馬 珊,嚴(yán)小勝,林建斌,江云寶

(廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,譜學(xué)分析與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門361005)

丙氨酰胺基硫脲及其陰離子配合物的手性傳遞

馬 珊,嚴(yán)小勝,林建斌,江云寶*

(廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,譜學(xué)分析與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門361005)

通過改變丙氨酸N端的取代基,設(shè)計(jì)合成了2種基于丙氨酸殘基的酰胺基硫脲衍生物.通過X-射線單晶衍射、核磁共振波譜、吸收光譜和圓二色(CD)光譜等方法研究了2種不同取代基對(duì)硫脲分子自身及其陰離子絡(luò)合物的氫鍵網(wǎng)絡(luò)的影響以及由此引起的手性傳遞能力的不同.實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)丙氨酸N端取代基為N,N-二甲基甘氨酸殘基時(shí),其淡基氧能與硫脲基團(tuán)中的NH以分子內(nèi)十元環(huán)氫鍵結(jié)合,分子呈折疊構(gòu)象,實(shí)現(xiàn)了手性從丙氨酸殘基到苯基硫脲基團(tuán)的傳遞.陰離子加入后,該分子的硫脲基團(tuán)與陰離子以雙重氫鍵結(jié)合,分子原有的氫鍵網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變,淡基氧與酰胺氮?dú)?NH)之間七元環(huán)氫鍵的存在將手性更多的限制于丙氨酸殘基部分,手性傳遞至陰離子結(jié)合部位的效率極低.而N端被二甲基取代的硫脲衍生物由于分子內(nèi)不同的氫鍵網(wǎng)絡(luò)而表現(xiàn)出不同的手性傳遞能力:結(jié)合陰離子前,分子本身不具有折疊構(gòu)象而無手性傳遞發(fā)生,結(jié)合陰離子后,新的氫鍵網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)了手性信號(hào)的長(zhǎng)程傳遞.

酰胺基硫脲;氫鍵網(wǎng)絡(luò);圓二色光譜;手性傳遞

手性傳遞可使手性從同一分子的手性位點(diǎn)傳遞至距離較遠(yuǎn)的非手性位點(diǎn),使整個(gè)分子表現(xiàn)出整體手性特征.因此,手性傳遞在手性組裝[1]、手性識(shí)別[2]以及不對(duì)稱催化[3]等方面發(fā)揮著重要作用.本課題組前期利用自然界普遍存在的氨基酸作為手性源,設(shè)計(jì)合成了基于苯丙氨酸殘基的手性酰胺基硫脲并考察其手性傳遞現(xiàn)象[4].研究發(fā)現(xiàn),該硫脲分子在結(jié)合陰離子后可實(shí)現(xiàn)手性信號(hào)從手性苯丙氨酸殘基到硫脲與陰離子結(jié)合部位的傳遞,該過程中分子內(nèi)及分子間氫鍵起著至關(guān)重要的作用,而氫鍵網(wǎng)絡(luò)易于通過分子結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行調(diào)控.

氨基酸作為蛋白質(zhì)和多膚的構(gòu)成成分,其N端可進(jìn)行多種修飾,并且不同修飾基團(tuán)可對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響,因而我們期望繼續(xù)考察N端取代基對(duì)基于氨基酸的硫脲類衍生物及其陰離子配合物的手性傳遞的影響.相對(duì)于苯丙氨酸而言,丙氨酸分子簡(jiǎn)單,易于進(jìn)行衍生化,便于進(jìn)行研究和利用.因而本文基于丙氨酸殘基,設(shè)計(jì)合成了2種N-酰胺基硫脲衍生物分子1和2(下文簡(jiǎn)稱分子1和2),其分子結(jié)構(gòu)示于圖1.通過單晶X-射線衍射、核磁共振波譜、吸收光譜和圓二色(CD)光譜等手段,考察N端不同取代時(shí)硫脲自身及其結(jié)合陰離子時(shí)的手性表達(dá)與傳遞現(xiàn)象,藉此探索不同N端取代基以及由此形成的不同的氫鍵網(wǎng)絡(luò)對(duì)分子1和2自身手性及其與陰離子結(jié)合過程中手性傳遞的影響,以期對(duì)手性硫脲類催化劑的設(shè)計(jì)有所裨益.

