CN106496025A - 一种具有对映异构体柱[5]芳烃活性域的同手性金属有机框架化合物 - Google Patents
一种具有对映异构体柱[5]芳烃活性域的同手性金属有机框架化合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种具有对映异构体柱[5]芳烃活性域的同手性金属有机框架化合物(MOF)，选自由(Sp)‑P5A‑MOF‑1和(Rp)‑P5A‑MOF‑1组成的组。该同手性MOF是从通式(I)的纯对映异构体支柱制备的。所述同手性MOF适合于从外消旋混合物分离对映异构体。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119要求申请序号为62/045,514、2014年9月3日递交的、名称为“一种具有对映异构体柱[5]芳烃活性域的同手性金属有机框架化合物”的美国临时专利申请的优先权，其全部内容在此并入本申请作为参考。
关于联邦资助科研开发的声明
本发明得到了由国家科学基金会给予的合同号为CHE-0924620和DGE-0824162下的政府资助。政府在本发明中享有一些权利。
技术领域
本发明涉及一种用于制备金属有机框架化合物的方法，所述金属有机框架化合物用于从外消旋混合物分离对映异构体。
背景技术
相关技术描述
柱[n]芳烃是由n个对苯二酚环通过亚甲基桥连接其对位组成的大环分子。这些化合物是容器型分子(cavitands)的一个新家族，其已经迅速变为主客体化学领域的重要角色。由于他们的新结构和他们的悬吊官能团可协调性，柱[n]芳烃已经被引入许多类型的材料，包括聚合物、纳米颗粒和液晶。Stoddart和他的同事描述了将刚性的A1/A2-二官能化的柱[5]芳烃支柱rac-1(图1)引入到有机金属框架化合物(MOF)rac-P5A-MOF-1(N.L.Strutt等,J.Am.Chem.Soc.,2012,134:17436)。该柱[5]芳烃在足以咋其多空结构中产生活性域的rac-P5A-MOF-1中形成空腔，其中客体的有序分布可以通过富π电子的柱[5]芳烃主体和贫电子的客体之间的高比电荷传递相互作用来得以维持。这些活性域具有接纳大量吡啶嗡阳离子和对二硝基苯的能力，并且柱[5]芳烃被证明对更缺电子的客体具有选择性。
存在于柱[n]芳烃中的取代基迫使它们显示平面的手性。在1,4-二甲氧-柱[5]芳烃(DM柱[5]芳烃)中存在五个平面手性，其与在2/5环位置的1,4-二甲氧苯环和两个连续的亚甲基碳共平面。DM柱[5]芳烃的两个最低能量对映异构体的构象异构体的手性可以用Cahn-Ingold-Prelog命名法描述为RpRpRpRpRp和SpSpSpSpSp，它们在这里分别缩写为Rp和Sp。由于环在室温下的旋转Rp和Sp构象异构体快速地平衡，这使得分离DM柱[5]芳烃的对映异构体富集的样品变得不可能。柱[n]芳烃衍生物中如A1/A2二羟基柱[5]芳烃的转换过程的速率可以被缩短，在一些衍生物例如具有体积大的取代基的柱[5]芳烃或构成机械地连锁化合物的柱[5]芳烃中(转换过程)会被完全中止。
有机支柱rac-1的外消旋混合物由于其刚性的二官能化而不能进行立体化学转化，其通过Zn4O次级构造单元(SBUs)连接以产生rac-P5A-MOF-1(Strutt等(2012))。这些MOF中的活性域构成柱[5]芳烃的识别部位，该识别部位具有随机分布的手性。
尽管已经有许多已知的包含有立体中心或者手性轴的成分的同手性MOF的例子，将平面手性引入到同手性MOF中还是相对未被研究的现象。包含手性纯活性域的多孔结构也是有兴趣的领域，这是因为它们具有作为通过高效液相层析(HPLC)进行对映异构体的分离的高度设计的手性稳定阶段的应用前景。
支柱rac-1的甲酯可以通过手性高压液相色谱法在分析级别上被解析(Strutt等(2012)。为了制备P5A-MOF-1的同手性版本和评估多孔结构分离小分子消旋物的能力，必须在更大的级别上解析rac-1。虽然制备级的手性高压液相色谱法将可能适合于rac-1的解析，该技术成本过高，不是广泛有效的。
发明内容
在第一方面，提供一种同手性金属有机框架化合物(MOF)。该同手性MOF选自(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1组成的组。
在第二方面，提供一种由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的制备方法。该方法包括两个步骤。第一步包括制备(Sp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Sp)-1是通式(I)表示的Sp-对映异构体结构：
第二步包括在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
