芳杯冠醚修飾聯二萘酚衍生物之合成與其對胺基醇之掌性辨識研究

國立交通大學

應用化學系所

碩士論文

芳杯冠醚修飾聯二萘酚衍生物之合成與其對胺基醇之掌性

辨識研究

Synthesis of Binaphthyl-Derived Calix[4]crowns and Their

Chiral Recognition of Amino Alcohols

研究生：吳偉新

指導教授：鍾文聖 博士

中華民國 九十九年七月

芳杯冠醚修飾聯二萘酚衍生物之合成與其對胺基醇之

掌性辨識研究

學生：吳偉新 Student：W-Hsin Wu

指導教授：鍾文聖 博士 Advisor：Dr. Wen-Sheng Chung

國 立 交 通 大 學 應用化學系所

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Department of Applied Chemistry College of Science

National Chiao Tung University In Partial Fulfillment of the Requirements

For the Degree of Master of Science

In

Applied Chemistry June 2010

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

I

摘要

本論文主要研究之方向為兩部份，分別為掌性芳杯之合成與對掌 性分子之辨識研究，以及掌性芳杯對金屬離子之感測討論。 首先，我們成功合成出在芳杯下緣鄰位具有 (S)-(-)-BINOL 冠醚 之芳杯衍生物 (S)-(-)-42a-b，以及進一步衍生化至 (S)-(-)-43a-b、 (S)-(-)-44a-b 與 (S)-(-)-49a-b，分別進行一系列紫外可見光光譜之量 測，將化合物(S)-(-)-44a-b 與 (S)-(-)-49a 針對八類掌性小分子 50-57 進行螢光光譜篩選，觀察到螢光增強的現象，利用非線性回歸方法得 到主客間之結合常數。以(S)-(-)-44a 而言，由大至小分別為：(S)-53  (S)-55  (S)-54  (S)-52  (S)-50  (S)-51  (S)-56  (S)-57，從中討論 並且比較其掌性辨識能力，發現其中對 53 有最佳的辨識效果（Kass(R)

= 3.41*104 M-1, Kass(S) = 3.21*105 M-1, Kass(R)/Kass(S) = 1/9.41）。另外，

在與其他客體的錯合中，我們可以歸納整理出各種情況之辨識特性， 希望藉由相互比較來推論得到合理的錯合模式並探究影響掌性辨識 的行為因素。 O O O O O O O OH O O -+_H 3N O chir_{al g} uest H

possible binding sites

sensing transduction site

O O O O O O O O O O -+_H 3N O chir_{al g} uest H HO O tert-Butylcalix[4]arene BINOL BINOL tert-Butylcalix[4]arene

II O OH O OH O O O O n n (S)-(-)-42a n = 1 (S)-(-)-42b n = 2 O O_O O O O O O O O O O (S)-(-)-43a n = 1 (S)-(-)-43b n = 2 n n HO O HO O O O O O O O O O (S)-(-)-44a n = 1 (S)-(-)-44b n = 2 n n O OH O O O O O O HO O O O O OH O O O O HO O (S)-(-)-49a (S)-(-)-49b NH2 OH OH NH2 55 NH2 OH NH2 NH2 OH OH OH NH2 OH OH 50 51 52 53 54 56 57 50: alaninol 51: 1-phenylpropan-1-amine 52: leucinol 53: phenylglycinol 54: 2-hydroxyphenethylamine 55: phenylalaninol 56: 2-phenyl-1-propanol 57: styreneglycol * * * * * * * *

III

Abstract

In this thesis, a series of binaphthyl-derived chiral calix[4]crowns were synthesized and their recognition abilities toward chiral amino alcohols and metal ions were studied.

We have synthesized a series of (S)-(-)-binaphthyl-appended calix[4]crown-n ether (n = 6, 8) 41-49, which were substituted with mono- or proximal bis-carboxyl groups. The complexation properties of binaphthyl hosts (S)-(-)-44a-b and (S)-(-)-49a toward chiral amines, amino alcohols, alcohols and diols 50-57 were investigated by the UV-visible, fluorescence and CD spectroscopies. Possible binding modes of these chiral hosts toward amino alcohols 50 and 52-55 were discussed.

O O O O O O O OH O O -+_H 3N O chir_{al g} uest H

possible binding sites

sensing transduction site

O O O O O O O O O O -+_H 3N O chir_{al g} uest H HO O tert-Butylcalix[4]arene BINOL BINOL tert-Butylcalix[4]arene

The association constants (Kass)63 of 44a, 44b or 49a with chiral

guest molecules were calculated by the nonlinear fitting method of the fluorescence spectra. Furthermore, the binding ratio of 44a-b and 49a with chiral guests were determined by Job plots. The results showed that the binding abilities of 44a toward guests decrease in the order of (S)-53

 (S)-55  (S)-54  (S)-52  (S)-50  (S)-51  (S)-56  (S)-57. Furthermore, 44a exhibited a great performance for 53 in enantiomeric discrimination (Kass(R) = 3.41*10

4

M-1, Kass(S) = 3.21*10 5

M-1, Kass(R)/Kass(S) = 1/9.41). The comparisons of these complexes would give

IV

目錄

頁次 中文摘要... I 英文摘要... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... VI 式圖目錄... XIV 表目錄 ... XVI 式目錄 ...XVII 附圖目錄...XVII 化合物對照表...2222XXV 第一章 緒論... 1 1.1 前言... 1 1.2 掌性辨識之起源與發展原理... 1 1.3 螢光化學感測器之作用原理... 5 1.4 BINOL 之起源與發展... 7 1.5 冠醚之起源與發展... 16 1.6 芳杯之起源與發展... 19 第二章 .研究動機與合成... 34 2.1 含芳杯之掌性辨識感測器的設計與合成... 35 第三章 結果與討論... 37 3.1 p-tert-Butylcalix[4]arene 20 之合成... 37 3.2 Calix[4]arene 21 之合成... 38 3.3 1,1'-Binaphthyl-2,2'-diol rac-1 之合成... 39 3.4 雙對甲苯磺酰基取代 BINOL 之醚類衍生物 38a、

