CN106065019B - 一种单羟基七元瓜环的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：以普通七元瓜环，氧化剂过硫酸铵，还原剂亚硫酸氢钠为反应物，三者之间的化学计量比在1:1.5‑2:1.5‑2；反应物溶解在二次蒸馏水中，以500mg普通七元瓜环计，二次蒸馏水的用量为60～70mg；通入氮气1‑3分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度65～70℃，搅拌反应16～20 h，得到合成粗产品；单羟基七元瓜环的分离，得单羟基七元瓜环纯品。本发明分离容易、产率高、方法简单、安全环保、成本低廉。

Description

一种单羟基七元瓜环的制备方法
技术领域
属于化学领域中的化工技术领域。具体来说涉及一种单羟基七元瓜环的制备方法。
背景技术
瓜环化学是超分子化学领域中的一门新兴学科，发展至今不过几十年的时间，但其优良的物理化学性质使其在超分子催化、超分子组装、分子识别、离子通道、超分子生物、纳米科学、超分子药物学等领域显现出广阔的应用前景。
瓜环（Q[n]）是由苷脲、甲醛在酸催化下经脱水缩合生成的一类超分子主体化合物。从瓜环结构来看，瓜环是具有类似于南瓜外形的环状化合物，具有两端开口的空腔，其两端口大小相同，端口直径小于空腔直径。瓜环两端口分别分布着与其结构单元数相同的羰基氧原子，同时瓜环壁上分布着相当于结构单元数四倍的氮原子。环绕在端口极性较强的氧原子形成了良好的键结合位点，所以能与亲水性的物质、金属离子等相互作用；而其空腔是非极性、疏水性的，不仅可以包结有机分子，还可以根据其空腔的大小，选择性的容纳尺寸、形状相匹配的客体分子。目前为止，常见的瓜环（Q[n]）主要有五、六、七、八元瓜环，在普通瓜环中无疑七元瓜环的应用价值最高。因为它拥有良好的水溶性，合适的空腔大小，对大多数的有机客体分子有较好的分子识别能力，因此其在环境分离、药物载体，纳米材料等很多领域有很大的潜在应用价值。然而其分子本身的惰性和在有机溶剂中的低溶解度在很大程度上限制了其实际应用，因此瓜环的衍生化一直是瓜环化学研究的热点，是解决瓜环实际应用的物质基础。目前瓜环的衍生化多为使瓜环带上烷烃基团，如甲基、乙基、苯基，环己基等非活性基团，能够带上活性基团如羟基的研究报道特别少，到目前有关瓜环羟基化的文献不超过4篇，主要是因为合成、分离非常困难。在2003年，韩国的Kim 研究组首次以过硫酸钾作为氧化剂在水溶液中直接将瓜环氧化为全取代羟基瓜环，这种方法简单、方便，但是生成产物复杂（各种羟基取代基数目的七元瓜环都有），分离困难，产率低，特别是七元瓜环，产率只有不到5%，重复实验非常困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种分离容易、产率高、方法简单、安全环保、成本低廉的单羟基七元瓜环的制备方法。
本发明的一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：
（1） 单羟基七元瓜环的合成
以普通七元瓜环（Q[7]），氧化剂过硫酸铵（(NH4)2S2O8）,还原剂亚硫酸氢钠（NaHSO3）为反应物，三者之间的化学计量比在1:1.5-2:1.5-2；反应物溶解在二次蒸馏水中，以500mg普通七元瓜环计，二次蒸馏水的用量为60～70mg；若要增大反应物的剂量，则二次蒸馏水的用量成比例增加。通入氮气1-3分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度 65～70℃ ，搅拌反应16～20 h，得到合成粗产品；
（2） 单羟基七元瓜环的分离
a、单羟基七元瓜环水溶液准备：将第（1）步得到的合成粗产品旋转蒸发浓缩到原反应体积的30-35%备用；
b、色谱柱的准备：100g 型号为 MCI GEL CHP20P 反相色谱填料（美国色谱科公司）加入200mL 甲醇浸泡15min后倾倒出甲醇，再加入200mL二次蒸馏水浸泡15min，倒出水溶液后加适量二次蒸馏水使固定相呈浆状，将固定相倒入外直径为4cm, 高度为50cm 的玻璃柱中，1000mL二次蒸馏水冲洗后备用；
c、取上述（a）步准备好的单羟基七元瓜环水溶液20mL，用滴管沿着玻璃柱的管壁缓慢地加入到色谱柱的顶端，同时打开柱子下端的阀门使溶液流出，保持流速在1-2滴/秒，待单羟基七元瓜环水溶液全部浸入到固定相中后，关闭活塞。塞入适量棉花于固定相的顶端并压入一些玻璃块以免在用流动相冲洗时破坏固定相的层面影响分离效果；用二次蒸馏水作为流动相进行冲洗，保持流速在1-2滴/秒，每10mL 为一馏分进行收集，收集50-60馏分即可；
