冠醚芳杯在固有掌性芳杯上的應用

芳杯的掌性又可分兩種：後天掌性 (acquired chirality) 和固有掌 性 (inherently chirality)。所謂後天掌性芳杯指的是，在芳杯上直接修 飾掌性基團，因此較容易拿到光學純的對掌異構物。而固有掌性芳杯，

是指在芳杯的三維結構上引入多個非掌性的官能基，使原有的對稱面

被破壞，分子不再具有對稱面或是反映中心而呈現出掌性。²⁸固有掌

性不同於一般的中心掌性 (具有掌性碳中心)、軸掌性 (只有 Cn (n > 2) 對稱軸) 或螺旋掌性 (具有螺旋軸)，是一種特殊的平面掌性 (由破壞

分子對稱面所引起），因此無論從立體化學角度，還是掌性辨識或不

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對稱催化的觀點來說，都極令人感興趣。

1993 年 Shinkai 等人曾對芳杯下緣修飾四取代、三取代及雙取代 的一系列芳杯衍生物進行討論，歸納出在不同構形、不同排列以及不

同類型取代基下，該化合物是否具有掌性性質。²⁹表五中當芳杯下緣

有四個取代基時，可能合成的衍生物有 43 種，其中包括了 23 種芳杯 衍生物，又以 partial cone 的對稱性最低，有 10 種具有掌性。而在芳 杯下緣有三個取代基時，可能合成的衍生物有 28 種，其中有 19 種具 有掌性，如表六所示。 芳杯下緣有兩個取代基時，可能合成的衍生 物有 25 種，其中有 14 種具有掌性，如表七所示 (示意圖說明如圖二 十一所示)。

由表五到表七的討論中發現，當芳杯構形為 cone 構形時，其中 由 AABC、ABCD、AABH、ABHH 這五種組合方式所形成的芳杯具 有掌性，因此許多文獻皆比照此幾種模式來對芳杯上緣、下緣、上下 緣、間位進行修飾，合成固有掌性的芳杯衍生物。

而 1,2-冠醚芳杯 (即冠醚孔洞在芳杯下緣鄰位位置形成) 的組態 正好是用於 AABC 這類型的固有掌性芳杯。鄰位的冠醚取代可看作

〝AA〞，只要上緣或下緣進行單取代修飾即可得到具有固有掌性性質

的芳杯。因此鄰位冠醚芳杯又可被看作是固有掌性芳杯的前驅物，相 當具有價值。2005 年黃志鏜院士發表了 1,2-冠醚芳杯，化合物 35，³⁰

如 圖 十 九 (a) 所 示 。 藉 著 在 鄰 位 芳 杯 冠 醚 上 修 飾 3-ethoxy-naphthalene-2-carboxylate 基團作螢光訊號基團，並在萘上接 上掌性輔助基團，來協助非鏡像異構物的拆分。水解後可得到具光學 活性的固有掌性芳杯冠醚 35a 與 35b。且當在二氯甲烷中時，放射光 譜的最大放射波長為 393 nm。當加入 700 當量的 D-與 L-亮氨醇 36 (leucinol) (圖十九 (b)) 時，35a 的螢光分別淬熄 19.3 %，與 38.8%，

結合常數 Ka則分別是 50 M^-1與 146 M^-1。如此不僅可與胺類錯合，並 且能進行光學異構物的分辨。

而本實驗室在 2010 年時，曾發表具有固有掌性的雙芳杯冠醚化 合物 37³¹ (如圖二十所示)，是第一個鄰位-對位冠醚橋聯的雙芳杯。

圖十九、固有掌性冠醚芳杯 32 (a)，與(S)-亮氨醇 30 (b)，與二者的錯 合模式 (c) 與 Stern–Volmer Plot (d)。³⁰

(c)

(a) (b)

(d)

文章中在芳杯上修飾 benzyl 與 carboxzylate 基團使芳杯形成 AABC 形態 ³¹ 的固有掌性芳杯，利用高效能液態層析儀 (high performance liquid chromatography, HPLC) 將鏡像異構物 37a 與 37b 分離。並期望 此類雙芳杯可進行掌性胺類化合物的辨識。

圖二十、具有固有掌性的冠醚橋聯雙芳杯 (±) 37。³¹

圖二十一、芳杯下緣官能基取代示意圖。²⁹

表五、下緣四取代所有可能的產物。（*表示化合物為掌性分子）。²⁹

表六、下緣三取代所有可能的產物。（*表示化合物為掌性分子）²⁹

表七、下緣三取代所有可能的產物。（*表示化合物為掌性分子）²⁹