在第三方面，提供一种由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的制备方法。该方法包括两个步骤。第一步包括制备(Rp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Rp)-1是通式(I)表示的Rp-对映异构体结构：
第二步包括在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
在第四方面,提供一种通式(I)表示的纯对映异构体结构的制备方法：
该方法包括两个步骤。第一步包括制备包含基于水的溶液和含通式(II)所示的纯对映异构体结构的溶剂的混合物：
第二步包括在一个升高的温度加热所述混合物，以形成通式(I)所示的纯对映异构体结构。
在第五方面，提供一种从外消旋混合物分离对映异构体化合物的方法。该方法包括两个步骤。第一步包括将外消旋混合物与同手性金属有机框架化合物(MOF)接触以形成包含对映异构体化合物和同手性金属有机框架化合物的复合物，所述同手性金属有机框架化合物选自由(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1构成的组。第二步包括用溶剂洗涤所述复合物以除去所述外消旋混合物的未复合成分。
本发明的这些和其他特征、目的和优点将通过下面的说明被更好地理解。在本说明书中，附图用于参考，其构成本发明的一部分，并且其用于说明而非限制本发明的实施方式。
附图说明
在考虑下面的详细说明时这些除了上面提到的特征、目标和优点将变得更容易清晰可见。这些详细说明提到了以下的附图。
图1为现有技术，描述了从有机支柱rac-1合成rac-P5A-MOF-1的典型路线，其中描述了(Sp)-1(红色)和(Rp)-1(蓝色)。
图2描述了在将有机rac-1解析成(Sp)-1(红色)和(Rp)-1(蓝色)之后合成同手性(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1的典型路线。
图3A描述了合成手性有机支柱1((Sp)-1和(Rp)-1))的纯对映异构体的典型路线，该路线基于来自三氟甲烷磺酸2的平面手性、使用手性助剂帮助分离中间体4(即(SSSp)-4和(SSRp)-4)的非对映异构物。
图3B描述了(SSSp)-4和(SSRp)-4的固态结构，其中C原子是灰色的，O原子是白色的，N原子是蓝色的，为了清楚起见H原子已被移除。
图3C描述了非对映异构物(SSSp)-4和(RRRp)-4的典型的分析高压液相色谱法(二氧化硅，CH2Cl2/甲醇的梯度从100:0到94:6，经历40分钟，λ＝254nm)。
图4A描述了(Sp)-1(红色)和(Rp)-1(蓝色)的典型的圆二色性(CD)光谱。实线是从所述合成的(Sp)-1和(Rp)-1(MeCN,0.5mM)处收集，虚线谱是从以约0.5mM溶解在MeCN中的(Sp)-P5A-MOF-1(红色)和(Rp)-P5A-MOF-1处收集。
图4B描述了解析的对映异构体(Rp)-1(板(i)),(Sp)-1(板(ii))和外消旋混合物rac-1(板(iii))样品的典型手性高压液相色谱法(己烷/iPrOH的梯度从90:10到50:50，经历40分钟，λ＝254nm)。
图5A描述了同手性P5A-MOF-1的典型合成，并显示了(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1晶体的光学显微术成像。
图5B描述了(Sp)-P5A-MOF-1(红色)和(Rp)-P5A-MOF-1(蓝色)的典型粉末X-射线衍射(PXRD)图案，用图表示，与模原型的P5A-MOF-1结构的PXRD图案非常匹配。
具体实施方式
虽然本发明可以进行各种改型和替代方式，其示范性的实例在附图中举例说明和在此详细描写。但是应该理解那些示范性实例的说明并不意味着将本发明限制为公开的特定形式，相反地本发明旨在覆盖所有落入如所述具体实例和权利要求限定的本发明精神和范围的改进、替代和备选方案。因此实例参考和权利要求被用于解释本发明的范围。
下文中将要更充分地参考附图描述所述组合物和方法，其中将本发明的实例的部分而非全部排列和变化示出了。实际上，本发明可以体现为许多不同的形式，而不应被认为限制为这里阐述的实例。这些实例以充分的撰写细节进行描述并使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，一起公开的还有用于实现本发明的最佳方式，如权利要求及其等价物所定义的那样。
同样地，本发明所属技术领域的技术人员在受到上述说明书和附图中教导下会想到这里描述的组合物和方法的诸多改变和其他实例。因此，将理解本发明不限于公开的特定实例，并且意图将那些改进和其他实例包括在权利要求的范围内。尽管这里使用了专用名词，它们只是用作普通和叙述的功能，不为了作限制。
