摘要
分子识别是生物体系的基本的特征,并在生命活动中起中心作用。利用人工受体建立化学模型或化学仿生体系来研究生物体内的分子识别现象已经成为生物有机化学和超分子化学前沿富于挑战性的课题之一。在众多人工受体模型中,分子钳作为一类新型的人工受体已引起人们的广泛关注。本文致力于鹅去氧胆酸,α–猪去氧胆酸和脱氧胆酸类分子钳人工受体的设计合成及其对阴离子、中性分子、手性分子的识别与手性识别研究,取得了一系列具有重要学术意义和应用前景的创新性结果。
以鹅去氧胆酸,α–猪去氧胆酸和脱氧胆酸作为隔离基,设计合成了酯键型、氨基甲酸酯型、不对称脲型三大类六个系列,共计65个分子钳人工受体,其中55个是未见文献报道的新化合物。鹅去氧胆酸分子钳、氨基甲酸酯型α–猪去氧胆酸分子钳和脱氧胆酸–不对称脲分子钳为全新设计和首次合成。深入地研究了目标物的合成方法,优化了反应条件,实现了多种简便有效的合成目标物的方法。首次运用微波法对酯键型α–猪去氧胆酸分子钳的合成进行了研究,探索了一系列反应条件诸如微波功率、辐射时间、溶剂的种类等对反应的影响,成功地以80%以上的产率合成了目标物。在氨基甲酸酯型α–猪去氧胆酸和脱氧胆酸分子钳的合成中,采用微波法,以三光气代替剧毒的光气,采取分步加料一锅合成法,以90%以上的产率成功地合成了26个目标化合物。实现了一条简便、安全、高产率的合成氨基甲酸酯型胆甾化合物的新方法。微波法显著的缩短了反应时间,提高了产率,实现了一种对环境友好的、具有绿色化
Molecular recognition is a fundamental characteristic of biochemical systems and plays a central role in biological processes. The study on molecular recognition using the artificial receptors to construct the chemical models or biomimetic systems is one of the challenges in the frontiers of bioorganic chemistry and supramolecular chemistry. Among the variety of artificial receptor models, a special class of receptors called molecular tweezer are currently attracting great interest. In this dissertation, the efforts were focused on design and synthesis of molecular tweezers derived from chenodeoxycholic acid,α–hyodeoxycholic acid and deoxycholic acid and their molecular recognition as well as enantioselective recognition for anions, neutral molecules and chiral molecules. A series of useful, important and creative results have been obtained.
Six series of molecular tweezers based on chenodeoxycholic acid,α–hyodeoxycholic acid and deoxycholic acid, including ester-bond type, carbaminate type and unsymmetrical urea, have been designed and synthesized. Fifty five compounds of sixty five molecular tweezers are new compounds. Chenodeoxycholic acid, carbaminate typeα–hyodeoxycholic and deoxycholic acid unsymmetrical urea molecular tweezers were designed and synthesized for the first time. The synthetic methods of the target compounds have been systematically investigated. The
引文
1 陈淑华,罗光荣. 生物有机化学,四川大学出版社,成都,1991.
2 Hamilton, A. D. “Bioorganic Chemistry Frontier 2”, Ed. By Dagus, H., Springer–Verlag Berlin Heidelberg, 1991, 117.
3 Dugas, H. “Bioorgan Chemistry”, Second Edition , Springer–Verlag New York Inc. 1995, 17.
4 Rebek Jr, J. Science. 1987, 235, 1478.
5 Lehn, J–M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1988, 27, 89.
6 Li, Y.–X.; Dias, J. R.. Chem. Rav. 1997, 97, 283.
7 Schmidtchen, F. P.; Berger, M.. Chem. Rev. 1997, 97, 1609
8 Shinkai, S. Tetrahedron. 1993, 49, 8933.
9 Cheng, Y.; Gottlieb, C. R.; Kahne, D. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7319.
10 D’Souza, L. J.; Maitra, U. J. Org. Chem., 1996, 61, 9494.
11 Maitra, U.; Rao, P.; Kumar, P. V.; Balasubramanian, R.; Mathew, L. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 3255.
