CN117624192A - 一类手性三嗪笼状化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类手性三嗪笼状化合物及其制备方法与应用。该类化合物的结构如式I所示。本发明提供的三嗪笼状化合物I是利用式II所示化合物与亲核试剂和碱发生亲核取代反应得到。式II所示化合物由商业易得原料三聚氰氯、间苯三酚等与碱在有机溶剂中发生亲核取代反应得到。运用此合成方法，具有原料廉价易得，操作简便，反应高效，反应条件温和，产物稳定且易分离拆分，且多克量级制备的特点。且这一类固有手性笼状化合物具有独特的手性空腔环境，作为阴离子检测试剂能够识别手性磷酸根，在手性化学领域展示出了很好的实用性和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于有机化学领域，涉及一类具有双环三溴氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪骨架的固有手性笼状化合物及其合成和手性阴离子检测性能研究。
背景技术
手性现象广泛存在于自然界中，指一个物体不能与其镜像重合的性质，其概念始终渗透在化学研究的各个领域。手性种类多种多样，在这其中除传统的中心手性、平面手性、轴手性和螺旋手性之外，固有手性是其中的新成员，其特点是从分子大环骨架出发构筑结构的整体手性(V.J.Inclusion Phenom.Mol.Recognit.Chem.1994,19,17-39；Dalla Cort,A.“Inherent Chirality”and Curvature.New J.Chem.2004,28,1198-1199；Szumna,A.Chem.Soc.Rev.2010,39,4274-4285.)。固有手性分子这类新颖结构拓展了手性分子的多样性，为我们理解化学、生命科学中的基本手性问题提供了新的模型。如阴离子在生命过程中起着重要的作用(Smith,A.E.Cell.1993,73,1251-1254；)，借助固有手性分子来研究阴离子的手性识别具有重要的意义。
超分子化学广泛应用于分子识别和转运以及结晶工程中，其主要依赖于非共价作用力的互补作用。在这其中，阴离子-π相互作用逐渐成为近年来弱相互作用的研究热点，目前广泛应用于阴离子识别(Wang,M.-X.Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,13548；Saha,S.Acc.Chem.Res.2018,51,2225；Wang,D.-X.Angew.Chem.,Int.Ed.2018,57,15827.)和催化(Matile,S.Acc.Chem.Res.2018,51,2255.)中。
虽然基于阴离子-π相互作用的阴离子识别已有报道，但手性识别还没有先例，特别是固有手性分子体系，其具有天生的手性空腔，是实现手性分子识别功能的良好平台。我们之前成功构建了一类独特的双环氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪分子笼(Wang,Q.-Q.J.Am.Chem.Soc.2017,139,635；Wang,D.-X.Inorg.Chem.2019,58,5980)，它的优点包括易于高效制备，含有缺电性三嗪环，具有分立的空腔和多个衍生化位点等。
发明内容
本发明提供一类含有多取代的双环三溴氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪固有手性分子笼化合物及其合成方法与其在阴离子手性识别中的应用。
本发明所提供的双环三溴氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪分子笼，其结构通式如式I所示：
所述式I结构通式中，
R1、R2和R3独立地选自：Cl，(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)；
(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种，且R1、R2和R3不可同时为Cl。
具体地，
R1选自下述基团中任意的一种：
R2选自下述基团中任意的一种：
-Cl，
R3选自下述基团中任意的一种：-Cl，
上述式I所示化合物，R2和R3同时为Cl时，其结构式如式I-1所示，
仅R3为Cl时，其结构式如式I-2所示，
R2和R3均不为Cl时，其结构式如式I-3所示，
式I-1中，R1与前述式I中R1的定义相同；
式I-2中，R1，R2与前述式I中R1，R2的定义相同；
式I-3中，R1，R2，R3与前述式I中R1，R2，R3的定义相同；
上述式I所示化合物，根据基团排列方向不同(R1≠R2≠R3)，可分为式I-p和式I-m所示化合物，其中：
所述式I-p和式I-m结构中，R1，R2，R3的定义与前述式I中R1，R2，R3的定义相同，且式I-p与式I-m互为一对对映异构体。为方便描述，在以下的说明中均以式I-p代指式I。
本发明还提供上述式I所示固有手性分子笼化合物的简单高效的制备方法。
本发明所提供的式I所示固有手性分子笼化合物的制备方法，包括如下步骤：
式II所示化合物与亲核试剂1、碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1取代基的式I-1示化合物(R2和R3同时为Cl)；
式I-1所示化合物与亲核试剂2与碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1和R2取代基的式I-2所示化合物(R3为Cl)；
式I-2所示化合物与亲核试剂3与碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1、R2和R3取代基的式I-3所示化合物(R1、R2和R3均不为Cl)；
所述式I-1至I-3中，R1，R2和R3的定义与前述式I中的定义相同。
所述构筑式I-1所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种，优选DIPEA；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种，优选四氢呋喃；
所述亲核试剂1选自下述任一种：(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)，
N(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