除非另外定义，这里使用的所有技术和科学术语具有被本发明所属技术领域的技术人员通常理解的相同的意思。尽管任何与这里描述的那些相似或等价的方法和材料可以被用于本发明的实践或测试，优选的方法和材料如下所述。
此外，用不定冠词“一个”或“一种”表示的要素并不排除存在多于一个(单数)的可能性，除非上下文明确地要求只有一个要素。不定冠词“一个”或“一种”由此通常指“至少一个”。
这里使用的“约”意味着一个数值的统计学意义的范围，例如规定的浓度、长度、分子量、pH值、序列同一性、时间范围、温度或体积。这样的数值或范围可以在一个数量级内，典型的在给定值或范围的20％内，更典型的在10％内，进而更典型的在5％内。通过“约”包含的允许偏差取决于研究中的特定系统，能容易地被本领域技术人员所理解。
综述
本申请人开发了一种可以在克级别的尺度上操作的解析rac-1的方法，其不需要使用手性色谱法。对映异构体(Sp)-1和(Rp)-1可以用对映异构体纯的手性助剂官能化，由此将对映异构体转变成可以在之后使用正相色谱法分离的两种非对映异构物。分离后，可以移除手性助剂，显示对映异构体纯支柱(Sp)-1和(Rp)-1。对映异构体纯的支柱(Rp)-1和(Sp)-1可以被引入到(Rp)-P5A-MOF-1和(Sp)-P5A-MOF-1的同手性多孔框架中(图2)。所述合成的同手性多孔框架适合用于从外消旋混合物分离对映异构体的基材。
组合物和合成方法
获得对映异构体纯的支柱(Sp)-1和(Rp)-1的合成方案(图3A)从柱[5]芳烃三氟甲烷磺酸2开始，柱[5]芳烃三氟甲烷磺酸2可以从DM柱[5]芳烃经三步制备。三氟甲烷磺酸2可以与(S)-脯氨醇-取代4-羰基苯基-硼酸频哪醇酯3在Pd催化的铃木反应(Suzukireaction)中反应，以生产非对映异构体(SSSp)-4和(SSRp)-4(图3B)。该反应被证明是有利于(SSRp)-4的轻微的非对映选择性。该化合物4的两个非对映异构体可以容易地通过进行正相硅HPLC在几百毫克的规模上被分离(图3C)。(SSSp)-4和(SSRp)-4的单晶适合于X射线晶体学，是通过缓慢蒸发CH2Cl2来获得的。因为(S)-脯氨醇的绝对构型是已知的，该固态结构可以被用于确定(SSSp)-4和(SSRp)-4中柱[5]芳烃的绝对立体构型。所述(SSSp)-4和(SSRp)-4中的(S)-脯氨醇助剂通过碱性酰胺水解容易地被除去，获得对映异构体纯的柱[5]芳烃支柱(Sp)-1和(Rp)-1。
(Sp)-1和(Rp)-1的圆二色性(CD)光谱学(图4A)证实了用于进行酰胺水解的条件不会导致所述支柱的外消旋化。从(Rp)-1观察到的正科顿效应和(Sp)-1的负科顿效应与对映异构体纯的柱[5]芳烃衍生物见证的科顿效应很好地一致。(Sp)-1和(Rp)-1甲酯的所述光学纯度用分析级别的手性HPLC来评价(图4B)，两个对映异构体样品显示具有97:3的对映异构体比例。
所述同手性框架(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF分别从(Sp)-1和(Rp)-1以及Zn(NO3)2·6H2O的DMF溶液获得(在100℃下，参见)。(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1的晶体是大的立方体，具有约0.125mm3的平均体积(图5A)。同手性MOF的单晶X射线衍射分析发现分辨率没有好到足以看清楚固态结构中的单个原子。和rac-P5A-MOF-1一样，同手性框架中的无序最可能是柱[5]芳烃中的三聚苯连接旋转自由的结果。(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1的粉末X射线衍射(PXRD)几乎完全一致(图5B)，并且与P1空间群中的rac-P5A-MOF-1的建模版本的PXRD图案很好地吻合。PXRD数据显示同手性框架中的对映异构体纯的柱[5]芳烃活性域不会显著改变MOF的整体结构。(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1(图4A)的被吸收晶体样品的CD光谱学证明了(Sp)-1和(Rp)-1的外消旋化不会在升高的温度下发生，升高温度是合成MOF所需要的。
包含对映异构体纯的柱[5]芳烃活性域的同手性MOF的生产已经被描述。所述合成的包含对映异构体纯的柱[5]芳烃活性域的同手性MOF是多孔框架引入拥有平面手性的活性域的较早的例子。在这些同手性材料的制备中，外消旋柱[5]芳烃衍生物的大规模解析的有效路径也已经被开发出来了。这些同手性多孔框架对于小分子外消旋体的对映选择性可以被对映选择地约束在柱[5]芳烃的活性域。