12 Potluri, V. K.; Maitra, U. J. Org. Chem.2000, 65, 7764.
13 Davis, A. P.; Perry, J. J.; Williams, R. P. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1793.
14 Ayling, A. J.; Payán, N. P.; Davis, A. P. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12716.
15 Ayling, A. J.; Broderick, S.; Clare, J. P.; Davis, A. P.; Payán, N. P.; Lahtinen, M.; Nissinen,M. J.; Rissanen, K.. Chem. Eur. J. 2002, 8, 2197.
16 Lee, H. J.; Yoon, I. J.; Yoo, C. L.; Pyun, H.–J.; Cha, G. S; Nam, H. Anal. Chem. 2000, 72, 4694.
17 Gellman, S. H. Chem. Rev. 1997, 97, 1231.
18 Davis, A. P.; Lawless, L. J. Chem. Commun. 1999, 9.
19 Lawless, L. J.; Blackburn, A. G.; Ayling, A. J.; Payán, N. P.; Davis, A. P. J. Chem. Soc. Perkin Trans I, 2001, 1329.
20 Baragaňa, B.; Blackburn, A. G.; Breccia, P.; Davis, A. P.; Mendoza, J. D.; Carrillo, P.; Prados, P.; Riedner, J.; Vries, J. G. Chem. Eur. J. 2002, 8, 2931.
21 Siracusa, L.; Hurley, F. M.; Dresen, S.; Lawless, L. J.; Payán, N. P.; Davis, A. P. Org. Lett. 2002, 26, 4639.
22 Xue, C.–H.; Mu, Q.–M.; Chen, S.–H. Chin. Chem. Lett. 2001, 12, 413.
23 赵辉,薛翠花,牟其明,李玲,陈淑华. 应用化学. 2001,18,614.
24 薛翠花,牟其明,李玲,陈淑华. 四川大学学报(自然科学版).2000,38,124.
25 薛翠花,牟其明,陈淑华. 化学学报. 2002,60,355.
26 薛翠花,四川大学博士学位论文,成都,2001.
27 彭游,牟其明,杨祖幸,顿珠次仁,陈淑华. 有机化学.2004, 24, 399.
28 牟其明,四川大学博士学位论文,成都,2003.
29 李玲,牟其明,杨祖幸,赵志刚,陈淑华. 有机化学,2003,23,452.
30 Tobe, Y,; Sasaki, S.; Mizuno, M.; Hirose, K.; Naemura, K.. J. Org. Chem.. 1998, 63, 7481.
31 薛燕,吴思忠,彭爱东,杨瑛,陆世维,有机化学,2002,22,529.
32 Mu, Q.–M.; Xue, C.–H.; Zhang, G.–L.; Wang, L.–B.; Chen, S.–H. Chin. Chem. Lett. 2003, 14, 1211.
33 Mu, Q.–M.; Xue, C.–H.; Chen, S.–H. Syn. Commun.2003, 33, 3055.
34 Schmuck, C. Chem. Commun., 1999, 843.
35 Schmuck, C. Chem. Eur. J. 2000, 6, 709.
36 Echavarren, A. M.; Galan, A.; Lehn, J.–M.; Mendoza, J. D. J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 4994.
37 Galan, A.; Andreu, D.; Echavarren, A. M.; Prados, P.; Mendoza, J. D. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 1511.
38 陆国元,胡宏纹. 中国科学(B 辑). 1996,26,289.
39 陆国元,万小宾,金传明,宋伟. 化学学报. 2000,58,890.
40 Tsai, C.–C.; Follis, K. E.; Sabo, A.; Beck, T. W.; Grant, R. F.; Bischofberger, N.; Benveniste, R. E.; Black, R.. Science. 1995, 270, 1197.
41 陆国元,王震生,刘芳. 化学学报. 2001,59,600.
42 Segura, M.; Alcazar, V.; Prados, P.; Mendoza, J. D. Tetrahedron. 1997, 53, 13119.
43 Schmidtchen, F. P.; Gleich, A.; Schummer, A. Pure. Appl. Chem. 1989, 61, 1535.
44 Metzger, A.; Gloe, K.; Stephan, H.; Schmidtchen, F. P. J. Org. Chem.1996, 61, 2051.
45 黄志镗,杨联明. 化学进展. 1994,6,173.
