軸手性聯萘酚衍生物Gemini型兩親分子對映異構體及其製備方法和應用與流程
2023-04-30 15:07:11 4
本發明涉及gemini兩親化合物及其製備方法和應用。
背景技術：
近幾年來，水凝膠由於其獨特的性質以及潛在的應用已經引起人們的廣泛關注。超分子水凝膠通過形成三維空間網絡結構將溶劑水相固定化而形成的一類重要軟物質。凝膠形成的驅動力主要為非共價鍵相互作用，如氫鍵、π-π相互作用、疏水相互作用等。由於超分子凝膠能快速形成，自組裝形成的納米結構均一、可調，且可大規模製備，因此成為超分子化學、納米技術以及材料科學研究的重要研究方向之一，並在諸多領域得到廣泛的功能研究和應用拓展，如在材料模板、光電開關、藥物釋放、分子識別和超分子催化等方面已有大量研究報究報導。
手性功能材料是材料化學中的重要方向，在超分子凝膠諸多功能之中，超分子手性及功能應用是較為重要的一部分，但現有的手性超分子凝膠材料較少。
技術實現要素：
本發明是要解決現有的手性超分子凝膠材料較少的技術問題，而提供了一種新型的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體及其製備方法和應用。
本發明的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的化學名稱分別為r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨和s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨，分別用r-c16nda和s-c16nda代表以上兩個化合物，其結構式分別為：
上述的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的製備方法，按以下步驟進行：
一、將溶劑ⅰ加入容器中，按r-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(r-ben)或者s-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(s-ben)與氯乙醯基十六胺的摩爾比為1:(1～6)，分別加入r-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(r-ben)或者s-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(s-ben)和氯乙醯基十六胺，升溫至100℃～150℃並攪拌24h～48h，得到粗產物；
二、將步驟一得到的粗產物旋轉蒸發，得粘稠狀膏體；
三、利用溶劑ⅱ分別對粘稠狀膏體重結晶，得白色固體，即軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體，用r-c16nda和s-c16nda表示。
利用軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體製備水凝膠的方法：
按軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的質量與超純水的體積的比為1mg：(50～60)ml稱取軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的質量與超純水並混合均勻，加熱至50～60℃使軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體溶解，然後在20～25℃下靜置5～6h，即製成凝膠。
利用該軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體識別l-精氨酸的方法，按以下步驟進行：
將待識別的胺基酸製成水溶液，將10mg的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體加入到1.0ml的胺基酸水溶液中，混合均勻得到混合液，加熱至50～60℃使軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體完全溶解，然後降溫至20～25℃下靜置5～6h，如果形成了凝膠，則該胺基酸為l-精氨酸，否則不是l-精氨酸。
本發明軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda和s-c16nda的製備方法反應方程式如下：
本發明的優點如下：
1、本發明以r(s)-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺和氯乙醯基十六胺為原料，分別合成了軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda和s-c16nda。
2、本發明合成的新型軸手型gemini兩親分子r-c16nda和s-c16nda對映異構體，是一種軸手性gemini兩親分子，製備方法工藝簡單，反應條件易於控制，產物易於分離、純化。
3、合成的軸手型gemini兩親分子r-c16nda和s-c16nda對映異構體，其在水中其臨界膠束濃度為0.21和0.22mmol/l，臨界膠束濃度較低，具有較高的表面活性；
4、合成的r-c16nda和s-c16nda對映異構體化合物均能在水中形成穩定的水凝膠；所形成的水凝膠對熱具有可逆的刺激響應性，在作為納米材料的模板、藥物載體、分子識別等領域具有良好的應用前景。
5、本發明的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體在水溶液中形成水凝膠的臨界凝膠濃度為50mg/ml，水凝膠對熱具有可逆的刺激響應性，即加熱溶解，降溫形成凝膠。
6、利用本發明的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的凝膠性能可以將l-精氨酸從15種常見的胺基酸中識別出來。
附圖說明
