七元瓜环与N,N′-二烷基-1,3-(4,4′-二吡啶基)丙烷衍生物的相互作用

以1,3-(4,4′-二吡啶基)丙烷为母体,合成了N,N′-二乙基\,二丁基\,二己基以及二辛基1,3-(4,4′-二吡啶基)丙烷衍生物.利用 1H NMR技术和紫外吸收光谱法,考察了Q[7]与上述链状吡啶衍生物的相互作用.实验结果表明,Q[7]与客体PC0,PC2作用,瓜环包结客体的二吡啶基丙烷部分形成1∶1的包结配合物;对于取代烷基碳链数大于4的N,N′-二烷基-1,3-(4,4′-二吡啶基)丙烷衍生物,随着主体与客体摩尔比值的增加,体系中主-客体相互作用的主导模式是Q[7]逐渐包结了客体二吡啶基丙烷部分,进而形成Q[7]包结客体两端取代烷基,甚至形成一个客体分子上"挂满"3个主体瓜环的包结物.     

三种瓜环与4,4′-联吡啶及N,N′-二甲基4,4′-联吡啶盐酸盐相互作用的研究

以七元瓜环(Q[7])和新型椭圆型改性瓜环———对称四甲基取代六元瓜环(TM eQ[6])为主体,4,4′-联吡啶的盐酸盐(44)以及N,N′-二甲基4,4′-联吡啶的盐酸盐(dm44)为客体的主客体相互作用进行了考察.实验结果表明,Q[7]与客体44及dm44作用体系中,客体为了更有效地被主体Q[7]包结,在Q[7]内腔中呈倾斜状分布的几率最高.用核磁共振、循环伏安以及紫外吸收光谱对实验结果进行了印证和补充,验证了TM eQ[6]与客体44及dm44可发生较强的相互作用,形成一维的自组装超分子结构.核磁共振以及循环伏安方法的实验结果表明,没有观察到Q[6]与客体44及dm44的明显作用,而紫外吸收光谱方法证实,Q[6]与客体44确实存在一定的相互作用,比较主客体的结构特征,该作用体系也可能存在自组装的一维超分子结构等多种作用形式.     

三种瓜环与4,4''''-联吡啶及N,N''''-二甲基4,4''''-联吡啶盐酸盐相互作用的研究

以七元瓜环(Q[7])和新型椭圆型改性瓜环--对称四甲基取代六元瓜环(TMeQ[6])为主体,4,4'-联吡啶的盐酸盐(44)以及N,N'-二甲基4,4'-联吡啶的盐酸盐(dm44)为客体的主客体相互作用进行了考察.实验结果表明,Q[7]与客体44及dm44作用体系中,客体为了更有效地被主体Q[7]包结,在Q[7]内腔中呈倾斜状分布的几率最高.用核磁共振、循环伏安以及紫外吸收光谱对实验结果进行了印证和补充,验证了TMeQ[6]与客体44及dm44可发生较强的相互作用,形成一维的自组装超分子结构.核磁共振以及循环伏安方法的实验结果表明,没有观察到Q[6]与客体44及dm44的明显作用,而紫外吸收光谱方法证实,Q[6]与客体44确实存在一定的相互作用,比较主客体的结构特征,该作用体系也可能存在自组装的一维超分子结构等多种作用形式.     

六元和七元瓜环与两类端邻苯二甲酰亚胺基紫精轮烷的组装及性质

设计合成了2种不同碳链长度的客体分子1,1'-二甲基邻苯二甲酰亚胺基-4,4'-联吡啶溴化物(G1)和1,1'-二丁基邻苯二甲酰亚胺基-4,4'-联吡啶溴化物(G2).利用紫外-可见吸收光谱、核磁共振波谱和等温滴定量热等方法研究了客体分子G1和G2与六元(Q[6])和七元瓜环(Q[7])的超分子自组装方式.结果表明,在加热回流情况下G1与Q[6]利用滑移法能与紫精基团包结形成[2]轮烷结构,而Q[7]在常温下就能滑过封端基团邻苯二甲酰亚胺与紫精基团包结形成[2]准轮烷结构.     