手性辨别和对映选择性分离的方法
在(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1内的所述对映异构体纯的孔环境可以被用于手性辨别和对映选择性分离方法中。对映异构体纯(Sp)-P5A-MOF-1或(Rp)-P5A-MOF-1可以排他地从外消旋混合物提取两个对映异构体化合物中的一个。通过将在对映异构体与(Sp)-P5A-MOF-1或(Rp)-P5A-MOF-1之间形成的复合物浸渍到合适的有机溶剂例如无水丙酮中可以容易地萃取该引入的对映异构体。所述(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1维持高的结晶度，并且所述对映异构体纯的孔环境可以通过浸渍到过量的合适有机溶剂如无水丙酮中简单的再生。
应用
在第一方面，提供一种同手性金属有机框架化合物(MOF)。该同手性MOF选自由(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1组成的组。
在第二方面，提供一种由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的制备方法。该方法包括两个步骤。第一步包括制备(Sp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Sp)-1是通式(I)表示的Sp-对映异构体结构：
第二步包括在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
在第二方面的第一点，所述溶剂是无水二甲基甲酰胺。在第二方面的第二点，升高的温度为约100℃。
在第三方面，提供一种由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的制备方法。该方法包括两个步骤。第一步包括制备(Rp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Rp)-1是通式(I)表示的Rp-对映异构体结构：
第二步包在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
在第三方面的第一点，所述溶剂是无水二甲基甲酰胺。在第三方面的第二点，所述升高的温度为约100℃。
在第四方面，提供一种通式(I)表示的纯对映异构体结构的制备方法：
该方法包括两个步骤。第一步包括制备包含基于水的溶液和含通式(II)所示的纯对映异构体结构的溶剂的混合物：
第二步包括在一个升高的温度加热所述混合物，以形成通式(I)所示的纯对映异构体结构。
在第四方面的第一点，所述通式(I)的纯对映异构体结构是(Sp)-1对映异构体，所述通式(II)的纯对映异构体结构是(SSSp)-4对映异构体。在第四方面的第二点，所述通式(I)的纯对映异构体结构是(Rp)-1对映异构体，所述通式(II)的纯对映异构体结构是(SSRp)-4对映异构体。在第四方面的第三点，所述溶剂包括二甲氧基乙烷。在第四方面的第四点，其中基于水的溶液包括氢氧化钠水溶液。在第四方面的第五点，所述升高的温度包括至少约85℃。
在第五方面，提供一种外消旋混合物分离对映异构体化合物的方法。该方法包括两个步骤。第一步包括将外消旋混合物与同手性金属有机框架化合物(MOF)接触以形成包含对映异构体化合物和同手性金属有机框架化合物的复合物，所述同手性金属有机框架化合物选自由(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1构成的组。第二步包括用溶剂洗涤所述复合物以除去所述外消旋混合物的未复合成分。
在第五方面的第一点，所述同手性金属有机框架化合物(MOF)是(Sp)-P5A-MOF-1。在第五方面的第二点，所述同手性金属有机框架化合物(MOF)是(Rp)-P5A-MOF-1。在第五方面的第三点，所述溶剂选自水性媒质或有机媒质。在第五方面的第四点，所述未复合的成分包括来自外消旋混合物的对映异构体化合物。
实施例
本发明在考虑下面的非限制性的实施例的基础上被更充分地理解，该实施例的目的在于说明本发明而非限制。
实施例1 材料和方法