圖1 分子1和2的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of various N-amidothioureas(1 and 2)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Thermo Evolution 300紫外-可見分光光度計(jì), Bruker AV 400 MHz核磁共振波譜儀,Bruker AV 500 MHz核磁共振波譜儀,Jasco J-810 CD光譜儀, Bruker En Apex ultra 7.0 FT-MS高分辨質(zhì)譜儀,Agilent Technologies Super Nova單晶X-射線衍射儀, Rigaku R-AXIS RAPID單晶X-射線衍射儀.

實(shí)驗(yàn)所用丙氨酸為Aladdin試劑公司產(chǎn)品,其余合成試劑為國(guó)藥集團(tuán)試劑;光譜測(cè)試所用四丁基醋酸銨為Acros試劑公司生產(chǎn),且純度均大于98%;有機(jī)溶劑經(jīng)分子篩干燥后重新蒸餾純化,并在所選用的激發(fā)波長(zhǎng)范圍內(nèi)無熒光雜質(zhì).

1.2 分子1和2的合成與鑒定

由于分子1、2的L型和D型的合成方法及鑒定數(shù)據(jù)相同,因而此處僅給出L型化合物的合成過程及鑒定數(shù)據(jù).

取1.54 g L-丙氨酸乙酯鹽酸鹽溶于100 m L四氫呋喃中,逐滴加入溶有10.8 m L甲醛(質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%)、10 m L硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)和50 m L四氫呋喃的混合溶液中,滴加上述溶液的同時(shí)緩慢加入2.64 g硼氫化鈉,室溫反應(yīng)30 min后,將上述反應(yīng)液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑,得N端甲基化的L-丙氨酸乙酯粗產(chǎn)品.該粗產(chǎn)品溶于稀鹽酸溶液,以乙酸乙酯萃取2次,取水相并以稀氨水調(diào)p H至10,以二氯甲烷萃取2次,有機(jī)相以飽和氯化鈉溶液洗滌2次并以無水硫酸鈉干燥后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去二氯甲烷,得無色油狀N端甲基化的L-丙氨酸乙酯產(chǎn)物[5].

稱取1.17 g上述產(chǎn)物溶于乙醇并與9.0 m L水合肼(質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%)回流反應(yīng)過夜(約85℃),反應(yīng)完畢后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙醇得白色固體L-丙氨酸酰肼粗產(chǎn)品.

取1.07 g L-丙氨酸酰肼溶于二氯甲烷,滴加1.5 m L異硫氰酸苯酯后室溫反應(yīng)過夜.反應(yīng)完畢后將所得固體減壓抽濾,分別以石油醚、無水乙醚洗滌,得白色粉末狀固體,所得固體以乙腈重結(jié)晶得白色片狀產(chǎn)物L(fēng)-1,產(chǎn)量為1.30 g,總產(chǎn)率為64.4%.1H-NMR (500 MHz,DMSO-d6),δ9.52(m,3 H),7.47(d,J= 7.2 Hz,2H),7.32(t,J=7.8 Hz,2 H),7.13(t,J= 7.1 Hz,1H),3.22(dd,apparent d,J=4.7 Hz,1H), 2.26(s,6H),1.14(d,J=6.9 Hz,3H).13C-NMR (126 MHz,DMSO-d6),δ180.12,171.12,139.22, 128.16,124.56,61.58,41.47,11.45.HRMS(ESI):理論相對(duì)分子質(zhì)量[C12H19N4O2]+:m/z 267.128 0,測(cè)定值:267.128 0.