圖1是實施例1製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-c16nda的圓二色光譜圖。
圖2是實施例1製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-c16nda的表面張力-濃度對數曲線。
圖3是實施例1製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-c16nda的凝膠形成與溶解的照片。
圖4是實施例2製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda的圓二色光譜圖。
圖5是實施例2製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda的表面張力-濃度對數曲線。
圖6是實施例2製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda的凝膠形成與溶解的照片。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的化學名稱分別為r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨和s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨，分別用r-c16nda和s-c16nda代表以上兩個化合物，其結構式分別為：
具體實施方式二：具體實施方式一所述的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的製備方法，按以下步驟進行：
一、將溶劑ⅰ加入容器中，按r-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(r-ben)或者s-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(s-ben)與氯乙醯基十六胺的摩爾比為1:(1～6)，分別加入r-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(r-ben)或者s-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(s-ben)和氯乙醯基十六胺，升溫至100℃～150℃並攪拌24h～48h，得到粗產物；
二、將步驟一得到的粗產物旋轉蒸發，得粘稠狀膏體；
三、利用溶劑ⅱ分別對粘稠狀膏體重結晶，得白色固體，即軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體，用r-c16nda和s-c16nda表示。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式二不同的是步驟一中的溶劑ⅰ為有機混合溶劑；其它與具體實施方式二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是溶劑ⅰ為異丙醇和甲醇混合溶劑、異丙醇和水混合溶劑、正丁醇和水混合溶劑、丙酮和甲醇混合溶劑、乙醇和二甲亞碸混合溶劑、二甲亞碸和水混合溶劑、丙酮和甲苯混合溶劑、乙酸乙酯和二甲亞碸混合溶劑；其它與具體實施方式三相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式二至四之一不同的是步驟一中，r-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(r-ben)與氯乙醯基十六胺的質量之和與溶劑ⅰ的體積的比為1g:(1～100)ml；其它與具體實施方式二至四之一相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式二至四之一不同的是步驟一中，s-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺(s-ben)與氯乙醯基十六胺的質量之和與溶劑ⅰ的體積的比為1g:(1～100)ml；其它與具體實施方式二至四之一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式二至六之一不同的是步驟三中，溶劑ⅱ為酯、酮、醇和醚中的一種或幾種的混合物；其它與具體實施方式二至六之一相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式二至七之一不同的是所述的旋轉蒸發操作條件是：轉速為100r/min～200r/min，水浴溫度為60℃～90℃，其它與具體實施方式二至七之一相同。
具體實施方式九：利用具體實施方式一所述的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體製備水凝膠的方法按以下步驟進行：
按軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體與水的質量比1:(10～20)混合均勻，加熱至60～80℃使軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體溶解，然後在20～25℃下靜置5～6h，即製成凝膠。
本實施方式的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體形成凝膠的臨界凝膠濃度為50mg/ml，水凝膠對熱具有可逆的刺激響應性，即加熱至40℃水凝膠溶解成溶液，降溫20～25℃則又形成凝膠。
具體實施方式十：利用具體實施方式一所述的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體識別l-精氨酸的方法，按以下步驟進行：
