一类不对称开环葫芦脲及其制备方法
阅读说明：本技术 一类不对称开环葫芦脲及其制备方法 (Asymmetric ring-opening cucurbiturils and preparation method thereof ) 是由 杨波 杨外祥 孔令广 洪浩玲 张东京 陈丽媛 杜刚 朱盼永 陈大蕾 施正斗 赵榆 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一类不对称开环葫芦脲及其制备方法；本发明不对称开环葫芦脲具有聚合甘脲和不对称对苯二酚衍生物、对萘二酚衍生物的分子砌块；该类分子具有C字形结构,空腔大小不同,可适应不同尺寸的客体分子,可作为超分子载体,与匹配客体物质形成多分子体系,应用于制药、食品、香精香料、烟草、化工催化等行业。(The invention discloses an asymmetric ring-opening cucurbituril and a preparation method thereof; the asymmetric ring-opening cucurbituril of the invention has molecular building blocks of polymerized glycoluril, asymmetric hydroquinone derivatives and hydroquinone derivatives; the molecules have C-shaped structures, have different cavity sizes, are suitable for guest molecules with different sizes, can be used as a supermolecular carrier to form a multi-molecule system with matched guest substances, and are applied to industries such as pharmacy, food, flavors and fragrances, tobacco, chemical industry catalysis and the like.)
技术领域
本发明属于新材料制备领域，具体涉及一类超分子载体不对称开环葫芦脲及其制备方法。
背景技术
超分子化学是近些年来发展比较迅速的前沿学科。超分子主体分子与其他分子间的识别和自组装是超分子研究的主要内容。其中，大环化合物是主要的超分子主体。这些主体分子大多具有疏水性空腔能够用于封装小分子物质，形成主客体体系。常见的超分子主体有冠醚、环糊精、葫芦脲、柱芳烃和杯芳烃等。
开环葫芦脲是近十年来发展比较迅速的一类新型超分子主体，其特征在于：中心甘脲低聚物赋予曲率且具有结合疏水性阳离子的能力；两端对苯（或）萘二酚衍生物能促进容器和难溶性物质之间的π-π相互作用；侧基上的磺酸基等具有增溶作用；空腔结构类似于C字型，可以柔性调节以适应不同大小的客体分子。
2009年，Isaccs教授在第238届美国有机化学年会上首次报到了开环葫芦脲类分子。之后该课题组及其他课题组对这类分子的合成及衍生化、分子识别、药物传输、药物增溶等进行详细的研究。
关于开环葫芦脲及其应用的专利，发明专利CN201711129478.4公开了一种碱敏感的开环葫芦脲。发明专利CN201810794331.5公开了青蒿素类药物与开环葫芦脲的包合物及其制备方法。发明专利CN201711129501.X公开了一类聚胺衍生化的开环葫芦脲及应用。发明专利CN201711129505.8公开了一种D-半乳糖键接的开环葫芦脲及应用。
这些工作所制备的化合物，都是对称性开环葫芦脲类物质；而不对称性开环葫芦脲类物质未见专利报道。
发明内容
本发明目的是提供一种简便、快捷、能够广泛应用于工业化生产的不对称开环葫芦脲，其结构式如式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示：
式Ⅲ；
其中R1为(CH2) nX，n=1~5，X为Cl、Br、I；R2为R1或(CH2) m CH3，m=0~4。
本发明所述的不对称开环葫芦脲具有聚合甘脲和不对称对苯二酚衍生物、对萘二酚衍生物的分子砌块的分子砌块；该类分子具有C字形结构，空腔大小不同，可适应不同尺寸的客体分子，可作为超分子载体，与匹配客体物质形成多分子体系，应用于制药、食品、香精香料、烟草、化工催化等行业。
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
（1）将四聚甘脲、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）、对苯二酚衍生物或对萘二酚衍生物（四聚甘脲: 3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）:对苯二酚衍生物或对萘二酚衍生物的摩尔比为5:6:6~5:8:8）投入有机强酸和有机溶剂的混合溶液中，在60~80℃下反应3~5h；
其中有机强酸有机强酸包括但不限于是甲烷磺酸、三氟乙酸、三氟甲烷磺酸；
有机溶剂包括但不限于是丙酮、四氢呋喃、醋酸酐、乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜；
有机强酸和有机溶剂的体积比为1:1~3:1；
化合物3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）结构式为；
该化合物参照文献Ma D , et al . Nature Chemistry , 2012 , 4(6):503中的方法合成：在含对苯二酚的 NaOH 溶液中加入含有丙磺酸内酯的1，4-二氧六环溶液，在室温条件下搅拌反应，反应液过滤后得到的沉淀是粗产物；粗产物用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥制得；
（2）反应结束后，待反应液冷却至室温，将反应液倒入有机溶剂中析出沉淀，抽滤，固体用水溶解后，再用有机溶剂沉降结晶，晶体干燥后制得不对称开环葫芦脲；
析出使用的有机溶剂包括丙酮、四氢呋喃、乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜；
结晶用有机溶剂为四氢呋喃、乙醇、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜；
本发明反应工艺过程如下：
对苯二酚衍生物（1）或对萘二酚衍生物（2、3）中R1为(CH2) nX（n=1~5，X为Cl、Br、I）；R2为R1或(CH2) m CH3（m=0~4）；
本发明的优点和效果如下：
本发明提供的一类不对称开环葫芦脲，其反应合成步骤少，操作更加简便安全和高效，易于操控，合成得到的产品纯度高，品质优良，适宜工业化生产应用。且该类分子可作为超分子载体，与匹配客体物质形成多分子体系，应用于制药、食品、香精香料、烟草、化工催化等行业。
附图说明
图1是实施例1不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱（1H NMR）图；
图2是实施例1不对称开环葫芦脲的核磁共振碳谱（13C NMR）图；
图3是实施例2不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱（1H NMR）图；
图4是实施例2不对称开环葫芦脲的核磁共振碳谱（13C NMR）图；
图5是实施例3不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱（1H NMR）图；
图6是实施例3不对称开环葫芦脲的核磁共振碳谱（13C NMR）图；
图7是实施例4不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱（1H NMR）图；