取1.40 g N,N-二甲基甘氨酸鹽酸鹽溶于三氯甲烷并加入2.78 m L(20 mmol)三乙胺,冰浴攪拌15 min后逐滴加入1.4 m L氯甲酸異丁酯并反應(yīng)30 min,之后向上述反應(yīng)液中逐滴加入含有1.54 g L-丙氨酸乙酯鹽酸鹽和1.5 m L三乙胺的三氯甲烷溶液,室溫?cái)嚢? h.反應(yīng)完畢后,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑,所得黃色固體以乙酸乙酯溶解后過濾,收集濾液并旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙酸乙酯得黃色液體粗產(chǎn)物,該粗產(chǎn)物經(jīng)柱層析純化(V(二氯甲烷)∶V(甲醇)∶V(氨水)=2 000∶10∶10)得黃色L-甘丙二膚酯的液體產(chǎn)物.

取0.47 g L-甘丙二膚酯溶于無水乙醇中并與0.53 m L水合肼(質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%)于60℃反應(yīng)13 h.反應(yīng)完畢后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑得淺黃色油狀液體,該粗產(chǎn)品經(jīng)柱層析純化(V(二氯甲烷)∶V(甲醇)∶V(氨水)=40∶1∶0.4),得無色黏稠狀液體酰肼.

取0.33 g上述酰肼溶于二氯甲烷中,攪拌下逐滴加入異硫氰酸苯酯0.42 m L,室溫反應(yīng)過夜.反應(yīng)完畢后,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑得白色固體,該固體以二氯甲烷和甲醇的混合溶劑重結(jié)晶得白色針狀固體L-2,產(chǎn)量0.45 g,總產(chǎn)率30%.1H-NMR(400 MHz,DMSO-d6),δ10.22(s,1 H),9.66(s,1H),9.35(s,1 H), 8.14(s,1 H),7.56(d,J=7.7 Hz,2 H),7.32(t,J= 7.9 Hz,2H),7.14(t,J=7.2 Hz,1H),4.25(s, 1H),2.94(s,2H),2.22(s,6H),1.29(d,J=7.0 Hz,3H).13C-NMR(101 MHz,DMSO-d6),δ180.40, 171.56,170.40,139.07,128.07,124.83,124.80, 62.22,47.45,45.33,17.33.HRMS(ESI):理論相對(duì)分子質(zhì)量[C14H22N5O2S]+m/z:324.149 4,測(cè)定值:324.149 2.

1.3 晶體培養(yǎng)及其結(jié)構(gòu)解析

分別取20 mg L-1、L-2分別溶于適量的甲醇和異丙醇(體積比為1∶1)、甲醇和二氯甲烷(體積比為1∶2)的混合溶劑中,充分溶解后過濾,濾液經(jīng)緩慢自然揮發(fā),均析出無色透明塊狀晶體.選取質(zhì)量較好,大小合適的分子1,2的單晶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.分子1于Agilent Technologies Super Nova型單晶X-射線衍射儀,100 K下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.分子2數(shù)據(jù)的采集于Rigaku RAXIS RAPID單晶X-射線衍射儀上完成,測(cè)試溫度為173 K.兩者均以石墨單色器單色化的Mo-Kα射線(λ =0.071 073 nm)作為入射光源,以ω-2θ掃描方式收集衍射數(shù)據(jù).單胞處理采用Crys AlisPro程序.晶體結(jié)構(gòu)采用直接法以SHELXL-97程序解出,所有非氫原子采用全矩陣最小二乘法進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修,理論加氫,所有的氫原子作各向同性熱參數(shù)修正.2種分子的晶體結(jié)構(gòu)收錄于劍橋晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫,CCDC號(hào)分別為:L-1:1019647和L-2:1019648.

2 結(jié)果與討論

2.1 N端取代基對(duì)分子構(gòu)象以及手性傳遞的影響

乙腈中,分子1,2的CD光譜與吸收光譜示于圖2.從圖2(c)中可以看出,其最大吸收峰均位于260～270 nm之間,摩爾吸光系數(shù)在104L/(mol·cm)數(shù)量級(jí),表明硫脲分子的吸收為π-π*躍遷所致,該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于硫脲基團(tuán)的特征吸收峰.但是相對(duì)于分子1而言,分子2的最大吸收峰發(fā)生微弱紅移(從267 nm移至270 nm),這表明N端取代基對(duì)受體分子自身的吸收光譜具有一定的影響.

