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杯芳烃类化合物的设计合成及在药物载体与抗肿瘤药物研究中的应用杯芳烃(Calixarenes)是一类由对叔丁基苯酚与甲醛通过酚醛缩合反应生成的超分子大环化合物,具有外疏水内亲水的可变空腔结构,易于化学修饰,且在体内不会引起免疫反应等优点,是继环糊精和冠醚的第三代超分子化合物。
在杯芳烃的上缘或下缘通过功能化修饰引入特定基团,可得到具有良好水溶性或生物活性的杯芳烃衍生物,用于难溶于水药物的载体(Drugcarriers)及抗肿瘤超分子药物(Anti-tumordrugs)的研究,在生物医学领域具有明显的优势和广阔的应用前景。
基于上述研究意义,本论文以对叔丁基杯[n]芳烃(n = 4,6,8)及单氧杂二同杯[4]芳烃为母体骨架,运用药物设计原理,通过功能化修饰引入特定的活性基团,设计合成了多个系列羧酸类、酰胺类衍生物,并根据引入基团的功能差异分别开展载药性能、抗肿瘤活性及作用模式的理论计算研究,取得了一些较有意义的实验成果。
本研究开发了新型杯芳烃类抗肿瘤药物及载体,同时开辟了杯芳烃在药学应用的新途径。
论文主要分为以下五部分:1.功能杯芳烃类衍生物的设计与合成以对叔丁基苯酚和多聚甲醛为起始原料,控制反应条件,采用一步合成法,制备对叔丁基杯芳烃母体,进一步通过逆傅-克、酯化、水解反应等获得双亲性杯芳烃羧酸衍生物,用于抗肿瘤药物紫杉醇的包合和纳米载药体系的构建。
在查阅文献的基础上,采用药物拼接原理,将杯[4]芳烃母核与乙醇胺拼接,通过改变其空腔大小,在杯芳烃下缘引入链长不等的多羟基氨基及对杯芳烃上缘进行修饰等药物改造方法,进行了杯芳烃多羟基胺类抗肿瘤药物的设计。
分别以对叔丁基杯[n]芳烃(n= 4,6,8)为母体酯化、氨解反应最终获得13个新型杯[n]芳烃多羟基胺衍生物3a-3m;讨论了反应条件对目标产物收率的影响。
上述目标产物的结构均采用IR、1H NMR、13CNMR、HR-MS等进行了表征。
成功获得3a的单晶并利用单晶衍射明确其构型。
功能化间苯二酚杯芳烃的合成和性质研究的开题报告一、研究背景随着有机化学的发展，杯芳烃作为一种重要的有机分子已经引起了广泛的关注。
杯芳烃在化学、材料等领域拥有广泛的应用前景，因此研究不同种类的杯芳烃具有重要意义。
在所有杯型分子中，间苯二酚杯芳烃是其中一种比较重要的分子。
间苯二酚杯芳烃具有良好的储能性能、光电转换效率和荧光性能，是一种有潜力的光电材料和功能分子。
然而，间苯二酚杯芳烃的合成方法以及其性质研究还不够充分。
因此，本研究将针对间苯二酚杯芳烃进行深入研究，主要包括其化学合成方法以及性质方面的研究。
二、研究内容和目的本研究的主要内容包括：1、合成不同官能团化的间苯二酚杯芳烃。
2、利用核磁共振、红外光谱、紫外-可见吸收光谱等技术对合成的间苯二酚杯芳烃进行表征。
3、研究间苯二酚杯芳烃的荧光和光电性能。
本研究的目的是：1、优化间苯二酚杯芳烃的合成方法，提高合成产率和纯度。
2、深入研究间苯二酚杯芳烃的结构和性质，为其应用提供基础性研究数据。
三、研究方法和技术路线1、合成方法本研究将采用传统的有机合成方法进行合成。
首先合成双酰胺，然后引入不同的官能团，再通过亲核取代的方式合成目标产物。
2、表征方法本研究将采用核磁共振、红外光谱、紫外-可见吸收光谱等技术对合成的间苯二酚杯芳烃进行表征。
3、性质研究方法本研究将采用荧光光谱、UV-Vis 光谱等技术进行杯型分子的荧光性质和光电性质的研究。
四、研究可行性分析本研究以前人的研究为基础，基于已有的在化学合成、表征和性质研究等方面的成果，本研究具有较高的可行性。
同时，本研究将广泛应用先进的分析测试手段，确保数据的准确性和可靠性。
五、预期研究成果本研究将探究间苯二酚杯芳烃的合成和性质，研究成果将包括：1、优化间苯二酚杯芳烃的合成方法，提高合成产率和纯度。
2、对间苯二酚杯芳烃的结构和物理性质进行深入研究，为其应用提供基础性研究数据。
3、为杯型分子的分子设计和材料应用提供理论支持。
硫杂杯芳烃的研究进展硫杂杯芳烃是具有多种生物活性的有机化合物，在植物、微生物和动物体内广泛存在。
