手性冠醚的研究進展及一類新型手性冠醚的合成展望

趙龍

(浙江工業大學藥學院,浙江杭州310014)

精細化工

手性冠醚的研究進展及一類新型手性冠醚的合成展望

趙龍

(浙江工業大學藥學院,浙江杭州310014)

冠醚是一類具有內部空腔的多元醚類化合物,具有手性中心的冠醚即為手性冠醚。異斯特維醇及其衍生物是由天然產物甜菊糖苷酸水解而來的二菇類化合物,具有很好的手性催化和分子識別性能。聯萘酚是具有光學活性的聯萘型化合物,其具有獨特的立體結構,在手性催化和分子識別等方面也都有很好的應用。本文對冠醚,異斯特維醇以及聯萘酚的研究現狀進行了總結，并對以異斯特維醇及其衍生物和聯萘酚為骨架的手性冠醚的合成做出了展望。

冠醚;異斯特維醇;聯萘酚;手性

1 冠醚

1967年Pedersen首次合成并發現了冠醚(Scheme 1-1),此后科學家們對冠醚化學的研究熱情空前高漲,形成了今天異彩紛呈的冠醚化學新局面[1]。

Scheme 1-1

此后,冠醚化學蓬勃發展,含氮冠醚、含磷冠醚、含硫冠醚[2]相繼被發現,開鏈冠醚、臂式冠醚(套索型冠醚),穴醚、球醚也相繼被合成出來,手性冠醚的發現更是引發了研究冠醚的熱潮(Scheme 1-2)。

Scheme 1-2

1994年,王德枌,虞俊標等[3]以二氮雜18-冠-6為原料,與含兩個硫的中間體反應,合成了一系列含硫套索冠醚(Scheme 1-3)。

Scheme 1-3

2009年,郭鵬[4]合成了幾種含吲哚基的開鏈冠醚(Scheme 1-4)并研究了這些開鏈冠醚的離子選擇鍵合特性。發現這些開鏈冠醚對各種陰離子都有鍵合能力,但對氟離子的鍵合能力最強。

Scheme 1-4

2010年,陳東玲[5]以水楊酸及其衍生物為原料,經過一系列反應,設計合成了一系列氮雜冠醚(Scheme 1-5)。

Scheme 1-5

2 手性冠醚

手性冠醚是具有手性中心的冠醚,它不僅具有內部空穴,而且具有手性中心。手性冠醚的研究開始于上世界70年代,經過幾十年的發展,根據手性冠醚中手性源的來源主要將手性冠醚分成四類:(1)插入聯萘單體的手性冠醚;(2)以有機酸為基體的手性冠醚;(3)從糖類化合物出發的手性冠醚;(4)以有機醇為手性源的手性冠醚。

手性的引入使手性冠醚對手性分子具有獨特的結構和手性選擇性。自從Cram合成以聯萘酚為骨架的手性冠醚以來,手性冠醚作為一種具有分子識別能力的人工受體分子越來越受到人們的重視。

1974年,D JCram等最早以聯萘酚為手性源合成了一系列手性冠醚(Scheme 2-1)。并研究了這些手性冠醚對手性氨基酸的絡合能力,發現合成的下圖化合物對s-苯基甘氨酸甲醋的六氟磷酸鹽有選擇性的絡合能力[1]。

Scheme 2-1

2008年,楊林,唐蒞東等[6]以脫氫松香胺為手性源,合成了含氮手性冠醚(Scheme 2-2),并檢驗了該手性氮雜冠醚的不對稱催化活性,發現其能催化2-硝基丙烷對查爾酮的Michael加成反應。

Scheme 2-2

2009年,Tarik Aral,Yilmaz Turgut等[7]從(S)-3-芳氧基-1,2-丙二醇和(S)-1,2-丙二醇出發,經一系列反應得到了四種手性氮雜冠醚1-4(Scheme 2-3),并用核磁滴定法測定了這四種化合物對氨基酸甲醋鹽酸鹽的手性識別能力,發現化合物對D/L苯丙氨酸甲醋鹽酸鹽有很好的識別能力。

Scheme 2-3

2011年,Cho E N,Ying Li等[8]以3,3’-二苯基-聯萘酚為手性源,經過一系列反應,合成了一系列含聯萘酚的手性冠醚(Scheme 2-4),發現化合物6對氨基醇有很好的手性識別能力。

Scheme 2-4

2011年,焦書燕等[9]以聯萘酚為手性源跟三氯氰胺反應,合成了含聯萘酚的手性冠醚(Scheme 2-5)并測定了其單晶結構。并用核磁滴定法測定了該化合物對α氨基酸陰離子的手性識別能力,發現該系列化合物對α氨基酸陰離子有一定的識別能力。

