水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于手性化合物制备技术领域，具体涉及一种水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子及其制备方法与应用。


背景技术：

2.手性普遍存在于生物和自然界中，从分子水平、纳米螺旋结构、宏观系统到宇宙都是存在的。手性对生命体而言是非常重要的，就拿一些手性药物而言，一个对映体是安全有效的，而另一个对映体却是无效甚至有毒的，因此分子手性一直被认为是生物材料发展的关键因素。而与分子手性相比，对超分子手性组装的研究却可以使人们对生命体有进一步更深入的了解。
3.圆二色谱是一种用于手性检测的旋光光谱，但并不是所有的手性化合物都可以用圆二色谱来检测手性，当手性化合物的紫外吸收在250nm以下或者偏光能力较弱时，圆二色谱就无法检测其手性，也就是没有圆二色谱信号(黄飞鹤.一种水溶性柱芳烃手性放大剂及其制备方法和应用[p].中国专利：cn 110407694a，2019-11-05.)。因此通过手性分子与非手性物质共组装实现手性放大从而能检测到圆二色信号变得十分有意义和具有挑战。
[0004]
水溶性的三叉手性分子在超分子自组装上一直以来都有广阔的应用前景，采用偶氮苯吡啶基团修饰后的新型三叉手性分子不仅具有良好的水溶性，而且能够与金属离子发生络合配位共组装，所得到的手性共组装体具有良好的手性放大效应，因此通过合理的分子设计，开展新型水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子的制备与金属离子的共组装手性放大应用研究具有十分重要的意义。