使用先前报道的步骤制备化合物2(Strutt等(2012))和4-碘苯酰氯(Gallardo H.等，Synthesis，2008:605)。所有的起始材料和试剂从商业供应商处购买得到并不经纯化地使用。使用商业溶剂净化系统(SG Water公司)干燥溶剂(DMF和CH2Cl2)。使用预涂有硅胶60和荧光指示剂(Whatman LK6F)的玻璃板进行分析的薄色层分离法(TLC)。所述玻璃板用紫外线灯(254nm)检查。使用硅胶60(Silicycle)作为固定相进行急骤层析法。在298K下使用1D和2D核磁共振(NMR)谱进行记录，除非另有说明，记录条件是使用Bruker AvanceⅢ500和600MHz光谱仪，工作频率分别为对1H(氢谱)为499.373和600.168MHz，对13C核为125.579和150.928MHz。化学位移以对应于残留非氘化溶剂的相对信号的ppm(百万分之一)来记录，耦合常数以赫兹(Hz)来记录。所有的13C NMR谱用质子核的同步去耦来记录。用Agilent6210LC-TOF高分辨质谱仪来获得电喷射离子化(ESI)质谱。制备的高压液相色谱法在带有Rainin Dynamax硅LC柱(孔径60埃)的Waters PrepLC 2000上进行。用Phenomenex Luna硅LC柱(0.46×25cm，颗粒尺寸10微米，孔径大小100埃)来进行分析高压液相色谱法。手性分析高压液相色谱法用手性Pak IA柱(0.46×25cm)来进行，该柱从Daicel化学工业购买得到。单晶X射线数据在装备有CuKα微源(带有Quazar光学装置)的Bruker Kappa APEX CCD衍射仪来收集。在装备有CCD检测器和CuKαIμS显微测焦源(具有MX光学装置)的Bruker AXSAPEX2衍射仪上收集用于MOF样品的粉末图案。样品安装在测角仪头上的尼龙环(cryoloops)上。数据使用一个区域检测器收集，在旋转机座转过180°、在位于12°、24°和36°的2θ值、每个机座暴露10分钟。在150毫米的距离，探测器灵敏面积覆盖24°的2θ角。粉末图形数据用非晶形的背景散射处理。紫外线/可见光吸光谱使用UV-3600岛津分光光度计记录。圆二色性光谱学用Jasco J-815圆二色性光谱仪在298K下、2毫米通路长度小池中进行。用奥林匹斯BX53研究用显微镜记录光学显微成像。
实施例2 制备(SSSp)-4和(SSRp)-4的合成方案
图3A提供了合成(SSSp)-4和(SSRp)-4的概述。
1)(S)-6：根据流程图(1A)实现(S)-6的合成
4-碘苯酰氯(1.00g，3.75mmol)在CH2Cl2(10mL)中的溶液在0℃和氮保护气氛下被滴加到(S)-2-吡咯烷甲醇(0.50g，4.9mmol)和Et3N(1.65mL)在CH2Cl2中的溶液中。反应混合物在氮保护气氛下被加热到室温并搅拌16小时，然后将其在真空下浓缩和经历硅胶色谱法(CH2Cl2/甲醇从100：0到97：3的梯度法)以获得(S)-6(1.04g，83％)。1H NMR(500MHz,CDCl3,298K)δ＝7.77(d,J＝8Hz,2H),7.25(d,J＝8Hz,2H),4.75(dd,J1＝8Hz,J2＝2Hz,1H),4.38(qd,J1＝8Hz,J2＝2Hz,1H),3.82-3.70(m,2H),3.51-3.43(m,2H),2.21-2.15(m,1H),1.91-1.86(m,1H),1.80-1.71(m,1H),1.67-1.60(m1H).13C NMR(125MHz,CDCl3,298K)δ＝170.9,137.5,136.1,128.8,96.5,66.3,61.3,51.1,28.2,25.0.高解析质谱:(m/z):理论计算值[M+Na]+:353.9961，实验值：353.9964。
2)(S)-3:根据流程图(1B)实现(S)-3的合成：
在干燥和脱气的Me2SO(50mL)中将[PdCl2(ddpf)](50mg)加入到(S)-6(200mg，0.60mmol)、双(频哪醇合)二硼(450mg，1.8mmol)和KOAc(180mg，1.8mmol)的溶液中。将反应混合物加热到70℃并搅拌16小时，然后冷却到室温并用CH2Cl2(200mL)萃取，用水(200mL)洗涤。水相用CH2Cl2(100mL)洗涤两次。合并的有机相用水洗涤，用Na2SO4干燥，在真空下浓缩并经历硅胶色谱法(CH2Cl2/甲醇从100:0到98:2的梯度)，获得(S)-3(160mg，80％)。1H NMR(500MHz,CDCl3,298K)δ＝7.84(d,J＝8Hz,2H),7.48(d,J＝8Hz,2H),4.98(bs,1H),4.39(qd,J1＝8Hz,J2＝2Hz,1H),3.82-3.71(m,2H),3.48-3.42(m,2H),2.20-2.14(m,1H),1.88-1.83(m,1H),1.77-1.71(m,1H),1.66-1.58(m,1H),1.35(s,12H).13C NMR(125MHz,CDCl3,298K)δ＝172.3,139.1,134.8,126.2,84.2,75.1,67.4,61.7,51.2,28.7,25.0,24.7.高解析质谱:(m/z):理论计算值[M+Na]+:353.1883，实验值：353.1885.
