CN110684030B - 一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种羟基数可控的羟基氧化葫芦脲CB[6]‑(OH)n的合成方法及其应用。制备方法主要包括：将CB[6]溶解于NaCl溶液，并向其中加入HCl及Fe2+溶液，混合均匀；将混合液在惰性气体保护下水浴预热；向处理后的混合液中加入H2O2，反应；向反应液中加入丙酮，静置、离心；将离心获得的固体产物用甲醇、丙酮清洗后，干燥即可。本发明制备的产物羟基葫芦[6]脲相较于传统紫外光照法，具有产率高，纯度高，且产物羟基数可控等特点，成功克服传统方法存在的缺陷，并且在葫芦[n]脲族化合物衍生物领域和聚合物领域具有促进作用。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法及其应用。
背景技术
葫芦[6]脲(CB[6])作为一种大环刚性结构高分子化合物，具有超高的力学稳定性和热稳定性，且由偶数甘脲单元组成。葫芦脲整体呈非极性，不溶于水和大多数有机溶剂，这些特性都导致葫芦脲的应用与拓展受到了极大地限制。
在化学科学中似乎稳定性与多结合位点是一对反义词，若同时具备两种性质的材料，必然是值得进一步开发及应用的。而CB[6]衍生物的开发不仅改善了溶解性问题，同时可以衍生官能团作为活性位点进一步接枝组合制备聚合物。因此对葫芦脲衍生物的开发研究是研究葫芦脲最为基础关键的一步。
在葫芦脲衍生物系统中腰间取代的羟基葫芦[6]脲是改善溶解性与活性位点最佳的一种化合物，但传统紫外光照法不能一步合成高产率、高纯度的单一羟基氧化数的CB[n]，且合成过程中无法控制氧化物羟基数量，分离单一羟基氧化数的产品需过离子交换柱，制备工艺复杂，而且最终分离率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法及其应用。本发明的目的是为克服传统紫外光照法制备羟基葫芦[6]脲过程存在的缺陷，而采用芬顿氧化法提供羟基源在酸性条件下高效高产率地制备羟基数可控的氧化羟基葫芦[6]脲。
本发明是这样实现的，一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，包括以下步骤：
步骤1：将CB[6]溶解于NaCl溶液，并向其中加入HCl及Fe2+溶液，混合均匀；
步骤2：将步骤1得到的混合液在惰性气体保护下水浴预热；
步骤3：向经步骤2处理后的混合液中加入H2O2，反应；
步骤4：向反应液中加入丙酮，静置、离心；
步骤5：将离心获得的固体产物用甲醇、丙酮清洗后，干燥即可。
进一步，步骤1中加入HCl调pH为2-3。
进一步，步骤2中所述惰性气体为N2。
进一步，在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入0.25倍Fe2+和1倍HCl制备高纯度CB[6]-(OH)1。
进一步，在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入1倍Fe2+和1倍HCl制备高纯度CB[6]-(OH)2。
进一步，在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入1倍Fe2+和1倍HCl，固定变量叠加3次下可制备高纯度CB[6]-(OH)6。
进一步，步骤2中水浴温度为30-50℃。
进一步，步骤3中反应时间为1-3h。
一种如上述羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法在合成羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n中的应用。
一种如上述羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n在合成CB[6]/CB[6]-OH[n]—丁胺盐酸盐中的应用。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
芬顿氧化工艺是以芬顿反应为原理的一种高级氧化工艺(AOP)，芬顿氧化过程产生的羟基自由基(·OH)，氧化性极强，因此本发明提出通过芬顿氧化过程提供羟基源制备羟基葫芦[6]脲，以克服传统方法存在的缺陷。
本发明合成方法可以通过改变反应条件控制合成的羟基葫芦脲[6]所取代的羟基数。且本发明芬顿法制备单羟基葫芦脲[6](CB[6]-(OH)1)的制备过程产率高(>90％)，产物中单羟基葫芦脲[6]的纯度高。本发明中所有实验条件下的产物产率较高。
与传统紫外光照法和过硫酸盐氧化法相比芬顿氧化过程受温度、湿度、光照等外界影响因素小，且合成成功率高耗时短，材料廉价易得利于大量合成作为二级原料。
附图说明
图1是芬顿氧化法合成羟基葫芦脲的反应式及合成过程；
图2是单羟基葫芦脲的结构示意图及核磁图；
图3是改变过氧化氢投入量测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图4是CB[6]:H2O2＝1:8，1倍HCl投入量条件下，改变Fe2+投入量测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图5是CB[6]:H2O2＝1:4，1倍HCl加入量条件下，改变Fe2+投入量测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图6是CB[6]:H2O2＝1:8，1倍Fe2+投入量条件下改变盐酸投入量测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图7是CB[6]:H2O2＝1:8条件下，改变反应时间测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图8是CB[6]:H2O2＝1:8条件下，改变反应温度测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图9是叠加氧化实验的产物测得的羟基葫芦脲[6]1H-NMR谱图；
