含荧光基团的杯[4]芳烃氮杂冠醚的合成及性能研究

论文摘要

合成能选择性结合重金属及过渡金属离子,并引起光学如发光、荧光性质的变化,从而能识别特定金属离子的荧光传感器是超分子领域的一个热门课题。杯[4]芳烃氮杂冠醚由于其与软金属离子结合能力强,活性位可选择,是构造主体分子的理想材料。本论文通过对杯[4]芳烃氮杂冠醚上仲氮原子的修饰,获得了连有荧光基团邻苯二甲酰亚胺和萘二酰亚胺单元的多个系列化合物,其中连接萘二酰亚胺的氮杂冠醚衍生物对铜离子有非常好的选择性,颜色变化明显,该类化合物可作为潜在的荧光传感器。采用多甘醇双对甲苯磺酸酯对杯[4]芳烃仲氮原子进行修饰,得到了氮杂穴醚,季铵盐结构和N-取代的杯[4]芳烃氮杂冠醚系列衍生物,并利用1H NMR、13C NMR、IR和MS对所合成的三个未见文献报道的新化合物进行了结构表征。结果表明均为锥式构象,且由于多甘醇链状结构空间链节长度不同,分别形成了杯[4]芳烃穴醚,含有吗啉单元的螺醚,类似准轮烷的结构。采用四种邻苯二甲酰亚胺化合物对杯[4]芳烃下沿进行修饰,通过硝化、还原、溴乙酰化和亲核取代等一系列反应得到了下沿含有邻苯二甲酰亚胺基杯[4]芳烃类系列衍生物,并利用1H NMR、13C NMR、IR和MS对所合成的四个未见文献报道的新化合物进行了结构表征。结果表明,所合成的化合物均为锥式构象。分别将六个邻苯二甲酰亚胺衍生物与杯[4]芳烃氮杂冠醚反应,得到了空间位置不同的两系列共六个杯[4]芳烃氮杂冠醚衍生物;再将四个萘二甲酰亚胺衍生物与杯[4]芳烃氮杂冠醚反应,得到了类似的两系列共四个杯[4]芳烃氮杂冠醚衍生物,并利用1H NMR、13C NMR、IR和MS对所合成的十个未见文献报道的新化合物进行了结构表征。结果表明,所合成的化合物均为锥式构象。对这四系列代表化合物进行与金属离子结合的荧光测定实验,结果显示连有萘二酰亚胺的杯芳烃氮杂冠醚衍生物对铜离子有很好的选择性识别能力,荧光增强,颜色变化明显,从而具备作为荧光传感器的潜在应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 超分子化学与杯芳烃简介
• 1.1.1 超分子化学
• 1.1.2 杯芳烃化学简介
• 1.2 杯芳烃氮杂冠醚的合成进展
• 1.2.1 杯芳烃氮杂冠醚的合成
• 1.2.2 杯芳烃氮杂冠醚的化学修饰
• 1.2.3 杯芳烃氮杂冠醚的分子自组装
• 1.3 杯芳烃氮杂冠醚的络合性能
• 1.3.1 识别客体一：中性分子
• 1.3.2 识别客体二：金属阳离子
• 1.4 荧光传感器简介
• 1.4.1 邻苯二甲酰亚胺衍生物的应用
• 1.4.2 萘二酰亚胺衍生物的应用
• 1.5 本论文的选题依据、设计思路及创新点
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 设计思路
• 1.5.3 创新点
• 第二章 下沿荧光基团修饰的杯[4]芳烃衍生物的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 2.1.2 对叔丁基杯[4]芳烃的合成
• 2.1.3 对氢杯[4]芳烃的合成
• 2.1.4 4-硝基邻苯二甲酰亚胺的合成
• 2.1.5 4-硝基邻苯二甲酰亚胺烷基衍生物的合成
• 2.1.6 4-氨基邻苯二甲酰亚胺烷基衍生物的合成
• 2.1.7 4-溴乙酰胺基邻苯二甲酰亚胺烷基衍生物的合成
• 2.1.8 杯[4]芳烃邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成
• 2.1.9 未能完全实现的路线合成
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 4-氨基邻苯二甲酰亚胺烷基衍生物的的合成
• 2.2.2 4-溴乙酰胺基邻苯二甲酰亚胺烷基衍生物的的合成
• 2.2.3 杯[4]芳烃邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成
• 2.2.4 与溴代物反应制备杯[4]芳烃衍生物失败原因分析