將待識別的胺基酸製成水溶液，將10mg的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體加入到1.0ml的10mmol/l胺基酸水溶液中，混合均勻得到混合液，加熱至60～80℃使軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體完全溶解，然後降溫至20～25℃下靜置5～6h，如果形成了凝膠，則該胺基酸為l-精氨酸，否則不是l-精氨酸。
l-精氨酸能誘導軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-c16nda和r-c16nda凝膠的形成，這是因為l-精氨酸為一個長的鏈狀分子且分子中含有較多的極性基團如羧基、氨基、胍基，這些基團能通過氫鍵相互作用、靜電相互作用更好的與化合物分子結合，促進分子的聚集而形成凝膠。而其它常見的胺基酸沒有這樣的作用，利用此原理可以將l-精氨酸從15種常風的胺基酸中識別出來。
用以下實施例驗證本發明的有益效果：
實施例1：本實施例的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的製備方法，按以下步驟進行：
一、向三口燒瓶中依次加入10ml正丁醇和水(體積比為1：3)混合溶劑、1.946g氯乙醯基十六胺和1.503gs-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在溫度為110℃的條件下攪拌48h，即得粗產物；
二、在轉速為110r/min，水浴溫度為60℃的條件下旋轉蒸發粗產物，得粘稠狀膏體；
三、利用氯仿和丙酮(體積比為1：1)混合溶劑對粘稠狀膏體進行重結晶，得到白色固體，即為軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨，用s-c16nda表示。
利用ft-ir、1h-nmr對s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨進行表徵。
ft-ir(kbrpellet)νcm-1:3358(n-hamide),2917(-ch3),2847(-ch2-),1679(c＝o,amide),1593(nr-o-r,ether),821-667(c-h,naphthalenehydrocarbon)。
1hnmr(600mhz,dmso-d6):δ8.82(t,j＝5.4hz1h),8.25(s,1h),8.08(d,j＝9.0hz,1h),7.97(d,j＝8.4hz,1h),7.51(d,j＝9.0hz,1h),7.38(t,j＝7.5hz,1h),7.27(t,j＝7.8hz,1h),6.96(d,j＝8.4hz,1h),4.65(d,j＝15.6hz,1h),4.47(d,j＝15.0hz,1h),4.15(s,2h),3.52(s,4h),3.16(s,6h),3.09-3.06(m,j＝6.6hz,2h),1.41(t,j＝6.6hz,2h),1.26-1.23(br,28h),0.86(t,j＝6.9hz,3h)。
通過ft-ir、1h-nmr對s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨的表徵，可知s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨的結構式為：
圖1是本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(s-c16nda)水溶液的cd光譜圖，從圖1可以看出，s-c16nda的稀溶液在224nm和236nm出現了最小和最大的cd信號峰，在230nm處出現一個交叉點，說明s-c16nda仍然保持s構型。
圖2是本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(s-c16nda)水溶液的表面張力隨logc的變化曲線。從圖2可以看出，s-c16nda在水中其臨界膠束濃度為0.21mmol/l，臨界膠束濃度較低，具有較高的表面活性。
將本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(s-c16nda)進行凝膠試驗，步驟如下：將55mg的s-c16nda加入1.0ml超純水中混合均勻，加熱至60℃使s-c16nda溶解，然後在20℃下靜置6h，即製成凝膠。將該凝膠再加熱至40℃，凝膠又變成溶液，如此往復凝膠-溶液-凝膠-溶液多次，性質不變。變化過程的照片如圖3所示。
通過試管倒置的方法驗證s-c16nda的臨界凝膠濃度，具體實驗方法如下：將10mg實施例1所得s-c16nda加入含有1.0ml超純水的玻璃瓶中；加熱使s-c16nda溶解，然後，在20℃下靜置6h，將玻璃瓶倒置觀察是否形成凝膠；如果沒有形成凝膠，再繼續加入5.0mgs-c16nda，再加熱溶解，靜置，觀察是否形成凝膠；重複上述步驟直到形成凝膠。通過上述實驗發現所形成凝膠的臨界凝膠濃度為50mg/ml。
本實施例1製備的s-c16nda識別l-精氨酸的方法，按以下步驟進行：
一、將下列的胺基酸製備成10mmol/l的胺基酸溶液：
二、將10mg的s-c16nda溶解在1.0ml濃度為10mmol/l的胺基酸溶液中，混合均勻得到混合液，將混合液加熱到60℃待s-c16nda完全溶解後，在20℃下靜置6h；觀察凝膠的形成情況；發現在所測試的胺基酸中，只有l-精氨酸能誘導s-c16nda形成凝膠，而其它混合體系仍然是透明溶液。因此，可以通過l-精氨酸促進s-c16nda形成凝膠這種現象，可視化從15種胺基酸(亮氨酸、甲硫氨酸、天冬醯胺、蘇氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、色氨酸、組氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、天冬醯胺、穀氨醯胺、穀氨酸、l-精氨酸)中識別出l-精氨酸。
l-精氨酸能誘導軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體s-c16nda凝膠的形成，這是因為l-精氨酸為一個長的鏈狀分子且分子中含有較多的極性基團如羧基、氨基、胍基，這些基團能通過氫鍵相互作用、靜電相互作用更好的與化合物分子結合，促進分子的聚集而形成凝膠。而其它常見的胺基酸沒有這樣的作用，利用此原理可以將l-精氨酸從15種常見的胺基酸中識別出來。
