基于氢键的阴离子识别主体分子的研究进展

阴离子在生物学、医学、催化以及环境等方面逐渐得到广泛认识与重视,阴离子受体研究在跨膜离子输运、化学传感、模拟酶催化有机化学反应等方面亦有光明的应用前景。本文根据酰胺、脲与硫脲、吲哚吡咯、三氮唑、铵盐、胍盐、咪唑、羟基等不同的氢键单元,总结基于氢键的阴离子识别主体分子的研究进展。     

氢键催化的脂肪醚C—O/C—O键闭环复分解反应构建含氧杂环化合物

正无金属催化由于能避免金属对合成化合物的污染,在有机合成中占有重要的地位.其中,氢键催化是实现这一目标的有效途径,但是它取决于催化系统能否形成氢键~([1]).离子液体是一种由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的室温熔融盐,通过对阳离子和阴离子的结构的精准设计可以获得独特的性能,因而在催化领域具有广泛的应用~([2]).近年来,通过氢键作用实现离子液体在有机反应中的高效催化引起了化学家的关注~([3]).     

咪唑鎓离子液体协同催化苯酚与碳酸丙烯酯的反应

在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([bmim]OAc)催化下,苯酚和碳酸丙烯酯一步合成了丙二醇苯醚.系统考察了反应温度、反应时间及催化剂用量对反应性能的影响,在优化的反应条件下,丙二醇苯醚的收率达79%.同时研究了不同咪唑鎓离子液体的阴阳离子的种类对催化反应的影响,发现咪唑鎓中的C2-H对反应有极大的促进作用,咪唑鎓通过提供氢键能力活化反应底物碳酸丙烯酯;同时,离子液体的阴离子也对反应有很大的影响,阴离子通过接受氢键能力活化另一反应底物苯酚.离子液体阴阳离子通过提供和接受氢键协同催化苯酚与碳酸丙烯酯的反应.离子液体循环使用5次,其活性未见明显降低.     

硫脲类阴离子受体的设计合成与阴离子识别

硫脲类化合物具有生物活性,是优良的氢键供体,与阴离子特别是含氧阴离子形成氢键配合物。本文设计合成了系列二苯基硫脲衍生物,通过取代基效应调控硫脲衍生物分子内电转移过程,阴离子与硫脲基团结合后,增强了分子内供体的给电子能力,进一步促进电荷转移过程,据此识别不同的阴离子。由于主体分子与阴离子间形成氢键的能力及阴离子碱性的差异,可达到选择性结合的目的。     

方酰胺衍生物及其在离子识别中的应用

方酰胺骨架具有芳香性的四元环状刚性结构,作为双氢键受体和双氢键给体能与许多客体物种结合,是一类重要、理想的氢键给/受体单元,同时该类给/受体的功能化设计为离子识别行为的检测提供了方便。本文综述了近年来方酰胺化合物的结构特性、衍生化方法,及其在超分子中对阴离子、阳离子与两性离子的识别,实现对离子的跨膜传输、分离与萃取、凝胶响应等功能,以及其在有机小分子催化反应中稳定离子型中间体实现对反应底物催化的功能,并展望了方酰胺化合物在离子识别中的发展前景。     

硫脲类阴离子受体的研究进展

阴离子识别是超分子化学研究的重要内容之一,其关键环节是构筑可识别阴离子的结合受体,后者以非共价键力如静电作用、疏水作用、氢键等与阴离子结合.本文详细评述了近5年来硫脲类阴离子识别受体的设计、结构及其阴离子识别作用的研究进展.     

手性氨基酸酰胺催化剂的发现及研究进展

自从L-脯胺酰胺被发现能高效催化不对称aldol反应以来,手性氨基酸酰胺催化剂的设计及不对称催化研究一直受到关注。特别是“烯胺-双氢键”模型的提出为设计新型有机小分子催化剂提供了理论依据,使催化剂的结构设计趋于多样化。本文重点总结了含有单氢键给体、双氢键给体及多氢键给体的氨基酸酰胺催化的不对称催化反应,主要包括不对称直接aldol反应、Mannich反应、Michael加成反应、环加成反应、串联环化反应、Biginelli反应等方面的研究进展。     

