CN1604899A - 羟基葫芦脲衍生物及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

提供了羟基葫芦脲衍生物、它们的制备方法及用途。此羟基葫芦脲衍生物很容易进一步功能化以提高其在普通溶剂中的溶解度，从而提供了更广泛的用途。

Description

羟基葫芦脲衍生物及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及羟基葫芦脲(hydroxycucurbituril)衍生物、它们的制备方法及用途，更具体而言，涉及可以很容易根据用途引入取代基的羟基葫芦脲衍生物、它们的制备方法及用途。

背景技术

R.Behrend、E.Meyer和F.Rusche在1905年首次报道了葫芦脲(cucurbituril)。根据他们的报道(Liebigs Ann.Chem.1905，339，1)，在盐酸(HCl)存在下，甘脲和过量的甲醛缩合生成一种无定形的固体。将此固体在热的浓硫酸中溶解、溶液用水稀释、接着缓慢地使溶液冷却到室温，生成一种晶状物质。他们错误地将该物质鉴定为C₁₀H₁₁N₇O₄·2H₂O，且没有发现其结构。

1981年，此物质被Mock及其同事们重新发现。他们正确地将其鉴定为组成是C₃₆H₃₆N₂₄O₁₂的六聚大环化合物，此结构还被X-射线晶体结构测定所证实(J.Am.Chem.Soc.，1981，103，7367)。他们将其命名为葫芦脲(cucurbituril)，我们从现在开始将其称作葫芦[6]脲(cucurbit[6]uril)。从那时起，公开了改进的葫芦[6]脲的制备步骤(DE196 03 377 A1)。

2000年，Kim及其同事们合成了葫芦[6]脲新的同系物葫芦[n]脲(cucurbit[n]uril)(n＝5，7，8)，并将它们分离，其结构得到X-射线晶体结构测定的证实(J.Am.Chem.Soc.，2000，122，540)。

WO 00/68232公开了具有下列式的葫芦[n]脲：

其中n是4-20之间的整数。

此葫芦脲衍生物是无取代基甘脲单体的化合物。

报道了由其中引入取代基的甘脲合成的葫芦脲衍生物(Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1992，31，1475)。根据此报道，使用五个二亚甲基二甲基甘脲单元，通过二甲基甘脲和甲醛缩合形成环结构合成了十甲基葫芦[5]脲。

然而，到目前为止提出的葫芦脲及其衍生物中，通过取代来向其中另外引入官能团是困难的，因此它们的应用受到了限制。此外，为了制备取代的葫芦脲衍生物，必需合成不同的甘脲单体并进行环化，使得它们的合成方法很复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供羟基葫芦脲衍生物，它可以根据用途容易地引入适当的取代基。

本发明的另一个目的是提供羟基葫芦脲衍生物的制备方法。

本发明的又一个目的是提供羟基葫芦脲衍生物的用途。

在一个实施方案中，本发明提供由下列式1表示的羟基葫芦脲衍生物：

[式1]

其中，nA₁和nA₂中至少一个选自羟基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30链烯氧基、取代或未取代C1-C30炔氧基、取代或未取代C2-C30碳酰烷氧基、取代或未取代C1-C30硫代烷氧基、取代或未取代C1-C30烷基硫羟基氧基、取代或未取代C1-C30羟基烷氧基、C1-C30hydroxyalkylloxy、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷氧基、取代或未取代C1-C30氨基烷氧基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫羟基烷氧基、取代或未取代C5-C30环烷氧基、取代或未取代C2-C30杂环烷氧基、取代或未取代C6-C30芳氧基、取代或未取代C6-C20芳基烷氧基、取代或未取代C4-C30杂芳氧基、取代或未取代C4-C30杂芳基烷氧基；取代或未取代C1-C30烷硫基、取代或未取代C1-C30链烯硫基、取代或未取代C1-C30炔硫基、取代或未取代C2-C30碳酰烷硫基、取代或未取代C1-C30硫代烷硫基、取代或未取代C1-C30羟基烷硫基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷硫基、取代或未取代C1-C30氨基烷硫基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫醇烷硫基、取代或未取代C5-C30环烷硫基、取代或未取代C2-C30杂环烷硫基、取代或未取代C6-C30芳硫基、取代或未取代C6-C20芳基烷硫基、取代或未取代C4-C30杂芳硫基、取代或未取代C4-C30杂芳基烷硫基；取代或未取代C1-C30烷基胺、取代或未取代C1-C30链烯基胺、取代或未取代C1-C30炔基胺、取代或未取代C2-C30碳酰烷基胺、取代或未取代C1-C30硫代烷基胺、取代或未取代C1-C30羟基烷基胺、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷胺、取代或未取代C1-C30氨基烷基胺、取代或未取代C1-C30氨烷基硫醇烷基胺、取代或未取代C5-C30环烷基胺、取代或未取代C2-C30杂环烷基胺、取代或未取代C6-C30芳基胺、取代或未取代C6-C20芳基烷基胺、取代或未取代C4-C30杂芳基胺、以及取代或未取代C4-C30杂芳基烷基胺，A1和A2都是氢(H)，X是O、S或NH，以及n是4-20之间的整数。

另一方面，本发明提供了式1表示的羟基葫芦脲衍生物的方法制备；该方法包括式5表示的羟基葫芦脲的烷基化或羧基化：

[式5]

[式1]

其中A₁是OR₁，A₂是OR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨基烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

备选地，本发明由式1表示的羟基葫芦脲衍生物的制备方法完成；此方法包括式5表示的羟基葫芦脲和硫醇的反应：

[式5]

[式1]

其中A₁是SR₁，A₂是SR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

同样，本发明由式1表示的羟基葫芦脲衍生物的制备方法完成；此方法包括式5表示的羟基葫芦脲和胺的反应：

[式5]

[式1]

其中A₁是NHR₁，A₂是NHR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳烷基、取代或未取代C4-C30杂烷基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

再一方面，本发明还证明了利用羟基葫芦脲衍生物作离子选择材料的离子传感器。

单一附图简述

图1是本发明合成实施例1中制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)的X-射线晶体结构图。

发明详述

本发明提供了式1表示的羟基葫芦脲衍生物：

[式1]

其中n、A₁、A₂、n和X的定义同上。

式1表示的羟基葫芦脲衍生物的实例包括式2-4表示的化合物：

[式2]

[式3]

[式4]

其中R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨基烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，X是O、S或NH，以及n是4-20之间的整数。