七元瓜环与N,N’-二烷基-1,3-(4,4’-二吡啶基)丙烷衍生物的相互作用

以1,3-(4,4’-二吡啶基)丙烷为母体, 合成了N,N’-二乙基、二丁基、二己基以及二辛基1,3-(4,4’-二吡啶基)丙烷衍生物. 利用1H NMR技术和紫外吸收光谱法, 考察了Q[7]与上述链状吡啶衍生物的相互作用. 实验结果表明, Q[7]与客体PC0, PC2作用, 瓜环包结客体的二吡啶基丙烷部分形成1∶1的包结配合物; 对于取代烷基碳链数大于4的N,N’-二烷基-1,3-(4,4’-二吡啶基)丙烷衍生物, 随着主体与客体摩尔比值的增加, 体系中主-客体相互作用的主导模式是Q[7]逐渐包结了客体二吡啶基丙烷部分, 进而形成Q[7]包结客体两端取代烷基, 甚至形成一个客体分子上“挂满”3个主体瓜环的包结物.     

六元瓜环与含双苯并咪唑功能基烷烃的自组装模式及晶体结构

以含有双苯并咪唑功能基的烷烃化合物二氯化-1,4-二(2,2’-苯并咪唑基)丁烷(SBB)为客体,普通六元瓜环(Q[6])为主体,利用1H NMR技术、荧光发射光谱和X-单晶衍射实验等考察了主客体的自组装模式.1 H NMR技术结果显示,当主客体的比例为1:1时,在水溶液中,1个Q[6]包结1个客体分子的一端苯并咪唑基团;在结晶固态条件下,X-单晶衍射实验测试结果是Q[6]包结客体分子的烷基链.荧光发射光谱表明,当主客体比例为2:1时,2个Q[6]分别包结1个客体分子的两端苯并咪唑基团形成哑铃型的实体配合物。     

七元瓜环与1,7-二(2-苯并咪唑)庚烷的相互作用及自组装

利用~1H NMR法、紫外吸收光谱法、荧光发射光谱法和单晶X射线衍射等方法考察了七元瓜环(Q[7])与氯化1,7-二(2-苯并咪唑)庚烷(SBHt)在酸性溶液中的相互作用过程及组装模式.首先考察了主客体相互作用对客体p Ka的影响,以确定研究主客体相互作用以及组装过程的实验条件.~1H NMR滴定实验结果表明,在水溶液中主客体可形成1∶1和2∶1的主客体包结配合物,当主客体物质的量之比为1∶1时,Q[7]包结SBHt的烷基链,两端苯并咪唑基团处于瓜环端口外侧;当主客体物质的量之比为2∶1时,两个Q[7]分别包结同一SBHt分子的两端苯并咪唑基团,这一实验结果得到荧光发射光谱的佐证.Q[7]与SBHt形成1∶1的主客体包结配合物的晶体结构表明,客体烷基链在瓜环空腔内发生折叠以使其通过离子偶极及氢键与Q[7]有效作用.     

三种瓜环与4,4＇-联吡啶及N,N＇-二甲基4,4＇-联吡啶盐酸盐相互作用的研究

以七元瓜环（Q[7]）和新型椭圆型改性瓜环——对称四甲基取代六元瓜环（TMeQ[6]）为主体，4,4＇-联吡啶的盐酸盐（44）以及N,N＇-二甲基4,4＇-联吡啶的盐酸盐（dm44）为客体的主客体相互作用进行了考察．实验结果表明，Q[7]与客体44及dm44作用体系中，客体为了更有效地被主体Q[7]包结，在Q[7]内腔中呈倾斜状分布的几率最高．用核磁共振、循环伏安以及紫外吸收光谱对实验结果进行了印证和补充，验证了TMeQ[6]与客体44及dm44可发生较强的相互作用，形成一维的自组装超分于结构，核磁共振以及循环伏安方法的实验结果表明，没有观察到Q[6]与客体44及dm44的明显作用，而紫外吸收光谱方法证实，Q[6]与客体44确实存在一定的相互作用，比较主客体的结构特征，该作用体系也可能存在自组装的一维超分子结构等多种作用形式．     

