CN104341428A - 五甲基五羟基五元瓜环及其制备方法 - Google Patents

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王传增
张云黔
薛赛凤
陶朱
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    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
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Abstract

本发明一种五甲基五羟基五元瓜环及其制备方法，具体地说是五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]的制备方法。属于改性瓜环的技术领域。本发明一种五甲基五羟基五元瓜环及其制备方法，是由五甲基五元瓜环SPMeQ[5]为原料，与过硫酸钠在水溶液中加热反应，生成物经分离而得到的一种五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]，所指的五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]化学式为：{[(C35H40N20O15)]·10(H2O)}。本发明公开了PPQ[5]的工艺步骤和工艺条件。本发明专利1）所使用的合成方法具有操作简单，产率高等特点。2）利用瓜环的特殊结构，可用于瓜环配位化学和超分子自组装等方面的研究。

Description

五甲基五羟基五元瓜环及其制备方法
技术领域
本发明一种五甲基五羟基五元瓜环及其制备方法，具体地说是五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]及其制备方法。属于改性瓜环技术领域。 
背景技术
瓜环(Cucurbit[n]urils，Q[n]s) 具有由n个苷脲单元和2n个亚甲基桥连起来的大环笼状化合物，其两个开口端边沿“镶嵌”着一圈羰基氧原子，因而具有与金属离子配位的能力，进而形成多种结构特征的瓜环基配合物以及配位聚合物。羟基瓜环（perhydroxycucurbit[n]uril, (HO)2nQ[n]s），因其外壁还具有多个羟基活性基团，使羟基取代瓜环不仅保持了普通瓜环的结构以及性质等特征，其外壁羟基的反应活性以及与金属离子的配位作用，使得羟基取代瓜环在多维多层次自组装、分子识别、分子器件、主客体化学及超分子化学等前沿科学以及材料研究等实际应用方面都有着更好的发展前景。目前羟基取代瓜环的合成一般都以普通瓜环为原料，但通常产率不高，如普通五元瓜环或六元瓜环为原料得到的羟基瓜环的产率不超过45%，而七元瓜环或八元瓜环为原料得到的羟基瓜环的产率甚至不超过5% (Jon S. Y., Selvapalam N., Oh D. H., et al  J. Am. Chem. Soc . 2003, 125, 10186)。这大大阻碍了瓜环化学在上述领域的发展。由于普通瓜环可氧化的位置较多，不仅可能产生过多的羟基化位置，使进一步的衍生化难于控制，同时也是造成瓜环氧化分解、产率低下的主要原因。因此我们尝试利用烷基取代瓜环来代替普通瓜环，这样可减少羟基化位置，同时还有可能给出更多的结构特异的羟基瓜环。本发明中，我们选用的单取代五甲基五元瓜环SPMeQ[5]，其腰上有一半的位置被不能羟基化的甲基取代，因此，可获得只有五个羟基的新型羟基瓜环PPQ[5]。这不仅限制了可氧化的位置，同时还可能减小过多氧化对瓜环的分解破坏，可提高羟基瓜环的产率。 
发明内容
本发明的目的在于制备一种高产率的羟基瓜环，即五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]。 
本发明一种五甲基五羟基五元瓜环，由五甲基五元瓜环SPMeQ[5]为原料，与过硫酸钠在水溶液中加热反应，生成物经分离而得到的一种五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]，所指的五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]化学式为： 
{[(C35H40N20O15)]·10(H2O)}
五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]的结构式为：
 