式1表示的羟基葫芦脲衍生物的实例还包括式8-11表示的化合物：

[式8]

[式9]

[式10]

[式11]

其中X、n、R₁和R₂的定义同上，a和b独立地是4-20的整数，前提条件是a和b之和为4-20。

式1表示的羟基葫芦脲衍生物中，更优选的实例包括式2-4表示的化合物，其中n是5-10之间的整数，及R₁和R₂独立地是氢、烯丙基(亚丙基)、丙炔基、C1-C30烷氧基羰基、C1-C30烷基羰基、及C1-C30氨烷基。

根据本发明式5表示的羟基葫芦脲含有羟基，以便通过烷基化和羧基化容易地引入各种取代基，从而提供了更广泛的应用。

由羟基葫芦脲引入取代基的化合物的实例包括其中X＝O、n＝5-8、及R₁＝R₂＝丁基的化合物，其中X＝O、n＝5-8、及R₁＝R₂＝烯丙基的化合物，及其中X＝O、n＝5-8、及R，＝R₂＝十二烷酰基(碳酰十一烷基)的化合物。

上述化合物在有机溶剂如二甲亚砜、氯仿、二氯甲烷或甲醇中有高的溶解度。

本发明中使用的取代基的实例，即未取代C1-C30烷基，包括甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基、十二烷基和十六烷基。所述烷基中一个或多个氢原子可被卤素原子、羟基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼、腙、羧基或它们的盐；磺酸或其盐；磷酸或其盐；或C1-C20烷基、链烯基或炔基，C1-C20杂烷基，C6-C20芳基，C6-C20芳烷基，C6-C20杂芳基或C6-C20杂芳基烷基取代。

本发明中作为取代基使用的术语“未取代C1-C30链烯基或炔基”，代表在如上定义的烃基链的中部或末端含有至少一个碳碳双键或叁键的烃基。未取代的这种基团的实例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、己烯基、乙炔基等。链烯基或炔基中一个或多个氢原子可被卤素原子、羟基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼、腙、羧基或它们盐；磺酸或其盐；磷酸或其盐；或C1-C20烷基，链烯基或炔基，C1-C20杂烷基，C6-C20芳基，C6-C20芳烷基，C6-C20杂芳基或C6-C20杂芳基烷基取代。

本发明中用作C2-C30碳酰烷基取代基的实例包括乙酰基(碳酰甲基)、丁酰基(碳酰丙基)、辛酰基(碳酰庚基)、十二烷酰基(碳酰十一烷基)等。碳酰烷基中一个或多个氢原子也可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中用作C1-C30硫代烷基取代基的实例包括硫代丁基、硫代辛基、硫代丙基等。C1-C30硫代烷基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中用作C1-C30烷硫基取代基的实例包括丁硫基、丙硫基、辛硫基等。C1-C30烷硫基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中用作C1-C30羟烷基取代基的实例包括羟乙基、羟丁基等。C1-C30烷硫基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中用作C1-C30烷基甲硅烷基取代基的实例包括三乙氧基甲硅烷丙基等。C1-C30烷基甲硅烷基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中用作C1-C30氨烷基取代基的实例包括氨乙基、氨丁基、氨丙基等。氨烷基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中作为取代基使用的术语“环烷基”代表单价的C5-C30单环烷基，这种基团的实例包括环己基、环戊基等。环烷基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

术语“杂环烷基”表示含有5-30个碳原子的单价单环烷基，其包含1、2或3个选自N、O、P及S的杂原子，以及其余的环原子是碳。这种杂环烷基的实例包括哌啶基、四氢呋喃基等。杂环烷基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明中作为取代基单独或结合使用的术语“芳基”代表含有一个或多个环的C6-C30碳环芳香系，这些环可以是主链上的侧基，或者稠合在一起，及芳基的实例包括芳香基团如苯基、萘基、四氢萘基、1，2-二氢化茚或联苯基，更优选苯基或萘基。芳基可具有这样的取代基，如羟基、卤素、卤代烷基、硝基、氰基、烷氧基，低碳烷基氨基等。芳基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

术语“杂芳基”表示含有6-30个环原子、其中包含1、2或3个选自N、O、P和S的杂原子的芳基，其剩余的环原子是碳。术语“杂芳基”还可表示形成季盐的芳基或通过环上杂原子氧化得到的N-氧化物芳基。这种杂芳基的实例包括但不限于：噻吩基、苯并噻吩基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、喹啉基、喹喔啉基、咪唑基、呋喃基、苯并呋喃基、噻唑基、异噁唑基、苯并异噁唑基、苯并咪唑基、三唑基、吡唑基、吡咯基、吲哚基、2-吡啶酮基、4-吡啶酮基、N-烷基-2-吡啶酮基，及其等价的N-氧化物(如吡啶基N-氧化物或喹啉基N-氧化物)，以及它们的季盐。杂芳基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

术语“杂芳基烷基”表示杂芳基上一些氢原子被烷基取代。杂芳基中一个或多个氢原子可被各种取代基取代，这些取代基与取代C1-C30烷基中氢原子的相同。

本发明使用的亚烷基取代基与上述烷基取代基相同，只是亚烷基插入化合物键的中间部分，而不是结合到末端部分。

现在将叙述式1所示羟基葫芦脲衍生物的制备方法。

在式1所示羟基葫芦脲衍生物中，其中A₁是OR₁及A₂是OR₂的化合物，即式2所示化合物，可通过式5所示羟基葫芦脲的烷基化或羧基化来制备：

[式5]

[式1]

其中X、R₁、R₂和n如上述。

烷基化过程中，有用的实例包括卤化物与C1-C30烷基羧酸酐，卤化物选自C1-C30烷基卤、C1-C30卤代烯烃、C1-C30卤代炔烃。相对于每摩尔式5所示羟基葫芦脲，卤化物的量是1-60摩尔。

烷基卤中至少一个选自甲基碘、乙基碘、丁基溴及它们的混合物。卤代烯烃有用的实例包括烯丙基溴、丁烯基碘及它们的混合物。卤代炔烃有用的实例包括炔丙基溴、己炔基溴及它们的混合物。

羧基化必需的烷基羧酸酐的实例包括乙酸酐、丁酸酐、十二酸酐及它们的混合物。

烷基化或羧基化过程中，可使用至少一种选自三乙胺、氢氧化钾、碳酸钾和氢化钠的碱。相对于每摩尔式1所示羟基葫芦脲衍生物，碱的用量是1-60摩尔。

为了合成式1所示其中R₁和R₂相互不同的羟基葫芦脲衍生物，可一起使用两种烷基卤、卤代烯烃及烷基羧酸酐，或者调节卤化物和烷基羧酸酐的使用量。

可使用任何可以溶解羟基葫芦脲的溶剂来进行烷基化和羧基化，溶剂的实例包括二甲亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)。烷基化和羧基化的反应温度可根据所使用的烷基卤来变化，但优选0-100℃。

式12所示羟基葫芦脲衍生物可通过式5所示羟基葫芦脲衍生物与C1-C30烷基卤在碱存在下反应来制备：

[式12]

其中R的定义如上述R₁。

式13所示羟基葫芦脲衍生物可通过式8所示羟基葫芦脲衍生物与C1-C30卤代烷在碱存在下反应来制备：

[式8]

[式13]

其中R除了是氢的情况，其定义如上述R₁，X、a和b同上。

烷基卤为选自甲基碘和丁基溴中的至少一个，并且将氢氧化钾、三乙胺、碳酸钾或氢化钠用作碱。对于每摩尔羟基葫芦脲，卤化物的量是1-60摩尔，碱的量是1-60摩尔。将DMSO或DMF用作溶剂。烷基化的反应温度根据反应物种类而改变，但优选0-100℃。

如果式2中R₁和R₂都是烯丙基，进一步完成与式6所示化合物的反应给出一种式2表示的化合物(其中R₁和R₂都是-CH₂CH₂CH₂SR′Y)。

[式6]

HS-R′-Y

其中R′是C2-C10亚烷基，及Y是-COOH、-NH₂、OH或SH。

对反应条件没有特殊的限制，但优选使用UV的光照射。

式6所示化合物的实例包括HSCH₂COOH、HSCH₂CH₂NH₂等。

同样，通过使用臭氧的氧化和使用NaBH₄的还原，可由式2化合物(其中R₁和R₂都是烯丙基)得到式2表示的化合物(其中R₁和R₂都是CH₂CH₂OH)。

在式1所示羟基葫芦脲衍生物之中，可通过式5所示羟基葫芦脲与硫醇化合物反应，制备其中A₁是SR₁及A₂是SR₂的化合物，即式3所示化合物：

[式5]

其中X和n的定义同上。

反应过程中可加入酸，如甲酸、盐酸、硫酸或对甲苯磺酸。

硫醇化合物的实例包括C1-C30烷基硫醇、C6-C30芳基硫醇、C1-C30羟烷基硫醇或羧酸取代的C1-C30烷基硫醇，例如苯硫醇或丙硫醇。相对于每摩尔式5所示化合物，硫醇化合物的用量是30-80摩尔。

式1所示羟基葫芦脲及其衍生物之中，其中A₁是NHR及A₂是NHR₂的化合物，即式4所示化合物，可通过式5所示羟基葫芦脲与胺类化合物的反应来制备。

反应过程中可加入酸，如甲酸、盐酸、硫酸或对甲苯磺酸。

胺类化合物的实例包括C1-C30烷基胺、C6-C30芳基胺、C1-C30羟烷基胺或羧酸取代的C1-C30烷基胺，例如丙胺或苯胺。相对于每摩尔式1所示化合物，胺类化合物的用量是30-80摩尔。

可通过氧化式7所示葫芦脲，来获得式5表示的羟基葫芦脲：

[式7]

其中X和n的定义同上。

至少使用一种氧化剂来进行氧化，氧化剂选自O₃、K₂Cr₂O₇、Na₂Cr₂O₇、KMnO₄、NaIO₄、Pb(OC(＝O)CH₃)₂、RuO₄、H₂O₂、RuCl₃、CrO₃、(C₅H₅NH)₂Cr₂O₇(PDC)、氯铬酸吡啶鎓盐(PCC)、NaClO₂、Hg(OC(＝O)CH₃)₂、(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈、Na₂S₂O₈、NaHSO₅、KHSO₅、H₂N₂O₂、细胞色素P-450酶、C₆H₅IO和NaOCl，优选(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈或Na₂S₂O₈。相对于每摩尔式7所示化合物，优选氧化剂使用的量是8-60摩尔。

可使用任何可以溶解式7所示葫芦脲的溶剂作为所述的溶剂，其实例包括蒸馏水、酸性水等。基于100重量份式5所示葫芦脲，溶剂量是1,000-100,000重量份。

在使用(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈、或Na₂S₂O₈作氧化剂的情况下，氧化反应的温度优选为25-100℃。如果反应温度高于100℃，会产生大量不需要的副产物。如果反应温度低于25℃，反应不合要求地非常慢。

氧化反应后，对反应混合物进行后处理，从而得到式5表示的羟基葫芦脲衍生物。

氧化中，通过适当地调整氧化剂的量，除了式5表示的羟基葫芦脲，还可得到部分氧化的羟基葫芦脲衍生物，如式8和9表示的化合物。

从反应混合物中分离纯态的式5、8和9所示羟基葫芦脲衍生物的后处理实施如下：

将含有式5、8和9表示的羟基葫芦脲衍生物的反应混合物冷却到室温，加入四氢呋喃、甲醇或丙酮，接着过滤除去不溶物。然后甲醇蒸气扩散到上层滤液中，得到纯的晶状物质。如上所述，利用扩散法结晶来纯化和分离羟基葫芦脲。

根据本发明式1的羟基葫芦脲衍生物，可被用作环糊精的替代品，它具有直径为4-15的孔穴，其空穴中可以包容化合物如苯衍生物、萘衍生物、碳硼烷衍生物、富勒烯(fullerene)衍生物、二茂铁衍生物和金刚烷衍生物。

式1的羟基葫芦脲及其衍生物可包容各种不同大小的化合物，并且在其分子孔穴附近有路易斯碱原子，可与带电的金属离子、有机金属离子或有机化合物形成络合物，因此葫芦脲衍生物可具有广泛的应用。

根据本发明的羟基葫芦脲衍生物，例如式1的羟基葫芦脲，可通过羟基葫芦脲烷基化引入烷氧基代替羟基，来改进它们在各种溶剂中的溶解度。特别是，式1的羟基葫芦脲中引入烯丙基，可使其用于生产一种聚合物，这种聚合物用于气相色谱(GC)或高效液相色谱(HPLC)的色谱柱，并用作药物的载体或化妆品或食物的添加剂。虽然与环糊精衍生物比较，葫芦脲衍生物具有许多优点，但实践中，葫芦脲衍生物已有的应用是有限的，这是因为葫芦脲与环糊精衍生物不同，它不能引入所需要的取代基。然而，本发明的羟基葫芦脲衍生物可以引入各种取代基，与过去已知的葫芦脲衍生物比较，它可提供更广泛的用途。