乙腈中各對(duì)映異構(gòu)體(L-1,D-1;L-2,D-2)的CD光譜均呈良好的鏡像對(duì)稱關(guān)系(圖2(a)和(b)).分子1為N端被二甲基取代的丙氨酸的硫脲衍生物(結(jié)構(gòu)示于圖1),從圖2(a)可以看出,其CD光譜的信號(hào)僅出現(xiàn)在214 nm之前,我們認(rèn)為此處信號(hào)為丙氨酸殘基的CD信號(hào).對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)波長(zhǎng)硫脲基團(tuán)的吸收峰(270 nm)處未觀察到明顯的CD信號(hào),表明乙腈中分子1單獨(dú)存在時(shí)未實(shí)現(xiàn)手性的傳遞.

圖2 乙腈中分子1和2的CD光譜(a),(b)和吸收光譜(c)Fig.2 Absorption(c)and CD spectra of L-/D-1(a),L-/D-2(b)in MeCN

分子2(結(jié)構(gòu)示于圖1)為N端被N,N-二甲基甘氨酸殘基取代的硫脲衍生物.通過其CD光譜可以看出,除了211和235 nm丙氨酸殘基處的CD信號(hào)外,光譜于波長(zhǎng)265～280 nm之間亦呈現(xiàn)明顯的CD信號(hào)(圖2(b)).結(jié)合紫外吸收光譜可知,265～280 nm之間的波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)于分子2的苯基硫脲部分,此處呈現(xiàn)CD信號(hào),表明手性由丙氨酸殘基部分傳遞至苯基硫脲基團(tuán).

為了考察硫脲分子自身的手性傳遞能力與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,我們分析了分子L-1和L-2的單晶結(jié)構(gòu).從L-1的晶體結(jié)構(gòu)可以看出,其幾乎呈直線狀,如圖3(a)所示,僅丙氨酸殘基的淡基氧(O1)與硫脲NHh之間存在五元環(huán)氫鍵(N3—Hh…O1,鍵長(zhǎng)0.231 3 nm,鍵角71.896°),但是該氫鍵并不能引起分子結(jié)構(gòu)的空間折疊.L-2為N端被N,N-二甲基甘氨酸殘基取代的硫脲化合物(即甘丙二膚的硫脲衍生物),其甘氨酸殘基部分的N原子與丙氨酸殘基的NHi之間形成五元環(huán)氫鍵(N2—Hi…N1),淡基氧與硫脲NHk形成類似蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)β-turn的十元環(huán)氫鍵(N5—Hk…O1),如圖3(b)所示,鍵長(zhǎng)分別為0.234 1和0.228 6 nm,鍵角分別為106.772°和157.932°.

圖3 分子1、2的晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)Fig.3 Crystal structures and chemical structures of 1 and 2

同時(shí)一維和二維核磁波譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證了溶液中分子1和2具有與晶體結(jié)構(gòu)中類似的氫鍵網(wǎng)絡(luò)及分子立體構(gòu)型.通過分子2的二維NOESX波譜(圖4)可知H2與苯環(huán)Ha之間存在耦合信號(hào),表明分子2的O1與Hk之間于溶液中亦存在分子內(nèi)氫鍵,分子呈折疊狀,與晶體結(jié)構(gòu)中的信息相吻合.