技术实现要素：

[0005]
本发明的第一个目的是提供一种新型的水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子。
[0006]
本发明的第二个目的是提供一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子的制备方法。
[0007]
本发明的第三个目的是提供一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子在制备手性自组装体中的应用。
[0008]
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009]
本发明的第一方面提供了一种水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子，通式如下所示：
[0010][0011]
式中，*代表r构型或者s构型。
[0012]
本发明的第二方面提供了一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子的制备方法，包括以下步骤：
[0013][0014]
式中，*代表r构型或者s构型；
[0015]
第一步，在室温下，将手性化合物1和化合物2溶于乙腈溶液中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edci)和4-二甲氨基吡啶(dmap)，在室温条件下，氩气氛围下搅拌12～24h，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析分离得到化合物3；
[0016]
所述化合物1和化合物2的摩尔比为1:(0.8～1.2)(优选为1:1)，所述化合物1和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐摩尔比为1:(1.2～3.5)，所述化合物1和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1:(0.1～0.2)；
[0017]
第二步，在室温条件下，将化合物3加入到二氯甲烷中，再缓慢滴加过量的三氟乙酸，空气氛围下搅拌12～24h，向该反应液中缓慢滴加三乙胺至不再冒烟且有白色沉淀产生即可，用二氯甲烷萃取产物，再用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，旋蒸去除溶剂得到化合物4；
[0018]
第三步，将化合物4和化合物5溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪(cdmt)，超声至溶液变澄清，0℃条件下加入n-甲基吗啉(nmm)，搅拌3～8min，逐渐升温至85～95℃，在氩气氛围下搅拌回流12～24h，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析分离得到所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子；
[0019]
所述化合物4和化合物5的摩尔比为1:(3～6)(优选为1:4)；所述化合物4和2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪的摩尔比为1:(2～4)(优选为1:3)；所述化合物4和n-甲基吗啉的摩尔比为1:(5～7)(优选为1:6)。
[0020]
所述手性化合物1的构型为r构型或s构型。
[0021]
本发明的第三方面提供了一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子在制备手性自组装体中的应用。利用水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子与金属离子共组装，实现简单、快速的手性放大效应，进而能够被圆二色谱检测到手性信号的方法。
[0022]
所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子中的吡啶基团与金属离子有一定的配位作用，生成手性配位络合物，该手性配位络合物进一步进行有序的手性排列，形成手性自组装体，这个手性自组装体的手性放大效应能够增强圆二色谱信号，因此该手性自组装体可以被检测到圆二色谱信号。
[0023]
所述应用包括以下步骤：
[0024]
第一步，将水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子配成水溶液，对该水溶液进行圆二色谱检测，所得到水溶液的手性无法被圆二色谱检测，圆二色谱检测出的信号为零；
[0025]
第二步，向第一步的水溶液中加入金属氯化物水溶液混匀，所述金属氯化物选自nacl、cucl2或cocl2；避光静置5～10天，形成手性自组装体，水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子和金属氯化物的摩尔比为1:(8～15)；对上述溶液进行圆二色谱检测，所得到溶液的手性有效的被放大，圆二色谱检测出强烈的信号。
[0026]
所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子水溶液的浓度为0.02～0.04mmol/l，优选为0.03mmol/l。
[0027]
所述金属氯化物溶液的浓度为0.05～0.15mol/l，优选为0.1mol/l。
[0028]
所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子和金属氯化物的摩尔比为1:10。
[0029]
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
[0030]
为实现超分子手性诱导和放大，本发明向三叉分子中引入了偶氮苯吡啶基团，它不仅在超分子组装中能够起到π-π堆积的作用，且其吡啶能够与特殊的金属离子通过金属配位作用进行超分子共组装，此外酰胺氢键的作用也会促进超分子组装的进行。在偶氮苯吡啶的另一端共价修饰亲水性的甘醇链，使整个分子成为一个典型的两亲性结构，具有水溶性。这一特点驱使目标分子在水溶液中与金属离子进行超分子共组装实现了超分子手性
放大，因此能够有效的增强圆二色信号从而可以检测到其圆二色谱信号。合理的分子设计使目标化合物手性三叉分子具有水溶性，且能够与特殊的金属离子共组装实现超分子手性的放大，大大的提高了圆二色谱的检测限，实现了手性的实时检测。
[0031]
本发明制备的水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子通过分子合理的设计使目标分子具有水溶性，目标分子新颖，性质稳定，存取方便，合成条件简单易控，为水溶性的含偶氮苯吡啶类的分子设计和合成提供了借鉴。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例1制备的化合物10的1h-nmr图。