β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯与阴离子相互作用的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP方法对β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯主体分子及其与阴离子(F-、Cl-、CH3COO-、H2PO4-)形成的复合物进行研究。结果表明,β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯可与阴离子以分子间氢键相互作用形成复合物,并且其与阴离子结合能力大小的顺序为F-> CH3COO-> H2PO4-> Cl-,与实验结果基本一致;通过与杯[4]吡咯对比可见,强吸电子取代基的引入增强了主体分子对阴离子的结合能力。本文还从几何构型、振动光谱、NBO分析及前线轨道等方面来阐述β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯与不同阴离子氢键相互作用的本质以及吸电子取代基的引入对杯[4]吡咯与F-和Cl-之间主-客体相互作用的影响。     

香豆素衍生物对阴离子的识别特性

用紫外光谱滴定法研究了3种香豆素衍生物与阴离子间存在的特殊识别行为,比较了受体分子结构对阴离子配合物稳定性的影响,以及阴离子浓度对配合物光谱的影响.实验结果表明:受体分子对F^- 、Cl^-、Br^-、Ac^-、H₂PO₄^-、HSO₄^-等不同种阴离子客体的识别能力存在一定差异,受体分子与阴离子通过氢键结合,由于氢键良好的方向性和选择性,对F^-、Ac^-、H₂PO₄^-等有较好的选择性和识别能力,而与其他的阴离子几乎没有作用.     

丝氨酸蛋白酶催化三聚体类似物中质子转移的理论研究——低垒氢键在酶催化中存在的可能性及其意义

在密度泛函理论B3LYP／6-311＋＋G^＊＊水平上,系统探讨了乙酸根-（5-甲基咪唑）．甲醇三聚体中低垒氢键的形成过程,以此来考察丝氨酸蛋白酶催化三聚体在催化进程中的质子转移行为．在模型体系中,随着质子转移的进行,各种类型的氢键包括从传统氢键到低垒氢键的演变都可以很好的得以体现．进一步地研究表明,溶剂效应在低垒氢键与传统氢键的相互转化方面起着重要的调控作用．由于质子可以在质子授．受体之间自由地移动,因此,由此而产生的额外稳定化能应当归因于体系在质子转移前后相互作用能的差异．并且,稳定化能的大小与具体的研究体系相关．在模型体系的基础上,进而利用ONIOM分层算法,通过考察接近于真实体系的复杂模型,进一步证实了在丝氨酸蛋白酶催化进程中催化三聚体之间的单质子转移机理,排除了低垒氢键存在的可能性．因此,丝氨酸蛋白酶催化肽键水解的高效性应当归因于其它因素,而不是低垒氢键的形成,这与有关的实验报道是一致的．     

阴离子荧光受体研究进展

本文总结了近年来阴离子荧光受体的研究进展和荧光化学传感的主要机理,主要 介绍以下3类受体的设计合成及其在阴离子识别中的应用:(1)以氢键或静电作用键合阴 离子的受体(包括酰胺、脲及硫脲、胍盐和硫脲盐、五员杂环);(2)含金属和路易斯酸的受体;(3)以竞争键合机制识别阴离子的"化学传感体系".     

Carbazole-Based Colorimetric Anion Sensors

Owing to their strong carbazole chromophore and fluorophore, as well as to their powerful and convergent hydrogen bond donors, 1,8-diaminocarbazoles are amongst the most attractive and synthetically versatile building blocks for the construction of anion receptors, sensors, and transporters. Aiming to develop carbazole-based colorimetric anion sensors, herein we describe the synthesis of 1,8-diaminocarbazoles substituted with strongly electron-withdrawing substituents, i.e., 3,6-dicyano and 3,6-dinitro. Both of these precursors were subsequently converted into model diamide receptors. Anion binding studies revealed that the new receptors exhibited significantly enhanced anion affinities, but also significantly increased acidities. We also found that rear substitution of 1,8-diamidocarbazole with two nitro groups shifted its absorption spectrum into the visible region and converted the receptor into a colorimetric anion sensor. The new sensor displayed vivid color and fluorescence changes upon addition of basic anions in wet dimethyl sulfoxide, but it was poorly selective; because of its enhanced acidity, the dominant receptor-anion interaction for most anions was proton transfer and, accordingly, similar changes in color were observed for all basic anions. The highly acidic and strongly binding receptors developed in this study may be applicable in organocatalysis or in pH-switchable anion transport through lipophilic membranes.     