式II所示化合物与亲核试剂1、碱、溶剂的用量比依次为0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：0.4-2.0mmol：1-200mL，优选1mmol：1mmol：2mmol：200mL；
所述反应步骤中，温度为-20℃-0℃，优选0℃，时间为1-4小时，优选4小时。
所述构筑式I-2所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种，优选DIPEA；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种，优选四氢呋喃；
所述亲核试剂2选自下述任一种：(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)，
N(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
所述式I-1所示化合物与亲核试剂2、碱、有机溶剂的用量比依次为0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：1-10mL，优选0.2mmol：0.2mmol：0.4mmol：10mL；
所述反应步骤中，温度为0℃-25℃，优选0℃，时间为1-4小时，优选4小时。
所述构筑式I-3所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种，优选DIPEA；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种，优选四氢呋喃；
所述亲核试剂3选自下述任一种：(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)；
N(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
所述式I-2所示化合物与亲核试剂3、碱、有机溶剂的用量比依次为0.1-1.0mmol：0.1-1.0mmol：0.1-1.0mmol：1-10mL，优选0.2mmol：0.2mmol：0.4mmol：1mL；
所述反应步骤中，温度为0℃-25℃，优选25℃，时间为1-4小时，优选4小时。
式II所示化合物也属于本发明的保护范围：
式II所示化合物通过包括如下步骤的方法制备得到：
1)将2,4,6-三溴间苯三酚和三聚氰氯、碱在有机溶剂中进行反应，反应完毕得到所述式III化合物；
2)式III所示化合物与间苯三酚、碱在有机溶剂中进行反应，反应完毕得到所述式II化合物；
步骤1)中，所述有机溶剂可为四氢呋喃、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮等，优选四氢呋喃；
所述碱可为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种，优选DIPEA；
2,4,6-三溴间苯三酚与三聚氰氯、碱、有机溶剂的用量配比依次为0.1-10mmol：0.3-30mmol：0.1-36mmol：1-200mL；
所述反应的温度可为0至25℃，优选温度为0℃；反应时间可为3小时-96小时；
步骤2)中，所述有机溶剂可为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮等，优选溶剂为二氯甲烷；
所述碱可为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种，优选DIPEA；
式III所示化合物与间苯三酚、碱的摩尔比可为：0.1-10mmol：0.1-10mmol：0.3-30mmol；
所述反应的温度可为0至25℃，优选温度为25℃；反应时间可为3小时-96小时。
上述式I所示化合物(其中R1≠R2≠R3)在手性阴离子-π识别中的应用也属于本发明的保护范围。
所述应用包括但不限于式I所示化合物作为主体识别手性磷酸根阴离子、手性磺酸阴离子、手性羧酸阴离子等。
本发明选用廉价易得的原料，从三聚氰氯、间苯三酚和几种廉价易得的试剂出发，通过简单的亲核取代反应即可快速地制备外消旋固有手性双环三溴氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪分子笼，并可以通过手性高效液相色谱实现关键中间体的手性拆分，拆分后的手性分子笼可进行后续衍生化，得到光学纯产物，并可应用于手性阴离子识别，具有很好的实用性和应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：制备I-1a(R1为-N(Benzyl)2，R2，R3为-Cl)所示化合物
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式II所示化合物(823mg,1.0mmol)，DIPEA(258mg,2.0mmol)以及100mL四氢呋喃。将二苄基胺(197mg,1.0mmol)溶于100mL四氢呋喃中，-20℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：二氯甲烷)，得式I-1a所示白色固体化合物415mg，产率为42％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.29(m,10H),6.68(m,2H),6.60(t,J＝1.9Hz,1H),4.91(s,2H),4.86(s,2H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.4,172.8,172.4,170.5,170.0,169.0,154.1,152.6,148.4,147.0,136.03,136.00,128.81,128.78,128.17,128.07,127.87,115.7,113.9,112.6,110.6,49.2,48.9；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C35H18Br3Cl2N10O6 +)：980.8332,found 980.8320.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-1a所示化合物。
其中，式II所示化合物的制备方法如下：
