胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子定向介质及其制备方法和应用

1.本发明属于有机分析技术领域，具体涉及一种胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子液晶定向介质及其制备方法和应用。


背景技术：

2.天然产物或合成类有机小分子结构解析无疑是化学研究中最重要的环节之一，正确的结构是保证后续研究正常开展的重要基础。近年来，各向异性核磁共振方法(anisotropic nmr)(nat.protoc.,2019,14,217)的迅速发展正在不断丰富有机化学研究者的“工具箱”，使得这种新颖的核磁共振波谱学技术应用更加广泛。
3.残留偶极耦合(residual dipolar couplings,rdcs)是近年来发展的一个重要核磁共振各向异性参数，它能反映两个直接相连或非键连的核间结构信息，其大小与两核之间的距离以及核间的键矢量相对于外加磁场的角度有关，该值通常用d
is
表示。rdcs可与经典的noe和3j耦合常数短程信息互补，通过测定和分析rdc能给出天然产物或有机反应中难以确定的未知分子的立体结构；rdcs与原子的空间排列相关，用于构建分子全局立体结构，且能把分子结构分析更精确地推向三维空间，尤其能反映连晶体衍射和电镜都难以获得的精确构象信息。尽管rdcs在精确解析分子立体结构方面显示出强大的能力，但测定rdc前提条件是通过一定的方法使待测样品的分子运动受限或约束其变为各向异性，使偶极耦合作用不能完全抵消，从而产生较弱的“残留偶极耦合”；另外偶极耦合作用不能太强，使得测试图谱高分辨、线宽窄以便于精确提取大小合适的rdcs值。目前，有机溶剂兼容的定向介质的缓慢发展使rdc在有机结构分析中的应用(eur.j.org.chem.,2008,5673；magn.reson.chem.,2017,55,54；nat.prod.bioprospect.,2018,8,279；macromol.rapid commun.,2022,43,2100898)远不如在生物大分子中的应用广泛(chem.rev.,2022,122,9307)，而通过自组装策略构建溶致液晶使待测样品产生定向排列已成为该领域研究的热点：例如氧化石墨烯go的液晶(lei,x.x.et al.j.am.chem.soc.2014,126,11280；angew.chem.int.ed.,2016,55,3690)；两亲性寡肽自组装液晶opa等(lei,x.x.et al.angew.chem.int.ed.,2017,56,12857；angew.chem.int.ed.,2020,59,17097；chem.sci.,2022,13,5838)，有机氯仿体系的pblg高分子液晶体系(thiele,c.m.et al.org.lett.2003,5,705；chem.eur.j.2017,23,9114；chem.eur.j.,2018,24,14373；chem.eur.j.,2018,24,15631；macromolecules,2019,52,6025；chem.eur.j.,2020,26,7831.macromolecules,2021,54,1648；angew.chem.int.ed.2021,60,21040)。目前尚缺少性能优秀的手性液晶定向介质体系，为实现rdcs技术的广泛应用破除瓶颈。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明目的是提供一种胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子液晶定向介质，同时提供一种低浓度，定向角度可调节的手性高分子液晶自组装体系，并
将其应用于核磁共振rdcs的精确测定，用于有机分子的手性识别与分析，为有机分子或天然产物绝对构型的确定奠定基础，具有潜在的应用前景。
5.为实现本发明目的，本发明以手性胆甾端炔钯(ii)作为催化剂，在聚合瓶中加入手性异腈单体引发反应，最后加入甲醇终止聚合反应，所得产物经洗涤，离心，真空干燥后得到胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈手性高分子，其高分子结构式如下所示：
[0006][0007]
其中聚合度n＝20～200，n为整数。
[0008]
