葫芦脲的合成及其与二水杨醛二乙撑三胺的分子组装
张宝秀;张淑萍;张宇
【摘 要】以尿素、乙二醛和甲醛为初始原料合成葫芦脲[6], 再以水杨醛和二乙撑三胺合成二水杨醛二乙撑三胺, 最后将二者进行分子组装;通过红外光谱和紫外光谱对组装分子进行了初步表征, 结果表明形成了一种新型的准轮烷.
【期刊名称】《长治学院学报》
【年(卷),期】2018(035)005
【总页数】5页(P13-17)
【关键词】瓜环[6];葫芦脲[6];二乙撑三胺;超分子化学;分子组装
【作 者】张宝秀;张淑萍;张宇
【作者单位】长治学院 化学系,山西长治 046011;长治学院 化学系,山西长治 046011;长治学院 化学系,山西长治 046011
【正文语种】中 文
【中图分类】O62
引言
葫芦脲是一个具有空腔、两端开口的刚性大环分子[1]。1905年，Behrend[2]等人用尿素、乙二醛和过量甲醛在酸性条件下缩合，产生了一种非晶形的沉淀，之后用热浓硫酸处理、冷水稀释，并将所得溶液进行回流，在冷却前即形成了一种晶状固体。经分析得出：该化合物的结构式为C10H11N7O4·2H2O，且对强酸强碱试剂均稳定，可对各种金属盐和染料进行包结。1981年，德国化学家Freeman等[3]重新研究，利用X射线衍射测定其晶体结构，重新确定了该化合物的结构，发现其形状与葫芦相似，故将其命名为葫芦脲（cucurbit[n]uril，CB[n]）。国内研究者习惯称该大环化合物为瓜环，为表明其中的结构单元数，采用类似于杯芳烃的命名规则，可称为葫芦脲[n]或瓜环[n]。Buschmann等[4]优化了合成路线，可以经济安全的制备葫芦脲[6]。直到1995年，针对葫芦脲[6]的自组装体系、超分子实体及相关应用研究才有了较快的发展。尤其是Kim和Anthony几乎同时发现了五、七、八等其他多元葫芦脲，从而形成了葫芦脲家族。其结构如图1所示，不同的聚合度构成
英语三级作文万能模板不同种类的葫芦脲，即随单体数目的增加而具有不同大小的空腔和端口直径。与已报道的冠醚、杯芳烃、环糊精等大环穴状配体相比，它的刚性结构更强，可选择性的包含多种大小不同的无机或有机分子，进而形成稳定的超分子主客体包含物。
葫芦脲不仅是良好的供电子基，且在动力学方面也比较稳定。它们不溶于有机溶剂，极难溶于水[5]，易溶于无机酸（盐酸、硫酸）及有机酸（甲酸），且溶解度随酸度的增强而增大。另外，由于其易与多种金属阳离子形成配合物，故其在碱金属、碱土金属离子的水溶液中均可以溶解，且溶解度随金属离子浓度的增加而提高[6]。葫芦脲的结构具有对称性，其疏水性的空腔可容纳多种分子的疏水部分，且与质子化的有机胺类化合物具有较强的亲和力。
图1 葫芦脲
图2 Kim课题组首次合成的1D类轮烷
1996年，Kim[7]课题组将葫芦脲作为大环主体首次报道了一种新型的聚轮烷，如图2所示。线性客体分子1穿插进入葫芦脲的空腔中形成类轮烷，随后将此类轮烷与硝酸铜通过配位作用形成了一维聚轮烷，并通过X射线单晶衍射确定了其结构。
石家庄英语角
进一步研究发现，葫芦脲在分子开关[8-12]、分子陀螺仪[13，14]、仿酶催化反应[15-17]以及分子识别[18]等方面都有巨大的潜在应用价值。同时它在药物包结方面也有非常重要的应用，由于各种葫芦脲聚合度不同，其分子的空腔和端口尺寸也就不同。这种高度专一的主客体键合能力能包含多种药物分子至其疏水空腔内，进而起到降低药物毒副作用或提高其水溶性和稳定性的效果。小鼠实验发现，在葫芦脲最大给药剂量时，小鼠依旧存活，表明葫芦脲自身毒性极小。这使得葫芦脲可作为一种新型的安全低毒的药物载体，在增加药物稳定性的同时，提高药物的生物利用度[19]。
