1,3-交替構(gòu)象杯[4]芳烴-香豆素衍生物的合成

王鶴文， 馮亞青， 孟舒獻(xiàn)

(1. 黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃岡 438000; 2. 天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津 300072)

基于熒光識(shí)別試劑識(shí)別檢測(cè)金屬離子的熒光分析法具有靈敏度高、選擇性好、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，熒光識(shí)別試劑的設(shè)計(jì)與合成一直是非常重要的課題[1]。

杯芳烴是繼冠醚和環(huán)糊精后的第三代環(huán)腔結(jié)構(gòu)超分子主體化合物，是優(yōu)良的分子設(shè)計(jì)平臺(tái)。以杯芳烴為骨架構(gòu)筑的熒光識(shí)別試劑在離子選擇識(shí)別和檢測(cè)方面表現(xiàn)出了很好的性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合成具有更高選擇性和更佳靈敏度的熒光識(shí)別試劑勢(shì)在必行[2]。杯[4]芳烴具有錐式、半錐式、1,2-交替和1,3-交替四種構(gòu)象。其中1,3-交替構(gòu)象是用于構(gòu)建具有特殊用途的復(fù)雜分子的優(yōu)良骨架，被譽(yù)為杯芳烴的“智能”構(gòu)象[3]。

金屬離子熒光識(shí)別試劑一般由識(shí)別基團(tuán)和熒光基團(tuán)兩部分組成。由于香豆素類(lèi)熒光基團(tuán)具有熒光量子產(chǎn)率高，Stokes位移大，光物理和光化學(xué)性質(zhì)可調(diào)、光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是熒光識(shí)別分子設(shè)計(jì)中的優(yōu)選的熒光基團(tuán)[4]。將香豆素基團(tuán)作為熒光基團(tuán)引入杯芳烴得到的熒光分子具有很好的離子和分子識(shí)別性能[5,6]。

本文以對(duì)叔丁基杯[4]芳烴(1)為原料，通過(guò)醚化、原位硝化、還原、縮合四步反應(yīng)合成了三個(gè)新型的具有1,3-交替構(gòu)象的杯芳烴-香豆素衍生物5,11,17,23-四(6-甲基-2H-苯并吡喃酮-4-甲亞胺基)-25,26,27,28-四丙氧基杯[4]芳烴(1，3-交替構(gòu)象)(6a), 5,11,17,23-四 (7-甲氧基-2H-苯并吡喃酮-4-甲亞胺基)-25,26,27,28-四丙氧基杯[4]芳烴(1，3-交替構(gòu)象)(6b)和5,11,17,23-四(2H-苯并[h]吡喃酮-4-甲亞胺基)-25,26,27,28-四丙氧基杯[4]芳烴(1，3-交替構(gòu)象)(6c)(Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR， IR和MS 表征。

Comp6a6b6cAr -O O OMe -O O -O O

Scheme1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

X4型數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正);Varian INOVA-500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));FTS 3000型紅外光譜儀(KBr壓片);LCQ型質(zhì)譜儀。

1[7]，3[8]， 5,11,17,23-四氨基杯芳烴衍生物(4)[9]按文獻(xiàn)方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 2的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入叔丁醇鉀2.24 g(20 mmol)，苯40 mL和1 0.65 g(1 mmol)，攪拌下于60 ℃活化1 h；加入溴代正丙烷1.82 mL(20 mmol)和碘化鉀0.1 g，攪拌下回流反應(yīng)至終點(diǎn)[TLC跟蹤，展開(kāi)劑：V(二氯甲烷) ∶V(石油醚)=1 ∶3]。冷卻至室溫，旋蒸除溶，殘余物用CH2Cl2溶解，依次用1 mol·L-1鹽酸(2×50 mL)，飽和食鹽水(2×50 mL)洗滌，無(wú)水MgSO4干燥，旋蒸脫溶，殘余物用正己烷溶解，過(guò)濾，濾餅干燥得白色固體2，收率25%， m.p.340 ℃～343 ℃(339 ℃～341 ℃[10])；1H NMRδ： 6.96(s， 8H， ArH in calixarene)， 3.82(s， 8H， CH2in calixarene)， 3.31(t，J=7.5 Hz， 8H， OCH2)， 1.27(s， 36H， CH3in Bu)， 1.02～0.95(m， 8H， CH2in Pr)， 0.62(t，J=7.5 Hz， 12H， CH3in Pr)。

(2)6a～6c的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)，在反應(yīng)瓶中依次加入4 0.33 g(0.5 mmol)，香豆素醛(5a～5c) 5 mmol，乙醇 30 mL和冰醋酸0.5 mL，攪拌下回流反應(yīng)至終點(diǎn)[TLC跟蹤，展開(kāi)劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=1 ∶8]。冷卻至室溫，旋蒸除溶，殘余物用CH2Cl2和無(wú)水甲醇重結(jié)晶得黃色固體6a～6c。

