CN110437206B - 吡啶-吡咯交替的分子折叠体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及吡啶‑吡咯交替的分子折叠体及其制备方法。该化合物为下列结构式之一：a.
Figure DEST_PATH_IMAGE002
;b.
Figure DEST_PATH_IMAGE004
;
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。本方法原料易大量制备、合成步骤较短，操作温和，收率良好。本发明的折叠体具有特殊的螺旋结构，在超分子识别以及水分子通道的合成等领域中具有重要的应用价值。

Description

吡啶-吡咯交替的分子折叠体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一类聚合物分子折叠体及其制备方法。特别是一种吡啶-吡咯交替的分子折叠体及其制备方法。
背景技术
折叠体(foldamer)，是一类在溶液中能折叠成有序且具有紧密和规整构象的人工寡聚或聚合物分子，非共价键(如氢键等)作用是构筑分子折叠体的主要驱动力。折叠体由于其特殊的结构，与一些天然生物大分子(如蛋白质、氨基酸等)具有相似的二级结构，对研究生命过程具有十分重要的意义，这使得折叠体化学成为超分子研究的领域中的重要研究领域之一。近年来，随着超分子化学的发展，折叠体分子在分子、离子识别，分子通道等研究领域中有着强大的潜在应用。
到目前为止，折叠体的合成主要分成两类：酰胺类和聚合物类。1996年，Gellman对β- 多肽类化合物进行研究，首次合成了一类新型的β-多肽体系，该类化合物通过分子内氢键折叠成螺旋结构(J.Am.Chem.Soc.1996,118,13071)。同年，Hamilton课题组基于邻氨基苯甲酰胺低聚物通过吡啶环上的N原子和酰胺键N原子上的H原子以及酰胺键羰基O原子之间形成的分子内氢键得到螺旋结构的化合物(J.Am.Chem.Soc.1997,119,10587)。2003年，Ivan-Huc课题组基于酰胺N上的H原子和相邻喹啉环上N原子之间的氢键作用设计并合成了螺旋结构化合物(Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,1715)。2012年，龚兵小组基于分子内三中心氢键合成了新型芳香酰胺折叠聚合物，该化合物可以通过分子内氢键折叠形成中空螺旋纳米管道(Chem.Commun.2012,48,11112)。
2016年，韩国的Jeong小组合成了一种新型的吲哚并咔唑-吡啶芳香寡聚折叠物。该化合物可以通过分子内的偶极作用形成一个螺旋管道。水分子能够在螺旋空腔内通过氢键作用被包裹，这类折叠物在合成水分子通道和转运蛋白等方面具有重要的应用价值。因此合成分子折叠体具有重要的理论意义和应用价值(J.Am.Chem.Soc.2016,138,92)。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种吡啶-吡咯交替的分子折叠体。
本发明的目的之二在于提供该类折叠体的制备方法。
为达到上述目的，本发明方法采用的反应机理为：
Figure BDA0001993058420000021
根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：
一种吡啶-吡咯交替的分子折叠体，其特征在于该化合物为下列结构式之一：
a.
Figure BDA0001993058420000022
b.
Figure BDA0001993058420000023
c.
