两类含氮杂环化合物的合成及其离子识别研究

发布时间：2019-07-15 09:38

【摘要】：超分子化学作为研究主客体间弱相互作用力的化学,是当今科学研究领域最前沿的学科之一。分子识别是超分子化学的一个重要研究分支,研究的是主体分子对客体分子的选择性结合并赋予“新的结合物”某种特定功能的过程。在此过程中,主体分子与客体分子通过非共价键协同作用结合在一起,并且可能会引起体系在构象上的转变以及化学性质的变化,这些结合过程中产生的变化表明了化学信息在此过程中被存储、传递及处理。氮作为一种重要的元素,广泛地存在于自然界和生命体中。吡咯和咪唑是两种含有氮原子的五元杂环化合物,它们继承了氮原子的化学特性,易于和其他离子键合形成非共价键。基于这个特性,吡咯和咪唑类衍生物在超分子化学分子识别领域占有十分重要的地位。本文合成了一系列杯[4]吡咯和菲并咪唑类化合物,并重点对其离子识别的特性进行研究,取得了一些较有价值的实验结果。(1)以1-Boc-4-哌啶甲基酮和吡咯为原料,在甲磺酸催化作用下合成了新型杯[4]吡咯化合物2a和2b;以化合物2b为母体通过迈克尔加成反应设计合成了一系列杯[4]吡咯衍生物2d-2h,并采用核磁共振氢谱和碳谱对它们的结构进行表征。同时,本文通过紫外滴定研究了系列杯[4]吡咯对阴离子的键合作用。实验结果表明,它们对氟离子具有很好的识别效果,其中2f对氟离子的络合能力最强。(2)以9,10-菲醌和取代苯甲醛为原料,经关环、缩合等反应得到一系列菲并咪唑类化合物,通过核磁共振氢谱和碳谱对它们的结构进行表征。荧光滴定结果表明,化合物3a对Ag~+、3d和3e对Fe~(3+)具有很好的识别效果,而其他金属离子对它们没有明显影响。随后,通过核磁滴定和荧光发射光谱探索了菲并咪唑类化合物识别金属离子的可能机理。
文内图片：
图片说明： 两类含氮杂环化合物的合成及其离子识别研究呈现出锥形、部分锥形、1, 2交替及1, 3交替等多种构象形式。当存在与杯[4]吡咯相互作用的底物分子时，杯[4]吡咯主要呈锥形构象，且环上4个氮原子处于同一平面（如图1.2和1.3）。（2）杯[4]吡咯的空腔结构大小可以调节。控制吡咯环中吡咯的个数或通过介位（meso-）引入体积较大的基团使腔体延伸可得到不同尺寸的空腔。（3）易于制备和进行化学修饰。通过吡咯与含官能团的酮反应，可以得到相应官能化的杯[4]吡咯衍生物，或是利用母体吡咯环β位的活性，通过化学反应直接引入官能团。（4）具有较高的熔点，热稳定性和化学稳定性，在绝大多数有机溶剂中具有一定的溶解度。正是杯[4]吡咯的这些特殊性能，才使其对阴离子和中性小分子具有优良的识别作用。
文内图片：
图片说明：杯[4]吡咯与Cl-、F-络合的晶体结构（锥形）
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O626

【参考文献】

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本文编号：2514622