基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的分子杯大环主体化合物、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于超分子化学大环主体的设计及主客体识别领域，涉及一种基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物、其制备方法及其应用。公开了两个基于雷琐酚杯[4]芳烃骨架的水溶性分子杯大环主体。主要通过芳香壁的加深、上缘功能基及下缘水溶性基团的引入，制备了羧酸钠脚和N

【技术实现步骤摘要】
基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的分子杯大环主体化合物、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于超分子化学中大环主体设计和主客体识别领域，涉及一种基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的分子杯大环主体、其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]杯芳烃是一类由苯酚单体与醛类化合物反应，经过亚甲基在酚羟基的邻位连接而成的环状低聚物。其与冠醚和环糊精一样，具有能够容纳客体分子的空腔。因其分子结构类似于希腊圣杯而被称为“杯[n]芳烃”其中n代表形成杯芳烃中苯酚单体的数目。杯芳烃中研究最为广泛的是四聚的杯[4]芳烃。与前两代主体冠醚和环糊精相比，杯芳烃具有以下几个优点：1)杯芳烃空腔大小可调节，且易于合成；2)杯芳烃易于修饰，在其上缘和下缘可以引入不同的功能导向基；3)杯芳烃具有富电子疏水芳香空腔，不仅能够识别中性分子，还能识别离子化合物；4)杯芳烃具有多种构象，可通过主客体相互作用调节；5)杯芳烃具有较好的化学稳定性。
[0003]雷琐酚杯[4]芳烃作为杯芳烃中重要的一亚类主体分子，由雷琐酚单体通过酚羟基邻位与亚甲基桥连而成的环状低聚物。雷琐酚杯[4]芳烃虽然合成简单、性质稳定，但由于缺乏功能基团，进而其应用范围收到了限制。因此，对雷琐酚杯[4]芳烃进行功能化改造就显得十分必要。为了构建具有更大空腔的雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的大环主体分子，上世纪80年代初，Cram等人首次报道了一类具有喹喔啉芳香壁的分子杯主体。这类分子杯主体不仅增大了杯芳烃空腔的深度，而且扩大了主体分子对客体分子的识别范围。计算模拟及核磁数据表明，这类分子杯在溶液中存在两种构象：具有C
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对称的“花瓶”构象和C
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对称的“风筝”构象，且两者间存在动态平衡。当没有合适的客体存在时，为了减少与水的接触面积，“风筝”构象在形状上自我互补并通过π
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π堆积作用以二聚体的形式存在；而当合适的客体存在时，分子杯由“风筝”构象转变为稳定的“花瓶”构象。基于分子杯主体独特的物理、化学性质以及良好的主客体识别性能，该类分子杯在有机介质中的分子识别应用得到了广泛的研究。
[0004]然而，在实际应用中，水相分子识别具有更重要的研究意义。生物体的大多数生命过程都是在水环境中进行，且生命过程的进行离不开水相分子识别。近年来，超分子化学家逐渐解决了该类分子杯主体的水溶性问题，将其用于模拟生命受体的疏水微环境，并在水相中生物分子识别领域取得了一定的进展。但是，现有的分子杯主体一般存在功能导向基缺乏，合成复杂和纯化困难等问题。因此，对现有的构建模块、合成方法和纯化手段等进行改进成为超分子化学家的研究热点。