将2,4,6-三溴间苯三酚(14.5g,40.0mmol)的四氢呋喃(100mL)溶液和DIPEA(19.4g,149.7mmol)的四氢呋喃(100mL)溶液双边缓慢滴入含有三聚氰氯的(33.2g,178.0mmol)的0℃四氢呋喃(300mL)溶液中，约1h滴加完毕。随后混合物在0℃下再搅拌反应3h。反应完成后，抽滤，旋干体系中溶剂，柱层析分离(石油醚/丙酮＝6:1)，得到式III所示白色固体化合物23.45g，产率为73％。
将上述白色固体(10.1g,12.5mmol)的二氯甲烷溶液(250mL)滴入含有间苯三酚(1.6g,12.5mmol)和DIPEA(5.8g,45.0mmol)的二氯甲烷悬浊液中(2L)，室温反应30h。反应完成后，旋干体系中溶剂，柱层析分离(100-200目硅胶，淋洗剂：石油醚/丙酮＝3:1)，得到白色固体化合物4.04g，产率为40％。
1H NMR(CDCl3/500MHz)δ6.68(s,6H)；
13C NMR(CDCl3/125MHz)δ175.7,172.7,170.3,153.0,147.4,115.1,112.0；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C21H4Br3Cl3N9O6 +)：819.6895，found 819.6893.
实施例2：制备结构通式I所示分子笼式I-1b(R1为R2，R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式II所示化合物(823mg,1.00mmol)，DIPEA(258mg,1.97mmol)以及100mL四氢呋喃。将四氢吡咯(71mg,1.00mmol)溶于100mL四氢呋喃中，-20℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝4:1)，得式I-1a所示白色固体化合物354mg，产率为41％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ6.62(m,2H),6.58(t,J＝1.9Hz,1H),3.74-3.69(m,4H),2.06-2.03(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.4,172.8,171.6,170.5,169.3,165.6,154.0,152.6,148.4,146.9,115.7,113.8,112.6,110.5,47.22,47.20,25.16,25.14；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C25H12Br3Cl2N10O6 +)：854.7.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-1b所示化合物。
其中，式II所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例3：制备结构通式I所示分子笼式I-1c(R1为R2，R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式II所示化合物(823mg,1.00mmol)，碳酸钾(276mg,1.97mmol)以及100mL乙腈。将4-羟基吡啶(95mg,1.00mmol)溶于100mL乙腈中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应4h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/丙酮＝1:1)，得式I-1c所示白色固体化合物266mg，产率为30％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ8.85(d,J＝8.2Hz,2H),6.68(s,3H),6.55(d,J＝8.2Hz,2H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ180.9,175.7,173.3,172.7,171.0,170.3,166.2,153.14,153.00,147.47,147.36,133.9,119.5,115.1,115.0,112.0,111.9；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C26H8Br3Cl2N10O7 +)：878.6.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-1c所示化合物。
其中，式II所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例4：制备结构通式I所示分子笼式I-1d(R1为R2，R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式II所示化合物(823mg,1.00mmol)，碳酸钾(276mg,1.97mmol)以及100mL乙腈。将苯酚(94mg,1.00mmol)溶于100mL乙腈中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应4h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝5:1)，得式I-1c所示白色固体化合物224mg，产率为26％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.49(t,J＝7.8Hz,2H),7.35(t,J＝7.4Hz,1H),7.28(d,J＝8.2Hz,2H),6.65-6.64(m,3H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.5,174.9,173.8,172.7,171.5,170.4,153.4,152.8,151.3,147.8,147.2,129.9,126.8,121.3,115.3,114.6,112.2,111.4；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C27H9Br3Cl2N9O7 +)：877.6.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-1d所示化合物。
