四氮多齿大环化合物的合成及结构研究

论文摘要

大环多胺化合物是一类性质独特的优秀配体,具有良好的金属配位能力。它既可以与金属离子络合,也可与带正电荷的有机铵离子或带负电荷的有机阴离子发生络合作用,以主-客体络合形式形成超分子。因此对大环多胺的合成和络合性质的研究是目前在生物学、化学和医学领域的重要研究方向之一。1,4,7,10-四氮杂环十二烷（cyclen）及其衍生物具有优良的配位性能,在化学及生物医学领域中有广泛的应用潜力。制备高纯度的cyclen难度较大,制备符合不同要求的cyclen衍生物也有相当大的难度。本论文总结了cyclen的不同合成方法,选用两种不同的方法合成了cyclen,并对其优缺点进行比较。首先以三乙烯四胺和乙二醇为起始原料,参考Richman-Atkins合成方法,并对文献中的合成方法做了较大改进,成功合成出目标化合物cyclen;其次,采用酰胺缩醛法,以三乙烯四胺（TETA）和N, N-二甲基甲酰胺二甲缩醛（DMF-DMA）为起始原料,通过三步反应合成Cyclen.1,4,7,10-四乙酸-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（DOTA）是一类很好的金属离子螯合剂,本论文采用改进的方法简便的合成了DOTA.还设计合成了另两种新的cyclen的N-全同取代衍生物11和12,通过X-射线单晶衍射解析了化合物12的单晶衍射结构,化合物12属于正交晶系,空间群Pbcn,晶胞参数a = 17.3174（15） A, b = 12.9891（11） A, c = 19.3379（17） A,α=β=γ= 90°, V = 4349.8（7） A3, Z = 4, Dc = 1.302 mg/m3, F（000） = 1804,μ= 1.001 mm-1, R1 = 0.0426, wR2 = 0.0795.结构中存在C-H…π相互作用。设计合成了cyclen的单臂衍生物20和双臂衍生物19,其结构通过核磁共振氢谱等确定,并测定了化合物19的晶体结构,属于单斜晶系,空间群C2/c,晶胞参数a = 24.145（6） A, b = 16.013（4） A, c = 16.632（4） A,α=γ= 90°,β= 120.360（3）°, V = 5548.6（6） A3, Z = 8, Dc = 1.146 g/cm3, F（000） = 2056,μ= 0.082 mm-1, R1 = 0.0853, wR2 = 0.2331 （I>2σ（I））.本论文致力于新型大环多胺化合物的设计合成,深入研究了目标化合物的合成方法以及影响目标化合物产率和选择性的因素,实现了简单高效的选择性合成。合成了四种新的带苯环侧臂的cyclen衍生物。采用红外光谱、质谱、核磁共振氢谱和X-射线单晶衍射等分析手段对产物进行了谱学表征;通过X-射线单晶衍射解析了2种化合物的单晶衍射结构,其晶体结构为首次发现。从而获得了一系列具有重要理论意义和应用前景的创新性成果。

论文目录

中文摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 大环多胺的合成研究进展

1.3 大环多胺配体及其配合物的应用前景

1.4 研究目的和主要工作

1.4.1 本论文的研究目的

1.4.2 本论文的主要工作

2 1,4,7,10-四氮杂环十二烷的合成

2.1 引言

2.2 合成cyclen 两种方法的比较研究

2.2.1 合成路线

2.2.2 仪器和试剂

2.2.3 改进的 Richman-Atkins 法制备cyclen

2.2.3.1 1,4,7,10-四（对甲苯磺酰基）三乙烯四胺（1）的合成

2.2.3.2 1,2-二对甲苯磺酰氧乙烷（2）的合成

2.2.3.3 1,4,7,10-四（对甲苯磺酰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（3）的合成

2.2.3.4 1,4,7,10-四氮杂环十二烷（cyclen）（4）的合成

2.2.4 酰胺缩醛法制备cyclen

2.2.4.1 1,1'-亚乙基双-2-咪唑啉（5）的合成

2.2.4.2 1,4,7,10-四氮杂环一溴盐（6）的合成

2.2.4.3 1,4,7,10-四氮杂环十二烷（cyclen）（4）的合成

2.3 结论

3 N-全同取代cyclen 衍生物的设计合成、结构与表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 中间体及 N-全同取代cyclen 衍生物的设计合成、结构与表征

3.2.2.1 中间体4-苄氧基苯酚（7）的合成

3.2.2.2 中间体1-苄氧基-4-（2-溴乙氧基）苯（8）的合成

3.2.2.3 中间体1-甲氧基-4-（2-溴乙氧基）苯（9）的合成

3.2.2.4 1,4,7,10-四羧甲基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（DOTA）（10）的合成

3.2.2.5 1,4,7,10-四（2-对苄氧基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（11）的合成

3.2.2.6 1,4,7,10-四（2-对甲氧基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（12）的合成

3.3 结论

4 N-选择性取代cyclen 衍生物的设计合成、结构与表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂和仪器

4.2.2 氯甲酸乙酯为保护基合成 N-选择性取代cyclen 衍生物

4.2.2.1 1,7-二（2-乙氧基羰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（13）的合成

4.2.2.2 1,7-二（2-对苄氧基苯氧基）乙基-4,10-二（2-乙氧基羰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（14）的合成

4.2.2.3 1,7-二（2-对苄氧基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（15）的合成

4.2.3 氯甲酸苄酯为保护基合成 N-选择性取代cyclen 衍生物

4.2.3.1 1,7-二（2-苄氧基羰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（16）的合成

4.2.3.2 1,7-二（2-对苄氧基苯氧基）乙基-4,10-二（苄氧基羰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（17）和1-（2- 对苄氧基苯氧基）乙基-4,10- 二（苄氧基羰基）-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（18）的合成

4.2.3.3 1,7-二（2-对苄氧基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（15）的合成

4.2.3.4 1,7-二（2-对羟基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（19 ）的合成

4.2.3.5 1-（2-对羟基苯氧基）乙基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（20）的合成

4.3 结论

5 Cyclen 衍生物的晶体结构

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 试剂与仪器

5.2.2 化合物12 和19 的单晶培养以及晶体结构测定

5.2.2.1 化合物12 和19 的单晶培养

5.2.2.2 化合物12 的晶体结构测定

5.2.2.3 化合物12 的晶体结构分析

5.2.2.4 化合物19 的晶体结构测定

5.2.2.5 化合物19 的晶体结构分析

5.3 结论

6 结语

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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