3)(SSSp)-4和(SSRp)-4:根据流程图(1C)实现了(SSSp)-4和(SSRp)-4的合成。
将Pd(PPh3)4(300mg)加入到2(1.00g,1.01mmol)、(S)-3(1.00g,3.05mmol)和含水的Na2CO3(650mg，25mL水)在四氢呋喃(100mL)中的混合物中。混合物在80℃下搅拌24小时，冷却到室温并加入到CH2Cl2(300mL)中。溶液用H2O(2×100mL)和盐水(100mL)洗涤，并用Na2SO2干燥，在真空下浓缩并经历硅胶色谱法(CH2Cl2/甲醇从100:0到95:5的梯度)，获得(SSSp)-4和(SSRp)-4的混合物。然后非对映异构物的混合物经受高压液相色谱法(二氧化硅，CH2Cl2/甲醇从100:0到94:6的梯度，持续40分钟，λ＝254nm)，以产生纯的(SSSp)-4(340mg,31％)和(SSRp)-4(410mg,37％)。
(SSSp)-4的特性描述:1H NMR(500MHz,CDCl3,298K)δ＝7.49(d,J＝8Hz,4H),7.15(d,J＝8Hz,4H),7.12(s,2H),6.77(s,2H),6.71(s,2H),6.51(s,2H),5.87(s,2H),4.45(q,J＝8Hz,2H),3.90-3.55(m,18H),3.68(s,6H),3.55(s,6H),3.36(s,12H),2.28-2.19(m,2H),1.98-1.91(m,2H),1.86-1.77(m,2H),1.72-1.62(m,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3,298K)δ＝172.3,151.2,151.1,150.8(3),150.7(5),144.4,139.9,136.6,134.9,132.4,129.5,129.1,128.9,128.4,127.8,127.1,114.5,114.3,114.1,114.0,67.8,61.9,56.2,56.1,55.6,51.4,33.2,30.1,29.6,28.8,25.3.
(SSRp)-4的特性描述:1H NMR(500MHz,CDCl3,298K)δ＝7.48(d,J＝8Hz,4H),7.13(d,J＝8Hz,4H),7.09(s,2H),6.77(s,2H),6.71(s,2H),6.53(s,2H),5.87(s,2H),4.47(q,J＝8Hz,2H),3.89-3.64(m,18H),3.69(s,6H),3.59(s,6H),3.38(s,6H),3.34(s,6H),2.27-2.19(m,2H),1.98-1.91(m,2H),1.84-1.77(m,2H),1.71-1.63(m,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3,298K)δ＝172.1,151.0,150.9,150.6(4),150.6(1),144.4,139.8,136.5,134.8,132.3,129.4,128.9,128.8,128.4,127.7,127.0,114.3(1),114.2(6),114.0,113.9,67.3,61.6,56.2,56.1,55.9,55.6,51.4,33.0,30.0,29.5,28.6,25.2.
高解析质谱(SSSp)-4/(SSRp)-4:(m/z):理论计算值[M+H]+:1097.5158，实验值：1097.5150。
实施例3 制备(Sp)-1和(Rp)-1的合成方案
图3A提供了一种合成(Sp)-1和(Rp)-1的概述。
根据流程图(2A)实现了(Sp)-1和(Rp)-1的合成。
(Sp)-1和(Rp)-1:将NaOH的水溶液(1.0g，10mL H2O中)加入(SSSp)-4或(SSRp)-4(200mg,0.18mmol)在二甲氧基乙烷(20mL)中的溶液中。该反应混合物在85℃下搅拌4天，然后冷却到室温，加入到H2O(100mL)中，用浓盐酸(12.4M,10mL)酸化，用EtOAc(2×100mL)萃取。合并的有机层用水洗涤，用Na2SO4干燥，在真空下干燥以产生(Sp)-1(135mg，81％)或(Rp)-1(130mg，78％)。其核磁共振谱和质谱和那些关于外消旋化合物rac–1的报道(Strutt等(2012))相同。1H NMR(500MHz,(CD3)2CO,298K)δ＝11.31(bs,2H),8.08(d,4H,J＝8.5Hz),7.37(d,4H,J＝8Hz),7.36(s,2H),7.23(s,2H),6.91(s,2H),6.83(s,2H),6.68(s,2H),5.87(s,2H),3.89(d,2H,J＝13.5Hz),3.85(d,2H,J＝14Hz),3.79(s,2H),3.77(s,6H),3.72(s,6H),3.70(d,2H,J＝13Hz),3.64(d,2H,13Hz),3.52(s,6H),3.41(s,6H).13C NMR(125MHz,(CD3)2CO,298K)δ＝167.6,151.6,151.5,151.2,151.0,148.1,140.6,137.2,133.1,130.6,130.3,129.9,129.3,129.0,128.1,114.7,114.3,114.2,113.8,56.1,56.0,55.7,55.5,33.0.高解析质谱:(m/z):理论计算值[M+Na]+:953.3507，实验值：953.3507。