图10是羟基葫芦脲[6]的电子喷雾质谱(ESI-MS)测试谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，各实施例及试验例中所用的设备和试剂如无特殊说明，均可从商业途径得到。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明披露了一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法及其应用。首先获取原料葫芦脲[6]。该原料可以通过商业购买获得，也可以参照《葫芦脲[6]与聚电解质的相互作用研究》，黄晓玲，山东大学，博士学位论文，2008.一文中的合成方法合成。
大元瓜环超分子两亲物葫芦脲[6](CB[6])在氯化钠溶剂中溶解，通过调节环境pH＝2～3的酸性条件下，以过氧化氢做羟基源，加入Fe2+激发产生游离的羟基自由基(·OH)取代葫芦脲腰间的H生成羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n。其反应式及合成过程示意见图1。反应式中：芬顿氧化法合成羟基葫芦脲[6]过程羟基自由基可以取代葫芦脲[6]腰间任意位置的H，同时一个葫芦脲[6]上可以有多个偶数个羟基同时取代。
本发明所用到的氯化亚铁，氯化钠，过氧化氢(30％)，无水甲醇等化学试剂均来自天津市风船化学试剂有限公司的分析纯纯度的试剂。丙酮，二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂分别来自天津市北联精细化学品开发有限公司和艾览(上海)化工科技有限公司的分析纯纯度的试剂。丙酮及重整丙酮需进行干燥脱水处理，选择干燥剂为无水氯化钙。本发明调节Ph所用到的酸为盐酸。本发明为排除其他因素影响选择在惰性气体N2气氛下进行合成反应过程。
本发明实验内容由于需控制三个以上变量，所以在实验过程中为了对比及转换方便，定义在0.1g原料(CB[6])投入量，10mL氯化钠溶剂投入量，0.06mmol HCl投入量，0.063mmol Fe2+投入量的条件下为该实验的原始投料量即1倍量(变量即为物质量n1倍量X对应倍数)；同样原料CB[6]：H2O2比例关系为两者物质量之比。
具体制备方法如下各实施例所示。
实施例1单羟基CB[6]的制备
称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀，继续加入250μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率91.6％，产物为CB[6]-(OH)1。
实施例2单羟基CB[6]的制备
称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀,继续加入380μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入50μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率93.8％，主产物为CB[6]-(OH)1。
实施例3二羟基CB[6]的制备
称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀,继续加入1000μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率90.1％，主产物为CB[6]-(OH)2。
实施例4六羟基CB[6]的制备
称取0.3g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入30mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入1500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀,继续加入3000μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入300μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入225mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称取该风干样品0.2g，向烧杯中加入40mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解(氧化后样品溶解度降低，此时需提高溶剂的量)，再使用移液枪加入2000μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀,继续加入2000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入200μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入300mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，继续称取该风干样品0.1g，向烧杯中加入20mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入1000μL0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀,继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入300mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率为36％，主产物为CB[6]-(OH)6。
