优势：(1)避免了有机溶剂的使用，减少了对环境的污染；(2)反应速率增大了288倍～360倍，大大的缩短了反应时间；(3)3的收率得到较大的提高。所以，微波干法是一种简便安全、快速、高效、绿色化的合成分子钳人工受体的好方法。

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

*反应条件：微波干法同1．3，常规法同1．4；**常规法反应时间与微波干法反应时间之比

2．3 3对客体的识别性能

表5 3对客体的识别性能
Table5 Recognition performance of3on object

结合常数/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对客体氨基酸甲酯的识别性能，测定了其结合常数(Ka)和自由能变化(-△Go)(表5)。初步实验结果表明:3对D/L-氨基酸甲酯显示良好的手性识别性能，其与L-氨基酸甲酯的结合常数KL大于与相应的D-氨基酸甲酯的结合常数KD。如3b与L-氨基酸甲酯和D-氨基酸甲酯的结合常数分别为599 L·mol-1和167 L·mol-1，其对映选择性KL/KD值为3.6，这种对映选择性可望在对映选择性萃取和手性拆分等方面具有应用前景。

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