所述胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子在氘代二氯甲烷(cd2cl2)中进行快速自组装，实现新型手性液晶定向介质的构建。
[0009]
在上述方案基础上优选，所述手性液晶定向介质在氘代二氯甲烷溶液中的质量浓度为7.2％wt～12.8％wt，溶液中氘的共振表现出16.8hz～68.0hz的残留四极裂分耦合值(rqcs)。
[0010]
本发明优点在于：1、所述手性液晶定向介质能有效定向天然产物有机小分子，实现核磁共振残留偶极耦合的精确测定，用于有机分子的手性识别与分析。定向强度适宜，测定的核磁共振残留偶极耦合谱图信号清晰，避免背景信号对图谱解析的干扰。2、其制备方法简单，作为手性定向介质其手性识别性能优异，将手性液晶定向介质用于测量对映体有机分子异松蒎醇((+)-ipc与(-)-ipc)的rdcs，获得其定向结构信息，实现了其性能优异的手性识别与分析，为未来确定天然产物分子的绝对构型奠定基础。
附图说明
[0011]
图1为本发明合成的胆甾端炔功能化的聚异腈手性高分子poly-2的核磁共振氢谱，1a为poly-2-l，1b为poly-2-d；
[0012]
图2为本发明合成的胆甾端炔功能化的聚异腈手性高分子poly-2的凝胶渗透色谱图；
[0013]
图3为本发明实施例3制备的胆甾端炔功能化的聚异腈高分子在核磁管内自组装照片及其形成不同浓度下的定向介质核磁共振氘谱(2h nmr)图；
[0014]
图4为本发明实施例4制备的poly-2-l作为定向介质测量(-)-ipc分子rdcs的核磁共振氘谱(2h nmr)图；
[0015]
图5为本发明实施例4制备的poly-2-l作为定向介质测量(-)-ipc分子在各向同性条件下和在各向异性环境下的核磁二维clip-hsqc叠加谱；
[0016]
图6为本发明实施例4制备的poly-2-l作为定向介质测量(-)-ipc分子的实验rdcs和理论rdcs线性拟合关系图；
[0017]
图7为本发明实施例5制备的poly-2-l和poly-2-d作为定向介质测量对映体ipc分
子的四个测试样品的实验rdcs值对比图；
[0018]
图8为本发明实施例5制备的poly-2-l和poly-2-d作为定向介质测量对映体ipc分子手性识别与分析的结果图。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0020]
实施例1：手性胆甾端炔钯催化剂1的合成
[0021]
在25℃的室温下，将双(三乙基膦)氯化钯(40mg，0.0978mmol)、氯化亚铜(9.7mg，0.0978mmol)和磁力搅拌子放入一个具支反应管中并且把其密封好，抽真空充氮气约三次，保证反应环境为无水无氧的条件，将重蒸三乙胺(0.5ml)和溶于无水二氯甲烷(0.5ml)的胆甾酰胺合乙炔(52mg，0.0978mmol)依次在氮气氛围下通过微量注射器加入到具支反应管中。然后将反应瓶放入磁力搅拌器，反应四个小时后用薄层色谱法检测反应至完全，减压抽滤除去不溶物，用石油醚洗涤滤饼，再将溶液旋蒸后加入正己烷制成透明澄清过饱和溶液使其重结晶。重结晶后再次用石油醚作为洗涤溶剂抽滤出白色晶体催化剂1，产率70％。反应式如下：
[0022][0023]
m.p.＝175.4-176.3℃.(c 0.1,in chcl3).1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.30
–
7.14(m,4h,aromatic),6.50(s,1h),5.44
–
5.36(m,1h),4.63
–
4.53(m,1h),2.47
–
2.39(m,1h)2.36
–
2.27(m,1h),2.01
–
1.93(m,16h),1.71
–
1.40(m,10h),1.24
–
1.13(m,27h),1.06
–
1.03(m,6h),0.92
–
0.85(m,10h),0.68(s,3h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ152.91,139.58,135.70,131.35,122.81,118.34,106.03,74.97,56.68,56.12,50.00,42.32,39.73,39.53,38.46,36.97,36.58,36.19,35.82,31.92,31.87,28.26,28.10,28.04,24.31,23.84,22.86,22.59,21.06,19.36,18.73,15.51,15.37,15.24,11.88,8.36.