实施例5混合多羟基CB[6]的制备-改变过氧化氢投入量对合成产物氧化程度的影响
进行五组实验，每组实验分别称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀，继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。
使用一次性医用注射器向其中加入30％的H2O2，其中第一组实验加入12.5μL；第二组加入25μL；第三组加入50μL；第四组加入75μL；第五组加入150μL。继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，计算产率。
实验结果证明，第一组实验的产率99.8％，主产物为未氧化的CB[6]；第二组实验的产率99.9％，主产物为未氧化的CB[6]与CB[6]-(OH)1的混合产物；第三组实验的产率99.9％，主产物为未氧化的CB[6]，CB[6]-(OH)1和CB[6]-(OH)2的混合产物；第四组实验的产率99.8％，主产物为CB[6]-(OH)1和CB[6]-(OH)2的混合产物；第五组实验产率为99.6％，主产物为CB[6]-(OH)2和CB[6]-(OH)n(n>2)的混合产物。
实施例6混合多羟基CB[6]的制备-改变Fe2+投入量对合成产物氧化程度的影响
进行四组实验，每组实验分别称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀。
继续向其中加入0.063mol/L FeCl2溶液，其中第一组实验未加Fe Cl2；第二组加入200μL；第三组加入230μL；第四组加入250μL；第五组加入320μL；第六组加入500μL。
搅拌均匀后，转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，计算产率。
实验结果证明，第一组实验的产率为99.9％，产物为未氧化的CB[6]；第二组实验的产率为99.8％，主产物为未氧化的CB[6]与CB[6]-(OH)1的混合产物；第三组实验的产率为99.8％，主产物为未氧化的CB[6]与CB[6]-(OH)1的混合产物；第四组实验的产率为96.6％，产物为CB[6]-(OH)1；第五组实验的产率为99.5％，主产物为CB[6]-(OH)1与CB[6]-(OH)2的混合产物；第六组实验产率为99.6％，主产物为CB[6]-(OH)1与CB[6]-(OH)2的混合产物。
实施例7混合多羟基CB[6]的制备-改变盐酸投入量对合成产物氧化程度的影响
进行三组实验，每组实验分别称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解。
再使用移液枪加入不同体积的0.12mol/L HCl溶液搅匀，其中第一组实验加入250μL；第二组实验加入1000μL；第三组实验加入1500μL。
继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，计算产率。
实验结果证明，第一组实验的产率为91.6％，主产物为CB[6]-(OH)2与CB[6]-(OH)n(n>2)的混合产物；第二组实验的产率为93.6％，主产物为未氧化的CB[6]与CB[6]-(OH)1的混合产物；第三组实验的产率为89.4％，主产物为未氧化的CB[6]与CB[6]-(OH)1的混合产物。
实施例8混合多羟基CB[6]的制备-改变反应时间对合成产物氧化程度的影响
进行两组实验，每组实验分别称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀，继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应。其中，第一组实验反应1h，第二组实验反应2h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，计算产率。
实验结果证明，第一组实验的产率为95.6％，主产物为未氧化的CB[6]，CB[6]-(OH)1与CB[6]-(OH)2的混合产物；第二组实验的产率为90.3％，主产物为未氧化的CB[6]，CB[6]-(OH)1与CB[6]-(OH)2的混合产物。
实施例9混合多羟基CB[6]的制备-改变反应温度对合成产物氧化程度的影响
进行两组实验，每组实验分别称取0.1g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入10mL0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入500μL 0.12mol/L HCl溶液(调节混合液PH＝2)搅匀，继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入水浴中搅拌预热10min，其中第一组水浴温度为40℃；第二组为50℃。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入75mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，计算产率。