详细地说，根据本发明的羟基葫芦脲衍生物可用于去除废水中的有机染料，去除水中的重金属，和去除放射性废物中的放射性同位素，捕获并去除不良气味及空气污染物如一氧化碳、二氧化碳、NO_x和SO_x，以及对家畜养殖场废水和钢铁厂废水除臭和脱色。此外，式1的羟基葫芦脲衍生物可用于制造传感器，以检测铵离子、有机胺类、氨基酸衍生物、核酸碱基及神经递质如乙酰胆碱、碱金属或碱土金属离子、及重金属如铅或汞的离子。式1的羟基葫芦脲衍生物还可用作下列的添加剂：聚合物、化妆品、人造香味纸或纺织品、杀虫剂及除草剂、药物和食品，以及用作药物载体。式1的羟基葫芦脲衍生物可用于提取及纯化富勒烯或碳硼烷化合物，以及用作色谱柱的填料、用作气体分离膜的添加剂、用作各种化学反应的催化剂。

现在对使用式1所示羟基葫芦脲的离子传感器加以说明。

离子传感器包括离子选择膜。离子选择膜是通过下面的方法制造的：通过在溶剂中溶解离子选择材料、聚合物载体和增塑剂，以及从所生成的材料中除去溶剂，制备用于形成离子选择膜的组合物。使用离子选择膜制造离子选择电极。使用离子选择电极以常规技术制造离子传感器。

形成离子选择膜的组合物中，式1所示羟基葫芦脲衍生物被用作离子选择材料，以组合物总量为基础，它的用量为0.5-10重量份。在此范围内，所制造的离子传感器的效率是高的。聚合物载体用来支载离子选择膜，其有用的实例包括聚氯乙烯、聚氨酯和硅橡胶，以组合物总量为基础，优选聚合物载体的用量为10-90重量份。

增塑剂被用作使成膜容易的配料，它们有用的实例包括2-硝基苯基辛基醚、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯。以组合物总量为基础，优选增塑剂的用量为10-70重量份。

在一些实例中，用于形成离子选择膜的组合物可进一步包含用于改进灵敏度性能的添加剂，添加剂的实例包括四(4-氯苯基)硼酸钾、四[3，5-双(1，1，1，3，3，3-六氟-2-甲氧基-2-丙基)-苯基]硼酸钠及四[3，5-双(三氟甲基)-苯基]硼酸钾。

这样得到的离子传感器用于检测重金属如铅、汞，碱土金属或碱金属，或有机物质如有机胺类、氨基酸或核酸碱基。

下列实施例仅对本发明进行更详细的说明，并不意欲限制本发明的范围。

实施例

合成实施例1：制备式2的羟基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)

将1.0g式7表示的葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)和3.8g K₂S₂O₈加入到100mL蒸馏水中，并且将得到的混合物在85℃搅拌12小时。

然后，将反应混合物冷却到室温，过滤除去不溶物，加入四氢呋喃，使滤液与四氢呋喃混合的体积比为1∶1。

将得到的混合物过滤除去不溶固体。然后使甲醇蒸气缓慢地扩散到滤液中，得到无色晶状羟基葫芦[6]脲，产率为55％。

用X-射线结构测定分析此羟基葫芦[6]脲，其结果示于图1中。

参考图1，证实羟基葫芦[6]脲内部具有孔穴，可以有效地与有机化合物生成包合配合物。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：7.86(s，12H)，5.34(d，J＝14.9Hz，12H)，4.43(d，J＝14.9Hz，12H)；

¹³C NMR(125MHz，DMSO)6：152.7，93.8，40.2。

合成实施例2：制备式2的羟基葫芦[5]脲(X＝O、n＝5、R₁＝R₂＝H)

使用式7的葫芦脲(X＝O、n＝5、R₁＝R₂＝H)代替具有式7的葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)，进行与合成实施例1相同的步骤，得到式2的羟基葫芦[5]脲(X＝O，n＝5，R₁＝R₂＝OH)，产率为45％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：8.23(s，10H)，5.30(d，J＝15.1Hz，10H)，4.47(d，J＝15.1Hz，10H)；

¹³C NMR(125MHz，DMSO)δ：152.9，93.6，40.4。

合成实施例3：制备式2的羟基葫芦[7]脲(X＝O、n＝7、R₁＝R₂＝H)

使用式7的葫芦脲(X＝O、n＝7、R₁＝R₂＝H)代替式7的葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)，进行与合成实施例1相同的步骤，得到羟基葫芦[7]脲(X＝O、n＝7、R₁＝R₂＝H)，产率为40％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：7.42(s，14H)，5.25(d，J＝15.2Hz，14H)，4.29(d，J＝15.2Hz，14H)；

¹³C NMR(125MHz，DMSO)δ：153.3，93.5，40.0。

合成实施例4：制备式2的羟基葫芦[8]脲(X＝O、n＝8、R₁＝R₂＝H)

使用式7的葫芦脲(X＝O、n＝8、R₁＝R₂＝H)代替式7的葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)，进行与合成实施例1相同的步骤，得到羟基葫芦[8]脲(X＝O、n＝8、R₁＝R₂＝H)，产率为45％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)6：8.05(br，16H)，5.42(d，J＝14.9Hz，16H)，4.52(d，J＝14.9Hz，16H)；

¹³C NMR(125MHz，DMSO)6：152.7，93.8，40.0。

合成实施例5：制备式2的甲氧羰基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝(C＝O)CH₃)

将1.0g合成实施例1制备的羟基葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝OH)溶解于2mL的DMSO中，然后加入0.2mL乙酸酐。向反应混合物中加入0.4mL三乙胺，然后室温搅拌4小时。

然后将8mL乙醚加入到反应混合物中，过滤产生的沉淀物，得到0.14g下列结构式表示的白色甲氧羰基葫芦[6]脲，产率为98％。

其中n是6。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.57(d，J＝15.9Hz，12H)，4.25(d，J＝15.9Hz，12H)，2.19(s，36H)。

合成实施例6：制备式2的甲氧基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝CH₃)

将0.1g合成实施例1制备的羟基葫芦脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝OH)溶解于DMSO中，然后加入50mg氢化钠和0.1mL甲基碘，接着室温搅拌3小时。然后将8mL乙醚加入到反应混合物中，过滤产生的沉淀物，得到甲氧基葫芦[6]脲，产率为85％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.51(d，J＝15.2Hz，12H)，4.29(d，J＝15.2Hz，12H)，3.43(s，36H)。

合成实施例7：制备式2的烯丙氧基葫芦[5]脲(X＝O、n＝5、R₁＝R₂＝烯丙基)

将0.1g合成实施例1制备的羟基葫芦[5]脲溶解于0.1g的DMSO中，在0℃与60mg氢化钠混合，接着1小时后加入100μL烯丙基溴，并在室温搅拌10小时。向反应混合物中加入水，过滤产生沉淀物，得到0.12g烯丙氧基葫芦[5]脲，产率为75％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.68-5.57(m，20H)，5.51-5.44(m，20H)，4.29(d，J＝15.2Hz，10H)，4.22-4.16(m，20H)。

合成实施例8：制备式2的烯丙氧基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝烯丙基)

使用葫芦[6]脲代替葫芦[5]脲，进行与合成实施例7相同的步骤，得到所需要的产物：

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.72-5.67(m，24H)，5.56-5.50(m，24H)，4.29(d，J＝15.2Hz，12H)，4.28-4.26(m，24H)。

合成实施例9：制备式2的烯丙氧基葫芦[7]脲(X＝O、n＝7、R₁＝R₂＝烯丙基)

使用葫芦[7]脲代替葫芦[5]脲，进行与合成实施例7相同的步骤，得到所需要的产物：

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.77-5.67(m，28H)，5.59-5.49(m，28H)，4.25(d，J＝15.0Hz，14H)，4.28-4.26(m，28H)。

合成实施例10：制备式2的烯丙氧基葫芦[8]脲(X＝O、n＝8、R₁＝R₂＝烯丙基)

使用葫芦[8]脲代替葫芦[5]脲，进行与合成实施例7相同的步骤，得到所需要的产物：

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.82-5.67(m，32H)，5.51-5.45(m，32H)，4.19(d，J＝15.4Hz，16H)，4.26-4.24(m，32H)。

合成实施例11：制备式2的六-丁氧基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝丁基、R₂＝H)

将0.1g合成实施例1制备的羟基葫芦(6)脲溶解于1mL的二甲基甲酰胺中，并且于0℃将70mg氢化钠加入到上述溶液中，接着1小时后加入100μL丁基溴。将得到的溶液在80℃搅拌8小时。向反应混合物中加入水，产生沉淀物，使用柱色谱纯化沉淀物，得到0.09g六-丁氧基葫芦[6]脲，产率为77％。

¹H NMR(300MHz，DMSO)δ：8.05(m，6H)，5.43(d，J＝15.0Hz，12H)，4.24(d，J＝15.0Hz，12H)，3.44(s，12H)，1.53(s，12H)，1.37(s，12H)，0.86(s，18H)。

合成实施例12：制备式2的丁氧基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝丁基)

在80℃实施搅拌15小时来代替合成实施例11中的8小时，得到丁氧基葫芦[6]脲。

¹H NMR(300MHz，DMSO)δ：5.55(d，J＝15.0Hz，12H)，4.04(d，J＝15.0Hz，12H)，3.44(s，24H)，1.53(s，24H)，1.37(s，24H)，0.86(s，36H)。

合成实施例13：制备式8的二羟基葫芦[6]脲(X＝O、a＝1、b＝5)

将0.1g式7表示的葫芦[6]脲加入到蒸馏水中，向其中加入0.08g的K₂S₂O₈，接着在85℃搅拌8小时。进行与合成实施例1中相同的后处理步骤，得到二羟基葫芦[6]脲。

¹H NMR(300MHz，DMSO)δ：8.05(m，2H)，5.53-5.35(m，12H)，5.35-5.23(m，10H)，4.33-4.24(m，12H)。

合成实施例14：制备式2的羟基乙氧基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝羟乙基)

将0.1g式2烯丙氧基葫芦[6]脲(R₁＝R₂＝烯丙基)溶解于1mL甲醇中，然后在-78℃通入臭氧。当溶液变蓝时停止臭氧的通入，并且得到的溶液通入10分钟的氧气流。向生成物中加入0.2g的NaBH₄，并且将反应温度升到室温。搅拌10小时后，使溶剂蒸发，向其中加入1mL蒸馏水，并且再向其中加入300mg离子交换树脂、200mg的C盐(cellite)和100mg硅胶，接着搅拌30分钟，除去不溶固体。将水溶液浓缩并干燥，得到0.11g下式表示的羟基乙氧基葫芦[6]脲，产率为80％。

¹H NMR(500MHz，D₂O)δ：5.55(d，J＝15.9Hz，12H)，4.48(d，J＝15.9Hz，12H)，3.78-3.66(m，48H)。

合成实施例15：制备具有式2的羧酸取代的葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝-CH₂CH₂CH₂SCH₂COOH)

将0.1g式2烯丙氧基葫芦[6]脲(R₁＝R₂＝烯丙基)和250μL的HSCH₂COOH溶解于1mL甲醇中，然后通入氮气以去除残留的氧气。然后用波长300nm的UV光照射得到的混合物15小时。蒸出反应物的溶剂，得到固体物质，其与二乙基醚一起研磨、过滤并用二乙基醚洗涤，得到0.12g具有下式的羧酸取代的葫芦[6]脲(Q＝-CH₂SCH₂COOH)，产率为82％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：12.55(s，12H)，5.57(d，J＝15.0Hz，12H)，4.08(d，J＝15.0Hz，12H)，3.55(s，24H)，2.80(t，J＝8Hz，24H)，1.91(m，24H)。

合成实施例16：制备具有式2的胺类取代的葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝-CH₂CH₂CH₂SCH₂CH₂NH₂)

使用200μL的HSCH₂CH₂NH₂代替HSCH₂COOH，进行与合成实施例15中相同的步骤，得到0.13g胺类取代的葫芦[6]脲，它具有由合成实施例15中所示的下式(Q＝-CH₂SCH₂CH₂NH₂)，产率为80％。

¹H NMR(500MHz，D₂O)δ：5.68(d，J＝15.0Hz，12H)，3.99(d，J＝15.0Hz，12H)，3.54(t，J＝7Hz，24H)，2.86-2.84(m，24H)，2.51-2.42(m，48H)，1.89-1.85(m，24H)。