[0033]
图2为本发明实施例1制备的化合物10的紫外吸收光谱示意图。
[0034]
图3为本发明实施例1制备的化合物10的棕黄色澄清水溶液图片示意图。
[0035]
图4为本发明实施例1制备的化合物10的构型确定圆二色谱信号示意图。
[0036]
图5为本发明实施例1制备的化合物10及其金属配位手性自组装体的纳米形貌图。
[0037]
图6为本发明实施例1制备的化合物10及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱信号示意图。
[0038]
图7为本发明实施例2制备的化合物14的1h-nmr图。
[0039]
图8为本发明实施例2制备的化合物14的紫外吸收光谱示意图。
[0040]
图9为本发明实施例2制备的化合物14的棕黄色澄清水溶液图片示意图。
[0041]
图10为本发明实施例2制备的化合物14的构型确定圆二色谱信号示意图。
[0042]
图11为本发明实施例2制备的化合物14及其金属共组装后所形成的手性自组装体的纳米形貌图。
[0043]
图12为本发明实施例2制备的化合物14及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱图。
[0044]
图13为本发明对比例1化合物ⅱ的紫外吸收光谱示意图。
[0045]
图14为本发明对比例1化合物ⅱ及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱图。
具体实施方式
[0046]
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0047]
实施例1
[0048]
一种水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子的制备方法包括以下步骤：
[0049]
在室温下，将化合物7(2.61g，2.94mmol)(构型为r构型)、化合物2(1.53g，2.94mmol)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(845mg，4.41mmol)、4-二甲氨基吡啶(45mg，0.37mmol)置于50ml烧瓶中，加入20ml乙腈使反应物全部溶解。氩气保护下反应18h，反应结束后，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析(乙酸乙酯/甲醇，v1/v2＝50/1)分离得到3.88g黄色油状液体化合物8。
[0050]
在室温下，将化合物8(4.2g，3.22mmol)置于盛有20ml二氯甲烷的50ml烧瓶中，将
三氟乙酸(9.6ml，128.7mmol)慢慢滴加到反应混合液中。空气中搅拌反应18h，向该反应液中缓慢滴加三乙胺至不冒烟且有白色沉淀产生即可，用二氯甲烷萃取产物，在饱和食盐水中洗涤3次，无水硫酸钠干燥。旋蒸去除溶剂，得到3.64g黄色液体化合物9。
[0051]
将化合物9(1.19g，1mmol)和化合物5(0.91g，4mmol)溶于50ml的n,n-二甲基甲酰胺中，加入2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪(0.53g，3mmol)，超声(25℃，100w)至溶液变澄清后，0℃条件下加入n-甲基吗啉(0.61g，6mmol)，搅拌5min，逐渐将温度升至为90℃，在氩气氛围下搅拌回流24h，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析(二氯甲烷/甲醇，v1/v2＝40/1)分离得到1.42g红棕色固体化合物10，产率为88％。
[0052]
具体合成路线如下：
[0053][0054]
图1为本发明实施例1制备的化合物10的1h-nmr图，1h nmr(400mhz,dmso-d6)δ10.61(s,2h),8.88(d,j＝6.1hz,4h),8.80(d,j＝7.4hz,1h),8.25(d,j＝8.5hz,4h),8.11(d,j＝8.5hz,4h),7.96(s,4h),7.83(dd,j＝6.7,5.1hz,8h),7.58(s,1h),7.32
–
7.21(m,6h),7.18(d,j＝6.9hz,1h),7.11(s,2h),4.70(ddd,j＝9.4,8.1,6.3hz,1h),4.54
–
4.42(m,2h),4.35(dt,j＝8.5,4.3hz,2h),4.12
–
4.06(m,4h),4.03(d,j＝5.1hz,2h),3.76
–
3.70(m,4h),3.67
–
3.63(m,2h),3.61
–
3.46(m,32h),3.41
–
3.38(m,6h),3.21(d,j＝5.4hz,9h)。
[0055]
图2为本发明实施例1制备的化合物10的紫外吸收光谱示意图，其主要的紫外吸收最大波长为300nm。将24mg化合物10溶于3ml水中得到棕黄色的澄清水溶液，其浓度为5mm，说明本发明合成的手性三叉分子具有良好的水溶性。图3为本发明实施例1制备的化合物10的棕黄色澄清水溶液图片示意图。对该高浓度条件下的化合物10水溶液(5mm)进行圆二色光谱测试，光谱结果表明该化合物溶液在吸收波长300nm处展现一个明显负的圆二色信号，表明化合物10为r构型的手性分子。图4为本发明实施例1制备的化合物10的构型确定圆二色谱信号示意图。
[0056]
一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子在制备手性自组装体中的应用，所述应用包括以下步骤：
[0057]
第一步，将化合物10配成浓度为0.03mmol/l的水溶液，对该低浓度的水溶液进行圆二色谱检测，所得到水溶液的手性无法被圆二色谱检测，圆二色谱检测出的信号为零；
[0058]
第二步，在室温条件下，准备四份化合物10的水溶液(3ml，0.03mmol/l)，向其中分别加入金属氯化物(nacl、cucl2、cocl2或nicl2)水溶液，用量均为9μl，浓度均为0.1mol/l，将混合液摇晃均匀后，避光静置孵化7天，在水溶液中化合物10与金属离子通过金属配位作用共组装，该共组装体进一步通过非共价键作用超分子组装将会形成手性自组装体，化合物10和金属氯化物的摩尔比为1:10；对上述溶液进行圆二色谱检测，所得到溶液的手性有效的被放大，圆二色谱检测出强烈的信号。
[0059]
化合物10和手性自组装体的纳米结构如图5所示，图5为本发明实施例1制备的化合物10及其金属配位手性自组装体的纳米形貌图。r构型的化合物10在水中可组装为线圈一样的形貌，而与金属共组装后所形成的手性自组装体的形貌会发生改变，表明金属离子与化合物10在水溶液中的确是发生了相互作用和超分子组装，形成了新的超分子组装体，且因金属离子的不同而形貌不同。在水溶液中化合物10和co
2
金属离子配位共组装形成像松针一样的片状膜形貌，和na