实验结果证明，第一组实验的产率为91.6％，主产物为CB[6]-(OH)2与CB[6]-(OH)n(n>2)的混合产物；第二组实验的产率为96.5％，主产物为CB[6]-(OH)2与CB[6]-(OH)n(n>2)的混合产物。
实施例10混合多羟基CB[6]的制备-叠加实验次数对合成产物氧化程度的影响
二次叠加实验：称取0.3g CB[6]于小烧杯中，向烧杯中加入30mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解，再使用移液枪加入1500μL 0.12mol/L HCl溶液搅匀,继续加入3000μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入300μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入225mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称取该风干样品0.2g，向烧杯中加入40mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解(氧化后样品溶解度降低，此时需提高溶剂的量)，再使用移液枪加入2000μL 0.12mol/L HCl溶液搅匀,继续加入2000μL0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入200μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入300mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率62％，主产物为CB[6]-(OH)4及其他羟基数氧化CB[6]的混合产物。
三次叠加实验：称取二次叠加风干样品0.1g，向烧杯中加入20mL 0.2M NaCl溶液超声搅拌溶解(氧化后样品溶解度降低，此时需提高溶剂的量)，再使用移液枪加入1000μL0.12mol/L HCl溶液搅匀,继续加入1000μL 0.063mol/L FeCl2溶液搅匀。转入史莱克瓶中抽真空通N2 3次，N2气保护下转入30℃水浴中搅拌预热10min。使用一次性医用注射器注入100μL H2O2(30％)，继续搅拌反应3h。反应结束，将反应液倒入烧杯中，搅拌下向装有反应液的烧杯中加入150mL丙酮，静置一段时间。离心(5min 4000rpm)，固体产物以甲醇洗两遍，丙酮洗两遍后自然风干，称重，产率58％，主产物为CB[6]-(OH)6及其他羟基数氧化CB[6]的混合产物。
实施例11CB[6]/CB[6]-OH[n]—丁胺盐酸盐的制备
称取1g正丁胺溶于1mL水中，滴加2～3mL浓盐酸，搅拌3min，加入5～10mL无水乙醇，搅匀后60℃烘干，固体样品用丙酮洗3遍自然风干，取干燥样品0.03g溶于水后(1～2mL水)，加入0.05g多羟基CB[6]产物混匀静置10min，后加丙酮沉淀，并洗涤3遍，干燥，得产物CB[6]/CB[6]-OH[n]—丁胺盐酸盐。
本发明中产物产率的计算方法为：产率＝实际质量/理论质量×100％
本发明中利用核磁数据对氧化葫芦脲所带羟基数量做判断，CB[6]空腔的Hb，δ＝5.76ppm处磁信号峰对应与-OH无耦合效应的桥连亚甲基上指向CB[6]空腔的Hc；δ＝5.65ppm处磁信号峰对应与-OH无耦合的赤道面位置向外的Hd；δ＝5.57ppm处磁信号峰对应-OH邻位的桥连亚甲基上指向CB[6]空腔的He；δ＝4.62ppm处磁信号峰对应-OH邻位的桥连亚甲基上向外的Hf，δ＝4。38ppm处磁信号峰对应与-OH无耦合效应的桥连亚甲基上向外的Hg。而对于单羟基CB[6]的存在需要通过对应质子峰的积分面积判断，图中积分面积比为Ha:Hb+Hc:Hd+He:Hf:Hg＝1:10.13:12.05:2.06:10.01几乎完全对应单羟基CB[6]的理论比1:10:12:2:10，同时Hb:Hc＝1:3.96与理论比1:4对应，因此由1H-NMR谱图表明该条件下制备的羟基CB[6]为单羟基CB[6]，见图2。
本发明实施例5-10中所有混合产物的判断依据均根据核磁数据各质子峰积分比例得出，结果如下见图3-图9，由于实施例5-10中所有实验条件的改变均在实施例3中制备二羟基CB[6]的条件上做的控制单一变量实验，因此不在实施例5-10中重复说明，同时在图3-图9的七张核磁数据图中均加入了实施例3中实验条件下产物的核磁数据曲线。其中，图3为1倍的HCl和1倍Fe2+投入量条件下改变H2O2加入量得到不同CB[6]:H2O2物质量比例的CB[6]-(OH)n在D2O做溶剂下测得的1H-NMR谱图(范围6.1ppm-4.1ppm):a.1:12；b.1:8；c.1:6；d.1:4；e.1:2；f.1:1。可以看出随着H2O2投入量越大，其氧化羟基数越多，羟基数多的氧化CB[6]占比越大。
图4为CB[6]:H2O2＝1:8，1倍HCl投入量条件下改变Fe2+加入量得到的CB[6]-(OH)n在D2O做溶剂下测得的1H-NMR谱图(范围6.1ppm-4.1ppm):a.1倍Fe2+；b.0.5倍Fe2+；c.0.32倍Fe2+；d.0.25倍Fe2+；e.0.23倍Fe2+；f.0.2倍Fe2+；g.未加Fe2+；h.CB[6](右侧加*表示为左侧对应序号谱图的局部扩放，范围5.95ppm-5.7ppm)。随着Fe2+投入量的增大，核磁峰逐渐堆叠，说明多羟基氧化CB[6]的占比增大，氧化程度增强，在Fe2+投入量达0.25倍时的质子峰磁信号位移和积分比几乎与单羟基CB[6]对应，说明该条件下可得到样品主产物为CB[6]-(OH)1。