合成实施例17

使用式7的葫芦[6]脲(X＝S、n＝6、R₁＝R₂＝H)代替式7的葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)，进行与合成实施例1中相同的步骤，得到所需要的产物。

合成实施例18

使用式7的葫芦[6]脲(X＝NH、n＝6、R₁＝R₂＝H)代替式7的葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)，进行与合成实施例1中相同的步骤，得到所需要的产物。

实际上，分别使用相应的起始原料，使用与合成实施例17和18相同的方法，可以得到式2的葫芦脲化合物(n＝5，X＝S，R₁、R₂＝H)、式2的葫芦脲化合物(n＝7，X＝S，R₁、R₂＝H)、式2的葫芦脲化合物(n＝8，X＝S，R₁、R₂＝H)、式2的葫芦脲化合物(n＝5，X＝NH，R₁、R₂＝H)、式2的葫芦脲化合物(n＝7，X＝NH，R₁、R₂＝H)和式2的葫芦脲化合物(n＝8，X＝NH，R₁、R₂＝H)。

合成实施例19

将0.1g合成实施例1制备的式2羟基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)和0.4mL十二酸酐溶解于2mL二甲亚砜(DMSO)中。然后，将0.4mL三乙胺加入到混合物中，并在85℃搅拌3天。然后，将水加入到反应混合物中，产生沉淀物，过滤沉淀物并用水洗涤，从氯仿和己烷重结晶，得到0.14g白色的下面的结构表示的十二烷氧羰基葫芦[6]脲(R＝碳酰十一烷基)，产率为86％。

¹NMR(300MHz，(DMSO+CDCl₃1∶1))δ：5.53(d，J＝12.2Hz，12H)，4.19(d，J＝12.6Hz，12H)，2.48(m，24H)，1.35(m，24H)，1.17(m，192H)，0.76(t，36H)。

合成实施例20：制备式3的苯硫基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝苯基)

将0.1g合成实施例1制备的式2羟基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝H)溶解于0.5mL甲酸和1mL水的混合溶剂中，然后在0℃向其中缓慢加入100μL苯硫醇，接着将反应温度缓慢地升到室温，并搅拌5小时。然后蒸出溶剂，得到固体物质，滤出固体物质并用水洗涤数次。进行重结晶，得到0.12g式3的白色苯硫基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝苯基)，产率为88％。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：7.45-7.12(m，60H)，5.53(d，J＝14.4Hz，12H)，4.2(d，J＝14.4Hz，12H)。

合成实施例21：制备式4的丙氨基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝丙基)

使用丙胺代替苯硫醇，进行与合成实施例20相同的步骤，得到式4的丙氨基葫芦[6]脲(X＝O、n＝6、R₁＝R₂＝丙基)。

¹H NMR(500MHz，DMSO)δ：5.53(m，24H)，4.2(d，J＝14.4Hz，12H)，3.64-3.61(m，24H)，1.82-1.77(m，24H)，1.2(t，J＝8Hz，36H)。

实施例1

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和10μL四氢呋喃溶解于0.5mL的D₂O中，证明能定量形成1∶1主宾络合物。

实施例2

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和10μL环戊烷溶解于0.5mL的D₂O中，证实定量形成了1∶1主宾络合物。

实施例3

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和1.2mg对甲苯胺溶解于0.5mL的D₂O中，证明定量形成了1∶1主宾络合物。

实施例4

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和1.5mg对甲苯胺盐酸盐溶解于0.5mL的D₂O中，证明定量形成了1∶1主宾络合物。

实施例5

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和1.2mg的1，4-苯二胺溶解于0.5mL的D₂O中，证明定量形成了1∶1主宾络合物。

实施例1-5证明了合成实施例1制备的羟基葫芦脲衍生物可有利地用于提取、分离和纯化有机物质。

实施例6表明合成实施例1制备的羟基葫芦脲衍生物可以在其孔穴中捕获气体。

实施例6

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)溶解于0.5mL的D₂O中，向其中注射异丁烯气体，从而形成了1∶1主宾络合物。

为了研究合成实施例1制备的羟基葫芦脲衍生物是否可以有效地传递生理活性物质或药物，使用氯化乙酰胆碱作神经递质来进行下面的实施例。

实施例7

将6.6mg合成实施例1制备的羟基葫芦[6]脲(CB[6]^OH)和2.0mg氯化乙酰胆碱溶解于0.5mL的D₂O中，从而形成了1∶1主宾络合物。

因为合成实施例1得到的羟基葫芦脲衍生物在分子孔穴附近有路易斯碱原子，它们能有效地和金属离子或带正电的有机化合物形成络合物。由于这些特征，为了研究具有这种性质的羟基葫芦脲衍生物是否能用于制造检测金属离子或铵离子的传感器，进行下面的实施例。

实施例8

制备pH 7.2的0.05M的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液，然后制备5.5mM合成实施例2制备的羟基葫芦[5]脲(CB[5]^OH)溶液和110mM的KCl溶液。然后使用微型热量计(VP-ITC，MicroCal制造)测量葫芦[5]脲衍生物的结合常数。结果证明羟基葫芦脲衍生物可以被用作离子传感器，因为它们可以选择性地与碱金属离子结合，以及与铵离子结合。

为了研究有机溶剂中存在的铵离子是否可以与CB[5]^OH结合，进行下面的实施例。

实施例9

将5.5mg合成实施例2制备的CB[5]^OH和6.7mg的(NH₄)⁺(BPh₄)^-溶解于0.5mL的CD₃CN中。因而，(NH₄)⁺(BPh₄)^-中的铵离子可以与乙腈溶液中的CB[5]^OH结合。

下面的实施例将说明使用合成实施例2制备的CB[5]^OH制造离子选择膜的方法，及其对有害重金属如铅离子的选择灵敏度。

实施例10

将通过于0.4重量％的四(4-氯苯基)硼酸钾中溶解：在0.1mL甲醇中的1重量％合成实施例2制备的CB[5]^OH、33重量％用作聚合物载体的聚氯乙烯、65.6重量％用作增塑剂的2-硝基苯基辛基醚、以及0.4mL的四氢呋喃而得到的溶液，均匀地混合，接着缓慢地除去溶剂，以形成离子选择膜。用这种离子选择膜制造离子选择电极。将在0.05M的KCl水溶液中的涂有氯化银层并带有银导线的电极用作参比电极。