近几十年来，硫杂杯芳烃的研究取得了巨大的发展，虽然仍有许多未解的问题，但这类化合物的丰富的生物活性使得它受到化学家、药物研究者和药剂师们的广泛关注。
一、硫杂杯芳烃的来源和结构硫杂杯芳烃是三环的杯状结构的芳香族有机化合物，由四个芳香环组成，两个环上各有一个硫原子，另外在其中一个环上又有一个氧原子，形成硫杂杯芳烃类化合物。
它们出现在植物体内，是植物体内营养合成的一种产物，也可以通过农药杀菌或除草剂诱导而产生。
此外，硫杂杯芳烃类化合物也可以由一些微生物的代谢作用产生，如嗜酸乳杆菌、放线菌属、枯草芽孢杆菌和解毒芽孢杆菌等。
二、硫杂杯芳烃的生物活性硫杂杯芳烃具有多种生物活性，其中最为人熟知的是抗氧化活性和抗肿瘤活性。
研究发现，硫杂杯芳烃具有抗氧化活性，可以抵抗引起脂质过氧化的活性氧，从而能够抑制氧化性应激所造成的细胞结构损伤和蛋白质断裂，有助于保护细胞不受氧化损害，从而改善机体的健康状况。
此外，研究表明硫杂杯芳烃具有抗癌活性，可以有效抑制肿瘤细胞的生长，从而阻断肿瘤细胞的增殖，从而起到抗肿瘤作用。
三、硫杂杯芳烃的合成硫杂杯芳烃的合成一直是化学家们研究的焦点，多种方法均可以实现这类化合物的合成。
以有机合成的方法来看，其中硫杂杯芳烃的硫苯合成反应和硫芳合成反应是最常用的方法之一。
而从生物合成的角度来看，利用苯丙氨酸这种特殊的氨基酸的反应作用正在获得越来越多的关注。
四、硫杂杯芳烃的应用硫杂杯芳烃具有多种优异的生物活性，由于其稳定性好、耐受性强、抗氧化性强等特点，因此在农药、食品添加剂、药物控释剂、颜料、香料、保健品、醋酸纤维素和纳米制剂等领域得到了广泛应用。
此外，硫杂杯芳烃还有巨大的应用前景，如在光催化降解有机污染物、抗微生物病毒和抗菌剂、抗炎剂和抗血栓剂中的应用。
总之，硫杂杯芳烃的研究取得了巨大的进展，目前已发展出特定类型的硫杂杯芳烃，它们具有优异的生物活性，并可以用于各种药物的开发和应用.。
开 发 应 用杯芳烃合成及化学修饰研究进展朱 佳（同济大学化学系，上海 ２０００９２） 摘 要：杯芳烃是一类由苯酚单元与甲醛缩合而成的大环化合物，这类化合物具有易修饰、空腔大小可调、对离子或分 子客体均能识别等特性，日益受到人们的重视，被认为是继冠醚，环糊精之后的第三代主体化合物。
功能化杯芳烃衍生 物在生命科学，环保工程，医药技术等领域有广阔的应用前景。
本文就杯芳烃的合成及化学修饰进行了研究。
关键词：杯芳烃；合成；化学修饰 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１０．２６．０１８ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｌｉｘａｒｅｎｅｓ ＺＨＵ Ｊｉａ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｌｉｘａｒｅｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｂａｓｋｅｔ－ｓｈａｐｅｄ ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｆｏｒ ｈｏｓｔ－ ｇｕｅｓｔ ｃｏｍｐｌｅｘａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｉｅｓ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ａｆｔｅｒ ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｓ ａｎｄ ｃｒｏｗｎ ｅｔｈｅｒｓ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅａｓｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｏｗａｒｄｓ ｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｉｏｎｓ ａｎｄ ｎｅｕｔｒａｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｅｓｔｓ ｏｆ ｎｕｍｅｒｏｕｓ ｃｈｅｍｉｓｔｓ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃａｌｉｘａｒｅｎｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｔｏ ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｌｉｘａｒｅｎｅｓ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃａｌｉｘａｒｅｎｅｓ；Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ作为第三代超分子主体化合物，杯芳烃具有独特的空 穴结构，与冠醚和环糊精相比具有如下特点：①它是一类 合成的低聚物，它的空穴结构大小的调节具有较大的自由 度；②通过控制不同的反应条件及引入适当的取代基，可 固定所需要的构象；③不但可以在杯芳烃下缘的酚羟基和 上缘的苯环对位发生衍生化反应，而且连接苯环单元的亚 甲基都能进行各种选择性功能化，这不仅能改善杯芳烃自 身水溶性差的不足，而且还可以改善其分子络合能力和模 拟酶活力；④它的热稳定性及化学稳定性很好，可溶性虽 较差，但这各有利弊的一面，通过衍生化之后，某些衍生 物具有很好的溶解性；⑤杯芳烃不但能与离子，且能与中 性分子形成主客体包合物，这是容冠醚和环糊精两者之 长；⑥杯芳烃的合成较为简单，可望获得较为廉价的产 品。
杯[4]芳烃衍生物的研究摘要杯芳烃（calixarenes）作为继冠醚，环糊精之后的第三代超分子主体，以其易修饰、空腔大小可调、对离子或分子客体均能识别等特性日益受到人们的重视。
综述近年杯[4]芳烃衍生物在分子识别、分子组装、等方面的研究，尤其中国学者的研究。
关键字杯[4]芳烃衍生物性能分子识别Abstract Calixarenes were the third generation supermolecule after crown ether and cyclodextrin. Due to their easy functionalization and strong complexing properties towords cations，anions and neutral molecules，they have received particular interests by numerous chemists in recent years.The recent progress of calixarene derivatives chemistry was reviewed in some aspect :molecular recognition,enzymemimic, chemical sensor.Especially,a considerable attention was paid to studies in China. Keywords calix [4] arene derivatives；function；molecular recognition;一、研究意义：杯[4]芳烃是由对位取代的苯酚单元与醛在碱性条件下缩合，通过亚甲基连接的大环低聚物.因其具有与环糊精和冠醚类似的特点，被誉为“第三代超分子”.杯芳烃通过对上、下边缘的修饰而形成酯、酮、酰胺、醌、醚等各类衍生物可用于生化、医药等各种领域。
目录摘要 (II)关键词 (II)ABSTRACT ................................................................................................................. I II KEYWORDS ............................................................................................................... I II 1荧光分子探针简介.. (1)1.1荧光分子探针常用的荧光基团 (1)1.1.1 呫吨类 (1)1.1.2 罗丹明类 (1)1.1.3 稠环芳烃类 (2)1.1.4 其它类 (3)1.2荧光分子探针常用的识别基团 (3)2杯芳烃荧光分子探针研究进展 (6)2.1经典杯芳烃类荧光探针的研究进展 (6)2.2氧杂杯芳烃类荧光探针的研究进展 (9)3总结 (12)参考文献 (13)经典杯芳烃及氧杂杯芳烃荧光探针的研究进展摘要荧光探针具有较高的选择性及灵敏度，并且能够实现实时原位检测功能，所以它被广泛地应用于临床检验、环境监测、生物分析、材料研发等领域。