V

.38b 及 rac-38b 之合成... 41

3.5 p-tert-Butylcalix[4]arene 下緣鄰位端修飾冠醚衍生物 .之合成... 42

3.6 探討 BINOL 修飾冠醚之芳杯衍生物之合成... 53

3.7 圓二色光譜（Circular Dichroism spectra）之量測.... 64

3.8 對-第三丁基芳杯修飾 BINOL 之冠醚衍生物莫耳 .吸收係數之量測... 69 3.9 對-第三丁基芳杯修飾 BINOL 之冠醚衍生物對掌 .性分子篩選能力之量測... 71 3.10 對-第三丁基芳杯修飾 BINOL 之冠醚衍生物對掌 .性分子結合常數之量測... 79 3.11 對-第三丁基芳杯修飾 BINOL 之冠醚衍生物對金 .屬離子篩選能力之量測... 112 第四章 結論... 120 第五章 實驗部份... 123 5.1 試藥及測試方法... 123 5.2 實驗步驟及光譜資料... 125 第六章 參考文獻... 151 第七章 附圖... 160 6.1 部分 1 H-NMR 及 13C-NMR 光譜圖... 161 6.2 化合物(S)-(-)-49a 的 ORTEP 圖與晶體參數... 236 簡歷 ... 244

VI

圖目錄

頁次 圖一 三點交互作用模型... 3 圖二 PET 電子能階示意圖... 7 圖三 以旋光中心定義的掌性法則... 8 圖四 以軸定義的掌性法則... 8 圖五 BINOL 當中碳的各號位置... 8 圖六 BINOL 修飾不同官能基所呈現的兩種構形... 8 圖七 化合物 (R)-3 與 N-boc-phenylalanine 之螢光強度對客 體濃度作圖... 10 圖八 化合物 (R,R)-4 與 N-boc-phenylalanine 之螢光強度對 客體濃度作圖... 11

圖九 化合物 (S)-6a 與鏡像異構物 phenylalaninol 之 Stern- Volmer plots... 12

圖十 化合物 (S)-6a 與鏡像異構物 1,2-diphenylethane-1,2-d iamine 之 Stern-Volmer plots... 12

圖十一 化合物 11 與陰離子錯合之螢光放射改變光譜圖... 14

圖十二 化合物 (R)-13 對鏡像異構物 phenylethylamine 與 val ine 之 Benesi-Hildebrand plots... 16

圖十三 化合物 19 與客體分子可能之錯合模式... 19 圖十四 芳杯示意圖左圖的 calix crater 是一種希臘式水壺... 20 圖十五 芳杯之立體圖... ..21 圖十六 芳杯的四種構形... .. 22 圖十七 芳杯之環翻轉... .. 22 圖十八 各種可能之雙取代芳杯衍生物... .. 24 圖十九 各種可能之四取代芳杯衍生物... .. 24 圖二十 各種可能之三取代芳杯衍生物... .. 25

VII

圖二十一 V. Bohmer 所合成之不對稱芳杯衍生物... .. 25

圖二十二 化合物 (R)- 23 與(S)-23 分別加入二價銅離子之螢光 滴定光譜圖與 Stern-Volmer plot... .. 27

圖二十三 化合物 (R)-, (S)-35 與二價銅離子之錯合物分別加入 D-()-gluconic acid δ-lactone 之 Benesi-Hildebr-and pl ots... .. 28 圖二十四 化合物 24 與 25 之螢光滴定光譜圖... .. 29 圖二十五 兩非鏡像異構物 29-1 與 29-2 之氫核磁光譜圖... .. 30 圖二十六 兩鏡像異構物(-)-28-1 與(+)-28-2 之 CD 光譜... .. 31 圖二十七 化合物 rac-31 之分子構造... .. 32 圖二十八 兩鏡像異構物 33-1 與 33-2 之 CD 光譜圖與錯合掌性 氨基醇分子之模式... 333 圖二十九 兩主體鏡像異構物 33-1 與 33-2 對掌性氨基醇分子之 Stern-Volmer plots（主體:10-5 M，溶劑: CH2Cl2，溫 度:25℃）... .. 33 圖三十 Calix[4]arene 亞甲基架橋之氫與碳核磁共振光譜.. ... .. 47 圖三十一 化合物(S)-(-)-41a 與(S)-(-)-41b 之氫核磁共振光譜（3 00 MHz, CDCl3）... .. 47 圖三十二 化合物(S)-(-)-42a 之碳核磁共振光譜（75.4 MHz, CD Cl3）... .. 53 圖三十三 化合物(S)-(-)-42a、(S)-(-)-43a 與(S)-(-)-44a 之氫核磁 共振光譜（300 MHz, CDCl3）... .. 57 圖三十四 化合物(S)-(-)-42b、(S)-(-)-43b 與(S)-(-)-44b 之氫核磁 共振光譜（300 MHz, CDCl3）... .. 57 圖三十五 化合物(S)-(-)-48a 與(S)-(-)-48b 之氫核磁共振光譜（3 00 MHz, CDCl3）... .. 62 圖三十六 (S)-(-)-49a 之 X 光繞射單晶結構圖... .. 63 圖三十七 化合物 (R)-(-)-48a 及 (S)-(-)-48a 之圓二色光譜（溶 劑：CHCl3，溫度：298 K）... 65

VIII 圖三十八 化合物 (R)-()-48b 及 (S)-(-)-48b 之圓二色光譜（溶 劑：CHCl3，溫度：298 K）... 65 圖三十九 化合物 (R)-()-42a 及 (S)-(-)-42a 之圓二色光譜（溶 劑：CHCl3，溫度：298 K）... 66 圖四十 化合物 (R)-()-43a 及 (S)-(-)-43a 之圓二色光譜（溶 劑：CHCl3，溫度：298 K）... 67 圖四十一 化合物 (R)-()-44a 及 (S)-(-)-44a 之圓二色光譜（溶 劑：CHCl3，溫度：298 K）... 67 圖四十二 化合物 (S)-(-)-42b、(S)-(-)-43 與 (S)-(-)-44b（1×10-5 M）與各鏡像異構物小分子（1×10-5 M）之紫外-可見 光光譜圖（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... .. 71 圖四十三 所篩選之各種掌性客體小分子... . 72 圖四十四 化合物 (S)-(-)-49a 與 (S)-(-)-44a 錯合含一級胺之中 性客體分子可能之模型示意圖... .. 73 圖四十五 化合物 (S)-(-)-44a（1.0 X 10-5 M）分別加入 2 當量 不同掌性小分子後之紫外-可見光光譜圖與螢光篩選 柱狀圖（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... .. 74 圖四十六 化合物 (S)-(-)-44b（1.0 X 10-5 M）分別加入 2 當量 不同掌性小分子後之紫外-可見光光譜圖與螢光篩選 柱狀圖（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... .. 75 圖四十七 化合物 (S)-(-)-49a（1.0 X 10-5 M）分別加入 2 當量 不同掌性小分子後之紫外-可見光光譜圖與螢光篩選 柱狀圖（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... .. 76 圖四十八 化合物 (S)-(-)-49b（1.0 X 10-5 M）分別加入 2 當量 不同掌性小分子後之紫外-可見光光譜圖與螢光篩選 柱狀圖（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... .. 77 圖四十九 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的(S)-alaninol 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (S)-alaninol 濃度之曲線 圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)