将参比电极和离子选择电极浸入250mL的1mM的Mg(OAc)₂-HCl缓冲溶液(pH＝4)中，然后连续搅拌至少1小时，直到使膜的界面电位稳定。然后使用微量移液管以100秒的间隔加入铅离子，使其浓度在10^-6M-10^-3M范围内成10倍地增加，测量电位差。

结果表明，使用合成实施例2制备的CB[5]^OH的离子选择电极，可用于检测水中残留的有害重金属离子如铅或汞离子。

下面的实施例说明使用合成实施例1制备的CB[6]^OH制造离子选择膜的方法，以及其对神经递质如乙酰胆碱的选择灵敏度。

实施例11

将通过于0.4重量％的四(4-氯苯基)硼酸钾中溶解：在0.1mL甲醇中的1重量％合成实施例1制备的CB[6]^OH，33重量％用作聚合物载体的聚氯乙烯，65.6重量％用作增塑剂的2-硝基苯基辛基醚，以及0.4mL四氢呋喃而得到的溶液，均匀地混合，接着缓慢地除去溶剂形成离子选择膜。用这种离子选择膜制造离子选择电极。将在0.05M的KCl水溶液中的涂有氯化银层并带有银导线的电极用作参比电极。

将参比电极和离子选择电极浸入250mL的0.05M的三羟甲基氨基甲烷-HCl缓冲溶液(pH＝7.2)中，然后连续搅拌至少1小时，直到使膜的界面电位稳定。然后使用微量移液管以100秒的间隔加入乙酰胆碱，使其浓度在10^-6M-10^-1M范围内成10倍地增加，测量电位差。以固定溶液法在0.01M的浓度下测量对铅离子的选择性。

结果表明使用合成实施例1制备的CB[6]^OH的离子选择电极可通过选择性地检测体内神经递质如乙酰胆碱而用于临床分析。

实施例12

将1重量％的合成实施例8制备的烯丙氧基葫芦[6]脲、33重量％的聚氯乙烯和66重量％的2-硝基苯基辛基醚溶解于THF中形成膜。用此膜制成离子选择电极。然后在0.01M的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中测量此电极对于铵离子、钾离子、钠离子、胆碱离子和乙酰胆碱离子的响应值。作为结果，分别地，电极对于乙酰胆碱的选择性为-1.84，对于铵离子的选择性为-1.31，对于钾离子的选择性为-0.90，以及对于钠离子的选择性为-1.16。本发明烯丙氧基葫芦脲[6]脲可通过选择性地检测活体内神经递质而有利地用于临床分析，神经递质如代替胆碱的乙酰胆碱，胆碱是分析乙酰胆碱中主要的干扰物。使用烯丙氧基葫芦[6]脲的离子选择电极可在2.1×10^-6的浓度范围测量乙酰胆碱。

工业应用性

如上述，由于本发明的羟基葫芦脲衍生物可容易地向其中引入官能团，因此它们具有广泛的应用。另外，可以容易地制备本发明羟基葫芦脲衍生物，因此可以进行其工业用途的大量生产。

此外，本发明羟基葫芦脲衍生物可用于去除废水中的有机染料、水中的重金属及放射性废物中的放射性同位素，用于捕获和去除不良气味及空气污染物如一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，及用于家畜养殖场废水和钢铁厂废水的除臭及脱色。此外，羟基葫芦脲衍生物可用于制造传感器，以检测铵离子、有机胺类、氨基酸衍生物、核酸和神经递质如乙酰胆碱、碱金属或碱土金属离子、以及重金属如铅或汞的离子。羟基葫芦脲衍生物还可用作下列的添加剂：聚合物、化妆品、人造香纸或纺织品、杀虫剂及除草剂、以及药物，以及用作药物载体。羟基葫芦脲衍生物可用于提取和纯化富勒烯或碳硼烷化合物，以及用作色谱柱的填料、用作气相分离膜的添加剂、用作各种化学反应的催化剂。特别是，羟基葫芦脲衍生物可有利地用于检测活体内的生理活性物质如乙酰胆碱。另外，因为可以调节羟基葫芦脲衍生物在有机溶剂中的溶解度，其可以用作化学反应的场所。此外，由于用羟基葫芦脲衍生物很容易制备离子选择电极，可用它们制造直接应用于临床分析或检测环境污染物质的离子传感器。

虽然已经参考优选的实施方案对本发明进行了具体的说明和叙述，可以理解，本领域的技术人员可在形式和内容方面进行各种改进，而没有离开本发明附加权利要求书定义的精神和范围。

Claims (22)

1.式1表示的羟基葫芦脲衍生物：

[式1]

其中nA₁和nA₂之中至少一个选自羟基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30链烯氧基、取代或未取代C1-C30炔氧基、取代或未取代C2-C30碳酰烷氧基、取代或未取代C1-C30硫代烷氧基、取代或未取代C1-C30烷基硫羟基氧基、取代或未取代C1-C30羟基烷氧基、C1-C30hydroxyalkylloxy、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷氧基、取代或未取代C1-C30氨基烷氧基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫羟基烷氧基、取代或未取代C5-C30环烷氧基、取代或未取代C2-C30杂环烷氧基、取代或未取代C6-C30芳氧基、取代或未取代C6-C20芳基烷氧基、取代或未取代C4-C30杂芳氧基、取代或未取代C4-C30杂芳烷氧基；取代或未取代C1-C30烷硫基、取代或未取代C1-C30链烯硫基、取代或未取代C1-C30炔硫基、取代或未取代C2-C30碳酰烷硫基、取代或未取代C1-C30硫代烷硫基、取代或未取代C1-C30羟基烷硫基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷硫基、取代或未取代C1-C30氨基烷硫基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫醇烷硫基、取代或未取代C5-C30环烷硫基、取代或未取代C2-C30杂环烷硫基、取代或未取代C6-C30芳硫基、取代或未取代C6-C20芳基烷硫基、取代或未取代C4-C30杂芳硫基、取代或未取代C4-C30杂芳基烷硫基；取代或未取代C1-C30烷基胺、取代或未取代C1-630链烯基胺、取代或未取代C1-C30炔基胺、取代或未取代C2-C30碳酰烷基胺、取代或未取代C1-C30硫代烷基胺、取代或未取代C1-C30羟基烷基胺、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷胺、取代或未取代C1-C30氨基烷基胺、取代或未取代C1-C30氨烷基硫醇烷基胺、取代或未取代C5-C30环烷基胺、取代或未取代C2-C30杂环烷基胺、取代或未取代C6-C30芳基胺、取代或未取代C6-C20芳基烷基胺、取代或未取代C4-C30杂芳基胺和取代或未取代C4-C30杂芳基烷基胺，A₁和A₂二者都是氢(H)，X是O、S或NH，及n是4-20之间的整数。