A naked-eye detection of fluoride with urea/thiourea receptors which have both a benzophenone group and a nitrophenyl group as a signalling group

Two new colorimetric anion sensors have been synthesised where both a benzophenone group and a nitrophenyl group were used as signalling units and urea/thiourea moieties as binding sites. The receptors, effectively and selectively, recognised fluoride and carboxylate anions from other anions such as chloride, bromide, iodide, perchlorate, hydrogen sulphate and nitrate in DMSO.     

含氮杂环类阴离子受体*

含氮杂环类阴离子受体是目前超分子阴离子识别领域研究的热点之一。此类受体具有主体结构丰富、可调节性强、识别范围广、选择性强、灵敏度高等优点。本文综述了以吡咯、吲哚、咪唑、吡唑等含氮杂环为识别基团的阴离子受体的设计原理、识别性能和机理,展望了该领域的发展方向。     

Triazole–containing zinc(II)dipicolylamine-functionalised peptides as highly selective pyrophosphate sensors in physiological media

A small family of linear bis[zinc(II)dipicolylamine] (bis[Zn(II)-DPA])-functionalised peptidic anion receptors has been prepared where the Zn(II)-DPA binding sites have been installed via either a reductive amination reaction or a copper(I)-catalysed azide-alkyne cycloaddition reaction. The latter reaction connects the Zn(II)-DPA binding site and the peptide backbone through a 1,2,3-triazole linkage. Subsequent anion binding studies using indicator displacement assays were conducted to elucidate the effect of the triazole linker on the anion-binding properties of these novel receptors and it was found that the triazole-containing receptors exhibited stronger affinity and slightly improved selectivity for pyrophosphate over adenosine triphosphate and adenosine diphosphate compared to the analogous receptors which did not bear the triazole linker.     

Conformational control of selectivity and stability in hybrid amide/urea macrocycles

The anion-binding properties of two similar hybrid amide/urea macrocycles containing either a 2,6-dicarboxamidophenyl or a 2,6-dicarboxamidopyridine group are compared. Significant differences in anion affinity and mode of interaction with anions are attributed to the presence of intramolecular hydrogen bonds in the pyridine system. In fact, remarkably, the phenyl macrocycle undergoes amide hydrolysis under neutral conditions in DMSO/water. The anion binding abilities of the receptors are compared to those of acyclic analogues of the macrocycles that show that the phenyl receptor behaves in a similar fashion to acyclic urea-containing receptors (i.e., showing little selectivity amongst oxo anions), whilst the pyridine-containing receptor shows a high affinity and selectivity for carboxylates.     

A ‘naked-eye’ chemosensor system for phytate

We report the synthesis of two new anion receptors of a covalently linked 1,3,5-triarylbenzoamido-crown ether. Our results show that combined with a picrate salt they act by means of an intermolecular charge transfer process (EDA complex), as naked-eye sensors for basic anions, especially for sodium phytate in DMSO/H₂O (1:1).     

高选择性比色识别碘离子的氨基硫脲类阴离子受体

设计合成了一系列基于氨基硫脲的阴离子受体（M1～M4）.此类受体以氨基硫脲基团为识别位点,以硝基苯基为信号报告基团,其中受体M1和M3可在乙腈溶液中高选择性的比色识别碘离子.在受体M1或M3的乙腈溶液中加入I^–时,溶液的颜色由浅红色变成无色,而加入其他离子如F^–,Cl^–,Br^–,AcO^–,HSO4^–,H2PO4^–,ClO4^–等阴离子时,受体溶液不会褪色.通过紫外滴定和核磁滴定等方法研究了受体选择性比色识别碘离子的机理.结果表明,受体通过其氨基硫脲基团上的三个NH质子与碘离子形成的三重氢键选择性的结合碘离子.在此过程中,受体构型发生转变,从而导致了颜色变化,产生了比色识别的效果.此类阴离子受体具有合成方法简便,产率高,识别效果好等优点.