CD3CN/DMSO-d6雙溶劑滴定實(shí)驗(yàn)亦證明了溶液中分子2與晶體結(jié)構(gòu)中相同的氫鍵網(wǎng)絡(luò).由分子2中4組NH化學(xué)位移隨CD3CN/DMSO-d6比例的變化趨勢(shì)可知(圖5(a)和(b)),隨DMSO-d6含量的增加,4組NH分別向低場(chǎng)發(fā)生不同程度移動(dòng),其中Hj和Hh的化學(xué)位移變化較大,均移動(dòng)1.51;Hi和Hk的化學(xué)位移變化較小,分別為0.27和0.29.Hi和Hk的化學(xué)位移的變化較小表明其受外界氫鍵型溶劑的影響較小,進(jìn)一步驗(yàn)證了Hi和Hk參與了分子內(nèi)氫鍵的形成.結(jié)合NOESX數(shù)據(jù),我們可以推斷出Hi和Hk分別在溶液中形成了與單晶結(jié)構(gòu)中相同的五元環(huán)和十元環(huán)氫鍵網(wǎng)絡(luò).

圖4 DMSO-d6中分子L-2的二維NOESX核磁波譜Fig.4 Partial NOESX spectrum of L-2 in DMSO-d6

但是L-1于氘代乙腈中4組NH不能完全的呈現(xiàn)(圖5(c)),不能很好地對(duì)其進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),僅以晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比.

因此,從分子1和2的CD光譜、晶體結(jié)構(gòu)和核磁波譜可以看出,N端含不同取代基的丙氨酸硫脲衍生物自身存在時(shí)會(huì)形成不同的氫鍵網(wǎng)絡(luò),從而表現(xiàn)出不同的手性傳遞能力.分子1中五元環(huán)氫鍵不能引起分子折疊,因而無法實(shí)現(xiàn)手性從不對(duì)稱碳中心向硫脲基團(tuán)的傳遞,表現(xiàn)在CD光譜上265 nm處苯基硫脲基團(tuán)對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)處無CD信號(hào).分子2中β-turn十元環(huán)氫鍵的存在穩(wěn)定了分子的折疊構(gòu)象,由此實(shí)現(xiàn)了手性由丙氨酸殘基到硫脲基團(tuán)的有效傳遞,CD光譜呈現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào).

2.2 分子1和2與陰離結(jié)合的手性傳遞

硫脲類化合物是良好的中性陰離子識(shí)別受體,它可通過分子間雙重氫鍵與陰離子以特定的比例結(jié)合形成配合物,呈現(xiàn)出不同于單體分子的信號(hào)特征[6-8].

乙腈中,考察了一價(jià)陰離子AcO-對(duì)分子1和2的CD光譜和吸收光譜的影響,見圖6.從圖6(c)可知,隨著AcO-離子的加入,分子1于267 nm硫脲基團(tuán)特征吸收峰處吸光度明顯增強(qiáng),并發(fā)生微弱的藍(lán)移(2 nm).295 nm處出現(xiàn)新的吸收峰,且240 nm處出現(xiàn)等吸收點(diǎn),表明具有特定結(jié)合比的配合物生成.由此可知,乙腈溶劑中分子1與陰離子結(jié)合形成了陰離子硫脲的配合物.分子2與AcO-結(jié)合具有類似的變化趨勢(shì).通過等摩爾連續(xù)變化法(Job plot)進(jìn)一步測(cè)定可知硫脲分子與AcO-結(jié)合比為1∶1,且二者與陰離子AcO-的結(jié)合常數(shù)分別為(2.05±0.95)× 106和(7.40±2.00)×106,表明分子1和2與AcO-具有良好的結(jié)合能力,且分子2結(jié)合陰離子的能力更強(qiáng).

陰離子與手性硫脲的結(jié)合可對(duì)體系的超分子手性產(chǎn)生一定影響,宏觀表現(xiàn)在CD光譜中相應(yīng)信號(hào)的變化.由分子1的CD光譜(圖6(a))可以看出,AcO-加入后,L-1的CD光譜于297 nm(即陰離子與硫脲作用的CT吸收峰)處呈現(xiàn)新的正CD信號(hào)峰,D型化合物則具有相反的信號(hào).由此表明,分子1與陰離子結(jié)合后,體系中形成了新的氫鍵網(wǎng)絡(luò),硫脲分子平面剛性增強(qiáng),分子手性由丙氨酸殘基傳遞到陰離子與硫脲基團(tuán)結(jié)合部位,導(dǎo)致CD信號(hào)的產(chǎn)生.