实施例4 制备(Sp)-5和(Rp)-5的合成方案
根据流程图(2B)实现了(Sp)-5和(Rp)-5的合成。
将LiOH(10mg)加入到(Sp)-1、(Rp)-1或外消旋化合物rac-1(10mg,0.01mmol)在四氢呋喃(10mL)的溶液中，在室温下搅拌所述反应混合物30分钟。然后将Me2SO4(0.1mL)加入到反应混合物中，回流反应混合物并搅拌16小时，然后将其在真空下浓缩和经历硅胶色谱法(CH2Cl2/甲醇从100:0造成回流96:4的梯度法)以获得(Sp)-5(5mg,50％)或(Rp)-5(6mg,60％)。其1H谱和13CNMR谱、质谱和那些关于外消旋化合物rac-1的报道(Strutt等(2012))相同。1H NMR(500MHz,CDCl3,298K)δ＝7.97(d,4H,J＝8Hz),7.15(d,4H,J＝8Hz),7.08(s,2H),6.82(s,2H),6.75(s,2H),6.58(s,2H),5.86(s,2H),3.99(s,6H),3.88(2)(d,2H,J＝14.5Hz),3.87(9)(s,2H),3.82(d,2H,J＝14Hz),3.77(d,2H,J＝13.5Hz),3.74(s,6H),3.72(d,2H,J＝13.5Hz),3.63(s,6H),3.40(s,6H),3.36(s,6H).13C NMR(125MHz,CDCl3,298K)δ＝167.2,151.1(1),151.0(6),150.8,150.6,147.2,140.0,136.6,132.2,129.6,129.4,129.0,128.5,127.5,128.4,114.4,114.0(0),113.9(8),113.8,56.1,55.7,55.5,53.5,52.3,33.3,30.1,29.7.高解析质谱：(m/z):理论计算值[M+NH4]+:976.4286；实验值：976.4267。
实施例5 MOF合成
同手性P5A-MOF-1通过在100℃下加热(Sp)-1、(Rp)-1(20mg)和Zn(NO3)2·6H2O(20mg)在无水二甲基甲酰胺(2.5mL)的混合物24小时来制备。(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1的晶体的光学显微术成像示于图5A中。
实施例6 X-射线晶体衍射法
(SSSp)-4:
a)方法：通过缓慢蒸发CH2Cl2使(SSSp)-4的单晶生长。
数据在装备有CuKα微源(带有Quazar光学装置)的Bruker Kappa APEXCCD衍射仪在100K下来收集。结构是孪晶的，因此Twinabs被用于形成隐藏文件夹。PLATON的挤压(SQUEEZE)功能被用于去除无序溶剂分子的贡献。总的电子数/单元＝230。尽管确切的溶剂含量是未知的，这些总的电子数/单元折合约六个CH2Cl2分子。这里只有那些在提纯模型中使用的原子在结构式中被提到。
b)晶体参数。[(C67H72N2O12)2CH2Cl2].无色板(0.015×0.146×0.237mm).单斜的，P21,a＝12.0918(5),b＝21.3853(9),α＝90.000,β＝92.817(3),γ＝90.000°,Z＝2,T＝100(2)K,ρ计算值＝1.125g/cm3,μ＝0.972mm-1.Flackx参数＝0.12(4),通过经典强度适合来测定。收集10925反射的全部，10925是独特的。(Rint＝0.0000).最终R1(F2>2σF2)＝0.0824，wR2＝0.2421(全部)。所述结构通过直接法确定，使用傅里叶技术扩展。CCDC#995695。
(SSRp)-4:
a)方法：通过缓慢蒸发CH2Cl2使(SSRp)-4的单晶生长。
数据在装备有CuKα微源(带有Quazar光学装置)的Bruker Kappa APEX CCD衍射仪在100K下来收集。在Olex2中执行的溶剂屏蔽步骤被用于从提纯去除溶剂分子的电子贡献。 总电子数/单元＝161.2。尽管确切的溶剂含量是未知的，这些总电子数/单元折合大约四个CH2Cl2分子。这里只有那些在提纯模型中使用的原子在结构式中被提到。
b)晶体参数。[C67H72N2O12].无色板(0.011×0.09×0.173mm).单斜的，P21,a＝12.9346(2),b＝11.7299(1),α＝90.000,β＝97.077(9),γ＝90.000°,Z＝2,T＝100(2)K,ρ计算值＝1.116g/cm3,μ＝0.616mm-1.Flack x＝0.1(6)参数，使用989系数测定。收集12576反射的全部，6172是独特的(Rint＝0.0939)。最终R1(F2>2σF2)＝0.0922，wR2＝0.2501。所述结构通过直接法确定，使用傅里叶技术扩展。CCDC#995696.