其中，式II所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例5：制备结构通式I所示分子笼式I-2a(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1a所示化合物(197mg,0.20mmol)，DIPEA(52mg,0.40mmol)以及10mL四氢呋喃。将四氢吡咯(14mg,0.20mmol)溶于10mL四氢呋喃中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝4:1)，得式I-2a所示白色固体化合物111mg，产率为55％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.30(m,10H),6.64(t,J＝1.8Hz,1H),6.59(t,J＝1.8Hz,1H),6.55(t,J＝1.8Hz,1H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),3.75-3.69(m,4H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.1,173.0,172.5,171.8,170.6,170.1,169.5,169.1,165.7,153.6,152.2,148.00,147.95,146.6,136.20,136.16,128.78,128.73,128.20,128.09,127.8,116.4,114.52,114.46,113.3,111.4,111.2,49.1,49.8,47.17,47.13,25.18,25.15；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C39H26Br3ClN11O6 +)：1015.9281.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2a所示化合物。
其中，式I-1a所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例6：制备结构通式I所示分子笼式I-2b(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1a所示化合物(197mg,0.20mmol)，DIPEA(52mg,0.40mmol)以及10mL四氢呋喃。将吗啉(18mg,0.20mmol)溶于10mL四氢呋喃中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝3:1)，得式I-2b所示白色固体化合物108mg，产率为52％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.40-7.30(m,10H),6.64(t,J＝1.9Hz,1H),6.61(t,J＝1.9Hz,1H),6.55(t,J＝1.9Hz,1H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),4.00-3.95(m,4H),3.82-3.79(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.2,172.9,172.5,172.4,170.6,170.11,170.09,169.1,167.6,153.6,153.4,152.2,148.0,147.9,146.6,136.2,136.1,128.80,128.75,128.21,128.08,127.8,116.3,114.6,114.5,113.2,111.4,111.3,66.57,66.50,49.1,48.9,44.51,44.46；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C39H26Br3ClN11O7 +)：1031.9250,found 1031.9230.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2b所示化合物。
其中，式I-1a所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例7：制备结构通式I所示分子笼式I-2c(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1a所示化合物(197mg,0.20mmol)，碳酸钾(55mg,0.40mmol)以及10mL乙腈。将4-羟基吡啶(19mg,0.20mmol)溶于10mL乙腈中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/丙酮＝1:1)，得式I-2c所示白色固体化合物71mg，产率为34％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ8.87(d,J＝6.2Hz,2H),7.39-7.31(m,10H),6.69(s,2H),6.61(s,1H),6.54(d,J＝6.2Hz,2H),4.92(s,2H),4.87(s,2H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ180.9,175.4,173.4,172.9,172.4,171.2,170.5,169.97,169.02,166.2,154.1,152.7,152.6,148.4,147.1,147.0,136.0,135.9,134.0,128.82,128.79,128.2,128.1,127.9,119.5,115.8,115.7,114.0,112.7,112.6,110.7,49.2,49.0；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C40H22Br3ClN11O7 +)：1040.0.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2c所示化合物。
