新型希夫碱型钳形人工受体的微波合成及其对中性分子的识别性能

张 嫦， 谭 炯， 赵志刚

(西南民族大学 化学与环境保护工程学院，四川 成都 610041)

人工受体的设计合成是超分子化学中迅速崛起的一个新领域。通过人工受体的分子识别研究可以更好地了解分子间力的相互作用，从而可开拓一些更新颖、更有效的催化剂和分子器件。近年来已开拓了多种类型的人工受体新模型，其中“钳形”人工受体不仅在结构上具有天然受体的空腔，而且可根据需要设计成不同大小、不同种类的官能化受体，对多类客体显示出良好的识别性能, 因此分子钳人工受体的研究已成为生物有机化学和超分子化学前沿领域的研究热点之一[1～5]。

希夫碱型钳形人工受体，其结构中有CH=N结构单元，根据分子识别的基本理论[6]，该类分子钳受体的CH=N可以作为氢键受体应用于分子识别。此外，在钳形人工受体中引入不同的芳环基团可提供主客体间形成π-π stacking作用。

CompabcdefghArC6H5-4-ClC6H4-2-ClC6H4-4-BrC6H4-4-OMeC6H4-4-Me2NC6H4-3-O2NC6H4-3-MeOC6H4-

Scheme1

及时拓展这类人工受体具有重要的理论和现实意义。

微波辐射作用下的有机反应具有反应速度快、副产物少、产率高、环境友好、操作方便、产品易纯化等特点，是当今的绿色合成方法之一[7, 8]。见诸于文献报道的各种钳形人工受体的合成，大多采用常规加热方法，利用微波法来合成则少见报道。本课题组[9～11]进行了微波技术应用于钳形人工受体的合成研究，并已取得了相当的进展。

本文以对苯二甲酸为原料，在微波辐射条件下，设计并合成了8个新型的芳环钳形人工受体(3a～3h, Scheme 1)，其结构经1H NMR， IR， ESI-MS和元素分析表征。并初步考察了3a～3h对中性分子(邻苯二胺，间苯二胺，对苯二胺和二苯甲酮)的识别性能。结果表明，3a～3h对其具有良好的识别性能

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

X-4型数字显示显微熔点仪( 温度计未校正)；Varian INOVA-400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);PE 1700型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片)；FINNIGAN-LCQ型质谱仪；Carlo-Erba-1106型元素分析仪；XH-100A型商用微波反应器。

THF，加金属钠回流至溶液变蓝，用前重蒸；Et3N，加KOH干燥24 h后重蒸;其余所用试剂均为分析纯或化学纯。

1．2 合成

(1) 对苯二甲酰氯(1)的合成

在反应瓶中加入对苯二甲酸2 mmol， SOCl210 mL和1滴DMF，搅拌下于60 ℃～70 ℃反应4 h。减压蒸去过量的SOCl2得针状晶体1粗品，直接进入下一步反应。

(2) 1,4-双[(2-氨基苯基)-氨羰基]-苯(2)的合成

在反应瓶中加入邻苯二胺2.0 g(18.5 mmol)， THF 30 mL和Et3N 0.6 mL(0.004 4 mmol)，搅拌下于室温缓慢滴加1的无水THF(10 mL)溶液(约1 h)， N2气保护下于室温反应12 h(TLC监测)。减压蒸除THF，残余物加水至无沉淀析出，抽滤，滤饼用大量水洗涤，真空干燥后用THF/环己烷重结晶得白色固体2，产率75%, m.p.240 ℃～241 ℃; ESI-MS m/z： 347{[M+H]+， 100%}。

(3)3a～3h的微波合成(以3a为例)

在反应瓶中加入2346 mg(1.0 mmol)的乙醇(15 mL)溶液，苯甲醛(Ⅰa)2.0 mmol的乙醇(10 mL)溶液，放入微波炉，装上冷凝管于240 W(100 mA)反应10 min～15 min。减压蒸去溶剂后经硅胶柱层析[梯度洗脱剂：A=V(CH2Cl2) ∶V(THF)=50 ∶1～100 ∶1]纯化得3a。

用类似的方法合成3b～3h。

3a: 淡黄色晶体，产率89%， m.p.245 ℃～246 ℃；1H NMRδ： 9.75(s, 2H, CONH), 8.70(s, 2H, N=CH), 8.69～7.16(m, 22H, ArH)； IRν： 3 320， 1 662， 1 587， 1 523， 1 443 cm-1； ESI-MSm/z: 523{[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C34H26N4O2: C 78.14， H 5.01， N 10.72； found C 78.10， H 5.09， N 10.75。

3b: 黄色晶体，产率91%， m.p.235 ℃～236 ℃；1H NMRδ： 9.66(s, 2H, CONH), 8.70(d,J=1.6 Hz, 2H, N=CH), 8.68～7.16(m, 20H, ArH)； IRν： 3 353， 1 666， 1 630， 1 586， 1 522， 1 441， 1 080 cm-1； ESI-MSm/z: 591{[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C34H24N4O2Cl2: C 69.04， H 4.09， N 9,47； found C 69.03， H 4.10， N 9.49。

3c: 黄色晶体，产率93%， m.p.238 ℃～239 ℃；1H NMRδ： 9.70(s, 2H, CONH), 9.13(s, 2H, N=CH), 8.71～7.18(m, 20H, ArH)； IRν： 3 361， 1 655， 1 619， 1 587， 1 527， 1 446， 1 060 cm-1； ESI-MSm/z: 591{[M+H]+， 100%}；Anal.calcd for C34H24N4O2Cl2: C 69.04， H 4.09， N 9.47； found C 69.10， H 4.05， N 9.44。