-44a 與 (S)-alaninol 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5M

IX 圖五十 (a) 化合物(S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-5 eq.）的 (R)-1-phenylpropan-1-amine 之螢光光譜 圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-1-ph enylpropan-1-amine 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫 度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)-44a 與 (R)-1-phe-nylp ropan-1-amine 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5M，溶劑 ：CHCl3，溫度：25℃）... 85 圖五十一 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-5 eq.）的 (S)-1-phenylpropan-1-amine 之螢光光譜 圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (S)-1-ph enylpropan-1-amine 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫 度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)-44a 與 (S)-1-phe-nylp ropan-1-amine 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5M，溶劑 ：CHCl3，溫度：25℃）... 86

圖五十二 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-4 eq.）的 (R)-leucinol 之螢光光譜圖；(b) 化合物( S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)- leucinol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)-44a

與 (R)- leucinol 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5M，溶劑

：CHCl3，溫度：25℃）... 87 圖五十三 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-4 eq.）的 (S)-leucinol 之螢光光譜圖；(b) 化合物( S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (S)- leucinol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)-44a

與 (S)- leucinol 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5M，溶劑

：CHCl3，溫度：25℃）... 88 圖五十四 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的 (R)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；(b)化 合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對(R)-phenylglycin-ol 濃 度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物

(S)-(-)-44a 與(R)-phenylglycinol 之 Job plot（總濃度： 5.0×10-5M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 89 圖五十五 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的 (S)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；(b)化 合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對(S)-phenylglycin-ol 濃 度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物

(S)-(-)-44a 與(S)-phenylglycinol 之 Job plot（總濃度： 5.0×10-5M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 90

X 圖五十六 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的 (S)-2-hydroxyphenethylamine 之螢光光 譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (S)-2-h ydroxyphenethylamine 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3， 溫度：25℃)；(c) 化合物 (S)-(-)-44a 與 (S)-2-hy-drox yphenethylamine 之 Job plot（總濃度：5.0×10-5 M，溶 劑：CHCl3，溫度：25℃）... 91 圖五十七 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的 (R)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；(b) 化 合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-phenylalanin-ol 濃 度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物(

S)-(-)-44a 與 (R)-phenylalaninol 之 Job plot（總濃度：5. 0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 92

圖五十八 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-40 eq.）的 (S)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；(b)化 合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對(S)-phenylalanin-ol 濃 度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c) 化合物(

S)-(-)-44a 與 (S)-phenylalaninol 之 Job plo（總濃度：5. 0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 93 圖五十九 (a) 化合物(S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-8 eq.）的(S)-2-phenyl-1-propanol 之螢光光譜圖；( b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對(S)-2-phenyl-1 -propanol 濃度之曲線圖；(c) 化合物 (S)-(-)-44a(1.0× 10-5 M) 加入不同當量數（0-8 eq.）(S)-styrenegly-col 之螢光光譜圖；(d) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變 對(S)-styreneglycol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫 度：25℃) ... 94 圖六十 (a) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-51 或 (S)- 51 濃度之曲線圖比較（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）； (b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-52 或(S)- 5 2 濃度之曲線圖比較（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 95 圖六十一 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入 40 當量的(R )-53 或 (S)-53 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-53 或 (S)- 53 濃度之曲線圖比較 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 95

XI 圖六十二 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入 40 當量的 (R )-55 或 (S)-55 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光強度改變對 (R)-55 或 (S)- 55 濃度之曲線圖比較 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 95 圖六十三 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (R)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；(b ) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (R)-phenylglyc inol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (S)-(-)-44b 與 (R)-phenylglycinol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 96 圖六十四 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (S)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；(b ) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (S)-phenylglyc inol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (S)-(-)-44b 與 (S)-phenylglycinol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 97 圖六十五 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (R)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；(b ) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (R)-phenylalan inol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (S)-(-)-44b 與 (R)-phenylalaninol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 98 圖六十六 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (S)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；(b ) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (S)-phenylalan inol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (S)-(-)-44b 與 (S)-phenylalaninol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 99 圖六十七 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入 1 當量的(R) -53 或 (S)- 53 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (R)-53 或 (S)- 53 濃度之曲線圖比較 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 100 圖六十八 (a) 化合物 (S)-(-)-44b (1.0×10-5 M) 加入 1 當量的(R) -55 或 (S)- 55 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44b 螢光強度改變對 (R)-55 或 (S)- 55 濃度之曲線圖比較

XII (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 100 圖六十九 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (R)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；( b) 化合物 (S)-(-)-49a 螢光強度改變對 (R)-phenylgl ycinol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；

(c) 化合物 (S)-(-)-49a 與 (R)-phenylglycinol 之 Job p lot（總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25 ℃）... 101 圖七十 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (S)-phenylglycinol 之螢光光譜圖；( b) 化合物 (S)-(-)-49a 螢光強度改變對 (S)-phenylgl ycinol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；

(c) 化合物 (S)-(-)-49a 與 (S)-phenylglycinol 之 Job p lot（總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25 ℃）... 102 圖七十一 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (R)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；( b) 化合物 (S)-(-)-49a 螢光強度改變對 (R)-phenylal aninol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；