图5为CB[6]:H2O2＝1:4，1倍HCl加入量条件下改变Fe2+量得到的CB[6]-(OH)n 1H-NMR谱图:a.1倍Fe2+；b.0.5倍Fe2+；c.0.38倍Fe2+；d.0.32倍Fe2+；e.0.25倍Fe2+；f.0.2倍Fe2+。对比1:8比例条件下产物的核磁数据可以断定影响产物氧化程度的因素不单只由某一变量单独影响，该结论得出其氧化程度也与过氧化氢投入量与Fe2+投入量的比例关系有关。该结论可结合芬顿氧化条件理解。
图6为CB[6]:H2O2＝1:8，1倍Fe2+投入量条件下改变盐酸量得到的CB[6]-(OH)n 1H-NMR谱图:a.0.5倍HCl；b.1倍HCl；c.2倍HCl；d.3倍HCl。随着HCl投入量的增加核磁峰堆叠现象逐渐消失，说明多羟基数的氧化CB[6]占比降低。
图7在CB[6]:H2O2＝1:8的比例其他条件相同下，不同反应时间下得到的CB[6]-(OH)n1H-NMR谱图:a.3h；b.2h；c.1h。
图8在CB[6]:H2O2＝1:8的比例其他条件相同下，不同反应温度下得到的CB[6]-(OH)n1H-NMR谱图:a.50℃；b.40℃；c.30℃。图5、图6两张改变条件的核磁谱图核磁信号峰的变化都有相同的趋势，即随着反应时间，反应温度的增加其核磁峰会出现堆叠现象，说明产物多羟基数氧化CB[6]占比增大，氧化程度增强。
图9在CB[6]:H2O2＝1:8的比例下，叠加氧化得到CB[6]-(OH)n 1H-NMR谱图:a.叠加1次；b.叠加2次；c.叠加3次。叠加重复实验产物核磁信号峰随着叠加次数的增多，不仅出现堆叠现象，而且在Hb到He的磁信号峰间出现了新的峰，且该段磁信号特征峰整体向高场位移，说明随着叠加次数的增多，氧化产物的羟基数整体增长。
本发明以质谱数据进行辅助说明，见图10及表1，结合核磁数据，判断以下条件下可制备主产物为：
CB[6]:H2O2＝1:8比例下：0.25倍Fe2+和1倍HCl投入量下可制备高纯度CB[6]-(OH)1；
CB[6]:H2O2＝1:8比例下，1倍Fe2+和1倍HCl投入量下可制备高纯度CB[6]-(OH)2；
CB[6]:H2O2＝1:8比例下，1倍Fe2+和1倍HCl投入量，固定变量叠加3次下可制备高纯度CB[6]-(OH)6。
在此由于葫芦脲的高稳定性，其通过质谱电离轰击过程仍保持主体完整性，因此质谱数据分析中我们以其相对丰度判断其主体物质的组成含量。同时对于产物纯度的判断我们通过与该领域其他已有文献中质谱数据对比得出结论，该方法制备的产物中单一羟基数的氧化葫芦脲的纯度高。
图10为电子喷雾质谱(ESI-MS)测试谱图(范围在200-1500m/z):a.CB[6]:H2O2＝1:8 0.2倍Fe2+；b.CB[6]:H2O2＝1:8 0.23倍Fe2+；c.CB[6]:H2O2＝1:8 0.25倍Fe2+；d.CB[6]:H2O2＝1:8 0.23倍Fe2+(丁胺盐酸盐)；e.CB[6]:H2O2＝1:8 0.25倍Fe2+(丁胺盐酸盐)；f.CB[6]:H2O2＝1:8 1倍Fe2+(丁胺盐酸盐)；g.CB[6]:H2O2＝1:8 1倍Fe2+叠加3次(丁胺盐酸盐)；h.CB[6]:H2O2＝1:40.38倍Fe2+(丁胺盐酸盐)。
表1.不同条件下产物质谱数据分析结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将CB[6]溶解于NaCl溶液，并向其中加入HCl溶液及Fe2+溶液，混合均匀；
步骤2：将步骤1得到的混合液在惰性气体保护下水浴预热；
步骤3：向经步骤2处理后的混合液中加入H2O2，反应；
步骤4：向反应液中加入丙酮，静置、离心；
步骤5：将离心获得的固体产物用甲醇、丙酮清洗后，干燥即可；
在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入0.25倍Fe2+和1倍HCl溶液制备高纯度CB[6]-(OH)1；
在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入1倍Fe2+和1倍HCl溶液制备高纯度CB[6]-(OH)2；
在CB[6]:H2O2＝1:8比例下，加入1倍Fe2+和1倍HCl溶液，固定变量叠加3次下制备高纯度CB[6]-(OH)6；
以上物质投料定义在0.1g原料CB[6]投入量，10mL氯化钠溶剂投入量，0.06mmol HCl溶液投入量，0.063mmol Fe2+投入量的条件下为该实验的原始投料量即1倍量；原料CB[6]：H2O2比例关系为两者物质量之比。
2.根据权利要求1所述的一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，其特征在于：步骤1中加入HCl溶液调pH为2-3。
3.根据权利要求1所述的一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，其特征在于：步骤2中所述惰性气体为N2。
4.根据权利要求1所述的一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，其特征在于：步骤2中水浴温度为30-50℃。
5.根据权利要求1所述的一种羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法，其特征在于：步骤3中反应时间为1-3h。
6.一种如权利要求1-5任一所述羟基数可控的羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n的合成方法在合成羟基葫芦脲CB[6]-(OH)n中的应用。
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