d、硅胶薄层板点板追踪单羟基七元瓜环，单质碘为显色剂，展开剂为蒸馏水：冰乙酸：甲酸=10:10：2（v/v/v）；合并点板显示为纯的单羟基七元瓜环的馏分，65-70℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温，加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在70-80℃干燥12h， 即得单羟基七元瓜环纯品。
上述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中七元瓜环回收利用的方法：合并步骤（d）中的点板显示为纯的七元瓜环的馏分，65-70℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温，加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在70-80℃干燥12h，得到的七元瓜环又可作为下一次单羟基七元瓜环合成的反应物。
上述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中色谱柱的再生方法，是以1mL/min的流速，体积比为20% 的乙酸水溶液600mL冲洗色谱柱后，再用二次蒸馏水2000mL 冲洗即可使色谱柱再生，进行下一次的分离。
上述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中当色谱柱的使用超过6次时，必须进行彻底的清洗，再生，保证色谱固定相填料孔径的恢复，具体方法如下：固定冲洗流速为1mL/min，依次用体积比20% 的乙酸水溶液600mL，二次蒸馏水2000mL，体积比 20% 的甲醇水溶液400mL，体积比50% 的甲醇水溶液400mL，体积比 80% 的甲醇水溶液400mL，纯甲醇400mL，体积比50% 的甲醇水溶液400mL，1000mL 二次蒸馏水冲洗色谱柱后，即可使色谱柱再生。
本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明采用反应物为普通七元瓜环，氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，三者的比例为1:1.5-2:1.5-2，反应温度65 ～70℃，反应时间16～20 h合成单羟基七元瓜环。方法简单、方便，生成产物主要是单羟基七元瓜环和未反应完全的七元瓜环，便于下一步的分离。纯化分离方法采用MCI GEL CHP 20P（美国色谱科公司）反相色谱填料为固定相，水为流动相的反相色谱方法，得到14%左右产率的单羟基七元瓜环产品，比原来的方法5%提高了近3倍。使用的分离方法非常环保，单羟基七元瓜环的1HNMR 核磁氢谱和 MADI-TOF-MASS 质谱显示，分离出的单羟基七元瓜环的纯度达到了95%以上。不使用有机溶剂而且分离出的未反应七元瓜环分离后还可循环使用，色谱柱重生后也可循环使用。
具体实施方法
实施例1：
一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：
（1） 单羟基七元瓜环的合成
普通七元瓜环Q[7] (500mg, 0.43mmol), 氧化剂过硫酸铵(NH4)2S2O8 (147.2mg,0.645mmol) 还原剂亚硫酸氢钠NaHSO3 (67.1mg, 0.645mmol)（三者的化学计量比为1:1.5:1.5）溶解在 60 mg二次蒸馏水中, 通入氮气1分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度 65℃ ，搅拌反应16小时即可完成。
（2） 单羟基七元瓜环的分离
a、样品准备：将第（1）步得到的合成粗产品旋转蒸发浓缩到18 mL备用；
b、色谱柱的准备：100g 型号为 MCI GEL CHP20P 反相色谱填料（美国色谱科公司）加入200mL 甲醇浸泡15min后倾倒出甲醇，再加入200mL二次蒸馏水浸泡15min，倒出水溶液后加适量二次蒸馏水使固定相呈浆状，将固定相倒入外直径为4cm, 高度为50cm 的玻璃柱中，1000mL二次蒸馏水冲洗后备用；