作为第三代超分子化合物—杯芳烃这个家族中新兴且重要的成员氧杂杯芳烃由于用氧杂亚丙基(-CH2-O-CH2-)部分或完全地取代了桥联亚甲基（-CH2-）使得氧杂杯芳烃拥有比经典杯芳烃更多的构象、更大的空腔体积以及更强的识别能力。
通过在氧杂杯芳烃的下沿引入特定的荧光基团，并利用模板效应控制其构型，可合成具有特定空腔结构的氧杂杯芳烃荧光探针。
本论文将近几年来经典杯芳烃及氧杂杯芳烃荧光探针的研究进展做一简要的综述。
关键词：经典杯芳烃,氧杂杯芳烃，荧光探针。
AbstractThe fluorescent probe has high selectivity and sensitivity, and the ability of real-time detection in situ, so it was widely used in clinical testing, environmental monitoring, biological analysis, materials research and other fields. Oxacalixarene is a new and important class of calixarene, which was recognized as the third generation of supramolecular compounds. because of the bridges- methylenes -CH2- groups were completely or partly replaced by -CH2-O-CH2- that make it has more conformations, larger cavity and greater identifiable ability than the classical calixarene. we can get the oxacalixarene fluorescent probes with specific cavity structure by introducing specific fluorophores to the lower rim of the oxacalixarene with the template effect to control its conformation. This paper mainly make a brief overview about the progress the classic calixarene and oxacalixarene fluorescent probes in recent years. Keywords: classic calixarene, oxacalixarene, fluorescent probe.1 荧光分子探针简介荧光分子探针通常由识别基团、连接体、荧光基团三部分组成。
对杯芳烃的研究摘要：介绍了杯芳烃的产生、性质，杯芳烃的合成及应用，研究进展，并展望了其未来的发展。
关键词：杯芳烃性质合成应用Abstract: This paper introduces calixarenes, properties, synthesis and application of calixarene, research progress, and the prospect of its future development.Key words: Calixarenes Nature Synthesis Application引言：杯芳烃一般是指由亚甲基桥连苯酚单元所构成的大环化合物[1 ] . 其结构如图1所示:杯芳烃由于和冠醚、环糊精一样具有独特的空穴结构，故被称为继冠醚和环糊精之后的第三代主体分子[2～5 ]。