(c) 化合物 (S)-(-)-49a 與 (R)-phenylalaninol 之 Job p lot（總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25 ℃）... 103 圖七十二 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 （0-100 eq.）的 (S)-phenylalaninol 之螢光光譜圖；( b) 化合物 (S)-(-)-49a 螢光強度改變對 (S)-phenylal aninol 濃度之曲線圖 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；

(c) 化合物 (S)-(-)-49a 與 (S)-phenylalaninol 之 Job p lot（總濃度：5.0×10-5 M，溶劑：CHCl3，溫度：25 ℃）... 104 圖七十三 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入 10 當量的( R)-53 或(S)- 53 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-49 a 螢光強度改變對 (R)-53 或 (S)- 53 濃度之曲線圖比 較 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 105 圖七十四 (a) 化合物 (S)-(-)-49a (1.0×10-5 M) 加入 10 當量的( R)-55 或(S)- 55 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-49

XIII a 螢光強度改變對 (R)-55 或 (S)- 55 濃度之曲線圖比 較 (溶劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 105 圖七十五 (a) 化合物 (R)-()-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量 數（0-40 eq.）的 (R)-phenylglycinol 之螢光光譜圖； (b)化合物 (R)-()-44a 螢光強度改變對(R)-phenylglyc inol 濃度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (R)-()-44a 與(R)-phenylglycinol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）...106

圖七十六 (a) 化合物 (R)-()-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量 數（0-40 eq.）的 (S)-phenylglycinol 之螢光光譜圖； (b)化合物 (R)-()-44a 螢光強度改變對(S)-phenylglyc inol 濃度之曲線圖(溶劑：CHCl3，溫度：25℃)；(c)

化合物 (R)-()-44a 與(S)-phenylglycinol 之 Job plot（ 總濃度：5.0×10-5M，溶劑：CHCl3，溫度：25℃）...107 圖七十七 (a) 化合物 (R)-()-44a (1.0×10-5 M) 加入 10 當量的( R)-53 或(S)- 53 之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44 a (1.0×10-5 M) 加入 10 當量的 (R)-53 或(S)- 53 之螢 光光譜圖... 108 圖七十八 (a) 化合物 (R)-()-44a 螢光強度改變對 (R)-53 或 (S) - 53 濃度之曲線圖比較；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢光 強度改變對 (R)-53 或 (S)- 53 濃度之曲線圖比較 (溶 劑：CHCl3，溫度：25℃) ... 105 圖七十九 化合物 (S)-(-)-42a（1.0 X 10-5 M）分別加入 10 當量 不同過氯酸鹽之金屬離子後的紫外-可見光光譜圖（ 溶劑：乙腈，溫度：25℃）；(b) 化合物 (S)-(-)-42a 與 10 當量不同金屬離子之螢光篩選柱狀圖（溶劑： 乙腈，溫度：25℃）... 113 圖八十 化合物 (S)-(-)-43a（1.0 X 10-5 M）分別加入 10 當量 不同過氯酸鹽之金屬離子後的紫外-可見光光譜圖（ 溶劑：乙腈，溫度：25℃）；(b) 化合物 (S)-(-)-43a 與 10 當量不同金屬離子之螢光篩選柱狀圖（溶劑： 乙腈，溫度：25℃）... 113 圖八十一 化合物 (S)-(-)-43a（1.0 X 10-5 M）分別加入 10 當量 不同過氯酸鹽之金屬離子後的紫外-可見光光譜圖（

XIV 溶劑：乙腈，溫度：25℃）；(b) 化合物 (S)-(-)-43a 與 10 當量不同金屬離子之螢光篩選柱狀圖（溶劑： 乙腈，溫度：25℃）... 114 圖八十二 (a) 化合物 (S)-(-)-42a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 的 Cu(ClO4)2之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-42a 螢 光淬熄改變對 Cu(ClO4)2當量數之趨勢圖；(c) 化合物

(S)-(-)-42a 與 Cu(ClO4)2之 Stern-Volmer plot (溶劑：

乙腈，溫度：25℃)；(d) 化合物 (S)-(-)-42a 與 Cu(Cl O4)2之 Job plot（總濃度：1.0×10 -5 M，溶劑：CH3CN， 溫度：25℃）... 116 圖八十三 (a) 化合物 (S)-(-)-43a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 的 Pb(ClO4)2之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-42a 螢 光淬熄改變對 Pb(ClO4)2當量數之趨勢圖；(c) 化合物

(S)-(-)-43a 與 Pb(ClO4)2之 Stern-Volmer plot (溶劑：

乙腈，溫度：25℃)；(d) 化合物 (S)-(-)-43a 與 Pb(Cl O4)2之 Job plot（總濃度：1.0×10 -5 M，溶劑：CH3CN， 溫度：25℃）... 117 圖八十四 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 的 Ni(ClO4)2之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢 光淬熄改變對 Ni(ClO4)2當量數之趨勢圖；(c) 化合物

(S)-(-)-44a 與 Ni(ClO4)2之 Stern-Volmer plot (溶劑：

乙腈，溫度：25℃)；(d) 化合物 (S)-(-)-44a 與 Ni(Cl O4)2之 Job plot（總濃度：1.0×10 -5 M，溶劑：CH3CN， 溫度：25℃）... 118 圖八十五 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 的 Hg(ClO4)2之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢 光淬熄改變對 Hg(ClO4)2當量數之趨勢圖；(c) 化合物

(S)-(-)-44a 與 Hg(ClO4)2之 Stern-Volmer plot (溶劑：

乙腈，溫度：25℃)；(d) 化合物 (S)-(-)-44a 與 Hg(Cl O4)2之 Job plot（總濃度：1.0×10 -5 M，溶劑：CH3CN， 溫度：25℃）... 118 圖八十六 (a) 化合物 (S)-(-)-44a (1.0×10-5 M) 加入不同當量數 的 Pb(ClO4)2之螢光光譜圖；(b) 化合物 (S)-(-)-44a 螢 光淬熄改變對 Pb(ClO4)2當量數之趨勢圖；(c) 化合物

XV 乙腈，溫度：25℃)；(d) 化合物 (S)-(-)-44a 與 Pb(Cl O4)2之 Job plot（總濃度：1.0×10 -5 M，溶劑：CH3CN， 溫度：25℃）... 119

式圖目錄

..