3d: 黄色晶体，产率88%， m.p.242 ℃～243 ℃；1H NMRδ： 9.68(s, 2H, CONH), 8.67(d,J=8.0 Hz, 2H, N=CH), 8.62～7.16(m, 20H, ArH)； IRν： 3 353， 1 665， 1 585， 1 521， 1 441， 1 063 cm-1； ESI-MSm/z: 679{[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C34H24N4O2Br2: C 60.02， H 3.56， N 8.23； found C 60.09， H 3.52， N 8.21。

3e: 黄色晶体，产率84%， m.p.222 ℃～223 ℃；1H NMRδ： 9.85(s, 2H, CONH), 8.65(d,J=8.0 Hz, 2H, N=CH), 8.58～7.00(m, 20H, ArH), 3.89(s, 6H, OCH3)； IRν：3 363， 2 969， 1 673， 1 598， 1 516， 1 442 cm-1； ESI-MSm/z: 583 {[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C36H30N4O4: C 74.21， H 5.19， N 9.63； found C 74.11， H 5.23， N 9.68。

3f: 黄色晶体，产率90%， m.p.239 ℃～240 ℃；1H NMRδ： 9.97(s, 2H, CONH), 8.66(d,J=7.6 Hz, 2H, N=CH), 8.52～6.75(m, 20H, ArH)， 3.06(s, 12H, CH3)； IRν： 3 376， 2 895， 1 669， 1 592， 1 526， 1 440 cm-1； ESI-MSm/z: 613{[M+H]+，100%}； Anal.calcd for C38H36N6O2: C 74.98， H 5.96， N 13.81； found C 74.88， H 5.99， N 13.85。

3g: 黄色固体，产率82%， m.p.231 ℃～232 ℃；1H NMRδ： 9.81(s, 2H, CONH), 8.90(s, 2H, N=CH), 8.81～7.01(m, 20H, ArH)； IRν： 3 370， 1 668， 1 588， 1 526， 1 441， 1 344 cm-1； ESI-MSm/z: 613{[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C34H24N6O6: C 66.66， H 3.95， N 13.72； found C 66.61， H 3.99， N 13.75。

3h: 黄色固体，产率88%， m.p.228 ℃～229 ℃；1H NMRδ： 9.77(s, 2H, CONH), 8.70(d,J=8.0 Hz, 2H, N=CH), 8.64～7.06(m, 20H, ArH), 3.87(s, 6H, OCH3)； IRν： 3 362， 2 969， 1 673， 1 595， 1 516， 1 442 cm-1； ESI-MSm/z: 583{[M+H]+， 100%}； Anal.calcd for C36H30N4O4: C 74.21， H 5.19， N 9.62； found C 74.25， H 5.15， N 9.66。

(4)3a～3h的常规合成

在反应瓶中加入2346 mg(1.0 mmol)的乙醇(40 mL)溶液，搅拌下加入芳醛2.0 mmol的乙醇(10 mL)溶液，回流(75 ℃)反应8 h～12 h。减压蒸除溶剂后经硅胶柱层析(梯度洗脱剂A)纯化得3a～3h，产率30%～40%。

2 结果与讨论

2．1 合成3的条件筛选

以合成3a为模板，考察了微波功率、辐射时间等对合成3的影响。

(1) 微波功率

微波辐射10 min，其余反应条件同1.2(3)，考察微波功率对合成3a的影响，结果见表1。表1结果表明，最佳微波功率为240 W。

表 1 微波功率对合成3a的影响*Table 1 Effect of microwave powers on synthesizing 3a

*微波辐射10 min，其余反应条件同1.2(3)

表 2 微波辐射时间对合成3a的影响*Table 2 Effect of irradiation time on synthesizing 3a

*微波辐射功率240 W，其余反应条件同1.2(3)

(2) 微波辐射时间

微波辐射功率240 W，其余反应条件同1.2(3)，考察微波辐射时间对合成3a的影响，结果见表2。 由表2可见，辐射时间以10 min为宜；时间过短，反应不完全；时间过长使副产物增多，产率降低。

由此可见，微波合成3a的最佳反应条件为：21.0 mmol， Ⅰa2.0 mmol，在240 W微辐射10 min,收率60%。

(3) 微波合成与常规合成的比较

3a～3h的微波合成与常规合成的比较结果见表3。由表3可见，与常规合成方法相比，微波合成具有以下优点：(1)反应速度增大43～60倍，极大的缩短了反应时间；(2)目标物的产率得到较大的提高(微波法的产率在82%～93%,而常规法的产率在30%～40%)。因此微波合成法是一种安全、快速、高效的合成希夫碱型钳形人工受体的好方法。

表 3 微波法与常规法合成分子钳3的比较Table 3 Synthetic method comparison of 3 under microwave irradiation and conventional heating

表 4 3a， 3d， 3f， 3h与中性分子结合物的结合常数和自由能变化*Table 4 Association constants and free energy changes of neutral molecules with 3a， 3d， 3f， 3h

*以CHCl3为溶剂，室温下测定

2．2 3a～3h对中性分子的识别作用

采用UV-Vis滴定法考察了3a，3d，3f，3h对客体邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、二苯甲酮等中性分子的识别性能(表4)，并测定了其结合常数(Ka)和自由能变化(-ΔGo)。从表4可以看出，3a，3d，3f，3h对所考查的中性分子具有良好的选择性识别作用,其识别选择性为：间苯二胺>邻苯二胺>二苯甲酮>对苯二胺，识别作用的推动力来自于主客体之间的氢键和π-π stacking作用。

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