近十年来受到了科学工作者的广泛关注。
近几十年来,关于杯芳烃类化合物在金属离子萃取,有机催化反应和可作为模拟酶化合物等方面的研究非常活跃。
由于该类化合物具有富π2电子的疏水空腔及特殊的立体化学结构,在对有机小分子的识别上显示出极大的优势。
杯芳烃是由对叔丁基苯酚和甲醛在碱性条件下发生缩合反应得到的大环化合物，因其结构类似于希腊圣杯而被命名为“杯芳烃”。
现在，杯芳烃的范围逐渐扩大，间苯二酚（雷琐辛）与甲醛在酸催化条件下形成的类似结构物质，也被命名为杯芳烃，甚至是其他的同样类似结构的物质也都被命名为杯芳烃。
根据苯酚单元数，将其命名为杯[n]芳烃。
较常见的是杯[4]芳烃、杯[6]芳烃和杯[8]芳烃。
如图的化合物，被命名为对叔丁基杯[4]芳烃。
21 杯芳烃的性质作为第三代主体超分子化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，与冠醚和环糊精相比具有如下特点：(1)它是一类合成的低聚物，它的空穴结构大小的调节具有较大的自由度。
人们所指的杯芳烃是杯[n]芳烃，一般n-4—8，目前在碱性条件下，n=9~19的杯芳烃都已合成出来。
(2)易于衍生化。
因为杯芳烃的结构特殊，其上缘的苯环对位取代基和下缘的酚羟基均易引入官能团，进行衍生反应，得到具有多种官能团和高度选择性的主体分子，从而具有分子识别能力。
现已合成了多杯芳烃、杯芳冠醚和杯芳穴醚、树枝状大分子等等。
(3)杯芳烃能与离子和中性分子形成主一客体包结物，这是集冠醚和环糊精两者之长。
因为在杯芳烃分子中由富电子的苯环围成的空腔具有憎水性，故能与一些中性的有机分子，如甲酵、苯、吡啶、氯仿等形成稳定的包结配合物。
(4)杯芳烃具有较好的热稳定性，较高的熔点，以及非挥发性。
而且在绝大多数溶剂中溶解度低、毒性低、揉性好。
(5)杯芳烃易于合成，原料易得且价格便宜，现在已有多种杯芳烃商品化。
2 杯芳烃的合成杯芳烃的合成主要有一步法和多步法。
2．1 一步合成法一步合成法最初是由Zinke等发现，后被Gutsche等改进和完善，它简单易行，在酸、碱性条件下利用酚类化合物与甲醛(或其它醛)水溶液步缩合完成。
一步合成法是目前最常用的合成杯芳烃的方法，现在合成具有四、六、八个对叔丁基苯酚单元的杯芳烃反应已相当成熟了。
但反应的适应性较差，必须是在对位取代是相同的条件下进行，而且较难得到n为奇数的杯芳烃。
32．2 逐步合成法逐步合成法是以片断进行缩合的方法，其适应性较广，通过调节环的大小，理论上能得到不同空穴的主体分子，合成出具有各种取代基和大小环的杯芳烃分子。
但由于步骤过于复杂，总产率不高。
42．3 杯芳烃的衍生化在得到杯芳烃的基本骨架后，通过各种反应在其边缘引入功能基团可以得到适合不同应用目的的衍生物。
通过转移杯芳烃上缘的叔丁基，再进行卤化、硝化、硫化、烷基化、重氮化等反应，可以得到种类繁多的衍生物。
对于亚甲基部分取代的衍生物。
多数是用片段缩合法得到的。
苯酚杯芳烃的酚羟基自身就是一个官能团，它可以与多种试剂反应，制备出各种杯芳烃的衍生物。
53 杯芳烃的应用杯芳烃实质上是一种特殊的环番(Metacyclo—phane)，具有结构灵活多变(尤其是构象变化)、易于修饰的特点。
由于这种特殊性，使杯芳烃及其衍生物都是具有高度选择性的主体分子，能和离子、中性分子等客体分子通过超分子作用络合。
所以，杯芳烃广泛应用于分析化学、工业、医学以及化学传感器等领域。
3．1 杯芳烃对金属离子、中性分子的识别作用在识别金属离子方面，由于杯芳烃分子的结构和电学特性，它对金属离子、有机阳离子和阴离子都具有高度选择性和亲和性。
有些杯芳烃衍生物还能从海水中提取铀，可用作排除家庭饮用水中毒性重金属离子(铅、镉、汞等)的重要试剂，可应用于医学肿瘤成像技术，还可络合镧系金属离子等等。
在识别中性分子方面，杯芳烃能和些中性有机分子形成包合物，如前面提到的C6D的分离。
杯芳烃还可分离有机胺和穴醚等等。
