制備高純葫蘆[10]脲的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)合成和超分子化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種大環(huán)主體化合物萌蘆脲家 族中高純萌蘆[10]脲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 萌蘆脲最先由Behrend課題組于1905年通過甘脲-甲醛在濃硫酸條件下縮聚制 備，但當(dāng)時(shí)未成功鑒定其結(jié)構(gòu)（Liebigs.Ann.Chem. 1905,339,1)。直到1981年Mock課題 組通過X-射線單晶衍射方法確證該大環(huán)化合物是甘脲單元通過亞甲基橋連的環(huán)狀六聚 體，因其形狀類似萌蘆科植物的外形，因此命名為Cucurbit[6]uril(CB[6]) (J.Am.Chem. Soc. 1981，103, 7367-7368)，中文簡(jiǎn)稱萌蘆[6]脲或瓜[6]環(huán)。2000年Day和Kim課題組幾 乎同時(shí)報(bào)道了另外三種萌蘆脲的同系物-萌蘆[5]脲（CB[5])，萌蘆[7]脲（CB[7])，萌蘆
[8]脲（CB[8])。Day課題組甚至發(fā)現(xiàn)了包結(jié)了萌蘆[5]脲的萌蘆[10]脲（CB[5]@CB[10]) (Angew.Chem.Int.Ed. 2002, 41，275-277)。Isaacs課題組合成分離出一系列結(jié)構(gòu)特異的新 型萌蘆脲，如2005年報(bào)道了內(nèi)凹萌蘆脲（iCB[6]，iCB[7])，并與2005年報(bào)道了分離得到萌 蘆[10]脲（CB[10])。2013年陶朱課題組報(bào)道了目前萌蘆脲家族中具有最大聚合度的萌蘆 [14]脈（CB[14]) (Angew.Chem.Int.Ed. 2013, 52, 7252-7255)。萌蘆脈（cucurbit[n]uril， n = 5?8、10、14,簡(jiǎn)稱CB[n])是超分子化學(xué)中繼冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴之后備受關(guān)注的一 類新型大環(huán)主體分子。萌蘆脲擁有疏水性的內(nèi)部空腔，可以包結(jié)有機(jī)分子；空腔兩端環(huán)繞多 個(gè)羰基可成為陽(yáng)離子結(jié)合位點(diǎn)，可通過離子-偶極作用及脲羰基的氫鍵作用對(duì)多種有機(jī)陽(yáng) 離子、金屬離子具有選擇性包結(jié)配位能力，在分子識(shí)別、分子組裝以及超分子催化、藥物載 體及納米技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 目前為止，在萌蘆脲家族中，CB[10]具有最大的空腔體積（CB[14]雖然具有最大 聚合度，但其自身張力過大，其構(gòu)型發(fā)生扭轉(zhuǎn)，其空腔體積反而較小），能包結(jié)如萌蘆[5]脲 CB[5]、杯芳烴、卩卜啉等大分子化合物。目前，已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了萌蘆[10]脲（CB[10]) 的制備方法，如Isaacs課題組（J.Am.Chem.Soc. 2005, 127, 16798-16799)和Day課題組 (Daltontransactions2010, 39, 2078-2086)，都是采取加入客體G置換掉CB[5]，再通過 物理或化學(xué)方法除掉客體G。這兩種方法中均使用純CB[5]@CB[10]作為原料，而CB[5]@ CB[10]在萌蘆脲粗產(chǎn)物中含量低，其在酸性條件下的溶解度與其它CB差別不明顯，分離純 化極其困難；同時(shí)，Isaacs課題組使用的客體是實(shí)驗(yàn)室多步合成的三聚氰胺衍生物；再者， 兩種分離方法中在移除客體G過程中的操作較為復(fù)雜，收率中等。
[0004] 萌蘆脲主體分子中，具有更大空腔的萌蘆脲如CB[8]的研宄目前十分活躍。 CB[10]雖然表現(xiàn)出非常特異的識(shí)別性質(zhì)，但對(duì)于它的研宄報(bào)道最少，宄其原因正是因?yàn)槠?分離純化的不易。因此建立一種簡(jiǎn)便、高效的制備分離純化萌蘆[10]脲的方法十分有必 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)高效的制備高純萌蘆[10]脲的方法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案如下：