形成像秧苗一样的纤维形貌，和cu
2
形成树枝状规则排列的瓣状颗粒形貌，而和ni
2
则形成无规则的聚集体。这意味着化合物10和金属离子配位共组装所产生的超分子手性放大效应会因形貌不同而不同。
[0060]
图6为本发明实施例1制备的化合物10及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱信号示意图，化合物10的水溶液无圆二色谱信号，化合物10与金属ni
2
离子混合所形成的手性自组装体溶液无圆二色谱信号，说明金属ni
2
离子的引入不利于共组装体手性的放大，而与na

、cu
2
和co
2
离子配位共组装形成手性自组装体后，能通过超分子手性放大得到圆二色光谱表现为负手性的强烈信号，且手性共组装体的圆二色信号因其共组装体的形貌不同而强度不同。说明化合物10只能与特殊的金属离子共组装实现手性的放大，才能检测到圆二色信号。
[0061]
实施例2
[0062]
一种水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子的制备方法包括以下步骤：
[0063]
在室温下，将化合物11(2.81g，3.16mmol)(构型为s构型)、化合物2(1.69g，3.16mmol)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(1.81g，9.44mmol)、4-二甲氨基吡啶(47mg，0.38mmol)置于50ml烧瓶中，加入乙腈溶液20ml将反应物全部溶解。氩气保护下反应18h，反应结束后，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析(乙酸乙酯/甲醇，v1/v2＝50/1)分离得到4.00g黄色油状液体化合物12。
[0064]
在室温下，将化合物12(1.23g，0.98mmol)置于盛有12ml二氯甲烷的50ml烧瓶中，将三氟乙酸(3ml，39.40mmol)慢慢滴加到反应混合液中。空气下搅拌反应18h后，向该反应液中缓慢滴加三乙胺至不冒烟且有白色沉淀产生即可，用二氯甲烷萃取产物，在饱和食盐水中洗涤3次，无水硫酸钠干燥。旋蒸去除溶剂，得到1.11g黄色液体化合物13。
[0065]
将化合物13(1.90g，1.6mmol)和化合物5(1.46g，6.4mmol)溶于70ml n,n-二甲基甲酰胺中，加入2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪(0.85g，4.8mmol)，超声(25℃，100w)至溶液变澄清后，0℃条件下加入n-甲基吗啉(0.98g，9.6mmol)，搅拌5min后，逐渐将温度升至为90℃，在氩气氛围下搅拌回流24h，旋蒸去除溶剂，硅胶柱层析(二氯甲烷/甲醇，v1/v2＝40/1)分离得到1.30g红棕色固体化合物14，产率为81％。
[0066]
具体合成路线如下：
[0067]
[0068]
图7为本发明实施例2制备的化合物14的1h-nmr图，1h nmr(400mhz,dmso-d6)δ10.51(s,2h),8.94
–
8.82(m,4h),8.68(d,j＝7.8hz,1h),8.27
–
8.19(m,4h),8.13
–
8.04(m,4h),7.97
–
7.90(m,4h),7.88
–
7.73(m,8h),7.57(t,j＝1.6hz,1h),7.31
–
7.20(m,6h),7.18
–
7.16(m,1h),7.11(s,2h),4.73(ddd,j＝9.7,7.7,5.6hz,1h),4.48(dddd,j＝24.5,9.0,5.9,2.6hz,2h),4.36(dddd,j＝15.1,9.2,5.9,3.2hz,2h),4.10(td,j＝4.5,2.6hz,4h),4.05(dd,j＝5.7,4.2hz,2h),3.74(t,j＝4.8hz,4h),3.69
–
3.66(m,2h),3.65
–
3.43(m,32h),3.41(ddd,j＝7.6,5.8,3.9hz,6h),3.21(s,9h)。
[0069]
图8为本发明实施例2制备的化合物14的紫外吸收光谱示意图，其主要紫外吸收最大的波长为300nm。将24mg化合物14溶于3ml水中得到棕黄色的澄清水溶液，其浓度为5mm，说明本发明合成的手性三叉分子具有良好的水溶性。图9为本发明实施例2制备的化合物14的棕黄色澄清水溶液图片示意图，对该高浓度条件下的化合物14水溶液(5mm)进行圆二色光谱测试，光谱结果表明该化合物溶液在吸收波长300nm处展现一个明显正的圆二色信号，与化合物10(图4)刚好相反，表明化合物14为s构型的手性分子。图10为本发明实施例2制备的化合物14的构型确定圆二色谱信号示意图。
[0070]
一种所述水溶性含偶氮苯吡啶的三叉手性分子在制备手性自组装体中的应用，所述应用包括以下步骤：
[0071]
第一步，将化合物14配成浓度为0.03mmol/l的水溶液，对该低浓度的水溶液进行圆二色谱检测，所得到水溶液的手性无法被圆二色谱检测，圆二色谱检测出的信号为零；
[0072]
第二步，在室温条件下，准备四份化合物14的水溶液(3ml，0.03mmol/l)，向其中分别加入金属氯化物(nacl、cucl2、cocl2或nicl2)水溶液，用量均为9μl，浓度均为0.1mol/l，将混合液摇晃均匀后，避光静置孵化7天，在水溶液中化合物14与金属离子通过金属配位作用共组装，该共组装体进一步通过非共价键作用超分子组装将会形成手性自组装体，化合物14和金属氯化物的摩尔比为1:10；对上述溶液进行圆二色谱检测，所得到溶液的手性有效的被放大，圆二色谱检测出强烈的信号。
[0073]
化合物14和手性自组装体的纳米结构如图11所示，图11为本发明实施例2制备的化合物14及其金属共组装后所形成的手性自组装体的纳米形貌图。s构型的三叉手性分子在水中可组装为线圈一样的形貌，表明金属离子与化合物14在水溶液中的确是发生了相互作用和超分子组装，形成了新的超分子组装体。而与金属共组装后所形成的手性自组装体的形貌会发生改变，且因金属离子的不同而形貌不同。在水溶液中化合物14和co
2
金属离子配位共组装形成像松针一样的片状膜形貌，和na