頁次 式圖一 p-tert-Butylcalix[4]arene 之環化合成... 21

式圖二 Inherently chiral calix[4]crowns 之 28-1 與 28-2 之合成 路徑... 30

式圖三 Inherently chiral calix[4]crowns 33-1 與 33-2 之合成路 徑... 32

式圖四 目標化合物之合成流程圖... 36

式圖五 p-tert-Butylcalix[4]arene 20 之合成... 37

式圖六 芳杯之合成機制... 38

式圖七 Calix[4]arene 21 之合成... 39

式圖八 Retro Friedel-Craft alkylation 之反應機制... 39

式圖九 BINOL

rac-1

之合成... 40

式圖十 萘酚經由 oxidative coupling 之合成機制... 40

式圖十一 雙對甲苯磺酰基取代 BINOL 之醚類衍生化合物 (S) -(-)-38a、(S)-(-)-38b 及 rac-38b 之合成... 42

式圖十二 金屬模板效應(metal template effect）... 43

式圖十三 鄰位苯甲基取代 p-tertbutylcalix[4]arene 39 之合成.. 44

式圖十四 (S)-(-)-41a 、rac-41a、(S)-(-)-41b、rac-41b 之合成 45

式圖十五 利用 Pd/C 去保護進行 (S)-(-)-42b、rac-42b 之合成 48

XVI 式圖十七 利用 TMSBr 去保護進行 (S)-(-)-42b、rac-42b 之合 成... 51 式圖十八 利用氫化鈉進行 (S)-(-)-42a、(S)-(-)-42b 之合成... 52 式圖十九 各種 BINOL 冠醚芳杯衍生物下緣接上取代基之可 能性... 54 式圖二十 (S)-(-)-43a、(S)-(-)-43b 之合成... 55 式圖二十一 (S)-(-)-44a、(S)-(-)-44b 之合成... 56 式圖二十二 (S)-(-)-45 之合成... 58 式圖二十三 (S)-(-)-46 之合成... 59 式圖二十四 (S)-(-)-47 之合成... 60 式圖二十五 (S)-(-)-48a 與 (S)-(-)-48b 之合成... 61 式圖二十六 (S)-(-)-49a 與 (S)-(-)-49b 之合成... 61 式圖二十七 化合物 (S)-(-)-58-61 之合成... 108

表目錄

頁次 表一 分子作用力之種類與特色... 3 表二 掌性選擇辨識器之種類... 4 表三 化合物 10 與含羧酸掌性分子之結合常數與螢光強度 比較... 13 表四 化合物 (R)-11 與各掌性客體之結合常數... 15 表五 化合物 (S)-12 與各掌性客體之結合常數... 15 表六 芳杯環翻轉之活化能... 23 表七 芳杯與鏡像分子之結合常數... 27 表八 芳杯與鏡像分子之結合常數 （DMSO, 25℃）... 30

XVII

表九 rac-41a 之反應條件... 49

表十 rac-41b 之反應條件... 50

表十一 掌性芳杯化合物 42a 至 44a 及 48a 與 48b 之 CD 光譜 參數（溶劑：CHCl3，溫度：25℃）... 68 表十二 化合物 (S)-(-)-41a-45、(S)-(-)-47、(S)-(-)-49a-b 之最 大吸收波長與莫耳吸收係數（溶劑：三氯甲烷，溫度 ：298 K，濃度：10- 2.3 M）... 70 表十三 化合物 (S)-(-)-42a-44a 之最大吸收波長與莫耳吸收係 數 (溶劑：乙腈，溫度：298 K，濃度：10-2.3 M)... 70 表十四 化合物 (S)-(-)-44a 與掌性客體分子之初步篩選... 74 表十五 化合物 (S)-(-)-44b 與掌性客體分子之初步篩選... 75 表十六 化合物 (S)-(-)-49a 與掌性客體分子之初步篩選... 76 表十七 化合物 (S)-(-)-49b 與掌性客體分子之初步篩選... 77 表十八 化合物 (S)-(-)-44a、(S)-(-)-44b 及 (S)-(-)-49a 對掌性 客體分子的結合常數與掌性辨識能力之整理（溶劑： CHCl3，溫度：25℃）... 80 表十九 化合物 (S)-(-)-42a、(S)-(-)-43a 及 (S)-(-)-44a 對各金 屬離子之結合常數與錯合模式（溶劑：乙腈，溫度 ：25℃）... 116

式目錄

頁次 式一 [] = 3298.2 ... 64 式二 A ＝ *b*c... 69 式三 I I0 = 1 + 1 + + - 1 + + - 4 Ilim I₀ - 1 C_G CH 1 CHKass 2 CG CH 1 C_HK_ass CG CH 1/2 ... . 79 式四 I0/I ＝ 1 ＋ Ksv*[Q]... 115

XVIII

附圖目錄

頁次 附圖 1 1,1’-Binaphthalene-2-20-diol rac-1 之 1H-NMR (300

MHz, CDCl3)光譜圖... 161

附圖 2 1,1’-Binaphthalene-2-20-diol rac-1 之 DEPT-13

C-NM

R (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 162

附圖 3 2-(2-Iodoethoxy)ethanol 36a 之1

H-NMR (300MHz,C

DCl3)光譜圖... 163

附圖 4 2-(2-Iodoethoxy)ethanol 36a 之 DEPT-13

C-NMR (75. 4MHz, CDCl3)光譜圖... 164 附圖 5 2-(2-(2-Iodoethoxy)ethoxy)ethanol 36b 之1 H-NMR ( 300MHz, CDCl3)光譜圖... 165 附圖 6 2-(2-(2-Iodoethoxy)ethoxy)ethanol 36b 之 DEPT-13 C -NMR (75.4MHz, CDCl3)光譜圖... 166 附圖 7 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bis (ethane-2,1-diyl))bis(oxy)diethanol (S)-(-)-37a 之 1H- NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 167 附圖 8 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bis (ethane-2,1-diyl))bis(oxy)diethanol (S)-(-)-37a 之 DE PT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜... 168 附圖 9 (S)-(-)-2,2'-Bis(8-hydroxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'- binaphthy (S)-(-)-37b 之1H-NMR (300MHz, CDCl3) 光譜圖... 169 附圖 10 (S)-(-)-2,2'-Bis(8-hydroxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'- binaphthy (S)-(-)-37b 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 170 附圖 11 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bis (ethane-2,1-diyl))bis(oxy)bis(ethane-2,1-diyl) bis(4-m ethylbenzenesulfonate) (S)-(-)-38a 之 1H-NMR (300M Hz, CDCl3)光譜圖... 171 附圖 12 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bis