6a： 收率73%， m.p.>350 ℃；1H NMRδ： 8.45(s， 4H， ArH in cumarin)， 8.32(s， 4H， N=CH)， 7.32(t，J=9．0 Hz， 2H， ArH in cumarin)， 7.13(s， 8H， ArH in calixarene)， 7.08(t，J=8．0 Hz， 8H， ArH in cumarin)， 6.45(s， 4H， ArH in cumarin)， 3.86(t，J=7.5 Hz， 8H， OCH2)， 3.66(s， 8H， CH2in calixarene)， 2.44(s， 12H， CH3in cumarin)， 2.21～2.14(m， 8H， CH2in Pr)， 1.24(t，J=7.5 Hz， 12H， CH3in Pr)；13C NMRδ： 160.66， 156.54， 154.20， 152.24， 145.19， 144.22， 134.09， 134.06， 133.35， 126.13， 123.28， 118.21， 117.15， 116.35， 76.00， 35.35， 29.94， 24.87， 11.27； IRν： 1 735， 1 612 cm-1； MSm/z: Calcd for C84H76N4O12{[M+H]+} 1 333.0， found 1 334.2。

6b： 收率63%， m.p.>350 ℃；1H NMRδ： 8.69(d，J=9．0 Hz, 4H， ArH in cumarin)， 8.33(s， 4H， N=CH)， 7.12(s， 8H， ArH in calixarene)， 6.72(t，J=9．0 Hz， 8H， ArH in cumarin)， 6.20(s， 4H， ArH in cumarin)， 3.95(s， 12H， OCH3)， 3.87(t，J=7.5 Hz， 8H， OCH2in Pr)， 3.63(s， 8H， CH2in calixarene)， 2.18～2.11(m， 8H， CH2in Pr)， 1.33(t，J=7.5 Hz， 12H， CH3in Pr)；13C NMRδ： 162.92， 160.95， 156.75， 156.12， 155.05， 145.38， 143.83， 134.06， 128.14， 123.36， 116.36， 112.35， 110.07， 101.12， 75.72， 55.96， 35.34， 24.91， 11.50； IRν： 1 735， 1 612 cm-1； MSm/z: Calcd for C84H76N4O16{[M+H]+} 1 397.0， found 1 398.5。

6c： 收率65%， m.p.>350 ℃；1H NMRδ： 8.62(d，J=9．0 Hz， 4H， ArH in cumarin)， 8.51(s， 4H， N=CH)， 7.90(d，J=9．0 Hz， 4H， ArH in cumarin)， 7.67(d，J=8．0 Hz， 4H， ArH in cumarin)， 7.56(t，J=8．0 Hz， 4H， ArH in cumarin)， 7.46(t，J=9．0 Hz， 4H， ArH in cumarin)， 7.40(d，J=9．0 Hz，4H， ArH in cumarin)， 7.19(s， 8H， ArH in calixarene)， 6.59(s， 4H， ArH in cumarin)， 3.93(t，J=7．0 Hz， 8H， OCH2)， 3.70(s， 8H， CH2in calixarene)， 2.25～2.18(m， 8H， CH2in Pr)， 1.40(t，J=7.5 Hz， 12H， CH3in Pr)；13C NMRδ： 160.35， 156.85， 155.32， 151.21， 146.29， 144.20， 134.51， 134.14， 129.08， 127.40， 127.12， 123.79， 123.44， 122.76， 122.64， 121.87， 118.68， 112.13， 75.72， 35.47， 25.00， 11.54； IRν： 1 725， 1 632 cm-1； MSm/z: Calcd for C96H76N4O12{[M+H]+} 1 477.0， found 1 478.6。

2 結(jié)果與討論

以1為原料合成1,3-交替構(gòu)象的四取代醚化衍生物2常用的堿催化劑有碳酸銫和叔丁醇鉀兩種。雖然碳酸銫為催化劑時(shí)產(chǎn)率略高，但是價(jià)格較貴。本實(shí)驗(yàn)采用叔丁醇鉀為催化劑，產(chǎn)物為1,3-交替構(gòu)象和半錐式構(gòu)象的混合物。由于1,3-交替構(gòu)象的醚化產(chǎn)物在正己烷中的溶解度很小，而半錐式構(gòu)象的醚化產(chǎn)物則完全溶解于正己烷，故通過(guò)加入正己烷溶解后可以分離出1,3-交替構(gòu)象醚化產(chǎn)物，且純度較好。

在6的IR譜中，內(nèi)酯基團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收譜帶分別出現(xiàn)在1 735 cm-1，1 735 cm-1和1 725 cm-1；位于1 612 cm-1， 1 612 cm-1和1 632 cm-1處的吸收峰指派為甲亞胺基團(tuán)的伸縮振動(dòng)譜帶。6的1H NMR分析表明，杯芳烴橋聯(lián)亞甲基質(zhì)子分別在3.66， 3.63和3.70出現(xiàn)一單峰，說(shuō)明6的杯芳烴為1,3-交替構(gòu)象。6的13C NMR橋聯(lián)亞甲基C原子分別在35.35， 35.34 和35.47出現(xiàn)信號(hào)也證明6為1,3-交替構(gòu)象型[11]。6在8.32， 8.33和8.51處出現(xiàn)的單峰表明亞胺基團(tuán)中的雙鍵采取E-構(gòu)型[12]。

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