1,3-交替構象杯[4]芳烴-香豆素衍生物的合成

王鶴文， 馮亞青， 孟舒獻

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

基于熒光識別試劑識別檢測金屬離子的熒光分析法具有靈敏度高、選擇性好、反應時間短等優點，熒光識別試劑的設計與合成一直是非常重要的課題[1]。

杯芳烴是繼冠醚和環糊精后的第三代環腔結構超分子主體化合物，是優良的分子設計平臺。以杯芳烴為骨架構筑的熒光識別試劑在離子選擇識別和檢測方面表現出了很好的性質，在此基礎上設計合成具有更高選擇性和更佳靈敏度的熒光識別試劑勢在必行[2]。杯[4]芳烴具有錐式、半錐式、1,2-交替和1,3-交替四種構象。其中1,3-交替構象是用于構建具有特殊用途的復雜分子的優良骨架，被譽為杯芳烴的“智能”構象[3]。

金屬離子熒光識別試劑一般由識別基團和熒光基團兩部分組成。由于香豆素類熒光基團具有熒光量子產率高，Stokes位移大，光物理和光化學性質可調、光穩定性好等優點，是熒光識別分子設計中的優選的熒光基團[4]。將香豆素基團作為熒光基團引入杯芳烴得到的熒光分子具有很好的離子和分子識別性能[5,6]。

本文以對叔丁基杯[4]芳烴(1)為原料，通過醚化、原位硝化、還原、縮合四步反應合成了三個新型的具有1,3-交替構象的杯芳烴-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-交替構象)(6c)(Scheme 1),其結構經1H NMR，13C NMR， IR和MS 表征。

Comp6a6b6cAr -O O OMe -O O -O O

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

X4型數字顯微熔點儀(溫度未校正);Varian INOVA-500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);FTS 3000型紅外光譜儀(KBr壓片);LCQ型質譜儀。

1[7]，3[8]， 5,11,17,23-四氨基杯芳烴衍生物(4)[9]按文獻方法合成；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，攪拌下回流反應至終點[TLC跟蹤，展開劑：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，無水MgSO4干燥，旋蒸脫溶，殘余物用正己烷溶解，過濾，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

氮氣保護，在反應瓶中依次加入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，攪拌下回流反應至終點[TLC跟蹤，展開劑：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和無水甲醇重結晶得黃色固體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 結果與討論

以1為原料合成1,3-交替構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產率略高，但是價格較貴。本實驗采用叔丁醇鉀為催化劑，產物為1,3-交替構象和半錐式構象的混合物。由于1,3-交替構象的醚化產物在正己烷中的溶解度很小，而半錐式構象的醚化產物則完全溶解于正己烷，故通過加入正己烷溶解后可以分離出1,3-交替構象醚化產物，且純度較好。

在6的IR譜中，內酯基團的伸縮振動吸收譜帶分別出現在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的伸縮振動譜帶。6的1H NMR分析表明，杯芳烴橋聯亞甲基質子分別在3.66， 3.63和3.70出現一單峰，說明6的杯芳烴為1,3-交替構象。6的13C NMR橋聯亞甲基C原子分別在35.35， 35.34 和35.47出現信號也證明6為1,3-交替構象型[11]。6在8.32， 8.33和8.51處出現的單峰表明亞胺基團中的雙鍵采取E-構型[12]。

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