31
p nmr(162mhz,cdcl3)δ17.88.hrms m/z(esi)anal.calcd for c
48h80
clno2p2pd 905.4388,found[m+na]
+
928.4288.
[0024]
实施例2：胆甾端炔功能化的聚异腈手性高分子poly-2的合成
[0025]
将手性胆甾端炔钯催化剂1(2.8mg,0.00335mmol)和氨基酸侧链的手性苯异腈单体2(120mg，0.335mmol)和磁力搅拌子放入一个10ml的聚合瓶中并且把装置密封好，为了保证反应环境为无水无氧的条件，抽真空充氮气约三次，在氮气氛围下用微量注射器向聚合瓶中加入无水chcl3溶液(1ml)。然后将聚合瓶放入油浴锅中，在55～60℃条件下反应10～15h，将反应产物冷却至室温后转移到离心管中，加入少许二氯甲烷多次洗涤聚合瓶。在离心管中加入大量的甲醇立刻析出大量黄色沉淀，将离心管放入离心机进行离心，分离出固体沉淀，将上层浑浊液小心倒出、再加入甲醇反复离心三次后去除反应单体和低聚物，抽真空得到黄色固体产物聚合物poly-2，反应式如下：
[0026][0027]
poly-l-2:sec:mn＝104.3kda,mw/mn＝1.28.(c 0.10,
[0028]
in chcl3).poly-d-2:sec:mn＝101.1kda,mw/mn＝1.32.(c
[0029]
0.10,in chcl3)。胆甾端炔功能化的聚异腈手性高分子poly-2-l的核磁共振氢谱如图1a所示，其对映体形式的胆甾端炔功能化的聚异腈手性高分子poly-2-d的核磁共振氢谱如图1b所示；它们的相对分子量使用凝胶渗透色谱图(sec)测试，如图2所示。
[0030]
实施例3：手性液晶定向介质poly-2-l或poly-2-d的制备
[0031]
称取50mg胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子poly-2-l或poly-2-d置于直径为5mm的核磁管中，加入300μl的cd2cl2中溶解，核磁管冒密封样品，并来回振摇混匀，约半小时后，高分子聚合物在溶液中完成自组装，随后通过核磁共振氘谱实验(2h nmr)测试，溶剂中的氘四极裂分耦合值达到16.8hz～68.0hz范围内，证实产生了具有各向异性的液晶相，即为可用于有机分析的核磁共振残留偶极耦合测定的定向介质。如图3所示，在氘代二氯甲烷溶液中的质量浓度为7.2％wt～12.8％wt，随着浓度的稀释，rqcs逐渐降低，表明定向强度通过浓度可调节。
[0032]
为证实胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子的手性液晶定向介质可用于测定有机分子的rdcs，并实现其性能优异的手性识别与分析，以下用一对对映体分子异松蒎醇((+)-ipc与(-)-ipc)作为例子说明：
[0033]
实施例4：手性液晶定向介质poly-2-l测量右旋异松蒎醇(-)-ipc的rdcs应用
[0034]
称取9mg的(-)-ipc分子，加入到poly-2-l高分子组装形成的手性液晶相中，让右旋异松蒎醇均匀扩散到该定向介质中。随后在400mhz的bruker仪器上，通过核磁共振氘谱实验监测，溶剂氘的四极裂分值rqcs＝24.9hz，表明其合适的定向强度(如图4所示，(-)-ipc分子在poly-2-l组装形成的手性液晶定向介质下测的核磁共振氘谱)。右旋异松蒎醇的rdcs值则通过核磁二维clip-hsqc图谱采集、归属和计算得到，测定的核磁共振残留偶极耦合谱图信号清晰(如图5所示，(-)-ipc分子在各向同性条件下和在各向异性环境下采集的核磁二维clip-hsqc叠加谱)。