46 Timmerma, P.; Verboom, W.; Reinhoudt, D. N. Tetrahedron. 1996, 52, 2663.
47 Bohmer, V. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 713.
48 Li, X.; Upton, T. G.; Gibb, C. L. D.; Gibb, B. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 650.
49 Arduini, A.; Pochini, A.; Reverberi, S.; Ungaro, R.. Tetrahedron. 1986, 42, 2089.
50 Ikeda, A.; Shinkai, S. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3102.
51 Murakami, H.; Shinkai, S. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 4237.
52 Molenveld, P.; Engbersen, J. F. J.; Reinboudt. Chem. Soc. Rev. 2000, 29, 75.
53 Morzherin, Y.; Rudkevich, D. M.; Verboom, W.; Reinhoudt, D.N. J. Org. Chem. 1993, 58, 7602.
54 Scheerder, J.; Engbersen, J. F. J.; Casnati, A.; Ungaro, R.; Reinhoudt, D. N. J. Org. Chem. 1995, 60, 6448.
55 戈云,刘莉,王云艳,颜朝国. 化学学报. 2005,63,533.
56 Beer, P. D.; Drew, M. G. B.; Gradwell, K. J. Chem. Soc. Perkin Trans 2, 2000, 511.
57 Dudi?, M.; Lhoták, P.; Stibor, I.; Lang, K..; Prosková, P. Org. Lett. 2003, 5, 149.
58 Liu, S.–Y.; He, Y.–B.; Wu, J.–L.; Wei, L.–H.; Qin, H. –J.; Meng, L.–Z.; Hu, L. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 1582.
59 Liu, F.; Lu, G.–Y.; He, W.–J.; Mei, Y.–H.; Zhu, L.–G. Synthesis. 2001, 607.
60 Liu, F.; Lu G.–Y.; He, W.–J.; Wang, Z.–S.; Zhu, L.–G. Chin. J. Chem. 2001, 19, 317.
61 Zheng, Y.–S.; Zhang, C. Org. Lett. 2004, 1189.
62 Liu, Y.; Chen, Y.; Inoue, Y. J. Org. Chem. 2001, 66, 7209.
63 Liu, F.; Lu, G.–Y.; He, W.–J.; Liu, M.–H.; Zhu, L.–G.; Wu, H.–M. New. J. Chem., 2002, 26, 601.
64 Wang, Z.–S.; Lu, G.–Y.; Gou, X.; Wu, H.–M. Supramol. Chem. 2003, 15, 327.
65 Guo, X.; Lu, G.–Y.; Li, Y. Thin Solid Films. 2004, 460, 264.
66 Tecilla, P.; Chang, S.–K.; Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 9586.
67 Chang, S.–K.; Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1318.
68 Chang, S.–K.; Engen, D. V.; Fan, E.; Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7640.
69 Tecilla, P.; Jubian, V.; Hamilton, A. D. Tetrahedron. 1995, 51, 435.
70 Aoki, I.; Harada, T.; Sakaki, T.; Kawahara, Y.; Shinkai, S. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1992, 1341.
71 牟其明,赵志明,陈淑华. 化学学报. 2002,60,1841.
72 李东红,李恒光,李方,陈淑华,赵华明. 有机化学. 1997,17,340.
73 王健,张清华,刘丽,陈淑华 四川大学学报(自然科学版). 2004,41,449.
74 王健,张清华,刘丽,陈淑华. 物理化学学报. 2005,21,22.
75 王健,张清华,牟其明,陈淑华. 化学学报. 2005,63,2121.
76 王健,杨祖幸,张清华,陈淑华. 有机化学. 2005,25,850.
77 Kohmoto, S.; Sakayori, K.; Kishikawa, K.; Yamamoto, M. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2, 1999, 833.
78 Rapos, C.; Almaraz, M.; Pérez, N.; Martín, M.; Weinrich, V.; Grande, M.; Caballero, M.; Morán, J. R. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 1485.