形成像秧苗一样的纤维形貌，和cu
2
形成树枝状规则排列的瓣状颗粒形貌，而和ni
2
则形成无规则的聚集体。这意味着化合物14和金属离子配位共组装所产生的超分子放大效应会因形貌不同而不同。
[0074]
图12为本发明实施例2制备的化合物14及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱图，化合物14的水溶液组装体无圆二色谱信号，化合物14与金属ni
2
离子混合所形成的手性自组装体溶液无圆二色谱信号，说明金属ni
2
离子的引入不利于共组装体手性的放大，而与na

、cu
2
和co
2
离子配位共组装形成手性自组装体后，能通过超分子手性放大得到圆二色光谱表现为负手性的强烈信号，且手性共组装体的圆二色信号因其共组装体的形貌不同而强度不同，说明化合物14只能与特殊的金属离子共组装实现手性的放大，才能检测到圆二色信号。
[0075]
对比例1
[0076]
只有少数的三叉类手性分子能够溶于水，化学结构式如式ⅱ所示的三叉手性分子就是其中之一。
[0077][0078]
图13为本发明对比例1化合物ⅱ的紫外吸收光谱示意图，其两个主要紫外吸收的波长分别为264nm和327nm。同样的，在室温条件下，准备四份化合物ⅱ的水溶液(3ml，0.03mmol/l)，向其中分别加入金属氯化物(nacl、cucl2、cocl2或nicl2)水溶液，用量均为9μl，浓度均为0.1mol/l，将混合液摇晃均匀后，避光静置孵化7天，化合物ⅱ和金属氯化物的摩尔比为1:10；对上述溶液进行圆二色谱检测。图14为本发明对比例1化合物ⅱ及其金属共组装后所形成的手性自组装体孵化液的圆二色谱图，化合物ⅱ的水溶液无圆二色谱信号，并且化合物ⅱ与金属ni
2
、na

、cu
2
和co
2
离子混合所形成的手性自组装体溶液都无圆二色谱信号。本发明各实施例中的三叉手性分子，其与金属na

、cu
2
和co
2
离子配位所形成的手性自组装体溶液都展现出强烈圆二色谱信号，因此在偏光材料等领域有更广泛的应用。
[0079]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。