脂肪族多胺类化合物是调节细胞生长的重要物质，影响核糖体、DNA、RNA及其他生物化合物，具有重要的生理活性。多胺的活性常基于多胺的阳离子与带负电荷的分子间的静电相互作用。多胺存在于有机体的各种细胞，通过多胺转运体进入细胞，广泛参与细胞代谢，具有在体内外调节基因表达的作用。在人类细胞中，多胺还可与病毒HIV-1的起动子/增强子的不同部位结合，抑制其相应产物的转录，进一步抑制HIV-1的复制[20]。多胺还能特异性地部分替代某些DNA结合蛋白与DNA序列结合，从而阻止其相应蛋白结合到此部位，促进转录[21]。动物实验显示，多种多胺类化合物还能有效预防和对抗缺血性脑损伤[22，23]。总之，多胺类化合物由于其生理活性而在新药研发中具有重要地位，因此本文
研究了CB[6]对二乙撑三胺的分子组装作用，旨在为该类超分子的生理活性研究及新药的开发提供一定的科学依据。the choice
2 合成路线
图3 葫芦脲[6]的合成路线
图4 二水杨醛二乙基三胺的合成路线
图5 葫芦脲[6]与二水杨醛二乙基三胺的分子组装儿童焦虑症的表现
1 实验部分
1.1 主要仪器及试剂
表1 主要的仪器主要仪器 型号 生产厂家循环水式多用真空泵鼓风干燥箱电子分析天平电热恒温鼓风干燥箱旋转蒸发仪低温冷却水循环泵热磁力搅拌器傅里叶变换红外光谱仪紫外可见分光光度计SHZ-CB DHG-9240A BSA124S-CW DHG-9146A IKA-RV8 CCA-20 08-2 ALPHA日立U-2910巩义市予华仪器有限责任公司上海慧泰仪器制造公司赛多利斯科学仪器
有限公司上海浦东荣丰科技仪器有限公司巩义市予华仪器有限责任公司巩义市予华仪器有限责任公司广州市爱卡仪器设备有限公司德国布鲁克公司HITACHI
表2 主要的试剂主要药品 纯度 生产厂家尿素40%乙二醛浓盐酸丙酮37%甲醛多聚甲醛水杨醛二乙基三胺甲醇AR AR AR AR AR AR AR AR AR天津市凯通化学试剂有限公司天津市大茂化学试剂厂天津市风船化学试剂科技有限公司天津市风船化学试剂科技有限公司天津市风船化学试剂科技有限公司天津市凯通化学试剂有限公司天津市大茂化学试剂厂国药集团化学试剂有限公司天津市凯通化学试剂有限公司
1.2 甘脲的制备
将30.75 g（0.5 mol）尿素用一定量的蒸馏水溶解，用浓硫酸将溶液的pH值调至1.0～2.0，搅拌加热升温至75℃，向该溶液中缓慢滴加48 mL（0.2 mol）40%乙二醛溶液，随后升温至80℃，回流约6 h，停止加热，将生成的白色沉淀过滤、洗涤、真空干燥，称重，得到23.18 g白色细腻粉末状固体，产率81.6%，熔点＞300℃。
1.3 葫芦脲[6]的合成
milady
将3.0 g（0.021 mol）甘脲溶于10 mL浓盐酸中，加入适量蒸馏水，搅拌加热至75℃，然后向其溶液中滴加8 mL（0.099 mol）37%的甲醛溶液，升温至90℃，搅拌30 min后，产生大量白色沉淀，继续反应2h，抽滤，水洗，再分别用10 mL浓盐酸、6 mol/L的盐酸溶液和浓硫酸进行三次重结晶，抽滤，真空干燥，得1.226 g白色固体，产率35.1%，熔点＞300℃。日语n3
1.4 二水杨醛二乙撑三胺的合成
室温搅拌下，将7.5 mL溶有2.2 mL（0.02 mol）二乙撑三胺的甲醇溶液滴加到40 mL溶有4.2 mL（0.04 mol）水杨醛的甲醇溶液中，继续室温搅拌3 h，反应混合液由淡黄色慢慢变为黄色，放置备用。
1.5 葫芦脲[6]与二水杨醛二乙撑三胺的组装
取 0.4984 g（0.5 mmol）葫芦脲[6]和 0.1715 g（0.5 mmol）二水杨醛二乙撑三胺溶于15 mL 6 mol/L的盐酸溶液中，搅拌加热至80℃，回流3 h，反应混合液由黄色变为棕红色。停止反应，过滤，将滤液旋蒸浓缩，静置至室温，析出红色晶状固体，抽滤，真空干燥，称重得0.3622 g红色固体，产率52.2%，熔点＞300℃。
oceania2 表征及结果分析
2.1 红外光谱表征
2.1.1 甘脲的红外光谱表征