XIX

(ethane-2,1-diyl))bis(oxy)bis(ethane-2,1-diyl) bis(4-m ethylbenzenesulfonate) (S)-(-)-38a 之 DEPT-13C-NMR

(75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 172 附圖 13 (S)- (-)-2,2'-Bis(8-tosyloxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'- binaphthyl (S)-(-)-38b 之1H-NMR(300MHz, CDCl3)光 譜圖... 173 附圖 14 (S)- (-)-2,2'-Bis(8-tosyloxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'- binaphthyl (S)-(-)-38b 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 174 附圖 15 rac-2,2'-Bis(8-hydroxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'-bin aphthy rac-37b 之 1H-NMR (300MHz,CDCl3)... 175 附圖 16 rac-2,2'-Bis(8-tosyloxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'-bin aphthyl rac-38b 之 1H-NMR (300MHz, CDCl3) 光譜 圖... 176 附圖 17 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-dihydroxy-p-tertbutylca lix[4]arene 39 之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖.. .177 附圖 18 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-dihydroxy-p-tertbutylca lix[4]arene 39 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3) 光譜圖... .178 附圖 19 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8

-p-tertbutylcalix[4]arene, 1,2-Alternate Conformer (S)-

(-)-41a 之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 179

附圖 20 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutylcalix[4]arene, 1,2-Alternate Conformer (S)-

(-)-41a 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖 180

附圖 21 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutyl calix[4]arene, Cone conformer (S)-(-)-41b 之1

H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 181

附圖 22 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutyl calix[4]arene, Cone conformer (S)-(-)-41b 之 DEPT-13

C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 182

附圖 23 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutylcalix[4]arene, 1,2-Alternate Conformer rac

XX

-41a 之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 183

附圖 24 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutylcalix[4]arene, 1,2-Alternate Conformer rac

-41a 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖.. 184

附圖 25 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutyl calix[4]arene, Cone conformer rac-41b 之

1

H-NMR (300MHz, CDCl3 )光譜圖... 185

附圖 26 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown-8 -p-tertbutyl calix[4]arene, Cone conformer rac-41b 之 DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 186 附圖27 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42a之1H-NMR(300 MHz, CDCl3 )光譜圖... 187 附圖28 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42a之DEPT-13C-N MR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 188 附圖 29 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene rac-42b 之1H-NMR (300 MHz, CDCl3)光譜圖... 189 附圖 30 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene rac-42b之DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 190 附圖 31 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42b 之1H-NMR (3 00MHz, CDCl3 )光譜圖... 191 附圖 32 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydro xy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42b 之 DEPT-13C-N MR (75.4 MHz, CDCl3 )光譜圖... 192 附圖 33 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-diethyl- 2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-43a 之1

H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 193

附圖 34 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-diethyl- 2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-43a

XXI 之 DEPT-13 C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 194 附圖 35 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-diethyl- 2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-43 b 之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 195 附圖 36 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-diethyl- 2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-43b 之 DEPT-13 C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 196 附圖37 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6)]-27,28-dimeth oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44a之 1 H-NMR (300MHz, CDCl3 )光譜圖... 197 附圖38 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6)]-27,28-dimeth oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44a之D EPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3 )光譜圖... 198 附圖39 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8)]-27,28-dimeth oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44b之 1 H-NMR (300MHz, CDCl3 )光譜圖... 199 附圖40 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8)]-27,28-dimeth oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44b 之 DEPT-13 C-NMR (75.4 MHz, CDCl3 )光譜圖... 200 附圖41 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-di-(N, N-diethylacetamide)-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)- 45 之1H-NMR (300MHz, CDCl3 )光譜圖... 201 附圖42 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-di-(N, N-diethylacetamide)-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)- 45之DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 202 附圖43 25,26-[rac-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dipropyl- p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-46 之1H-NMR(300M Hz, CDCl3)光譜圖... 203 附圖44 25,26-[rac-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dipropyl- p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-46之DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 204 附圖45 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydr oxy-calix[4]arene (S)-(-)-47 之1H-NMR(300MHz, C

XXII DCl3)光譜圖... 205 附圖46 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydr oxy-calix[4]arene (S)-(-)-47之DEPT-13C-NMR (75.4 MHz, CDCl3)光譜圖... 206 附圖47 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-ethyl-2-m ethoxyl acetate-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene

(S)-(-)-48a之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 207

附圖48 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-ethyl-2-m ethoxyl acetate-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene (S)-(-)-48a之DEPT-13C-NMR(75.4 MHz, CDCl3)光譜

圖... 208 附圖49 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2

8-ethyl-2-methoxyl acetate-p-tertbutyl calix[4]arene (

S)-(-)-48b之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 209

附圖50 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2 8-ethyl-2-methoxyl acetate-p-tertbutyl calix[4]arene ( S)-(-)-48b之DEPT-13C-NMR(75.4 MHz, CDCl3)光譜 圖... 210 附圖51 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-2-methox ylacetateacid-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene (S) (-)-49a之1H-NMR (300MHz, CDCl3)光譜圖... 211 附圖52 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-2-methox ylacetateacid-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene (S) (-)-49a之DEPT-13C-NMR(75.4 MHz, CDCl3 )光譜圖 212 附圖53 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2 8-2-methoxylacetateacid -p-tertbutylcalix[4]arene (S)- (-)-49b之1H-NMR (300MHz, CDCl3 )光譜圖... 213 附圖54 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2 8-2-methoxylacetateacid -p-tertbutylcalix[4]arene (S)- (-)-49b之DEPT-13C-NMR(75.4 MHz, CDCl3 )光譜圖 214 附圖 55 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bi s(ethane-2,1-diyl))bis(oxy)diethanol (S)-(-)-37a 之 F AB質譜圖... 215

XXIII

附圖 56 (S)-(-)-2,2'-Bis(8-hydroxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'