c、将上述准备好的18mL 单羟基七元瓜环水溶液用滴管沿着玻璃柱的管壁缓慢地加入到色谱柱的顶端，同时打开柱子下端的阀门使溶液流出，保持流速在1滴/ 秒，待样品溶液全部浸入到固定相中后，关闭活塞。塞入适量棉花于固定相的顶端并压入一些玻璃块以免在用流动相冲洗时破坏固定相的层面影响分离效果。用二次蒸馏水作为流动相进行冲洗，保持流速在1滴/ 秒，每10mL 为一馏分进行收集，收集50馏分，硅胶薄层板点板追踪单羟基七元瓜环，单质碘为显色剂，展开剂为蒸馏水：冰乙酸：甲酸=10:10：2（v/v/v）；
d、合并步骤（c）中的点板显示为纯的单羟基七元瓜环的馏分，65℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温；加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在70℃干燥12h， 即得单羟基七元瓜环纯品，产率为14.91%。
单羟基七元瓜环的1HNMR 核磁氢谱和 MADI-TOF-MASS 质谱显示，分离出的单羟基七元瓜环的纯度达到了95%以上
实施例２：
一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：
（1） 单羟基七元瓜环的合成
普通七元瓜环Q[7] (500mg, 0.43mmol), 氧化剂过硫酸铵(NH4)2S2O8(166.85mg, 0.73mmol) 还原剂亚硫酸氢钠NaHSO3 (76.05mg, 0.73mmol)（三者的化学计量比为1:1.7:1.7）溶解在 65 mg二次蒸馏水中, 通入氮气2分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度 68℃ ，搅拌反应18h完成。
（2） 单羟基七元瓜环的分离
a、样品准备：将第（1）步得到的合成粗产品旋转蒸发浓缩到20 mL备用；
b、色谱柱的准备：100g 型号为 MCI GEL CHP20P 反相色谱填料（美国色谱科公司）加入200 mL 甲醇浸泡15min后倾倒出甲醇，再加入200mL二次蒸馏水浸泡15min，倒出水溶液后加适量二次蒸馏水使固定相呈浆状，将固定相倒入外直径为4cm, 高度为50cm 的玻璃柱中，1000mL二次蒸馏水冲洗后备用；
c、将上述准备好的20 mL 单羟基七元瓜环水溶液用滴管沿着玻璃柱的管壁缓慢地加入到色谱柱的顶端，同时打开柱子下端的阀门使溶液流出，保持流速在1滴/ 秒，待样品溶液全部浸入到固定相中后，关闭活塞。塞入适量棉花于固定相的顶端并压入一些玻璃块以免在用流动相冲洗时破坏固定相的层面影响分离效果。用二次蒸馏水作为流动相进行冲洗，保持流速在1滴/ 秒，每10mL 为一馏分进行收集，收集55馏分，硅胶薄层板点板追踪单羟基七元瓜环，单质碘为显色剂，展开剂为蒸馏水：冰乙酸：甲酸=10:10：2（v/v/v）；
d、合并步骤（c）中的点板显示为纯的单羟基七元瓜环的馏分，68℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温；加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在75℃干燥12h， 即得单羟基七元瓜环纯品。，产率为14.34%。
单羟基七元瓜环的1HNMR 核磁氢谱和 MADI-TOF-MASS 质谱显示，分离出的单羟基七元瓜环的纯度达到了95%以上
实施例3：
一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：
（1） 单羟基七元瓜环的合成
普通七元瓜环Q[7] (500mg, 0.43mmol), 氧化剂过硫酸铵(NH4)2S2O8196.3mg,0.86mmol) 还原剂亚硫酸氢钠 NaHSO389.69mg, 0.86mmol)（三者的化学计量比为1:2:2）溶解在 70 mg二次蒸馏水中, 通入氮气3分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度 70℃ ，搅拌反应20小时即可完成。
（2） 单羟基七元瓜环的分离
a、样品准备：将第（1）步得到的合成粗产品旋转蒸发浓缩到25 mL备用；
b、色谱柱的准备：100g 型号为 MCI GEL CHP20P 反相色谱填料（美国色谱科公司）加入200 mL 甲醇浸泡15min后倾倒出甲醇，再加入200mL二次蒸馏水浸泡15min，倒出水溶液后加适量二次蒸馏水使固定相呈浆状，将固定相倒入外直径为5cm, 高度为70cm 的玻璃柱中，1000mL二次蒸馏水冲洗后备用；