其中，式I-1a所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例8：制备结构通式I所示分子笼式I-2d(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1a所示化合物(197mg,0.20mmol)，碳酸钾(55mg,0.40mmol)以及10mL乙腈。将苯酚(19mg,0.20mmol)溶于10mL乙腈中，将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕随后反应10h。旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝10:1)，得式I-2c所示白色固体化合物74mg，产率为35％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.49(t,J＝5.8Hz,2H)7.39-7.28(m,13H),6.66(t,J＝1.9Hz,1H),6.64(t,J＝1.9Hz,1H),6.57(d,J＝1.9Hz,1H),4.91(s,2H),4.87(s,2H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.3,174.8,173.9,172.9,172.4,171.6,170.5,170.0,169.0,153.9,153.0,152.4,151.4,148.3,147.4,146.8,136.10,136.07,129.9,128.81,128.77,128.2,128.1,127.8,126.7,121.4,115.9,115.2,114.1,112.9,112.1,110.9,49.1,48.9；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C41H23Br3ClN10O7 +)：1039.0
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2d所示化合物。
其中，式I-1a所示化合物的制备方法详见实施例1。
实施例9：制备结构通式I所示分子笼式I-2e(R1为-R2为/>R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1b所示化合物(172mg,0.20mmol)，碳酸钾(83mg,0.60mmol)以及10mL乙腈。将苯酚(19mg,0.20mmol)溶于10mL乙腈中，将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕随后反应9h。反应结束后旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝3:1)，得式I-2e所示白色固体化合物74mg，产率为41％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.48(t,J＝7.5Hz,2H),7.33(t,J＝7.5Hz,1H),7.28(d,J＝7.5Hz,2H),6.60-6.56(m,3H),3.74-3.68(m,4H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.3,174.8,173.9,172.9,171.7,171.6,170.5,169.4,165.6,153.8,153.0,152.4,151.4,148.2,147.4,146.8,129.9,126.7,121.4,115.9,115.2,114.0,112.9,112.1,110.8,47.20,47.17,25.17,25.14；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C31H17Br3ClN10O7 +)：913.0.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2e所示化合物。
其中，式I-1b所示化合物的制备方法详见实施例2。
实施例10：制备结构通式I所示分子笼式I-2f(R1为R2为/>R3为-Cl)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的两口瓶中加入磁子，式I-1d所示化合物(172mg,0.20mmol)，DIPEA(52mg,0.40mmol)以及10mL四氢呋喃。将吗啉(18mg,0.20mmol)溶于10mL四氢呋喃中，0℃冰浴下将上述溶液缓慢滴加到两口瓶中，1h滴加完毕，低温反应3h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝3:1)，得式I-2f所示白色固体化合物73mg，产率为40％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.48(t,J＝7.6Hz,2H),7.34(t,J＝7.5Hz,1H),7.28(d,J＝7.4Hz,2H),6.60-6.57(m,3H),3.99-3.94(m,4H),3.81-3.79(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ175.3,174.8,173.9,172.9,172.3,171.6,170.5,170.0,167.5,153.7,153.0,152.8,152.4,151.4,148.1,147.4,146.8,129.9,126.7,121.3,115.9,115.4,115.1,114.2,112.8,112.3,112.0,111.0,66.53,66.47,44.53,44.47；
MS(MALDI-TOF)m/z for[M+H]+(C31H17Br3ClN10O8 +)：928.7.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-2f所示化合物。
其中，式I-1d所示化合物的制备方法详见实施例4。