Figure BDA0001993058420000031
一种制备上述的基于吡咯的末端为酯基的折叠体的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.将醋酸钯、三苯基膦、2,6-双(3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼环)-吡咯) -吡啶、2,5-双(6-溴吡啶)-吡咯以及碳酸钾加入到DMF与水的混合液中反应，得到末端为溴的折叠体，其结构式为：
Figure BDA0001993058420000032
b.将步骤a得到的末端为溴的折叠体、3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)-1H-吡咯-羧酸乙酯、醋酸钯、三苯基膦和碳酸钾加入到DMF与水的混合液中反应，得到末端为酯基的折叠体，其结构式为：
Figure BDA0001993058420000033
c.将步骤a得到的末端为溴的折叠体、苯硼酸、醋酸钯、三苯基膦和碳酸钾加入到DMF 与水的混合液中反应，得到末端为苯环的折叠体，其结构式为：
Figure BDA0001993058420000034
上述的步骤a的具体方法为：惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、2,6-双(3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼环)-吡咯)-吡啶、2,5-双(6-溴吡啶)-吡咯以及碳酸钾按照1:3:10:30:40～1:4:20:80:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为溴的折叠体。
上述的步骤b的具体方法为：在惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、末端为溴的折叠体、3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)-1H-吡咯-羧酸乙酯以及碳酸钾按照1:3:10:20:30～1:4:20:50:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为酯基的折叠体。
上述的步骤c的具体方法为：在惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、末端为溴的折叠体、苯硼酸以及碳酸钾按照1:3:10:20:30～1:4:20:50:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为苯环的折叠体。
本专利基于吡啶N原子与吡咯N上H原子可以形成氢键合成了一类新型的折叠体，在折叠体内，两个水分子通过氢键作用包裹在螺旋结构空腔内，这一发现对研究水分子通道具有深远的意义。
本方法原料易大量制备、合成步骤较短，操作温和，收率良好。本发明的折叠体(II)和折叠体(III)为首次合成，具有原创性。合成方法采用成熟的金属催化偶联方法，具有条件温和、易大量制备的优点，而且该类化合物具有特殊的螺旋结构，在超分子识别以及水分子通道的合成等领域中具有重要的应用价值。
附图说明
图1为折叠体(II)的单晶结构，并通过单晶X-ray分析了其结构，证实了其螺旋结构特点。其中(a)为正视图，(b)为俯视图；并且其空腔内包裹有水分子，证实了它在水分子通道方面的研究价值。
图2为折叠体(III)的单晶结构，并通过单晶X-ray分析了其结构，证实了其螺旋结构特点。其中(c)为侧视图，(d)为俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实例。
实施例1：以合成化合物I为例，其结构式如下：
Figure BDA0001993058420000051
氮气保护下，向100mL圆底烧瓶中，加入1.5g 2,6-双(3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2- 二氧硼环)-吡咯)-吡啶，0.57g 2,5-双(6-溴吡啶)-吡咯，22.4mg醋酸钯，52.4mg三苯基膦，0.69g碳酸钾，30mL DMF和6mL水，反应在70℃下反应5h，冷却至室温，反应液用二氯甲烷萃取并用水洗三次，旋蒸除去溶剂，柱层析分离纯化，洗脱液PE:DCM 4:1，得0.3g化合物I，亮黄色粉末，产率30％。
化合物表征如下：1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ10.59(br s,2H)，10.44(br s,2H)，7.78-7.72(t,J＝10.6Hz,1H)，7.46-7.44(d,J＝10.8Hz,2H)，7.33-6.98(m,12H)，6.59-6.54(m, 4H)，2.95-2.88(q,J＝9.7Hz,4H),2.86-2.78(q,J＝9.8Hz,4H)，1.41-1.34(m,12H).13C NMR (100MHz,CDCl3)：150.7，150.0，150.0，148.9，141.5，137.9，137.2，136.3，133.9，131.0， 127.6，127.4，126.8，126.7，124.0，116.3，115.8，115.7，114.9，109.9，109.1，18.4，18.2， 15.7，15.7.HRMS Calcd for C49H44N9Br2:916.200.Found:916.207.
实施例2：以合成化合物II为例，其结构式如下：
Figure BDA0001993058420000052
氮气保护下，向100mL圆底烧瓶中，加入91.7mg化合物I，75mg化合物3,4-二乙基-5- (4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)-1H-吡咯--羧酸乙酯，醋酸钯5mg，三苯基膦23mg，碳酸钾40mg，10mL DMF和2mL水，混合物在70℃下搅8h，冷却至室温，反应液用二氯甲烷萃取并用水洗三次，旋蒸除去溶剂，柱层析分离纯化，洗脱液PE:EA 10:1，得73mg化合物II，亮黄色粉末，产率64％。
化合物表征如下：1H NMR(400MHz，CD2Cl2)：δ10.59(br s,2H)，10.43(br s,2H)，9.71(br s,2H)，7.54-7.50(t,J＝8Hz,1H)，7.44-7.40(t,J＝8Hz,2H)，7.18-7.14(t,J＝8Hz,2H)， 7.12-7.10(dd,J＝7.8,2.6Hz,4H)，7.01-6.98(dd,J＝7.7,2.8Hz,4H)，6.67-6.65(d,J＝8Hz,2H)， 6.44-6.40(m,4H)，3.69-3.63(q,J＝8Hz,4H)，2.63-2.46(m,16H)，1.16-0.89(m,30H).13C NMR(100MHz，CD2Cl2)：161.0，149.8，149.7，149.6，149.1，136.8，136.7，133.4，132.8，127.7，127.4，126.3，126.2，116.4，115.7，115.7，110.2，109.5，60.0，18.8，18.70，18.5， 18.4，16.2，16.1，15.8，15.8.HRMS Calcd for C71H76N11O4:1146.600.Found:1146.608.