c、将上述准备好的25 mL 单羟基七元瓜环水溶液用滴管沿着玻璃柱的管壁缓慢地加入到色谱柱的顶端，同时打开柱子下端的阀门使溶液流出，保持流速在2滴/ 秒，待样品溶液全部浸入到固定相中后，关闭活塞。塞入适量棉花于固定相的顶端并压入一些玻璃块以免在用流动相冲洗时破坏固定相的层面影响分离效果。用二次蒸馏水作为流动相进行冲洗，保持流速在2滴/ 秒，每10mL 为一馏分进行收集，大约收集60馏分即可；硅胶薄层板点板追踪单羟基七元瓜环，单质碘为显色剂，展开剂为蒸馏水：冰乙酸：甲酸=10:10：2（v/v/v）；
d、合并步骤（c）中的点板显示为纯的单羟基七元瓜环的馏分，70℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温，加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在80℃干燥12h， 即得单羟基七元瓜环纯品，产率为14.56%。
单羟基七元瓜环的1HNMR 核磁氢谱和 MADI-TOF-MASS 质谱显示，分离出的单羟基七元瓜环的纯度达到了95%以上。
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，任何未脱离本发明技术方案内容，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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种单羟基七元瓜环制备方法，包括以下步骤：
（1） 单羟基七元瓜环的合成
以普通七元瓜环Q[7]，氧化剂过硫酸铵，还原剂亚硫酸氢钠为反应物，三者之间的化学计量比在1:1.5-2:1.5-2；反应物溶解在二次蒸馏水中，以500mg普通七元瓜环计，二次蒸馏水的用量为60～70mg；通入氮气1-3分钟赶走水中溶解的氧气，然后在氮气保护下，反应温度 65～70℃ ，搅拌反应16～20 h，得到合成粗产品；
（2） 单羟基七元瓜环的分离
a、单羟基七元瓜环水溶液准备：将第（1）步得到的合成粗产品旋转蒸发浓缩到原反应体积的30-35%备用；
b、色谱柱的准备：色谱柱的固定相为MCI GEL CHP20P 反相色谱填料，按常规方法准备；
c、取上述（a）步准备好的单羟基七元瓜环水溶液20mL，用滴管沿着玻璃柱的管壁缓慢地加入到色谱柱的顶端，同时打开柱子下端的阀门使溶液流出，保持流速在1-2滴/秒，待单羟基七元瓜环水溶液全部浸入到固定相中后，关闭活塞,
塞入适量棉花于固定相的顶端并压入一些玻璃块以免在用流动相冲洗时破坏固定相的层面影响分离效果；用二次蒸馏水作为流动相进行冲洗，保持流速在1-2滴/秒，每10mL为一馏分进行收集，收集50-60馏分即可；
d、硅胶薄层板点板追踪单羟基七元瓜环，单质碘为显色剂，展开剂v/v/v为蒸馏水：冰乙酸：甲酸=10:10：2；合并点板显示为纯的单羟基七元瓜环的馏分，65-70℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温，加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在70-80℃干燥12h， 即得单羟基七元瓜环纯品。
2.如权利要求1所述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中七元瓜环回收利用的方法：合并步骤（d）中的点板显示为纯的七元瓜环的馏分，65-70℃旋蒸浓缩至体积为10 mL, 冷却至室温，加入100 mL甲醇得白色沉淀，抽滤，沉淀用20 mL甲醇，20 mL丙酮洗涤后置于真空干燥器中，在70-80℃干燥12h，得到的七元瓜环又可作为下一次单羟基七元瓜环合成的反应物。
3.如权利要求1所述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中色谱柱的再生方法，是以1mL/min的流速，体积比为20% 的乙酸水溶液600mL冲洗色谱柱后，再用二次蒸馏水2000mL冲洗即可使色谱柱再生，进行下一次的分离。
4.如权利要求1或3所述的一种单羟基七元瓜环制备方法，其中当色谱柱的使用超过6次时，必须进行彻底的清洗，再生，保证色谱固定相填料孔径的恢复，具体方法如下：固定冲洗流速为1mL/min，依次用体积比20% 的乙酸水溶液600mL，二次蒸馏水2000mL，体积比 20%的甲醇水溶液400mL，体积比50% 的甲醇水溶液400mL，体积比 80% 的甲醇水溶液400mL，纯甲醇400mL，体积比50% 的甲醇水溶液400mL，1000mL 二次蒸馏水冲洗色谱柱后，即可使色谱柱再生。
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