七、八元瓜环与3-氨基香豆素的主客体相互作用

利用紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、等温量热滴定法和核磁共振波谱法考察了七、八元瓜环(Q[7]、Q[8])与3-氨基香豆素(3-AC)之间的主客体相互作用。结果表明Q[7]与3-AC在pH=1.03的条件下形成包结比为1∶1的主客体配合物,紫外-可见吸收光谱和荧光吸收光谱测得的主客体包结稳定常数分别为3.789×10~4 L·mol~(-1)、4.136×10~4 L·mol~(-1);Q[8]与3-AC在pH=1.03～6.97条件下均形成包结比为1∶1的主客体配合物,在中性条件下,紫外-可见吸收光谱和荧光吸收光谱测得的主客体包结稳定常数分别为2.551×10~5 L·mol~(-1)、2.455×10~5 L·mol~(-1)。其包结模式为3-氨基香豆素分子完全进入Q[7]或Q[8]分子空腔,主客体相互作用过程主要由焓和熵驱动。相溶解度法研究表明Q[7]、Q[8]的介入使3-AC在水中的溶解度分别增加了1.26倍和2.04倍。     

八元瓜环与1,7-二(2-苯并咪唑)-庚烷的超分子自组装

以氯化1,7-二(2-苯并咪唑)-庚烷(SBHt)为客体,八元瓜环(Q[8])为主体,利用1H NMR技术、动态光散射实验、荧光发射光谱、紫外吸收光谱详细探索了其在溶液中的相互作用、超分子自组装过程及作用模式.首先考察了八元瓜环对客体pKa的影响,确定了研究主客体相互作用的条件,并详细探索了主客体的超分子自组装过程及作用模式.主体Q[8]与客体SBHt相互作用的1H NMR谱图表明,主客体相互作用自组装形成1∶1超分子聚合物.这一推断得到动态光散射实验、紫外吸收光谱、荧光发射光谱测定结果的证实,并通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱确定其表观稳定常数分别为2.79×105 L/mol及2.48×105 L/mol.而晶体结构测定表明主体Q[8]与客体SBHt自组装形成1∶2的简单包结配合物.导致Q[8]与SBHt在溶液中和固体状态下形成不同自组装结构可能源于瓜环的外壁作用与包结作用竞争所致.     

Kinetic and thermodynamic inclusion complexes of symmetric teramethyl-substituted cucurbit[6]uril with HCl salts of N,N′-bis(pyridylmethyl)-1,6-hexanediamine

The host–guest interaction of symmetrical α,α′,δ,δ′-tetramethyl-cucurbit[6]uril (TMeQ[6]) with the hydrochloride salts of N,N′-bis(4-pyridylmethyl)-1,6-hexanediamine (P6), N,N′-bis(3-pyridyl-methyl)-1,6-hexanediamine (M6) and N,N′-bis(2-pyridylmethyl)-1,6-hexanediamine (O6) was investigated via single crystal X-ray diffraction, ¹H NMR spectroscopy, electronic absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy. Single crystal X-ray diffraction showed that the hexyl moiety of P6 or M6 was incorporated in the cavity of TMeQ[6], while the two pyridylmethyl moieties of O6 were incorporated in the TMeQ[6] cavity in the solid state. The ¹H NMR results in aqueous solution revealed that the TMeQ[6]-P6 and TMeQ[6]-M6 host–guest interaction systems produce a kinetic dumbbell-shaped inclusion complex at the initial stage and then an equilibrium pseudorotaxane-shaped inclusion complex as the only product after heating. However, only the pseudorotaxane-shaped inclusion complex was observed for the TMeQ[6]-O6 host–guest interaction system. Aqueous absorption spectrophotometric analysis showed that the dumbbell-shaped inclusion complexes were stable at pH 5.6, had a host–guest ratio of 2:1 and formed quantitatively at ～10¹¹ l²/mol² for the TMeQ[6]-M6 and TMeQ[6]-O6 systems. The transformation from dumbbell to pseudorotaxane-shaped inclusion complexes for the TMeQ[6]-P6 and TMeQ[6]-M6 host–guest systems yielded activation energies of 59.35 ± 1.55 and 78.7 ± 3.45 kJ/mol, respectively. The pseudorotaxane-shaped inclusion complexes were stable at pH 5.6, had a host–guest ratio of 1:1 and formed quantitatively at ～10⁷ l/mol for the TMeQ[6]-M6 and TMeQ[6]-P6 systems.     