实施例3：以合成化合物III为例，其结构式如下：
Figure BDA0001993058420000061
氮气保护下，向100mL圆底烧瓶中，加入91.7mg化合物I，30mg苯硼酸，5mg醋酸钯，23mg三苯基膦，40mg碳酸钾，10mL DMF和2mL水，混合物在70℃下搅拌8h，冷却至室温，反应液用二氯甲烷萃取并用水洗三次，旋蒸除去溶剂，柱层析分离纯化，洗脱液 PE:EA 10:1，得52mg化合物III，亮黄色粉末，产率57％。
化合物表征如下：1H NMR(400MHz，CD2Cl2)：δ10.42(br s,2H)，10.29(br s,2H)，7.72-7.70(d,J＝8Hz,4H)，7.67-7.65(d,J＝8Hz,1H)，7.48-7.44(t,J＝8Hz,2H)，7.36-7.34(d,J＝8 Hz,2H)，7.24-7.2(m,4H)，7.12-7.10(d,J＝7.7Hz,2H)，7.07-7.06(d,J＝4Hz,2H)，7.04-7.00(t, J＝8Hz,2H)，6.86-6.82(t,J＝8Hz,4H)，6.69-6.67(d,J＝8Hz,2H)，6.50-6.47(m,4H)，2.50-2.43(m, 8H)，1.11-1.07(t,J＝8Hz,6H)，1.01-0.97(t,J＝8Hz,6H).13C NMR(100MHz，DMSO-d6)：155.6， 150.5，149.6，149.2，138.6，137.8，137.3，137.2，133.5，133.2，129.0，128.4，128.2，127.7， 126.7，126.4，126.1，117.5，117.4，117.0，116.5，115.3，110.2，110.0，17.9，17.9，15.9， 15.8.HRMS Calcd for C61H54N9:912.442.Found:912.447。

Claims (5)

1.一种吡啶-吡咯交替的分子折叠体，其特征在于，该化合物为下列结构式之一：
Figure FDA0003381575300000011
2.一种制备根据权利要求1所述的基于吡咯的末端为酯基的折叠体的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
a.采用末端为溴的折叠体为原料，其结构式为：
Figure FDA0003381575300000012
b.将步骤a采用的末端为溴的折叠体、3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)-1H-吡咯-羧酸乙酯、醋酸钯、三苯基膦和碳酸钾加入到DMF与水的混合液中反应，得到末端为酯基的折叠体，其结构式为：
Figure FDA0003381575300000013
c.将步骤a采用的末端为溴的折叠体、苯硼酸、醋酸钯、三苯基膦和碳酸钾加入到DMF与水的混合液中反应，得到末端为苯环的折叠体，其结构式为：
Figure FDA0003381575300000014
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤a的末端为溴的折叠体制备方法为：惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、2,6-双(3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼环)-吡咯)-吡啶、2,5-双(6-溴吡啶)-吡咯以及碳酸钾按照1:3:10:30:40～1:4:20:80:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为溴的折叠体。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤b的具体方法为：在惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、末端为溴的折叠体、3,4-二乙基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基)-1H-吡咯-羧酸乙酯以及碳酸钾按照1:3:10:20:30～1:4:20:50:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为酯基的折叠体。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤c的具体方法为：在惰性气氛保护下，将醋酸钯、三苯基膦、末端为溴的折叠体、苯硼酸以及碳酸钾按照1:3:10:20:30～1:4:20:50:80的摩尔比加入到DMF和水按8:1的体积比的混合溶液中，在60～80℃下反应12～24h；反应完成后，去除溶剂，洗涤，分离提纯，得到末端为苯环的折叠体。
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