此外，杯芳烃对铁离子的萃取和传输，是杯芳烃经典的主客体化学性质之一，也是铁离子的分离和富集的重要手段。
如磺化杯[4]钠盐能与Fe 作用形成无色、可溶于水的络合物，而把Fe 萃取分离出来。
杯芳烃还可用于水污染的净化，当污水(或饮用水)中含有致癌或癌诱性能的化合物卤仿、氯二溴烷等卤代烷时，可利用它们能和杯芳烃快速形成稳定包合物的性质，对卤代烃进行选择性排除，从而达到净化的目的[4]。
杯芳烃还有在其它方面的应用，如作为模拟酶，利用它的热稳定性和非挥发性，其衍生物可用于塑料、橡胶等有机材料的抗氧化剂、光稳定剂和热稳定剂。
另外，作为敏感材料，可用作化学传感器，如制备离子选择电极、离子敏感场效应管、光敏化学传感器等等同[6 ]。
3．2杯芳烃对有机小分子的识别作用20 世纪80 年代中期以来, Gut sche 等几个研究组分别报道了杯芳烃及其衍生物能识别多种有机小分子,与它们形成稳定的包结物[7～14 ] . 这些小分子包括氯仿、二氯甲烷、甲醇、苯、甲苯、苯甲醚、吡啶、氧化吡啶、二氧六环等,分子识别的主要推动力为氢键作用、静电作用和疏水作用,而空穴大小则是主要的选择性依据.1986 年,Mckervey[15 ]领导的研究组合成了杯[ 4 ] 、杯[ 6 ]及杯[ 8 ]芳烃的多种酯类衍生物并报道了杯[ 4 ]芳烃酯类衍生物(1b) 与乙腈形成化学计量1∶1 包结物的晶体结构. 这是首次对非芳香客体与杯芳烃衍生物所形成的包结物晶体结构进行的报道,并且证实该包结物为笼形包结物.进入90 年代后,为了更加有效地识别有机小分子,人们对杯芳烃类化合物的结构及其多种可行的衍生物进行深入研究的基础上,又对其在分离和纯化有机小分子方面进行了有意义的探索.Hamann 等人[16 ]在1996 年提出了带有脲基官能团的杯[ 4 ]芳烃可以通过头2尾氢键作用形成二聚体,这种二聚体能够与氟代苯形成化学计量1∶1 的包结物. 实验中,当客体分子氟代苯加入到上述二聚体的溶液中19 F2NMR 谱图在高场处出现一新的单峰. 这是由于包结后的氟代苯的邻、间、对位氢原子有着不同的化学位移,这说明该客体进入到空腔的特定位置:邻位和间位氢原子位于杯芳烃苯环的π2电子体系内,而对位氢原子和氟原子位于闭合环的脲基处,积分表明二者大约按1∶1 化学计量比络合. 该类主体对其它客体如吡嗪、对二氟代苯的识别和包结作用也可直接从核磁共振谱图中观测到.随后,Ungaro 等人[17 ]合成了几种具有高度的预组织作用和刚性锥形构象的杯[ 4 ]芳烃衍生物,进一步的工作表明其中具有π2供体和刚性桥连的杯[ 4 ]芳烃衍生物在气相中对一系列中性有机分子有包结作用,而其余的则能够在气相或氘代氯仿溶液中,络合具有酸性氢的有机小分子,如CH3NO2 和CH2 (CN) 2 .1998 年,Schatz 等人[18 ]指出对叔丁基杯[ 4 ] 、杯[ 6 ]芳烃包结客体分子甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、THF、氯仿、丙酮、二氯甲烷、二硫化碳等的化学计量比(从1∶2 到4∶1) 可简便有效地通过热分析、质谱和固态13C2NMR 谱来实现表征.早在1991 年, Perrin 及其同事[19 ] 首次实现了用杯[ 4 ]芳烃选择性分离二甲苯的异构体. 结果表明,对异丙基杯[ 4 ] 芳烃(p2isopropyi2calix [ 4 ]arene) 和对异丙基双氧杂杯[ 4 ]芳烃(p2isopropy2ibishomooxa2calix[ 4 ] arene) 分别对邻二甲苯和对二甲苯有显著的选择性.1994 年,Atwood[20 ]和Suzuki[21 ]先后发现锥形构象的杯[ 8 ]芳烃内径为8. 6 ×10 - 10 m 与C60直径7. 1 ×10 - 10 m 相匹配,可形成核2壳式1∶1化学计量比的包结物. 由于该包结物在大多数有机溶剂中很难溶解,可以通过分级沉淀有效地把C60作为沉淀物而提纯. 1999 年,查一五等人[22 ]改用溶解C60更好的溶剂,这样不仅成本下降,简化了后续处理,而且纯度也比前面报道的高. 因此,改进后的方法有望成为大规模分离制备高纯C60的更有效的方法.此外,杯芳烃类衍生物也能够识别较大的有机分子, 可与多种芘[23 ]、醌[24 ] 、二茂铁[25 ] 、甾体[26 ] 、笼碳[27 ] 、染料分子[28 ]等形成稳定的包结物. 目前,围绕杯芳烃的手性识别和仿生物酶等的研究正向更深和更广的方向发展。