79 Bell, T. W.; Liu, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3673.
80 Goswami, S.; Hamilton, A. D.; Van Engen, D. J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 3425.
81 Goswami, S.; Mukherjee, R., Tetrahedron Lett. 1997, 38, 1619.
82 Hedge, V.; Madhukar, P.; Nadura, J. D.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4549.
83 Goodman, M. S.; Rose, S. D. J. Org. Chem. 1992, 57, 3268.
84 Jr Adrian, J. C.; Willox, C. S. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8055.
85 Kelly, T. R.; Maguire, M. P. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6549.
86 Goswami, S.; Mahapatra, A. K.; Mukherjee, R. J. Chem. Soc. Perkin Trans 1, 2001, 2717.
87 Zimmerman, S. C.; Weiming, W. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8054.
88 Zimmerman, S. C.; Zeng, Z.; Weiming, W.; Reichert, D. E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113,
183.
89 Zimmerman, S. C.; Weiming, W.; Zeng, A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 196.
90 Lonergan, D. G.; Deslongchamps, G. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 7861.
91 Nowick, J. S.; Ballester, P.; Ebmeyer, F.; Rebek Jr. J. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8902.
92 Bell, T. W.; Hou, Z.; Luo, Y.; Drew, M. G. B.; Chapoteau, E.; Czech, B. P.; Kumar, A. Science. 1995, 269, 671.
93 Beckles, D. L.; Maioriellc, T.; Santora, V. J.; Bell, T. W. Tetrahedron, 1995, 51, 363.
94 Mazik, M.; Sicking, W. Chem. Eur. J. 2001, 7, 664.
95 Burrows, C. J.; Richard, S. A., J. Inclusion Phenom, 1987, 5, 117.
96 Kinneary, J. F.; Roy, T. M.; Albert, J. S.; Yoon, H.; Wagler, T. R.; Shen, L.; Burrows, C. J. J. Inclusion Phenom. 1989, 7, 155.
97 Tamaru, S. I.; Yamamoto, M.; Shinkai, S.; Khasanov, A. B.; Bell, T. M. Chem. Eur. J. 2001, 7, 5270.
98 Yang, W.; He, H.; Drueckhammer, D. G.. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2001, 40, 1714.
99 Rebek Jr, J.; Nemeth, D. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 6783.
100 Rebek Jr, J.; Askew, B.; Nemeth, D.; Parris, K. J. Am. Chem. Soc.1987, 109, 2432.
101 Goswami, S.; ghosh, K.; Halder, M. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 1735.
102 彭游,赵志刚,杨祖幸,牟其明,陈淑华,有机化学,2005,25,462.
103 Gunlaugsson, T.; Davis, A. P.; O’Brien, J. E.; Glynn, M. Org. Lett.2002, 4, 2449.
104 Lee, D. H.; Lee, H. Y.; Lee, K. H.; Hong, J.–J. Chem. Commun. 2001, 1188.
105 Liao, J.–H.; Chen, C.–T.; Fang, J.–M. Org. Lett. 2002, 4, 561.
106 Kato, T.; Takeuchi, T.; Karube, I. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1996, 953.
107 Benito, J. M.; Gómez–Garrcía, M.; Jiménez, Balanco, J. L.; Mellet, C. O.; García Femández, J. M. J. Org. Chem. 2001, 66, 1366.
108 牟其明,赵志刚,杨祖幸,陈淑华,有机化学,2005,25,1084.
109 牟其明,四川大学博士学位论文,成都,2003.
110 Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7391.
111 Goswami, S.; Ghosh, K.; Mukherjee, R. Tetrahedron. 2001, 57, 4987.
112 Goswami, S.; Ghosh, K.; Dasgupta, S. J. Org. Chem. 2000, 65, 1907.
113 Inouye, M.; Takase, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1746.
114 Inouye, M.; Itoh, M. S.; Nakazumi, H. J. Org. Chem. 1999, 64, 9393.
115 Raposo, C.; Almaraz, M.; Martín, M.;; Weinrich, V.; Mussóns, M. L.; Alcázar, V.; Caballero, M. C.; Morán, J. R. Chem. Lett. 1995, 759.