圖5 氘代乙腈中分子L-2的核磁波譜隨DMSO-d6比例的變化(a)及變化趨勢(shì)圖(b)和L-1核磁波譜隨DMSO-d6比例的變化(c)Fig.5 1H-NMR spectra(a)and plots ofΔδ(b)of L-2 and 1H-NMR spectra of L-1(c)in CD3 CN/DMSO-d6 binary solvents

與分子1不同,乙腈中分子2自身于硫脲基團(tuán)吸收波長(zhǎng)處已呈現(xiàn)一定的CD信號(hào),陰離子的加入破壞了原有的氫鍵網(wǎng)絡(luò).由圖6(b)可知,陰離子加入后,硫脲與陰離子結(jié)合使得體系的平面剛性增強(qiáng),相應(yīng)CD信號(hào)發(fā)生變化,但是長(zhǎng)波長(zhǎng)處陰離子與分子2作用的CT吸收峰處(297 nm)出現(xiàn)的手性信號(hào)極弱.通過與分子1相應(yīng)的光譜進(jìn)行對(duì)比可知,分子2結(jié)合陰離子后其手性傳遞至硫脲結(jié)合部位的效率極低.

圖6 乙腈中AcO-存在時(shí)分子1和2的CD光譜(a,b)和吸收光譜(c,d)Fig.6 CD spectra of L-/D-1(a), L-/D-2(b)and absorption spectra of 1(c)and 2(d)in the presence of AcO-in CH 3 CN

為了進(jìn)一步確定氫鍵對(duì)分子1和2結(jié)合陰離子后手性傳遞的影響,我們通過核磁滴定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.從核磁數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),陰離子加入后,分子1和2與陰離子以氫鍵作用結(jié)合,使得分子的剛性增強(qiáng),NH—NH鍵實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn),但是分子內(nèi)形成不同的新型氫鍵網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致其手性傳遞現(xiàn)象出現(xiàn)明顯差異.圖7為氘代乙腈中分子1隨AcO-濃度的核磁變化.從圖中可以看出,隨AcO-的加入,低場(chǎng)處各氫的化學(xué)位移變化呈現(xiàn)出陰離子與硫脲結(jié)合的特征變化,即化學(xué)位移為9.0的硫脲NHk由于氫鍵作用向低場(chǎng)移動(dòng),酰胺NHj由于陰離子結(jié)合導(dǎo)致的電荷密度增大而向高場(chǎng)移動(dòng).苯環(huán)上,靠近硫脲基團(tuán)的Ha向低場(chǎng)移動(dòng)而遠(yuǎn)離硫脲基團(tuán)的Hb和Hc則向高場(chǎng)移動(dòng),說明分子1的硫脲基團(tuán)與陰離子以氫鍵作用結(jié)合[9].高場(chǎng)部分核磁變化微小,隨Ac O-離子的不斷加入,H1和H2的化學(xué)位移變化均較小,表明陰離子與硫脲基團(tuán)的結(jié)合對(duì)丙氨酸殘基部位的影響較小,手性得以有效傳遞至硫脲與陰離子結(jié)合部位.

圖7 氘代乙腈中分子1與AcO-結(jié)合的核磁滴定波譜Fig.7 Partial 1H-NMR spectra of 1 upon addition of AcO-in CD3 CN

分子2與AcO-結(jié)合的核磁變化軌跡示于圖8.從圖中可以看出,隨AcO-的加入,酰胺NHj和硫脲NHk分別向低場(chǎng)移動(dòng),同時(shí)苯環(huán)CH核磁位移也發(fā)生相應(yīng)的變化,表明陰離子與分子2的硫脲基團(tuán)以氫鍵結(jié)合.除核磁位移的變化,該處核磁峰的裂分?jǐn)?shù)量也發(fā)生變化,Ha、Hb和Hc在陰離子加入后均呈現(xiàn)出2套核磁峰;同時(shí)高場(chǎng)處H1、H2和H5核磁峰也出現(xiàn)裂分?jǐn)?shù)量的變化,即隨AcO-的加入H1、H2和H5也分別呈現(xiàn)出多組核磁峰.該變化是由于丙氨酸殘基中的淡基氧與NHj之間形成δturn的七元環(huán)氫鍵使得分子剛性增強(qiáng),手性對(duì)N端取代基上各H的影響增大所致.另外,H4的核磁位移向低場(chǎng)移動(dòng)亦由于該七元環(huán)氫鍵的形成導(dǎo)致的去屏蔽效應(yīng)所致.