將濃度為8.5mm的s-c16nda溶液，加入1.0ml濃度為10mmol/l的胺基酸後製成凝膠，該凝膠是一種透明的凝膠，且保存20天凝膠結構沒有改變，說明所形成的凝膠穩定性較好。
實施例2：本實施例的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體的製備方法，按以下步驟進行：
一、向三口燒瓶中依次加入45ml丙酮和二甲亞碸(體積比為1：5)混合溶劑、15.625g氯乙醯基十六胺和8.503gr-n-乙醯基-(2-聯乙萘氧基)-n,n-二甲基乙二胺，在溫度為130℃的條件下攪拌48h，即得粗產品；
二、在轉速120r/min，水浴溫度為80℃的條件下旋轉蒸發粗產品，得粘稠狀膏體；
三、利用丙酮和環己烷(體積比為1:4)混合溶劑對粘稠狀膏體進行重結晶，得到白色固體，即為軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨，記為r-c16nda。
利用ft-ir、1h-nmr對r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨進行表徵。
ft-ir(kbrpellet)νcm-1:3358(n-hamide),2917(-ch3),2847(-ch2-),1679(c＝o,amide),1593(nr-o-r,ether),821-667(c-h,naphthalenehydrocarbon)。
1hnmr(600mhz,dmso-d6):δ8.89(d,j＝6,1h),8.33(s,1h),8.08(d,j＝6.0hz,1h),7.98(d,j＝12hz,1h),7.51(d,j＝12hz,1h),7.38(t,j＝9.0hz,1h),7.27(t,j＝9.0hz,1h),6.95(d,j＝12hz,1h),4.67(d,j＝18hz,1h),4.48(d,j＝18hz,1h),4.32(s,4h),3.53(s,4h),3.17(s,6h),3.09(m,2h),1.40(d,j＝6.0hz,2h),1.28-1.22(br,26h),0.86(t,j＝9.0hz,3h)。
通過ft-ir、1h-nmr對r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨的表徵，可知r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨的結構式為：
圖4是本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(r-c16nda)水溶液的cd光譜圖，從圖4可以看出，r-c16nda的稀溶液在224nm和236nm出現了最小和最大的cd信號峰，在230nm處出現一個交叉點，說明r-c16nda仍然保持r構型。
圖5是本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(r-c16nda)水溶液的表面張力隨logc的變化曲線。從圖4可以看出，r-c16nda在水中其臨界膠束濃度為0.22mmol/l，臨界膠束濃度較低，具有較高的表面活性。
將本實施例製備的軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-n-十六烷基醯甲基-n-[2-(2-聯乙萘氧乙醯基)-乙基]-n,n-二甲基氯化銨(r-c16nda)進行凝膠試驗，步驟如下：
將55mg的r-c16nda加入1.0ml超純水中混合均勻，加熱至60℃使r-c16nda溶解，然後在20℃下靜置6h，即製成凝膠。將該凝膠再加熱至40℃，凝膠又變成溶液，如此往復凝膠-溶液-凝膠-溶液多次，性質不變。
通過試管倒置的方法驗證r-c16nda的臨界凝膠濃度，具體實驗方法如下：將10mg實施例2所得r-c16nda加入含有1.0ml超純水的玻璃瓶中；加熱至60℃使r-c16nda溶解，然後在20℃下靜置6h，將玻璃瓶倒置觀察是否形成凝膠；如果沒有形成凝膠，再繼續加入5.0mgr-c16nda，再加熱溶解，靜置，觀察是否形成凝膠；重複上述步驟直到形成凝膠。通過上述實驗發現r-c16nda所形成凝膠的臨界凝膠濃度為50mg/ml。
本實施例2製備的r-c16nda識別l-精氨酸的方法，按以下步驟進行：
一、將15種常見的胺基酸(亮氨酸、甲硫氨酸、天冬醯胺、蘇氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、色氨酸、組氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、天冬醯胺、穀氨醯胺、穀氨酸、l-精氨酸)製備成10mmol/l的胺基酸溶液；
二、10mg的r-c16nda溶解在1.0ml濃度為10mmol/l的胺基酸溶液中，混合均勻得到混合液，將混合液加熱到60℃待r-c16nda完全溶解後，在20℃下靜置6h；觀察凝膠的形成情況；發現在所測試的胺基酸中，只有l-精氨酸能誘導r-c16nda形成凝膠，而其它混合體系仍然是透明溶液。因此，可以通過l-精氨酸促進r-c16nda形成凝膠這種現象，可視化從15種胺基酸中識別出l-精氨酸。
l-精氨酸能誘導軸手性聯萘酚衍生物gemini型兩親分子對映異構體r-c16nda凝膠的形成，這是因為l-精氨酸為一個長的鏈狀分子且分子中含有較多的極性基團如羧基、氨基、胍基，這些基團能通過氫鍵相互作用、靜電相互作用更好的與化合物分子結合，促進分子的聚集而形成凝膠。而其它常見的胺基酸沒有這樣的作用，利用此原理可以將l-精氨酸從15種常風的胺基酸中識別出來。
將濃度為8.5mm的r-c16nda溶液，加入1.0ml濃度為10mmol/l的胺基酸後製成凝膠，該凝膠是一種透明的凝膠，且保存20天凝膠結構沒有改變，說明所形成的凝膠穩定性較好。