实施例11：制备结构通式I所示分子笼式I-3a(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2a所示化合物(102mg,0.10mmol)，DIPEA(26mg,0.20mmol)以及10mL四氢呋喃搅拌，加入二甲胺的四氢呋喃(2M in THF,100uL,0.20mmol)溶液，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝2:1)，得式I-3a所示白色固体化合物99mg，产率为96％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.30(m,10H),6.57-6.56(m,2H),6.52(t,J＝1.9Hz,1H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),3.75-3.69(m,4H),3.31(s,3H),3.29(s,3H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ172.7,172.2,172.0,170.3,169.9,169.7,169.2,168.2,165.8,153.08,153.06,147.55,147.53,147.52,136.36,136.31,128.75,128.70,128.2,128.1,127.7,115.23,115.21,115.17,112.12,112.01,111.98,49.0,48.7,47.12,47.08,37.1,37.0,25.20,25.17；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C41H32Br3N12O6 +)：1025.0112,found 1025.0107.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3a所示化合物。
其中，式I-2a所示化合物的制备方法详见实施例5。
实施例12：制备结构通式I所示分子笼式I-3b(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2a所示化合物(102mg,0.10mmol)，DIPEA(26mg,0.20mmol)以及10mL四氢呋喃搅拌，加入二乙醇胺(21mg,0.20mmol)溶液，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝2:1)，得式I-3a所示白色固体化合物99mg，产率为96％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.29(m,10H),6.57-6.51(m,3H),4.95-4.82(m,4H),4.05-4.37(m,4H),3.96-3.94(m,4H),3.75-3.69(m,4H),2.57(br,2H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ172.6,172.1,171.9,170.3,169.8,169.6,169.2,169.0,165.8,153.14,153.12,152.9,147.60,147.57,147.3,136.33,136.28,128.8,128.7,128.22,128.10,127.7,115.4,115.1,115.1,112.2,112.0,111.9,61.5,52.7,52.3,49.00,48.76,47.13,47.10,25.19,25.17；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C43H36Br3N12O8 +)：1085.0324,found 1085.0315.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3b所示化合物。
其中，式I-2a所示化合物的制备方法详见实施例5。
实施例13：制备结构通式I所示分子笼式I-3c(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2a所示化合物(102mg,0.10mmol)，DIPEA(26mg,0.20mmol)以及10mL四氢呋喃搅拌，加入吗啉(18mg,0.20mmol)，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝2:1)，得式I-3a所示白色固体化合物101mg，产率为97％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.30(m,10H),6.57-6.52(m,3H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),3.99-3.94(m,4H),3.81-3.79(m,4H),3.75-3.68(m,4H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ172.7,172.5,171.9,170.3,170.2,169.6,169.2,167.6,165.8,153.12,153.11,152.9,147.58,147.55,147.4,136.33,136.28,128.75,128.70,128.23,128.09,127.7,115.3,115.2,115.1,112.2,112.0,111.9,66.6,66.5,49.0,48.8,47.12,47.10,44.5,44.4,25.19,25.17；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C43H34Br3N12O7 +)：1067.0218,found 1067.0204.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3c所示化合物。
其中，式I-2a所示化合物的制备方法详见实施例5。
实施例14：制备结构通式I所示分子笼式I-3d(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2a所示化合物(102mg,0.10mmol)，DIPEA(26mg,0.20mmol)以及10mL四氢呋喃搅拌，加入1-甲基哌嗪(20mg,0.20mmol)，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/丙酮＝1:1)，得式I-3d所示白色固体化合物105mg，产率为97％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.39-7.31(m,10H),6.56-6.52(m,3H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),4.20-3.80(m,4H),3.75-3.69(m,4H),2.75-2.49(m,4H),2.42(s,3H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ172.7,172.5,171.9,170.3,169.6,169.2,167.5,165.8,153.1,153.0,147.6,147.5,147.4,136.33,136.29,128.8,128.7,128.2,128.1,127.7,115.3,115.2,115.1,112.12,112.06,111.9,54.5,49.0,48.7,47.11,47.07,25.19,25.16；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C44H37Br3N13O6 +)：1080.0534,found 1080.0523.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3d所示化合物。