-binaphthy (S)-(-)-37b 之 FAB 質譜圖... 216 附圖 57 (S)-(-)-2,2'-(2,2'-(1,1'-binaphthyl-2,2'-diylbis(oxy))bis

(ethane-2,1-diyl))bis(oxy)bis(ethane-2,1-diyl)bis(4-me thylbenzenesulfonate) (S)-(-)-38a 之 FAB 質譜圖... 217 附圖 58 (S)-(-)-2,2'-Bis(8-tosyloxy-3,6-dioxa-1-octyloxy)-1,1'

-binaphthyl (S)-(-)-38b 之 FAB 質譜圖... 218 附圖 59 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-dihydroxy-p-tertbutylca

lix[4]arene 39 之 FAB 質譜圖... 219 附圖 60 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown

-8-p-tertbutylcalix[4]arene, 1,2-Alternate Conformer ( S)-(-)-41a 之 FAB 質譜圖... 220 附圖 61 25,26-bis[(2-benzloxy]-27,28-(2,2'-binaphthyl-crown

-8-p-tertbutyl calix[4]arene, Cone conformer (S)-(-)-4

1b 之 FAB 質譜圖... 221 附圖 62 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-dihydr oxy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42a 之... 222 附圖 63 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydr oxy-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-42b 之 FAB 質譜 圖... 223 附圖 64 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydr

oxy-p-tertbutylcalix[4]arene rac-42b 之 FAB 質譜圖 224 附圖 65 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27,28-diethyl -2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-4 3a 之 FAB 質譜圖... 225 附圖 66 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-diethyl -2-methoxyl acetate-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-4 3b 之 FAB 質譜圖... 226 附圖 67 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6)]-27,28-dimeth oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44a 之 FAB 質譜圖... 227 附圖 68 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dimeth

XXIV oxylacetateacid-p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-44b 之 FAB 質譜圖... 228 附圖 69 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-di-(N,N -diethylacetamide)-p-tertbutylcalix[4]arene(S)-(-)-45 之 FAB 質譜圖... 229 附圖 70 25,26-[rac-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dipropyl- p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-46 之 FAB 質譜圖... 230 附圖 71 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-8]-27,28-dihydr oxy-calix[4]arene (S)-(-)-47 之 FAB 質譜圖... 231 附圖72 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-272-ethyl-2-m

ethoxy acetate-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene (

S)-(-)-48a 之 FAB 質譜圖... 232 附圖 73 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2

8-ethyl-2-0methoxyl acetate-p-tertbutyl calix[4]arene ( S)-(-)-48b 之 FAB 質譜圖... 233 附圖 74 25,26-[(S)-(-)-2,2'-binaphthyl-crown-6]-27-2-methox ylacetateacid-28-hydroxy-p-tertbutyl calix[4]arene (S) -(-)-49a 之 FAB 質譜圖... 234 附圖 75 25,26-[(S)-(-)-2,21'-biaphthyl-crown-6]-27-hydroxy-2 8-2-methoxylacetateacid -p-tertbutylcalix[4]arene (S)-(-)-49b 之 FAB 質譜圖... 235

XXV

化合物對照表

O O N H O O H H S OH OH NH NH Ph Ph OH OH NH NH Ph Ph Me Me OH OH N H R R = n-C4H9 3 4 5 OR1 OR2 OR2 Or2 6 R1 = R2 = H OH OH NH NH HN HN HO HO EtO EtO OEt OEt 10 OH OH NH NH HN HN HO HO OH OH NH HN HO HO OH O NH HN HO O (CH2)4 OH OH N N N+ N+ OH OH N N N+ N+ 2PF6- 2PF6 -11 12 O O O O O O O O 13 1 2 7 8 9 O O O O O O 14 O O O O O O O O COOH COOH 15 OH OH

XXVI O O O O O O R R O O O O O O C6H5 C₆H₅ R = H R = Me R = CH2OCH3 R = CH2OC6H5 R = CH2OC6H4OCH3-p R = CH2SC6H5 R = R = C6(CH3)5 N N O C6H5 N O O O O O O O R R N+ H H H R O O O O O O HOOC COOH COOH HOOC 19 OH HO OH OH OH HO OH OH HO OH N N O O X O O O O O O n X = 22a : n = 0 22b : n = 1 OH OH OH O O O O O O (R)-23 (S)-23 OH OH O O NH HN O O NH HN S S HN NH OH OH O O NH HN O O NH HN S S HN NH 24 25 16 17 18 20 21 OH O O O O O O OH O O O O O O O O O OH OH O O O O O O O O HO 29-1 29-2 (-)-28-1 (+)-28-2 rac-27 rac-28 OH O HO O O O O 26

XXVII OH O O O O O O rac-31 n = 2 O COOCH3 n O O O O O O rac-32 n = 2 O COOCH3 n O O O O O O O rac-33 n = 2 O COOH n O OH O HO O O O O rac-30 n = 2 n Cl O nOH O O O O OTs OTs n n (S)-(-)-38a n = 2 (S)-(-)-38b n = 2 35a n = 1 O O O O OH OH n n (S)-(-)-37a n = 1 (S)-(-)-37b n = 2 I O nOH 35b n = 2 36a n = 1 36b n = 1 OH O HO O 39 O O O O 40 O O O O O O O O n n (S)-(-)-41a n = 2 rac-41a n = 2 O O O O O O O O n n (S)-(-)-41b n = 2 rac-41b n = 2 O OH O OH O O O O n n (S)-(-)-42a n = 1 (S)-(-)-42b n = 2 O O_O O O O O O O O O O (S)-(-)-43a n = 1 (S)-(-)-43b n = 2 n n O O O O O O 34-1 34-2 n = 2 O n O O O HO

XXVIII HO O HO O O O O O O O O O (S)-(-)-44a n = 1 (S)-(-)-44b n = 2 n n N O_N O O O O O O O O O (S)-(-)-45 n = 2 n n O O O O O O O O (S)-(-)-46 n = 2 n n O OH O OH O O O O n n (S)-(-)-47b n = 2 rac-47b n = 2 O OH O O O O O O HO O O O O OH O O O O HO O (S)-(-)-49a (S)-(-)-49b O OH O O O O O O O O O O O OH O O O O O O (S)-(-)-48a (S)-(-)-48b NH2 OH OH NH2 55 NH2 OH NH2 NH2 OH OH OH NH2 OH OH 50 51 52 53 54 56 57 O OH O OH O O O O (S)-(-)-58 O2N O2N (S)-(-)-59 (S)-(-)-60 O O O O O O O O O O HO OH O O O O O O HO O2N NO2 OH O O O O O _OH HO O (S)-(-)-61