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本文中引用的所有专利、专利申请、专利申请公报和其他出版物均整体上一并引入作为参考。
以上用目前被认为最实用和优选的实例描述了本发明。但是，目前解释说明本发明的方式不意味着其限于所公开的实例。相应地，本领域技术人员将会意识到本发明旨在包含所有立足于发明主旨和权利要求范围的改变和替代方式。
Claims (20)
1.一种同手性金属有机框架化合物(MOF)，选自由(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1组成的组。
2.如权利要求1所述的同手性金属有机框架化合物，其中所述同手性金属有机框架化合物由(Sp)-P5A-MOF-1构成。
3.如权利要求1所述的同手性金属有机框架化合物，其中所述同手性金属有机框架化合物由(Rp)-P5A-MOF-1构成。
4.一种制备由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的方法，包括：
制备(Sp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Sp)-1是通式(I)表示的Sp-对映异构体:
在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Sp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述溶剂是无水二甲基甲酰胺。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述升高的温度为约100℃。
7.一种制备由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)的方法，包括：
制备(Rp)-1和Zn(NO3)2在溶剂中的混合物，其中(Rp)-1是通式(I)表示的Rp-对映异构体：
在一个升高的温度加热所述混合物，以形成由(Rp)-P5A-MOF-1构成的同手性金属有机框架化合物(MOF)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述溶剂是无水二甲基甲酰胺。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述升高的温度为约100℃。
10.一种制备通式(I)表示的纯对映异构体结构的方法：
包括：
制备包含基于水的溶液和含通式(II)所示的纯对映异构体结构的溶剂的混合物：
在一个升高的温度加热所述混合物，以形成通式(I)所示的纯对映异构体结构。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述通式(I)的纯对映异构体结构由(Sp)-1对映异构体构成，和所述通式(II)的纯对映异构体结构由(SSSp)-4对映异构体构成。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述通式(I)的纯对映异构体结构由(Rp)-1对映异构体构成，和通式(II)的纯对映异构体结构由(SSRp)-4对映异构体构成。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述溶剂包括二甲氧基乙烷。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述基于水的溶液包括氢氧化钠水溶液。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述升高的温度至少为约85℃。
16.一种从外消旋混合物分离对映异构体化合物的方法，包括：
将外消旋混合物与同手性金属有机框架化合物(MOF)接触以形成包含对映异构体化合物和同手性金属有机框架化合物的复合物，所述同手性金属有机框架化合物选自由(Sp)-P5A-MOF-1和(Rp)-P5A-MOF-1构成的组；
用溶剂洗涤所述复合物以除去外消旋混合物的未复合的成分。
17.如权利要求16的方法，其中所述同手性金属有机框架化合物(MOF)是(Sp)-P5A-MOF-1。
18.如权利要求16的方法，其中所述同手性金属有机框架化合物(MOF)是(Rp)-P5A-MOF-1。
19.如权利要求16的方法，其中所述溶剂选自水性媒质或有机媒质。
20.如权利要求16的方法，其中所述未复合的成分包括来自外消旋混合物的对映异构体化合物。
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| NATHAN L. STRUTT ET AL.: ""Enantiopure pillar[5]arene active domains within a homochiral metal–organic framework"", 《CHEM. COMMUN》 * |
| NATHAN L. STRUTT ET AL.: ""Incorporation of an A1/A2-Difunctionalized Pillar[5]arene into a Metal−Organic Framework"", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 * |
| 赵莉等: ""手性金属有机框架材料(MOFs)的合成及应用"", 《有机化学》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108192108A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-22 | 南通大学 | 一种基于柱芳烃主客体作用的具有近红外光刺激响应性的杂化超分子材料的制备方法 |
| CN108192108B (zh) * | 2018-01-09 | 2020-08-11 | 南通大学 | 一种基于柱芳烃主客体作用的具有近红外光刺激响应性的杂化超分子材料的制备方法 |
| CN109897191A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-06-18 | 华东师范大学 | 一种基于柱[5]芳烃骨架的高维度Zn-MOFs配合物及其制备方法 |
| CN114146696A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-08 | 北京工商大学 | 基于后修饰技术的金属有机骨架复合材料手性色谱固定相 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109054038A (zh) | 2018-12-21 |
| US9815764B2 (en) | 2017-11-14 |
| US20160060201A1 (en) | 2016-03-03 |
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