其中，式I-2a所示化合物的制备方法详见实施例5。
实施例15：制备结构通式I所示分子笼式I-3e(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2a所示化合物(102mg,0.10mmol)，碳酸钾(26mg,0.20mmol)以及10mL乙腈搅拌，加入苯酚(19mg,0.20mmol)，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/乙酸乙酯＝3:1)，得式I-3e所示白色固体化合物101mg，产率为94％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.48(t,J＝7.7Hz,2H)7.39-7.28(m,13H),6.61(t,J＝1.9Hz,1H),6.57(t,J＝1.9Hz,1H),6.54(t,J＝1.9Hz,1H),4.91(s,2H),4.87(s,2H),3.75-3.69(m,4H),2.05-2.02(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ174.8,174.0,172.6,171.9,171.8,170.2,169.5,169.1,165.7,153.4,152.5,151.5,147.82,147.79,147.0,136.26,136.21,129.8,128.77,128.71,128.2,128.1,127.8,126.5,121.4,115.9,114.8,114.7,112.8,111.7,111.5,49.0,48.8,47.14,47.10,25.18,25.16；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C45H31Br3N11O7 +)：1073.9953,found 1073.9950.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3e所示化合物。
其中，式I-2a所示化合物的制备方法详见实施例5。
实施例16：制备结构通式I所示分子笼式I-3f(R1为-N(Benzyl)，R2为R3为/>)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2b所示化合物(103mg,0.10mmol)，碳酸钾(26mg,0.20mmol)以及10mL乙腈搅拌，加入4-羟基吡啶(10mg,0.10mmol)，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/丙酮＝1:1)，得式I-3f所示白色固体化合物90mg，产率为83％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ8.89(d,J＝7.4Hz,2H),7.39-7.30(m,10H),6.65-6.54(m,5H),4.92(s,2H),4.87(s,2H),4.00-3.94(m,4H),3.82-3.79(m,4H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ180.9,173.5,172.5,172.4,171.3,170.11,170.09,169.1,167.6,166.1,153.6,153.4,152.3,148.0,147.9,146.7,136.2,136.1,134.1,128.80,128.75,128.2,128.1,127.8,119.3,116.2,114.7,114.5,113.2,111.5,111.3,66.56,66.49,49.1,48.9,44.52,44.46；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C44H30Br3N12O8 +)：1090.9854,found 1090.9857.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3f所示化合物。
其中，式I-2b所示化合物的制备方法详见实施例6。
实施例17：制备结构通式I所示分子笼式I-3g(R1为-N(Benzyl)2，R2为R3为/>)
该反应式如下：
具体制备方法是：
向洁净的单口瓶中加入磁子，式I-2d所示化合物(104mg,0.10mmol)，碳酸钾(26mg,0.20mmol)以及10mL乙腈搅拌，加入4-羟基吡啶(10mg,0.10mmol)，反应1h后，旋干溶剂，柱层析(硅胶100-200目，淋洗剂：石油醚/丙酮＝1:1)，得式I-3g所示白色固体化合物89mg，产率为81％。
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ8.93(d,J＝6.7Hz,2H),7.49(t,J＝7.8Hz,2H),7.39-7.27(m,13H),6.68-6.59(m,5H),4.92(s,2H),4.87(s,2H)；
13C{1H}NMR(CDCl3,125MHz)δ180.9,174.8,173.9,173.5,172.4,171.6,171.2,170.0,169.1,166.1,153.8,152.97,152.51,151.4,148.3,147.4,146.9,136.09,136.05,134.1,129.9,128.81,128.77,128.2,128.1,127.9,127.0,126.7,121.3,119.3,116.0,115.3,114.1,112.9,112.2,111.0,49.1,48.9；
HRMS(APCI+)calc.for[M+H]+(C46H27Br3N11O8 +)：1097.9589,found 1097.9575.