技术实现思路

[0005]为了解决现有的技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的分子杯大环主体、其制备方法及其应用，本专利技术基于雷琐
酚杯[4]芳烃衍生化的分子杯大环主体为水溶性较好的2
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羟甲基咪唑基分子杯主体H1和H2，该类分子杯主体具有富电子疏水空腔，能够在水相中识别胆碱类生物分子。本专利技术以雷琐酚杯[4]芳烃为骨架，依次通过芳香壁的加深、上缘2
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羟甲基咪唑基及下缘水溶性基团的引入，实现了新型功能化水溶性2
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羟甲基咪唑基分子杯主体H1和H2的合成。主体上缘的四个羟基可以形成环状堆叠的氢键阵列，使空腔的口径变窄，从而减缓客体进出空腔的交换速度。同时，上缘的四个羟基可以为客体分子提供氢键识别位点。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性2
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羟甲基咪唑基分子杯主体化合物，其具有富电子芳香空腔，能在水相中识别胆碱类生物分子；分子杯H1和H2结构式所示；其中，分子杯H1为羧酸钠水溶性基团，分子杯H2为N
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甲基咪唑鎓盐水溶性基团；
[0008][0009]优选地，当本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物具有分子杯主体H1的结构时，该化合物具有深的疏水空腔，空腔主体部分为苯并咪唑基团，上缘为四个羟基，下缘为羧酸钠盐水溶性脚。分子杯主体H1在水中存在两种构象；具有C
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对称的“花瓶”构象和C
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对称的“风筝”构象，且两者间存在动态平衡。合适的客体分子会诱导分子杯形成稳定的花瓶构象，并将客体分子包裹于分子杯的空腔中。
[0010]优选地，当本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物具有分子杯主体H2的结构时，该化合物具有深的疏水空腔，空腔主体部分为苯并咪唑基团，上缘为4个伯羟基，下缘为N
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甲基咪唑鎓盐水溶性脚。分子杯主体H2在水中存在两种构象；具有C
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对称的“花瓶”构象和C
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对称的“风筝”构象，且两者间存在动态平衡。合适的客体分子会诱导分子杯形成稳定的花瓶构象，并被包裹于分子杯的空腔中。本专利技术主体上缘的4个羟基通过氢键作用相互靠拢，使空腔的口径收窄，进而减缓客体分子进出空腔的交换速度；同时，上缘的四个羟基还为客体分子提供氢键识别位点。
[0011]优选地，本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物具有分子杯主体H1的结构时，其可用于对胆碱类分子的识别。分子杯主体的阴离子脚和阳离子脚对胆碱类分子的识别有着一定的影响。
[0012]优选地，本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物具有分子杯主体H1的结构时，分子杯主体H1可通过自身的弱碱性环境和上缘的2
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羟甲基咪唑基协同作用促进乙酰胆碱水解。这种功能类似于乙酰胆碱酯酶。
[0013]一种本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体化合物的制备方法，以雷琐酚杯[4]芳烃为骨架，依次通过芳香壁的加深、上缘2
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羟甲基咪唑基及下缘水溶性基团的引入，实现了新型功能化水溶性2
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羟甲基咪唑基分子杯主体H1和H2的合成。
[0014]优选地，本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体H1化合物的制备方法，包括如下合成步骤：
[0015]a.以酯基脚的八氨基盐酸盐分子杯为原料，向其中加入10倍当量的乙醇酸，并在4N盐酸中回流至少3天；反应结束后，冷却至室温，在冰浴下逐滴加入氨水，将pH调制8，然后过滤得到固体，将固体用去离子水洗涤至少3次，无水乙醇冲洗至少一次，收集固体，并在真空下干燥；
[0016]b.将步骤a中制备的产物添加到一个圆底烧瓶中，加入乙醇溶剂，随后在室温下加入5倍当量的氢氧化钠固体，搅拌至少2小时后，直接过滤，并用无水乙醇洗涤固体至少3次，收集固体并在真空下干燥至少3天，即得到水溶性分子杯H1。
[0017]优选地，本专利技术雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的超分子大环主体H2化合物的制备方法，包括如下合成步骤：
[0018]ⅰ
.以氯脚的八氨基盐酸盐分子杯为原料，向其中加入10倍当量的乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性分子杯大环主体化合物，其特征在于，其为水溶性2
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羟甲基咪唑基分子杯主体，其结构式如下图H1和H2所示：其中，分子杯H1为羧酸钠水溶性基团，分子杯H2为N
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甲基咪唑鎓盐水溶性基团。2.根据权利要求1所述的基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性分子杯大环主体化合物，其特征在于：分子杯主体H1和H2在水中存在两种构象；具有C
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对称的“花瓶”构象和C
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对称的“风筝”构象，且两者间存在动态平衡。3.根据权利要求2所述的基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性分子杯大环主体化合物，其特征在于：当分子杯主体H1和H2为“花瓶”构象时，其结构具有深的芳香疏水空腔，咪唑上的氮原子与4个水分子形成环状氢键；主体上缘的四个羟基通过氢键作用相互靠拢，使空腔的口径收窄，进而减缓客体分子进出空腔的交换速度；同时，上缘的四个羟基还为客体分子提供氢键识别位点。4.一种权利要求1所述的基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性分子杯大环主体化合物的制备方法，其特征在于：以雷琐酚杯[4]芳烃为骨架，依次通过芳香壁的加深、上缘2
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羟甲基咪唑基及下缘水溶性基团的引入，实现了功能化水溶性2
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羟甲基咪唑基分子杯主体H1和H2的合成。5.根据权利要求4所述的基于雷琐酚杯[4]芳烃衍生化的水溶性分子杯大环主体化合物的制备方法，其特征在于：合成分子杯H1的制备方法包括如下步骤：a.以酯基脚的八氨基盐酸盐分子杯为原料，向其中加入10倍当量的乙醇酸，并在4N盐酸中回流至少3天；反应结束后，冷却至室温，在冰浴下逐滴加入氨水，将pH调制8，然后过滤得到固体，将固体用去离子水洗涤至少3次，无水乙醇冲洗至少一次，收集固体，并在真空下干燥；b.将步骤a中制备的产物添加到一个圆底烧瓶中，加入乙醇溶剂，随后在室温下加入5倍当量的氢氧化钠固体，搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，陈永青，朱玉洁，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：