[0007] 制備高純萌蘆[10]脲的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)通過甘脲和多聚甲醛在濃鹽酸介質(zhì)中反應(yīng)，制備得到含CB[5]@CB[10]的不溶 性固體并干燥；
[0009] 2)將不溶性固體溶解在6M鹽酸中，加入客體G的水溶液，超聲震蕩、靜置得到白色 沉淀，離心干燥得GOCB[10]白色固體；
[0010] 3)將白色固體置于二甲亞砜中，除去G@CB[10]白色固體中的客體G，得到 CB[10]；
[0011] 其分子結(jié)構(gòu)式如式1所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 通過甘脲和多聚甲醛在濃鹽酸介質(zhì)中反應(yīng)，制備得到含CB[5]@CB[10]的不溶性固 體并干燥； 2) 將不溶性固體溶解在6M鹽酸中，加入客體G的水溶液，超聲震蕩、靜置得到白色沉 淀，離心干燥得GOCB[10]白色固體； 3) 將白色固體置于二甲亞砜中，除去G@CB[10]白色固體中的客體G，得到高純萌蘆 [10]脲；其分子結(jié)構(gòu)式如式1所示：
2. 如權(quán)利要求1所述制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于還包括如下步驟： 將步驟1)所得含CB[5]@CB[10]的不溶性固體在3M鹽酸中攪拌溶解過濾，重復(fù)2?3 次并收集濾液；減壓濃縮，甲醇沉淀、干燥，得到不溶性固體。
3. 如權(quán)利要求1所述制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于步驟1)所述含CB[5] @ CB[10]的不溶性固體制備過程如下： 將甘脲和多聚甲醛分散在濃鹽酸介質(zhì)中，甘脲和多聚甲醛的摩爾比為1:2,110-120°C加熱回流9?12h，靜置冷卻；攪拌下將反應(yīng)液緩慢倒入水/甲醇體積比1/6的溶液中，攪 拌1?2h得淡黃色沉淀，過濾、干燥得萌蘆脲的粗產(chǎn)物；用水反復(fù)攪拌洗滌，干燥得到含 CB[5]@CB[10]不溶性固體。
4. 如權(quán)利要求1所述制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于步驟3)中除去G@ CB[10]白色固體中的客體G具體過程如下：在80°C加熱15?20h，冷卻、離心所得固體依 次甲醇洗滌、水洗、干燥得白色固體CB[10];或者重復(fù)超聲、離心，所得固體依次甲醇洗滌、 水洗、干燥得白色固體萌蘆[10]脲。
5. 如權(quán)利要求1所述制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于所述客體G為3, 5-二甲 基金剛烷胺鹽酸鹽、1-金剛烷胺鹽酸鹽、N-甲基-1-金剛烷胺鹽酸鹽、N，N'-二甲基-1-金 剛烷胺鹽酸鹽、1-金剛烷甲胺鹽酸鹽、1-金剛烷乙胺鹽酸鹽、N，N'-二甲基-2-金剛烷胺鹽 酸鹽中的任意一種。
6. 如權(quán)利要求1所述制備高純萌蘆[10]脲的方法，其特征在于所述客體G為3, 5-二 甲基金剛烷胺鹽酸鹽或1-金剛烷胺鹽酸鹽。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備高純葫蘆[10]脲的方法。通過甘脲和多聚甲醛在濃鹽酸介質(zhì)中反應(yīng)，制備得到含葫蘆[5]脲葫蘆[10]脲的不溶性固體并干燥；將不溶性固體溶解在6M鹽酸中，加入客體G的水溶液，超聲震蕩、靜置得到白色沉淀，離心干燥得G葫蘆[10]脲白色固體；將白色固體置于二甲亞砜中，除去G葫蘆[10]脲白色固體中的客體G，得到高純葫蘆[10]脲。制備的葫蘆脲粗產(chǎn)物被直接用于制備葫蘆[10]脲與客體的包合物，無需使用極難純化得到的純葫蘆[5]脲葫蘆[10]脲；并且，所使用的客體都是便宜易得的商業(yè)化產(chǎn)品，后續(xù)的客體的移除只需簡(jiǎn)單的萃取操作。
【IPC分類】C07D487-22, C08G12-12
【公開號(hào)】CN104557951
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410798844
【發(fā)明人】劉思敏, 楊習(xí)然, 龔?fù)砭?
【申請(qǐng)人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日