[0035]
表1为(-)-ipc分子在各向同性条件下(氘代二氯甲烷溶液)和在各向异性环境下(poly-2-l组装形成的手性液晶溶液)的c-h一键耦合值，实验rdcs值和理论rdcs值。(-)-ipc分子的rdcs实验检测值与其晶体dft优化结构的计算值的线性图见图6。
[0036]
表1
[0037][0038]
实施例5：手性液晶定向介质poly-2-l或poly-2-d测定对映体异松蒎醇rdcs的手性识别应用
[0039]
按照实施例4所示，分别准确称取9mg的(+)-ipc和(-)-ipc各两份，分别加入到poly-2-l和poly-2-d高分子组装形成的两个手性液晶相中，制备出四个测试样品。在400mhz的bruker仪器上，通过核磁共振氘谱实验监测，利用稀释样品浓度的方法使得四个样本的rqcs＝24hz左右，使其定向强度尽量保持一致。有机分子异松蒎醇的rdcs值则通过核磁二维clip-hsqc图谱采集、归属和计算得到(如图7所示，四个测试样品中对映体ipc分子实验测定rdcs值对比图)。rdcs的计算拟合定向张量通过mspin v2.3.4得到，手性识别与分析通过gcb张量公式计算得到识别角度。如图8所示，该手性定向介质实现了其性能优异的手性识别与分析，为未来确定天然产物分子的绝对构型奠定基础。

技术特征：
1.螺旋聚异腈，其特征在于，其分子结构式如下所示：其中聚合度n＝20～200，n为整数。2.合成如权利要求1所述的螺旋聚异腈方法，其特征在于，通过以下步骤实现：(1)手性胆甾端炔钯催化剂1的合成室温下，将双(三乙基膦)氯化钯、氯化亚铜和磁力搅拌子放入反应管中，无水无氧条件下，将三乙胺和溶于无水二氯甲烷的胆甾酰胺苯乙炔化合物1’加入到反应管中，搅拌反应，反应结束后，经抽滤，洗涤，重结晶得到手性胆甾端炔钯催化剂1；(2)螺旋聚异腈的合成将手性胆甾端炔钯催化剂1和手性氨基酸侧链的苯异腈单体2和磁力搅拌子放入密封的聚合瓶中，在无水无氧条件下，向聚合瓶中加入无水氯仿，加热反应，待反应结束后将反应产物冷却至室温后转移到离心管中，离心分离收集聚合物，得到目标物；。3.如权利要求1所述的螺旋聚异腈定向介质，其特征在于，将螺旋聚异腈溶解于氘代二氯甲烷溶液中，得到螺旋聚异腈定向介质。4.如权利要求3所述的螺旋聚异腈定向介质，其特征在于，其在氘代二氯甲烷溶液中的质量浓度为7.2％wt～12.8％wt。5.如权利要求3或4所述的螺旋聚异腈定向介质的应用，其特征在于，将其用于核磁共振rdcs的精确测定，对有机分子进行手性识别与分析。6.如权利要求5所述的螺旋聚异腈定向介质的应用，其特征在于，将其用于测定对映体异松蒎醇的rdcs。

技术总结
本发明公开了一种胆甾端炔功能化的螺旋聚异腈高分子定向介质及其制备方法和应用，属于有机分析技术领域。该螺旋聚合物高分子poly-2的结构如下所示：以胆甾端炔钯(II)作为催化剂，在聚合瓶中加入手性异腈单体引发反应得到。将所述聚合物高分子在氘代二氯甲烷中进行快速自组装，可实现新型溶致液晶定向介质的构建。此高分子手性定向介质能有效定向天然产物有机小分子，实现核磁共振残留偶极耦合的精确测定，用于有机分子的手性识别与分析。其制备方法简单，定向强度适宜，使得测定核磁共振残留偶极耦合中的谱图信号清晰，避免背景信号对图谱解析的干扰；而且作为手性定向介质其手性识别性能优异，为有机分子或天然产物绝对构型的确定奠定基础。绝对构型的确定奠定基础。


技术研发人员：李高伟 王晓娟 陈淑敏 刘澜涛 石帅华 莫明洋 高媛媛
受保护的技术使用者：商丘师范学院
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/22