Binding modes of cucurbit[6]uril and cucurbit[7]uril with a tetracationic bis(viologen) guest

Binding behaviors of two cucurbit[n]urils (CB[n]) hosts with the [CH3bpy(CH2)6bpyCH3]4+ (bpy = 4,4'-bipyridinium) guest were investigated by 1H NMR and MALDI-TOF-MS experiments. While the CB[6] and CB[7] form [2]pseudorotaxanes with the host located over the hexamethylene chain of the guest, only the CB[7] forms a [3]pseudorotaxane with both host molecules residing over the bipyridinium groups. The initial CB[7] host vacates the inclusion of the hexamethylene chain as a result of the electrostatic and steric repulsions that would arise in simultaneous binding of adjacent aliphatic and aromatic portions of the guest.     

葫[n]环联脲(n=5,6,7,8)与两种重氮氟硼酸盐的包合作用研究

用核磁共振氢谱和紫外-可见光谱滴定法考察了葫[n]环联脲(Cucurbit[n]uril,n=5,6,7,8)与对甲苯重氮氟硼酸盐和4,4′-联苯二重氮氟硼酸盐的配位情况,并用曲线拟合求得形成的包结配合物的稳定常数.结果表明,不同空腔的葫[n]环联脲对不同尺寸的重氮氟硼酸盐具有很显著的选择性包结作用.在相同条件下,与葫[6]环联脲相比,葫[7]环联脲更易于容纳苯环.同时,随着酸性的增强,葫[n]环联脲上的脲羰基质子化程度加大,使得其配位能力有所减弱.     

瓜环[n](n=6～8)与盐酸丁咯地尔的相互作用

利用1HNMR技术、电喷雾质谱、红外光谱及紫外吸收光谱等手段研究了瓜环[n](n=6～8)与盐酸丁咯地尔的相互作用.实验结果表明,盐酸丁咯地尔与3种瓜环具有不同的相互作用,主-客体配合物的作用模式随着瓜环大小的不同而各不相同.其中,瓜环[6]与盐酸丁咯地尔的相互作用非常弱,而瓜环[7]和瓜环[8]则都将盐酸丁咯地尔分子中的吡咯环及其相邻的2个碳全部包结进去,形成了包结比为1:1的对称包结配合物.通过紫外吸收光谱法计算得到瓜环[7]和瓜环[8]与盐酸丁咯地尔分子的包结常数在102～103L/mol范围内,说明瓜环对盐酸丁咯地尔具有潜在的药物缓释作用.     

六元瓜环与二氯化-1,8-二(2-苯并咪唑基)辛烷的自组装模式

采用1H NMR、 荧光光谱和紫外吸收光谱法考察了主体六元瓜环与合成客体二氯化-1,8-二(2-苯并咪唑基)辛烷的自组装模式. 结果表明, 六元瓜环能与二氯化-1,8-二(2-苯并咪唑基)辛烷发生相互作用, 瓜环包结客体分子的苯并咪唑基团, 烷基链置于瓜环端口外侧. 自组装模式与主客体的摩尔比密切相关. 当主客体的摩尔比为1:1时, 1个瓜环包结客体分子的一端苯并咪唑基团形成棒槌形的包结配合物; 当主客体的摩尔比为2:1时, 2个瓜环分别包结客体分子的两端苯并咪唑基团形成哑铃型的主客体包结配合物.     