116 Rebek Jr, J. Supramolecular Chemistry, 1993, 1, 261.
117 陆熙炎. 化学进展. 1998,10,123.
118 Varma, R. S.; Kumar, D. Org, Lett. 1999, 1, 697.
119 朱清时. 化学进展. 2000,12,410.
120 Bhushan, M.; Virendra, R. Synth. Commun. 2002, 32, 1731.
121 金钦汉,戴树珊,黄卡玛. 微波化学. 科学出版社,北京,2001.
122 Yadav, J. S.; Reddy, B. V. S.; Reddy, P. T. Synth commun. 2001, 31, 425.
123 Bose, A. K.; Manhas, M. S.; Ghosh, M.; Shan, M.; Raju, V. S.; Bari, S. S.; Newaz, S. N.; Banik, B. K.; Chaudhary, A. G.; Barakat, K. J. J. Org. Chem. 1991, 56, 6968.
124 Tomoyuki, O.; Yayoi, Y.; Yasushi, Y. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2001, 74, 2181.
125 Yamabe, T.; Hori, K.; Akagi, K.; Fukui, K. Tetrahedron. 1979, 35, 1065.
126 Zheng, Q. T.; Chen, C. F.; Huang, Z. T. Tetrahedron, 1997, 53, 10345.
127 Liu, Y.; Qi, A.–D.; Han, B.–H .; Li, Y .–M.; Chang, Y.–M.; Cheng, R.–T. Chin. Sci. Bull. 1997, 42, 1516.
128 尤长城,刘育. 高等学校化学学报,2000, 21, 249.
129 Liu, Y.; You, C.–C.; He, S.; Chen, G.–S.; Zhao, Y.–L. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 2002, 463.
130 Bukownik, R. R.; Wilicox, C. S. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6204.
131 Arrecke, R.; Bohmer, V.; Cacciapaglia, R.; Cort, A. D.; Mandolini, L. Tetrahedron. 1997, 53, 4901.
132 Davidson, R. B.; Bradshaw, J. S.; Jones, B. A.; Dalley, N. K.; Christensen, J. J.; Izatt, R. M. J. Org. Chem. 1992, 57, 275.
133 Liu, Y.; Zhang, Y. M.; Sun, S. X..; Li, Y. M.; Chen, R. T. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1997, 1606.
134 Sawada, M.; Takai, Y.; Yamada, H.; Nishida, J.; Kaneda, T.; Arakawa, R.; Okamoto, M.; Hirose, K.; Tanaka, T.; Naemura, K. J. Chem. Soc. , Perkin Tran. 2. 1998, 701.
135 Krishna, P.; Prabhakar, S.; Manoharan, M.; Temmis, E. D.; Vairamani, M. Chem. Commun. 1999, 1215.
136 Boerrigter, H. ; Grare, L.; Nissink, J. W. M.; Chrisstoffels, L. A. J.; Van der Maas, J.; Verboom, W.; de Jong, F.; Reinhoudt, D. N. J. Org. Chem. 1998, 63, 4174.
137 Seiichi, N.; Tomoyuki, Y.; Ryo, K.; Takeshi, S.; Norio, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2001, 74, 2343.
138 Kakeda, Y.; Goto, H. Bull. Chem. Soc. Jpn., 1979, 52, 1920.
139 Inoue, Y.; Hakushi, T.; Liu, Y.; Tong, L. H.; Bao, J. S.; Jin, D. S. J. Am. Chem. Soc. 1993,115, 475.
140 Eatough, D. J.; Christensen, J. J.; Izatt, R. M.; Thermochim. Acta. 1972, 3, 219.
141 郝爱有,童林荟,高兴明,张复升. 物理化学学报. 1995,11,202.
142 周杰,何俊文,赵洁,史慧明. 高等学校化学学报. 1999,20,204.
143 Benesi, H. A.; Hilderbrand, J. H. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 2703.
144 Cramer, F.; Saenger, W.; Spatz, H. C. J. Am. Chem. Soc. 1967, 87, 14.
145 刘育,尤长城,张衡益. 超分子化学. 南开大学出版社,天津,2001.