• 2.3 小结
• 第三章 多甘醇双对甲苯磺酸酯与杯[4]芳烃冠醚的反应与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 3.1.2 对叔丁基杯[4]芳烃的合成
• 3.1.3 对氢杯[4]芳烃的合成
• 3.1.4 对氢杯[4]二酯的合成
• 3.1.5 对氢杯[4]芳烃氮杂冠醚（10）的合成
• 3.1.6 多甘醇双对甲苯磺酸酯的合成
• 3.1.7 杯[4]芳烃氮杂冠醚衍生物的合成
• 3.1.8 25,27-二烷基-26,28-二羟基四氢杯[4]芳烃的合成
• 3.1.9 25,27-二烷基-26,28-二乙基氧羰基亚甲基-1,3-交替杯[4]芳烃的合成
• 3.1.10 荧光基团修饰的氮杂冠醚衍生物
• 3.1.11 巯基苯并噻唑修饰的氮杂冠醚衍生物
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 合成机理分析与讨论
• 3.2.2 结构表征
• 3.3 小结
• 第四章 N-取代杯[4]芳烃氮杂冠醚衍生物的合成与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 4.1.2 杯[4]芳烃氮杂冠醚（10）的合成
• 4.1.3 4-溴乙酰胺基邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成
• 4.1.4 N-取代邻苯二甲酰亚胺杯[4]芳烃氮杂冠醚衍生物的合成
• 4.1.5 N-溴烷基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺的合成
• 4.1.6 N-溴烷基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺的合成
• 4.1.7 杯[4]芳烃氮杂冠醚邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成
• 4.1.8 4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺烷基衍生物的合成
• 4.1.9 4-溴乙酰胺基-1,8-萘二甲酰亚胺烷基衍生物的合成
• 4.1.10 N-取代杯[4]芳烃氮杂冠醚萘二酰亚胺衍生物的合成
• 4.1.11 N-溴烷基-4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺衍生物的合成
• 4.1.12 杯[4]芳烃氮杂冠醚萘二甲酰亚胺衍生物的合成
• 4.1.13 氯乙酰胺基邻苯二甲酰亚胺烷基物的合成
• 4.1.14 氮杂冠醚邻苯二甲酰亚胺烷基物的合成
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 杯[4]芳烃氮杂冠醚邻苯二甲酰亚胺衍生物的合成
• 4.2.2 N-溴烷基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺的合成
• 4.2.3 4-氨基-1,8-萘二酰亚胺烷基衍生物的合成
• 4.2.4 4-溴乙酰胺基-1,8-萘二酰亚胺烷基衍生物的合成
• 4.2.5 杯[4]芳烃氮杂冠醚萘二酰亚胺衍生物的合成
• 4.2.6 氯乙酰胺基邻苯二甲酰亚胺烷基物的合成
• 4.2.7 验证氮杂冠醚与邻苯二甲酰亚胺烷基物的产物
• 4.2.8 结构表征
• 4.3 小结
• 第五章 新化合物与阳离子的络合响应作用
• 5.1 络合实验部分
• 5.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 5.1.2 与阳离子络合能力的测定
• 5.2 络合形式分析
• 5.2.1 与铅离子的络合
• 5.2.2 与铜离子和汞离子的络合
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 发表论文和科研情况
• 参考文献
• 致谢