Host–guest complexes of various cucurbit[n]urils with the hydrochloride salt of 2,4-diaminoazobenzene

The interaction products of normal cucurbit[n]urils (n = 7, 8; Q[7] Q[8]) and a sym- tetramethyl-substituted cucurbit[6]uril derivative (TMeQ[6]) with the hydrochloride salts of 2,4-diaminoazobenzene (g·HCl) were investigated in aqueous solution using ¹H NMR spectroscopy, electronic absorption spectroscopy, as well as single crystal X-ray diffraction. The ¹H NMR spectra analysis established a basic interaction model in which inclusion complexes with a host:guest ratio of 1:1 form for the TMeQ[6] and Q[7] cases, while they form with a host:guest ratio of 1:2 for the Q[8] case. Commonly, the hosts selectively bound to the phenyl moieties of the guests. Absorption spectrophotometric analysis in aqueous solution defined the stability of the host–guest inclusion complexes at pH 3.2. Quantitatively, at this pH, complexes with a host:guest ratio of 1:1—those with smaller hosts TMeQ[6] and Q[7]—formed with logK values between 6 and 7. That with host Q[8] and a host:guest ratio of 1:2 formed with a logK value of 10.8. Single crystal X-ray structures of the inclusion complexes TMeQ[6]–g·HCl and Q[8]–g·HCl showed the phenyl moiety of the guest inserted into the host cavity. This result supports the solution-based ¹H NMR spectroscopic study.     

Host–guest complexes of some cucurbit[n]urils with the hydrochloride salts of some imidazole derivatives

Interaction between the normal cucurbit[n]urils (n = 6,7,8; Q[6], Q[7], Q[8]) and a sym-tetramethyl-substituted cucurbit[6]uril derivative (TMeQ[6]) with the hydrochloride salts of some imidazole derivatives N-(4-hydroxylphenyl)imidazole (g1), N-(4-aminophenyl)imidazole (g2), 2-phenylimidazole (g3) in aqueous solution was investigated by using ¹H NMR spectroscopy, electronic absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy, as well as by using a single crystal X-ray diffraction determination. The ¹H NMR spectra analysis established a basic interaction model in which inclusion complexes with a host:guest ratio of 1:1 forms for the Q[6]s and Q[7] cases, while with a host:guest ratio of 1:2 form for the Q[8] cases. It was common that the hosts selectively bound the phenyl moiety of the guests. Absorption spectrophotometric and fluorescence spectroscopic analysis in aqueous solution defined the stability of the host–guest inclusion complexes at pH 5.8 with a host:guest ratio of 1:1 form quantitatively as logK values between 4 and 5 for the smaller hosts Q[6 or 7]s, while with a host:guest ratio of 1:2 form quantitatively as logK values between 11 and 12 for the host Q[8]. Two single crystal X-ray structures of the inclusion complexes TMeQ[6]-g2 · HCl and TMeQ[6]-g3 · HCl showed the phenyl moiety of these two guests inserted into the host cavity, which supported particularly the ¹H NMR spectroscopic study in solution.     

对称四甲基六元瓜环与1-丁基-4,4’-联吡啶的超分子自组装

设计合成了客体分子1-丁基-4,4’-联吡啶溴化物(BV+),利用核磁共振、紫外-可见吸收光谱、热重分析及X射线单晶衍射研究其与对称四甲基六元瓜环(TMeQ[6])的超分子自组装及形成的主客体包结配合物的结构特征.结果表明,在溶液中及固体状态下,TMeQ[6]均包结BV+的烷基链部分形成1∶1包结配合物.