从图6中可以看出，在3155 cm-1处为甘脲的N-H键伸缩振动吸收峰；2839 cm-1处为次甲基之C-H键伸缩振动吸收峰；1680 cm-1为羰基伸缩振动吸收峰。
乐匙智能双排键图6 甘脲的红外光谱图
2.1.2 葫芦脲[6]的红外光谱表征
图7中，在3500～3300 cm-1的范围有强的吸收峰，此为葫芦脲[6]中结晶水的水峰[24]；在 3000 cm-1，2929 cm-1处有以肩峰形式出现的小峰，为亚甲基不对称伸缩及对称伸缩振动特征吸收峰，1458 cm-1处为亚甲基的弯曲振动峰，此三个吸收峰的同时存在说明原料甘脲单体已通过亚甲基相互连接为葫芦脲；1704 cm-1处为葫芦脲[6]中羰基吸收峰。
图7 葫芦脲[6]的红外光谱图
2.1.3 组装分子的红外光谱表征
图8中，在3195-3000 cm-1处为所形成的分子组装体中二水杨醛二乙撑三胺的酚羟基吸收峰，在1213 cm-1处为线性分子中苯环与羟基的C―O键吸收峰，在1600-1450 cm-1的区域有水杨醛中苯环骨架的特征吸收峰，3030 cm-1处为苯分子中C-H伸缩振动吸收峰，据此可推断线性客体分子二水杨醛二乙撑三胺的两端可能处于CB[6]的空腔之外；另外从图8中还可以看到，3600-3200 cm-1之间无任何吸收峰，这说明原二水杨醛二乙撑三胺中的仲胺之N-H键红外吸收峰被屏蔽，可能是因为该化合物的中间部分被葫芦脲[6]分子包含在其空腔内；而1719 cm-1处的强吸收峰，为该组装体中葫芦脲[6]的羰基吸收峰，与图7中1704 cm-1相比，由于组装体的形成，使得羰基吸收峰向高波数方向移动了15 cm-1。
图8 分子组装体的红外光谱
综上所述，葫芦脲[6]与二水杨醛二乙撑三胺的反应既不是简单的混合，也没有新的化学键形成，而是通过一种较弱的分子间相互作用力结合而成的一种包合物，即葫芦脲[6]作为大环主体、二水杨醛二乙撑三胺作为线性客体分子。
2.2 紫外吸收光谱测定
配制相同浓度的葫芦脲[6]、二水杨醛二乙撑三胺及组装分子的盐酸溶液，分别测定其紫外吸收，如图9。
在图 9 中，曲线 1、2、3 分别为葫芦脲[6]、二水杨醛二乙撑三胺及分子组装体的紫外吸收曲线。可以看出，相比于前两者的紫外吸收曲线而言，在形成组装分子复合物之后，峰位发生红移，且吸收峰强度明显减弱。这是因为在两者包合以后，葫芦脲作为大环主体分子，将二水杨醛二乙撑三胺这一线性客体分子包结在自身的疏水空腔内，水杨醛苯环上的羟基H与葫芦脲[6]端口处的N原子以及羰基上的O原子形成氢键所致。
图9 组装分子的紫外-可见吸收光谱
综上所述，以尿素、乙二醛和甲醛为初始原料合成葫芦脲[6]，再以水杨醛和二乙撑三胺合成二水杨醛二乙撑三胺，最后将二者进行分子组装。通过红外光谱和紫外光谱对组装分子进行了初步表征，结果表明形成了一种新型的准轮烷。
参考文献：
【相关文献】
［1］刘育，尤长城，张衡益.超分子化学［M］.天津：南开大学出版社，2001：385-391.
resident［2］Behrend R,Meyer E,Rusche F.Ueber condensationsproducte aus glycoluril and formaldehyd［J］.Eur J Org Chem,1905,339:l-37.
［3］FreemanW A,MockW L,ShihN Y.Cucurbituril［J］.J Am Chem Soc,1981,103(24):7367-7368.
［4］Buschmann H J,CleveE,SchollmeyerE.Cucurbituril as a ligand for the complexation of cations in aqueous solutions［J］.Inorg Chim Acta,1992,193（1）:93-97.
>氦怎么读
