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对杯芳烃的研究

摘要：介绍了杯芳烃的产生、性质，杯芳烃的合成及应用，研究进展，并展望了

其未来的发展。

关键词：杯芳烃性质合成应用

Abstract:Thispaperintroducescalixarenes,properties,synthesisandapplicationof

calixarene,researchprogress,andtheprospectofitsfuturedevelopment.

Keywords:CalixarenesNatureSynthesisApplication

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引言：杯芳烃一般是指由亚甲基桥连苯酚单元所构成的大环化合物.其结构如

图1所示:

杯芳烃由于和冠醚、环糊精一样具有独特的空穴结构，故被称为继冠醚和环

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糊精之后的第三代主体分子～。近十年来受到了科学工作者的广泛关注。近几

十年来,关于杯芳烃类化合物在金属离子萃取,有机催化反应和可作为模拟酶化合

物等方面的研究非常活跃。由于该类化合物具有富π2电子的疏水空腔及特殊的

立体化学结构,在对有机小分子的识别上显示出极大的优势。

杯芳烃是由对叔丁基苯酚和甲醛在碱性条件下发生缩合反应得到的大环化

合物，因其结构类似于希腊圣杯而被命名为杯芳烃“”。现在，杯芳烃的范围逐渐

扩大，间苯二酚（雷琐辛）与甲醛在酸催化条件下形成的类似结构物质，也被命

名为杯芳烃，甚至是其他的同样类似结构的物质也都被命名为杯芳烃。根据苯酚

单元数，将其命名为杯[n]芳烃。较常见的是杯[4]芳烃、杯[6]芳烃和杯[8]芳烃。

如图的化合物，被命名为对叔丁基杯[4]芳烃。

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1杯芳烃的性质

作为第三代主体超分子化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，与冠醚和环糊

精相比具有如下特点：(1)它是一类合成的低聚物，它的空穴结构大小的调节具

有较大的自由度。人们所指的杯芳烃是杯[n]芳烃，一般n-4—8，目前在碱性条

件下，n=9~19的杯芳烃都已合成出来。(2)易于衍生化。因为杯芳烃的结构特殊，

其上缘的苯环对位取代基和下缘的酚羟基均易引入官能团，进行衍生反应，得到

具有多种官能团和高度选择性的主体分子，从而具有分子识别能力。现已合成了

多杯芳烃、杯芳冠醚和杯芳穴醚、树枝状大分子等等。(3)杯芳烃能与离子和中

性分子形成主一客体包结物，这是集冠醚和环糊精两者之长。因为在杯芳烃分子

中由富电子的苯环围成的空腔具有憎水性，故能与一些中性的有机分子，如甲

酵、苯、吡啶、氯仿等形成稳定的包结配合物。(4)杯芳烃具有较好的热稳定性，

较高的熔点，以及非挥发性。而且在绝大多数溶剂中溶解度低、毒性低、揉性好。

(5)杯芳烃易于合成，原料易得且价格便宜，现在已有多种杯芳烃商品化。

2杯芳烃的合成

杯芳烃的合成主要有一步法和多步法。

2．1一步合成法

一步合成法最初是由Zinke等发现，后被Gutsche等改进和完善，它简单易

行，在酸、碱性条件下利用酚类化合物与甲醛(或其它醛)水溶液步缩合完成。一

步合成法是目前最常用的合成杯芳烃的方法，现在合成具有四、六、八个对叔丁

基苯酚单元的杯芳烃反应已相当成熟了。但反应的适应性较差，必须是在对位取

代是相同的条件下进行，而且较难得到n为奇数的杯芳烃。

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2．2逐步合成法

逐步合成法是以片断进行缩合的方法，其适应性较广，通过调节环的大小，

理论上能得到不同空穴的主体分子，合成出具有各种取代基和大小环的杯芳烃分

子。但由于步骤过于复杂，总产率不高。

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2．3杯芳烃的衍生化

在得到杯芳烃的基本骨架后，通过各种反应在其边缘引入功能基团可以得到

适合不同应用目的的衍生物。通过转移杯芳烃上缘的叔丁基，再进行卤化、硝化、

硫化、烷基化、重氮化等反应，可以得到种类繁多的衍生物。对于亚甲基部分取

代的衍生物。多数是用片段缩合法得到的。苯酚杯芳烃的酚羟基自身就是一个官

能团，它可以与多种试剂反应，制备出各种杯芳烃的衍生物。