所指的五甲基五元瓜环SPMeQ[5]分子式为：{[(C35H40N20O10)]·10(H2O)}
结构式为
 
本发明一种五甲基五羟基五元瓜环的制备方法，按下列步骤进行：
(1) 将五甲基五元瓜环SPMeQ[5]和过硫酸钠按摩尔比1:5~7称量，混合均匀后倒入三口烧瓶中；
(2) 向上述混合物中按照每克五甲基五元瓜环加45-50ml蒸馏水的比例加入蒸馏水；
(3) 将步骤(2)中得到的乳浊液在75℃条件下加热反应7-8小时，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]的混合物；
(4) 将得到的PPQ[5]的混合物蒸干，得到混合物固体；
(5) 向混合物固体加二甲基亚砜DMSO溶解，减压抽滤去掉不溶物滤渣，保留DMSO滤液；
(6) 向DMSO溶液中加入无水乙醇，产生沉淀，并继续加乙醇使沉淀完全；
(7) 将步骤(6)的沉淀减压抽滤，并用无水乙醇洗涤沉淀3-4次，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]粗品；
(8) 将PPQ[5]粗品，经氢离子型Dowex柱层析分离，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]纯品。
实验证明一种五甲基五羟基五元瓜环的制备方法，当五甲基五元瓜环SPMeQ[5]、过硫酸钠Na2S2O8按摩尔比1 : 6时，五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]产率最高。 
上述柱层析所用固定相为Dowex50W×2氢离子型；淋洗液为冰乙酸，水和盐酸的混合溶液，其中盐酸浓度为0.1~0.5mol/L，冰醋酸和水的体积比为1：1,冰醋酸、水和浓盐酸的体积比为500:500:8.5～42.5。 
本发明一种五甲基五羟基五元瓜环的制备，利用 SPMeQ[5] 与过硫酸钠在水溶液中加热条件下，得到氧化的羟基瓜环产物。鉴于其在溶解性和活性基团方面的优势，也为五甲基五羟基五元瓜环在其他方面的研究提供了有利条件。 
本发明通过对PPQ[5]进行结构表征和性质研究，可以得出以下结论：PPQ[5]在水中和部分有机溶剂中的溶解性得到很大提高，PPQ[5]含有多个羟基，这将在金属配位、超分子自组装体的形成等方面得到改善。 
本发明中对所合成的瓜环及配合物采用X-射线单晶衍射、1H-NMR等分析手段进行结构、性质等表征。 
本发明专利1）所使用的合成方法具有操作简单，产率高等特点。2）利用能瓜环的特殊结构，可用于瓜环配位化学和超分子自组装等方面的研究。 
附图说明
图1 SPMeQ[5]氧化为PPQ[5]的晶体结构示意图； 
图2 SPMeQ[5](上)和PPQ[5](下)的1H-NMR图。
具体实施方式
实施例1： 
(1) 分别称取五甲基五元瓜环SPMeQ[5] 10.0g（9.26 mmol），Na2S2O8 13.23g（55.56mmol），摩尔比为SPMeQ[5] ：Na2S2O8=1:6，混合均匀后倒入1000ml三口烧瓶中；
(2) 向上述混合物中加入500ml蒸馏水，；
(3) 放置于磁力搅拌器中进行反应，温度为75℃，反应时间8小时，反应完成后得到PPQ[5]混合物；
(4) 将得到的PPQ[5]的混合物蒸干，得到混合物固体；
(5) 向混合物固体加二甲基亚砜DMSO溶解，减压抽滤去掉不溶物滤渣，保留DMSO滤液；
(6) 向DMSO溶液中加入无水乙醇，产生沉淀，并继续加乙醇使沉淀完全；
(7) 将步骤(6)的沉淀减压抽滤，并用无水乙醇洗涤沉淀4次，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]粗品；
(8) 将PPQ[5]粗品，经氢离子型Dowex柱层析分离，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]纯品。
柱层析所用的固定相为Dowex50W??2氢离子型，用淋洗液将PPQ[5]粗品调成糊状，转移上柱，淋洗液为冰乙酸，水和盐酸的混合溶液，其中盐酸浓度为0.2mol/L，冰乙酸与水的体积比为1:1,具体配制为冰乙酸的体积为500ml，水的体积为500ml，浓盐酸的体积为17.0ml，样品上柱后用淋洗液反复淋洗，并将滴出的淋洗液依次收集并蒸干后，通过核磁检测固体，判断分离出的样品是否为PPQ[5]。依次分离出的样品顺序为铵盐、苷脲碎片、部分氧化的瓜环（很少）、PPQ[5]。继续分离，最后将纯品PPQ[5]完全分离出来，并得到90%的产率。 
实施例2： 
操作步骤同实施例1，区别在于步骤1，分别称取五甲基五元瓜环SPMeQ[5] 10.0g（9.26mmol），Na2S2O8 11.02g（46.30mmol），摩尔比为SPMeQ[5] ：Na2S2O8=1:5，步骤（7）、（8）得到的粗产品通过核磁检测，羟基特征峰与实施例1相比，效果不够明显，PPQ[5]产率80%。
实施例3： 
操作步骤同实施例1，区别在于步骤1，分别称取五甲基五元瓜环SPMeQ[5] 10.0g（9.26mmol），Na2S2O8 15.44g（64.82mmol），摩尔比为SPMeQ[5] ：Na2S2O8=1:7步骤（8）得到的纯品产率70%。

Claims (4)

1.一种五甲基五羟基五元瓜环，其特征是由五甲基五元瓜环SPMeQ[5]为原料，与过硫酸钠在水溶液中加热反应，生成物经分离而得到的一种五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]，所指的五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]化学式为：
{[(C35H40N20O15)]·10(H2O)}
五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]的结构式为：
                。
2.如权利要求1所述的一种五甲基五元瓜环的制备方法，其特征是按下列步骤进行：
(1) 将五甲基五元瓜环SPMeQ[5]和过硫酸钠按摩尔比1:5～7称量，混合均匀后倒入三口烧瓶中；
(2) 向上述混合物中按照每克五甲基五元瓜环加45-50ml蒸馏水的比例加入蒸馏水；
(3) 将步骤(2)中得到的乳浊液在75℃条件下加热反应7-8小时，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]的混合物；
(4) 将得到的PPQ[5]的混合物蒸干，得到混合物固体；
(5) 向混合物固体加二甲基亚砜DMSO溶解，减压抽滤去掉不溶物滤渣，保留DMSO滤液；
(6) 向DMSO溶液中加入无水乙醇，产生沉淀，并继续加乙醇使沉淀完全；
(7) 将步骤(6)的沉淀减压抽滤，并用无水乙醇洗涤沉淀3-4次，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]粗品；
(8) 将PPQ[5]粗品，经氢离子型Dowex柱层析分离，得到五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]纯品。
3.根据权利要求2所述的一种五甲基五元瓜环的制备方法，其特征是：当五甲基五元瓜环SPMeQ[5]、过硫酸钠Na2S2O8按摩尔比1 : 6时，五甲基五羟基五元瓜环PPQ[5]产率最高。
4.根据权利要求2所述的一种五甲基五元瓜环的制备方法，其特征是：柱层析所用固定相为Dowex50W×2氢离子型；淋洗液为冰乙酸，水和盐酸的混合溶液，其中盐酸浓度为0.1～0.5mol/L，冰醋酸和水的体积比为1：1，冰醋酸和水和浓盐酸的体积比为500:500:8.5～42.5。
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