Scheme 2-5

在此基礎上,該課題組在2013年又合成了3種以聯萘酚為手性源的手性含氮冠醚(Scheme 2-6),其中化合物7對苯乳酸,丙氨酸和苯丙氨酸都有很好的手性識別能力,化合物8則對苯乳酸,丙氨酸和苯丙氨酸有一定的識別能力,化合物9則無識別能力[10]。

Scheme 2-6

2011年,王衡山,何春歡等[11-12]以松香酸和聯萘酚為手性源,合成了具有手性的大環冠醚(Scheme 2-7)并研究了其對苯丙氨酸甲醋鹽和苯甘氨酸甲醋鹽的手性識別能力。發現其對苯甘氨酸甲醋鹽酸鹽的手性識別能力最好。

Scheme 2-7

2013年,Zsolt Rapi等[13]以糖類化合物為手性源,經過一系列反應,合成了手性套鎖冠醚(Scheme 2-8),并研究了其催化性能,發現其能催化β-硝基苯丙烯對二乙基乙酞胺的Michael加成反應,ee值達80%。

2013年,Mehmet Karakaplan等[14]以(1R,2R) -環己二胺為手性源,通過一系列反應,合成了手性大環冠醚(Scheme 2-9),并通過核磁滴定測定了其對氨基酸甲醋鹽酸鹽的手性識別能力,發現其能很好的識別苯丙氨酸甲醋鹽酸鹽。

3 異斯特維醇

異斯特維醇由甜菊糖昔在酸的條件下水解而來,是一類具有貝葉烷結構的四環二萜類化合物。1955年,Mosetling E和NesW R最先報道該化合物,但其構型直到1963年才由Mosetling E等[15]完全確定。其16位淡基,15淡基α位以及19位羧基均具有較好的反應活性。并且其15,16位所在的五元環以及19位的羧基還具有很好的手性。因此,異斯特維醇可以作為一種特殊的手性源合成新的手性化合物。

異斯特維醇的結構如下圖所示:

通過對異斯特維醇的16位淡基,15淡基α位以及19位羧基進行修飾,可以得到一系列的異斯特維醇衍生物(Scheme 3-1),這些衍生物也都可以作為特定的手性源來合成手性化合物。

異斯特維醇

Scheme 3-1

2004年,Lin等[16]以異斯特維醇為底物,在PyBOP和DIEA的作用下合成了異斯特維醇的二聯酞胺類化合物(Scheme 3-2)。發現此類化合物具有較好的抗菌活性。

Scheme 3-2

2009年,Khaibullin等[17]以異斯特維醇衍生物和鹵代烷為原料,合成了一系列異斯特維醇脂類化合物(Scheme 3-3)。

Scheme 3-3

2012年,韋暢勇等[18]在異斯特維醇16位上引入肼,19位羧基引入乙醋保護,在三氟化硼乙醇溶液的條件下,意外合成了聯二異斯特維醇衍生物(Scheme 3-4)。研究發現該化合物能和過渡金屬進行配位。

Scheme 3-4

2013年,Yu Strobykina等[19]以異斯特維醇衍生物為原料合成了一系列異斯特維醇手性大環脂類化合物(Scheme 3-5)。

因為異斯特維醇具有手性,所以這些以異斯特維醇及其衍生物為骨架的大分子化合物均具有手性,在手性催化以及分子識別領域有著廣泛的應用。

4 聯萘酚

Scheme 4-3

5 總結

異斯特維醇和聯萘酚都具有手性,在分子識別領域都具有很廣泛的應用。而冠醚具有內部空穴,能與金屬離子以及氨基酸醋形成配合物。將異斯特維醇和聯萘酚通過醚鍵連接形成的手性冠醚將可能同時具有冠醚的絡合性能以及異斯特維醇和聯萘酚的手性識別性能,在手性拆分和分子識別領域具有很好的發展前景。

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Advances in New Chiral Crown Ethers and Looking to Synthesize a New Class of Chiral Crown Ethers

ZHAO Long
(College of Pharmacy,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310014,China)

Crown ethers are a kind of compounds ofmacrocyclic polyethers.Crown ethers having a chiral center is chiral crown ethers.Isosteviol is a diterpenoid which is obtained by acid-catalysed hydrolysis of stevioside with good chiral catalysis and molecular recognition.Binaphthol is a kind of binaphthyl compounds with optically active,having a unique three-dimensional structure,and often used in chiral catalysis and molecular recognition.This paper summarizes the progress of crown ethers,isosteviol and binaphthol,and make a prospect to the synthesis of chiral crown ethers based on binaphthol and isosteviol at last.

crown ethers;isosteviol;binaphthol;chiral

1006-4184(2015)9-0027-09

2015-03-10

趙龍,男,碩士研究生,河南省新密市人,從事手性冠醚的合成及其手性識別性能的研究。E-mail:673783061@qq.com。