图8是实施例4不对称开环葫芦脲的核磁共振碳谱（13C NMR）图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2) 2Br；R2为CH3；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.388g，6mmol）和对苯二酚衍生物b-（1）（其中R1为(CH2) 2Br；R2为CH3）（1.38g，6mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL甲烷磺酸和丙酮的混合溶液（V(甲烷磺酸)：V(丙酮)=2:1），在60℃下搅拌反应5h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入四氢呋喃中析出沉淀，抽滤；固体用水70℃溶解澄清后，趁热滴加乙醇至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到不对称开环葫芦脲（3.39g，产率：51%）；本实施例不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱见图1，核磁共振碳谱见图2。
实施例2：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2) 2 Br；R2= R1；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.786g，7mmol）和对苯二酚衍生物b-（1）（R1为(CH2) 2 Br；R2= R1）（2.254g，7mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL三氟乙酸和四氢呋喃的混合溶液（V(三氟乙酸)：V(四氢呋喃)=1:1），在65℃下搅拌反应4h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入丙酮中析出沉淀，抽滤；固体用水70℃溶解澄清后，趁热滴加甲醇至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到不对称开环葫芦脲（3.273g，产率：46%），本实施例不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱见图3，核磁共振碳谱见图4。
实施例3：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
，
其中R1为(CH2)2 Br；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（3.184g，8mmol）和对萘二酚衍生物b-（2）（R1为(CH2)2 Br）（2.976g，8mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL甲烷磺酸和乙酸酐的混合溶液（V(甲烷磺酸)：V(乙酸酐)=3:1），在80℃下搅拌反应3h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入乙醇中析出沉淀，抽滤，固体用水70℃加热溶解澄清后，趁热滴加N,N-二甲基甲酰胺至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到纯的不对称开环葫芦脲（3.83g，产率：52%），本实施例不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱见图5，核磁共振碳谱见图6。
实施例4：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2) 2 Br；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.388g，6mmol）和对萘二酚衍生物b-（3）（R1为(CH2) 2 Br）（2.232g，6mmol）加入容积为50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL三氟甲烷磺酸和乙醇的混合溶液（V(三氟甲烷磺酸)：V(乙醇)=3:1），在75℃下搅拌反应4h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入二甲基亚砜中析出沉淀，抽滤，固体用水70℃加热溶解澄清后，趁热滴加丙酮至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到纯的不对称开环葫芦脲（3.315g，产率：45%），本实施例不对称开环葫芦脲的核磁共振氢谱见图7，核磁共振碳谱见图8。
实施例5：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2) 2 Cl；R2为 CH2CH3；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.786g，7mmol）和对苯二酚衍生物b-（1）（R1为(CH2) 2 Cl；R2为 CH2CH3）（1.306g，7mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL三氟甲烷磺酸和甲醇的混合溶液（V(三氟甲烷磺酸):V(甲醇)=2:1），在70℃下搅拌反应4h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入N,N-二甲基甲酰胺中析出沉淀，抽滤，固体用水70℃加热溶解澄清后，趁热滴加丙酮至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到纯的不对称开环葫芦脲5（2.96g，产率：46%）。
实施例6：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2)3 I；R2为 (CH2) 2 CH3；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.786g，7mmol）和对苯二酚衍生物b-(1)（R1为(CH2)3 I；R2为 (CH2) 2 CH3）（2.24g，7mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL甲烷磺酸和二甲基亚砜的混合溶液（V(甲烷磺酸):V(二甲基亚砜)=2:1）在80℃下搅拌反应3h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入甲醇中析出沉淀，抽滤，固体用水70℃加热溶解澄清后，趁热滴加四氢呋喃至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到纯的不对称开环葫芦脲6（2.96g，产率：46%）。
实施例7：本不对称开环葫芦脲结构式如下式所示：
其中R1为(CH2) 5 Br；R2为 (CH2) 4CH3；
上述不对称开环葫芦脲的制备方法如下：
首先，分别称取四聚甘脲（3.8128g，5mmol）、3,3’-(1,4-苯二氧基)-二（1-丙磺酸）（2.388g，6mmol）和对苯二酚衍生物b-(1)（R1为(CH2) 5 Br；R2为 (CH2) 4CH3）（1.975g，6mmol）加入50mL圆底烧瓶中，随后加入18mL三氟乙酸和甲醇的混合溶液（V(三氟乙酸):V(甲醇)=2:1），在70℃下搅拌反应4h；待反应完全后冷却至室温，将反应液倒入乙醇中析出沉淀，抽滤，固体用水70℃加热溶解澄清后，趁热滴加二甲基亚砜至有产物沉出，静置冷却后抽滤，得白色固体，经真空干燥得到纯的不对称开环葫芦脲7（3.5g，产率：53%）。