由上可知，上述化合物结构正确，为式I-3g所示化合物。
其中，式I-2d所示化合物的制备方法详见实施例8。
实施例18：手性磷酸根阴离子的选择性识别性能
本发明制备的一系列双环三溴氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪笼分子笼是一种新型阴离子检测试剂，对手性磷酸根阴离子具有良好的识别作用。
在一系列分子笼中，式I-2至I-3所示化合物均以一对对映异构体形式存在。其中式I-2a化合物可通过高效液相色谱实现克量级拆分，拆分后的式I-2a-p和式I-2a-m所示化合物，经鉴定光学纯度达到99％ee以上。我们将光学纯的I-2a-p与I-2a-m分别与基于联二萘骨架的光学纯(S)-CPA及(R)-CPA四丁基铵盐进行核磁滴定实验，采用氘代乙腈作为溶剂，在识别实验中随着阴离子浓度的增加，结构通式I-2a所示的分子笼化合物的缺电性的V-型空腔与阴离子通过阴离子-π作用结合，分子笼中间苯三酚上沿氢由于受到磷酸根上氧的屏蔽作用，从而向低场移动。经拟合，其中I-2a-p与(S)-CPA阴离子的结合常数较大，与(S)-CPA阴离子的结合常数较小；相反I-2a-p与(S)-CPA阴离子的结合常数较小，与(R)-CPA阴离子的结合常数较大；一系列的核磁滴定实验表明，固有手性分子笼对手性阴离子具有识别作用。这也是目前为止首例基于阴离子-π作用的阴离子手性识别应用。其具体结合常数如下：
/>
表1式I所示化合物的阴离子手性识别性能
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。
Claims (9)
1.式I所示化合物：
所述式I结构通式中，
R1、R2和R3独立地选自：Cl，(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)，
(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种，且R1、R2和R3不可同时为Cl。
2.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，R2和R3同时为Cl时，其结构式如式I-1所示，
仅R3为Cl时，其结构式如式I-2所示，
R2和R3均不为Cl时，其结构式如式I-3所示，
式I-1中，R1与权利要求1式I中R1的定义相同；
式I-2中，R1，R2与权利要求1式I中R1，R2的定义相同；
式I-3中，R1，R2，R3与权利要求1式I中R1，R2，R3的定义相同；
根据基团排列方向不同，R1≠R2≠R3，式I所示化合物分为式I-p和式I-m所示化合物，其中：
所述式I-p和式I-m结构中，R1，R2，R3的定义与权利要求1式I中R1，R2，R3的定义相同，且式I-p与式I-m互为一对对映异构体。
3.权利要求1或2中式I所示化合物的制备方法，包括如下步骤：
式II所示化合物与亲核试剂1、碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1取代基的式I-1示化合物(R2和R3同时为Cl)；
式I-1所示化合物与亲核试剂2与碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1和R2取代基的式I-2所示化合物(R3为Cl，且R1不为Cl)；
式I-2所示化合物与亲核试剂3与碱于有机溶剂中发生亲核取代反应，得到含R1、R2和R3取代基的式I-3所示化合物(R1、R2和R3均不为Cl)；
所述式I-1至I-3中，R1，R2和R3的定义与权利要求1式I中的定义相同。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：构筑式I-1所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种；
所述亲核试剂1选自下述任一种：(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)；
HN(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
式II所示化合物与亲核试剂1、碱、溶剂的用量比依次为0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：0.4-2.0mmol：1-200mL；
所述反应步骤中，温度为-20℃-0℃，时间为1-4小时。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：构筑式I-2所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种；
所述亲核试剂2选自下述任一种：
(n，m独立地为1-10的整数)，/>(R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)，
N(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
所述式I-1所示化合物与亲核试剂2、碱、有机溶剂的用量比依次为0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：0.2-1.0mmol：1-10mL；
所述反应步骤中，温度为0℃-25℃，时间为1-4小时。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：构筑式I-3所示结构的步骤中，所述碱为碳酸钾、氢氧化钠、三乙胺、DIPEA(二异丙基乙胺)中的至少一种；
所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、丙酮中的至少一种；
所述亲核试剂3选自下述任一种：(n，m独立地为1-10的整数)，/> (R为卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、硝基、氰基中的至少一种)，
N(CnH2n+1)2(n为1-10的整数)，/>(n为1-10的整数)中的任意一种；
所述式I-2所示化合物与亲核试剂3、碱、有机溶剂的用量比依次为0.1-1.0mmol：0.1-1.0mmol：0.1-1.0mmol：1-10mL；
所述反应步骤中，温度为0℃-25℃，时间为1-4小时。
7.式II所示化合物:
8.权利要求1或2中式I所示化合物(其中R1≠R2≠R3)在手性阴离子-π识别中的应用。
9.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述应用为权利要求1或2中式I所示化合物作为主体识别手性磷酸根阴离子、手性磺酸阴离子和手性羧酸阴离子。
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