2.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲包括式2表示的化合物：

[式2]

其中R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代的C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代的C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基及取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，X是O、S或NH，及n是4-20之间的整数。

3.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲包括式3表示的化合物：

[式3]

其中R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代的C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代的C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代的或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基及取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，X是O、S或NH，及n是4-20之间的整数。

4.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲包括式4表示的化合物：

[式4]

其中R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代的C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代的C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代的或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基及取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，X是O、S或NH，及n是4-20之间的整数。

5.根据权利要求2-4中任何一项的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中R₁和R₂独立地是H、甲基、烯丙基、丙炔基、丁基、C1-C30烷氧基羰基、C1-C30烷基羰基或C1-C30氨烷基。

6.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲的用途是去除废水中的有机染料、水中的重金属、放射性废物中的放射性同位素，捕获和去除不良气味及空气污染物，以及对家畜养殖场废水及钢铁厂废水的除臭和脱色。

7.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲的用途是作为下列的添加剂：聚合物、化妆品、人造香纸或纺织品、杀虫剂和除草剂、以及药物或食品。

8.根据权利要求1的由式1表示的羟基葫芦脲衍生物，其中所述羟基葫芦脲的用途是储藏药物，提取和纯化富勒烯或碳硼烷化合物，以及用作药物载体、色谱柱填料、气相分离膜的添加剂以及各种化学反应的催化剂。

9.一种制备式1表示的羟基葫芦脲衍生物的方法；该方法包括式5表示的羟基葫芦脲的烷基化或羧基化：

[式5]

[式1]

其中A₁是OR₁，A₂是OR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

10.根据权利要求9的方法，其中所述烷基化或羧基化过程中，使用了卤代物以及C1-C30烷基羧酸酐，所述的卤代物选自C1-C30烷基卤、C1-C30卤代烯烃、C1-C30卤代炔烃。

11.根据权利要求9的方法，其中如果式1的R₁和R₂都是烯丙基，可进一步进行式1羟基葫芦脲衍生物(X＝0，n＝6，R₁＝R₂＝烯丙基)与式6表示的化合物的反应，得到式1表示的化合物(其中R₁和R₂都是-CH₂CH₂CH₂SR′Y)。

[式6]

HS-R′-Y

其中R′是C2-C10亚烷基，及Y是-COOH、-NH₂、OH或SH。

12.根据权利要求9的方法，其中如果式1的R₁和R₂都是烯丙基，通过进行式1羟基葫芦脲衍生物(X＝0，n＝6，R₁＝R₂＝烯丙基)的氧化和还原，可得到式2表示的化合物(其中R₁和R₂都是-CH₂CH₂OH)。

13.一种制备式1表示的羟基葫芦脲衍生物的方法；此方法包括式5表示的羟基葫芦脲与硫醇化合物的反应：

[式5]

[式1]

其中A₁是SR₁，A₂是SR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳基烷基、取代或未取代C4-C30杂芳基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

14.根据权利要求13的方法，其中所述硫醇化合物包括C1-C30烷基硫醇、C6-C30芳基硫醇、C1-C30羟烷基硫醇或羧酸取代的C1-C30烷基硫醇。

15.一种制备式1表示的羟基葫芦脲衍生物的方法；该方法包括式5表示的羟基葫芦脲与胺类化合物反应：

[式5]

[式1]

其中A₁是NHR₁，A₂是NHR₂，X是O、S或NH，R₁和R₂独立地选自H、取代或未取代C1-C30烷基、取代或未取代C1-C30链烯基、取代或未取代C1-C30炔基、取代或未取代C2-C30碳酰烷基、取代或未取代C1-C30硫代烷基、取代或未取代C1-C30烷基硫醇基、取代或未取代C1-C30烷氧基、取代或未取代C1-C30羟烷基、取代或未取代C1-C30烷基甲硅烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基、取代或未取代C1-C30氨烷基硫代烷基、取代或未取代C5-C30环烷基、取代或未取代C2-C30杂环烷基、取代或未取代C6-C30芳基、取代或未取代C6-C20芳烷基、取代或未取代C4-C30杂烷基和取代或未取代C4-C20杂芳基烷基，以及n是4-20之间的整数。

16.根据权利要求15的方法，其中所述胺类化合物包括C1-C30烷基胺类、C6-C30芳基胺类、C1-C30羟烷基胺类或羧酸取代的C1-C30烷基胺类。

17.根据权利要求9-16中任何一项的方法，其中氧化式7表示葫芦脲得到式5表示的羟基葫芦脲：

[式7]

其中X是O、S或NH，及n是4-20之间的整数。

18.根据权利要求17的方法，其中使用至少一种氧化剂来进行氧化反应，所述氧化剂选自O₃、K₂Cr₂O₇、Na₂Cr₂O₇、KMnO₄、NaIO₄、Pb(OC(＝O)CH₃)₂、RuO₄、H₂O₂、RuCl₃、CrO₃、(C₅H₅NH)₂Cr₂O₇(PDC)、氯铬酸吡啶鎓盐(PCC)、NaClO₂、Hg(OC(＝O)CH₃)₂、(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈、Na₂S₂O₈、Na₂S₂O₈、NaHSO₅、KHSO₅、H₂N₂O₂、细胞色素P-450酶、C₆H₅IO和NaOCl。

19.根据权利要求17的方法，其中氧化反应是使用(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈或Na₂S₂O₈来进行的，反应的温度为25-100℃，对于每摩尔式7表示的葫芦脲，氧化剂的用量为8-60摩尔。

20.根据权利要求17的方法，其中利用扩散法结晶来纯化和分离羟基葫芦脲，其中将四氢呋喃、甲醇或丙酮加入到粗羟基葫芦脲的溶液中，然后除去不溶物后，将甲醇蒸气扩散到溶液中。

21.一种离子传感器，其将根据利用权利要求1-5中任何一项的羟基葫芦脲衍生物用作离子选择材料。

22.根据权利要求21的离子传感器，其采用离子选择膜，该离子选择膜含有0.5-10重量份离子选择材料、10-90重量份聚合物载体及10-70重量份增塑剂。