由此可以看出,N端含不同取代基的分子1和2結(jié)合陰離子時(shí)呈現(xiàn)顯著不同的現(xiàn)象是由于其分子內(nèi)氫鍵網(wǎng)絡(luò)不同所致.

圖8 氘代乙腈中分子2與醋酸根離子結(jié)合的核磁滴定波譜Fig.8 Partial 1H-NMR spectra of 2 upon addition of AcO-in CD3 CN

3 結(jié) 論

以自然界中最簡(jiǎn)單的手性氨基酸丙氨酸為原料,通過改變其N端的取代基,設(shè)計(jì)合成了2種手性酰胺基硫脲衍生物分子1,2.多種表征數(shù)據(jù)表明N端取代基含淡基的分子2可形成分子內(nèi)十元環(huán)氫鍵,分子呈折疊構(gòu)象,由此誘導(dǎo)手性從丙氨酸殘基傳遞至無手性的硫脲基團(tuán)部分.而N端取代基不含淡基的分子1不具有類似的氫鍵網(wǎng)絡(luò),無相應(yīng)手性傳遞現(xiàn)象發(fā)生.陰離子加入后,硫脲分子取代基的不同同樣影響著陰離子參與的超分子體系的氫鍵網(wǎng)絡(luò),由此表現(xiàn)出不同的手性傳遞能力.由此,分子1和2中N端取代基的微小差異可導(dǎo)致截然不同的氫鍵網(wǎng)絡(luò)并引起手性傳遞的顯著差異,可為設(shè)計(jì)新型手性催化劑提供新的思路.

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Chirality Transfer in Alanine Based N-amidothioureas and Their Anion Complexes

MA Shan,XAN Xiao-sheng,LIN Jian-bin,JIANG Xun-bao*
(Key Laboratory of Spectrochemical Analysis&Instrumentation,Ministry of Education, College of Chemistry and Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

Two different N-amidothioureas bearing substituents at the N terminus of alanine residue were synthesized.The influence of the substituents on the hydrogen bonding networks and chirality transfer in both the N-amidothioureas and their anion binding complexes were also investigated by single-crystal X-ray diffraction,NMR,UV-Vis,and circular dichroism(CD).Our study reveals that the hydrogen bonding between the oxygen atom of the substituent at the N terminus and the thiourea NH makes the molecule fold and promotes chirality transfer from the alanine residue to the thiourea moiety.Similar influence of the substituents is also observed in the thioureas anion binding complexes.The hydrogen bonding formed between the oxygen atom of the substituent and the amido NH limits the chirality transfer to the anion binding moiety,while the molecule with the dimethyl substituent at the N terminus has different chirality transfer ability due to different hydrogen bonding network.

amidothiourea;hydrogen bonding network;circular dichroism spectroscopy;chirality transfer

10.6043/j.issn.0438-0479.2015.02.001

O 657.39

A

0438-0479(2015)02-0149-07

2014-07-30 錄用日期:2014-09-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(91127019,21275121,J1030415);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2011CB910403)

*通信作者:ybjiang@xmu.edu.cn

馬珊,嚴(yán)小勝,林建斌,等.丙氨酰胺基硫脲及其陰離子配合物的手性傳遞[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015,54 (2):149-155.

:Ma Shan,Xan Xiaosheng,Lin Jianbin,et al.Chirality transfer in alanine based N-amidothioureas and their anion complexes[J].Journal of Xiamen University:Natural Science,2015,54(2):149-155.(in Chinese)