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弱鍵結系統的車輪烷合成策略

1.2.1 液相反應

弱鍵結系統對於陰離子的配位強弱以及溶劑的極性大小相當敏感,因此在使 用鍵結力較弱的系統合成車輪烷時,盡量使用極性低、不破壞氫鍵作用力的純二 氯甲烷或氯仿作為反應溶劑。由於使用親核取代反應(SN2)進行"穿透後末端封鎖 法"合成車輪烷,會產生相反陰離子的離去基(如 Cl ,Br等),比起 PF6和 TFPB 的配位能力還要強,會干擾桿狀分子與大環的鍵結,而影響合成車輪烷的產率。

因此不會產生離去基,且可以在純的二氯甲烷或氯仿進行穿透後末端封鎖的方法 可以改善並提升合成車輪烷的效率。

由我們實驗室所發展,利用末端含有疊氮官能基的桿狀分子和 DB24C8 在二

氯甲烷中形成錯合物,再加入亞磷酸三乙酯與疊氮反應(Staudinger reaction followed Arbuzov-type dealkylation),進而合成末端為亞磷醯胺封鎖基的[2]車輪烷7。值得一 提的是,若是利用與二級銨離子錯合能力微弱( Ka=38 M-1)的大環分子 DPT24C8 於 此種車輪烷合成方法,仍可得到產率40%的[2]車輪烷。

流程 二十一 Staudinger reaction followed Arbuzov-type dealkylation

流程 二十二 利用亞磷酸三乙酯與疊氮基反應合成車輪烷

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Takata 教授利用末端含有烯烴、炔烴或腈官能基的二級銨離子在二氯甲烷穿透 DB24C8 形成準車輪烷錯合物,之後加入氰氧化物(nitrile N-oxide)與這些官能基 作1,3-dipolar 的環合加成反應,形成車輪烷8。值得一提的是,其中烯烴的反應毋 須加熱,對冠醚與銨離子之間的非共價作用力破壞最少,且只需兩小時就可以反 應完全,產率達97%。

流程 二十三 Takata 教授利用1,3-dipolar 反應合成車輪烷 1.2.2 固相反應

除了上述的液相反應之外,由前述的討論得知固相可以使大環與桿狀分子鍵 結大為增強,因此固相反應也許也是一種克服弱鍵結系統合成車輪烷的方法之 一。其作法是將大環H 和桿狀分子 G 預先溶解於溶劑中,之後將溶劑完全移除,

理論上濃度可以趨於無窮大,使得準車輪烷 HG 的量相較於溶液相中有大幅度的

提升。此時選擇合適的不會產生副產物干擾末端封鎖反應9,利用球磨進行反應形

成車輪烷,在產率的表現上應該可以有一定幅度的提升。

我們實驗室曾經發展,利用僅含有一條二甘醇鏈(diethylene glycol chain)的大 環與兩個末端皆為苯甲醛的二級銨離子溶於乙腈中,移除溶劑後在固相形成準車 輪烷,之後加入 1,8-二氨基萘(1,8-diaminonaphthalene)與末端的醛基利用球磨進行 反應,形成產率80%含有類似縮醛(acetal)的末端封鎖基的車輪烷分子10

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流程 二十四 固相反應合成車輪烷

我們還利用21C7 與兩端皆為炔烴的二級銨離子同樣的溶於乙腈,再將溶劑移

除 形 成 準 車 輪 烷 , 之 後 加 入 鄰 二 氮 雜 苯(pyridazine) 與 炔 烴 在 室 溫 球 磨 下 作 Diels-Alder 反應,形成 81%的車輪烷11

流程 二十五 固相的Diels-Alder 反應合成車輪烷

由於前面提到的 Diels-Alder 反應形成的末端封鎖基尺寸不大,在未來的應用 上會有許多限制,因此我們使用鄰二氮雜苯(pyridazine)接上兩個苯基增加尺寸,同 樣利用球磨進行Diels-Alder 反應,成功將較大尺寸的 DB24C8 內鎖12

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流程 二十六 固相Diels-Alder 反應合成[3]車輪烷

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