4 杯芳烃包结有机小分子的作用方式4. 1 穴状空腔(criptato2cavitate) 笼形包结物杯[ 4 ]芳烃(1a) [29 ]中叔丁基的甲基与芳香族客体分子如甲苯[24 ]的芳核间存在稳定的相互作用,在晶体衍射中观察到该包结物具有分子内主2客体特征:甲苯被容纳在1a 分子的空腔内. 在该包结物中,甲苯分子通过C2CH3 键位于1a 的四重轴上,因此它在1a 的空腔内有两个相等的方向. 许多实验事实表明杯芳烃对芳香族客体的包结络合程度依靠于杯芳烃对位的取代基,如对叔丁基或对叔戊基杯[ 4 ]芳烃与甲苯形成的包结物比不含叔丁基或对叔辛基的要牢固得多. 这种CH32π相互作用的结论后来也为Bauer 和Gut sche[30 ]在研究溶液中杯芳烃和多种客体分子的相互作用的工作所证实. 因此, Weber 和Josel[31 ]根据主客体类化合物命名规则把具有此种作用方式的包结物称为穴状空腔笼形包结物.Ungaro 等人还报道了一种具有上述穴状空腔的包结物[32 ] ,它是由对叔丁基杯[ 4 ]芳烃(1a)与茴香醚2∶1 化学计量比络合而形成的,晶体可通过在1a 的茴香醚溶液中慢慢蒸发茴香醚而获得. 在该包结物中,不显电性的客体被包裹进由两分子1a 所围成的闭合笼形结构中,其中1a 的叔丁基与茴香醚的芳核发生相互作用. 茴香醚无序地分布在至少8 个等价方向上,其中4 个方向是茴香醚2OCH3 沿着四重轴指向闭合笼形结构中的一分子1a 的内部,另外4 个方向则是2OCH3 指向另一分子1a 的内部,该复合模式对无序体系是很有利的.前面曾提Mckervey 等人的工作中,当只在杯芳烃主体分子中的酚羟基进行官能化时,就会破坏杯芳烃完整的锥形构象,减少了其对称性排布,但他们在羟基官能化的杯[ 4 ]芳烃衍生物(1b)与乙腈形成的包结物的X 射线图中惊奇地发现:该穴状笼形包结物仍维持由主体杯芳烃所形成的完整的锥形构象,乙腈分子插入到杯芳烃空腔内部,其氮原子指向外部.Cram 等人[33]在杯芳烃衍生物的芳杯上与亚甲基相邻的两个碳原子间引入2O2Si (R) 22O2官能团而使其构象具有刚性,二硫化碳客体分子则进入该刚性的预组织主体中. 此主体也能够与丙炔形成穴状笼形包结物,丙炔的甲基位于空腔外部.4. 2 管状(tubulato) 笼形包结物Anddreetti 等人[34 ]曾指出对叔丁基杯[ 4 ]芳烃(1a) 与芳香族客体分子形成包结物时,客体分子总是占据着杯芳烃的分子内空腔,而其分子间空隙则是空着的[35 ] . 随着研究的深入,他们指出这类化合物的包结行为不总是按照上述情况发生,它是受环的大小,苯酚对位取代基的性质和环构象的刚性程度等几种因素的影响.他们报道了杯[ 4 ]芳烃衍生物(2a) 与甲苯形成的化学计量1∶1 包结物时仍采取锥形构象. 但与对叔丁基杯[ 4 ]芳烃(1a) 不同的是,2a 的锥形构象不能使甲苯分子进入其分子内空腔,而只能进入由2a 分子堆积形成的分子间空隙内. 为了与以前的工作相对照,将这种包结物称为管状笼形包结物. 这说明单一靠主体分子中存在的锥形构象不足以确保分子内包结作用的发生,其它因素的影响也很重要:如苯环对位取代基既不能太大(如2a 中有两个辛基链的末端叔丁基指向空腔内,阻止了甲苯分子的进入) ,也不能太小(否则不能包裹住客体分子) .Coruzzi 等人[8 ]也报道了对叔丁基杯[ 4 ]芳烃(1a) 与对二甲苯形成穴状笼形包结物而杯[ 4 ]芳烃(2a) 与芳香族分子则形成管状笼形包结物的实验结果. 在此基础上,他们还研究了杯[ 5 ]芳烃与丙酮形成化学计量2∶1 笼形包结物的晶体和分子结构.Ungaro 等人还指出杯[ 4 ]芳烃(2a) 与苯1∶1 络合,杯[ 4 ]芳烃(2b) 与四氯乙烷3∶1 化学计量比络合均属于管状笼形包结物,并详细阐述了杯[ 4 ]芳烃(2b) 与丙酮形成化学计量3∶1和1∶1 包结物的特征。