謝誌 南風又輕輕地吹送,四年的大學生活以及兩年的研究所生涯,就 這樣劃上了句點。回想這段研究所的求學過程,深深地感謝交大對我 的栽培,感謝良師指導、益友相伴,更感謝一路上陪伴我、支持我的家 人與好友,因為你們的鼓勵與協助才能有今日的成果! 在大三奔波於學會的歲月中，感謝恩師鍾文聖指導教授的賞鑑， 讓我有機會從幅員遼闊的化學領域裡，看到了在碩士兩年當中所想要 努力追求的方向與目標，並教導我對於研究所需的態度及方法，且運 用在未來人生等旅途中的啟發及起點。 在進入碩班的懵懂與熱血之際，感謝學長姊們不吝惜地將所知與 所聞傳遞給我：凱奇學長給予我推甄上的照顧，很珍惜我們一起相伴 遊東京的五天；羅鈞博士給予我碩士題目的啟發，短暫的一年中，伴 著我由零一起成長，直到終於了解自己的研究目的以及擁有自己新的 想法；俞臻學姊、乃珍學姊和怡婷學姊給予我實驗以及論文上莫大的 幫助，十分感謝妳們的嚴格指教。 兩年中的淚水與歡笑，有著喜歡喇賽的 Lilly 姊、土財主張大師、 目前邁向博二的小蔡、一直想回花蓮的小胎哥和終於從軍中解脫的小 白，一同帶領著我由碩一踏入碩二；有著當了六年同窗的小花兒、桌 球很威的阿名和職棒組頭 Prof.Doc.KC 黃一起從碩一奮鬥到碩二；另 外還有熱火 POTATO、馬刺師仔、映蓉小美眉與信良阿兄一起新加入 的鍾 LAB 新血、未來的博班人選，謝謝你們一路以來的陪伴與鼓勵。 最後我要感謝中午陪我吃 MOS 的阿誠，我們終於要從交大畢業 了；攻讀博班的阿文跟阿群，希望你們為自己闖出一片天；最後我要 感謝女友蝦蝦給我的精神上支持以及我最親愛的家人對於我從小到 大的栽培與照顧；謝謝每一個我認識的人，希望你們能事事順心。

1

第一章 緒論

1.1 前言

超分子化學（Supramolecular chemistry）是化學的一門分支，為 超越單一分子範疇的化學，專注於分子之間的非共價鍵結作用1_。相 較於傳統化學上所研究的共價鍵，超分子化學所研究的對象是一些較 弱且較具可恢復性的分子間作用，例如氫鍵、金屬配位、疏水性效應、 凡得瓦力以及 - 重疊作用等。而超分子化學從這些研究中闡明了 一些新概念，例如分子的自我組裝 (molecular self-assembly)、摺疊、 分子辨識 （molecular recognition）、主-客體化學（host-guest chemistry） 等2_{，並也在分子機械 (molecular machine)}3 _{的領域中扮演了舉足輕}

重的角色。自 1987 年 D. J. Cram、J. M. Lehn 與 C. J. Pedersen 三人共 同獲頒諾貝爾化學獎以來，超分子化學便在近代化學中蓬勃發展，在 生物藥學領域中，亦借助了許多超分子化學研究來了解生物系統的運 作。4

1.2 掌性辨識器之起源與發展原理

主客化學中，除了分子辨識、陽離子與陰離子辨識之外，掌性分 子辨識更為近年來被熱門研究的領域項目。掌性 (chirality) 源自於

2 希臘字 cheir“手掌”的意思。19 世紀中，L. Pasteur 最先成功分離兩 鏡像異構物，直到 L. Kalvin 在 1904 年定義了此概念後，便不斷有許 多方法試圖分離或分辨兩鏡像異構物。由於掌性分子在無生命或等向 性的環境中具有相同的物理特性，但在生命體或溶液等不具有等向性 的環境中則表現出不同的化學或物理特性，因此在生化或製藥領域中 扮演著關鍵性的角色。掌性分離或辨識需要利用一已知掌性選擇器 (selector) 來 選 擇 性 錯 合 掌 性 分 子 成 為 兩 種 非 鏡 像 異 構 (diastereomer)以達到辨識或分離的效果。5 掌性辨識 (chiral recognition) 所主要利用的關鍵原理為一對掌 性分子與掌性選擇器所錯合形成的兩種非鏡像異構物，因為彼此有不 同的吉布斯自由能 (Gibbs free energy) 而在選擇性上有所不同。其中 的交互作用力，早在 1933 年，Easson 和 Stedman 就已提出了三點交 互作用 (Three point interaction) 的概念及模型，6_{如圖一所示。原始}

被定義成最好為三邊的吸引力，但就廣義而言，若兩邊為排斥力而至 少有一邊為吸引力即可有效辨識掌性分子，因此並不需要非得三種不

同取代基的作用力，例如苯環間的 - 作用力被視為包含兩點的作

3 圖一、三點交互作用模型6 表一、分子作用力之種類與特色 6 作用力種類 強度 方向 距離 Coulomb 或 electric 非常強 吸引或排斥 中 (1/d2 ) Hydrogen bond 非常強 吸引 長 Steric hindrance 非常強 排斥 非常短 - 強 吸引或排斥 中 Ion-dipole 強 吸引 短 Dipole-dipole 中強 吸引 短 (1/d3) Dipole-induced-dipole 弱 吸引 非常短 (1/d6 ) Lond dispersion

或 van der Waals

非常弱 吸引 非常短 (1/d6

4

表二、掌性選擇辨識器之種類 6

Selector Mechanism Primary interation

Synthetic selectors

Ligand exchange Diastereomeric selector -metal-ion-analyte association

Coulomb or ion -dipole

-complex Transient three-point- selector-analyte association

-

MIPs Key-and-lock association Selective shape interaction with the imprint Chiral crown ether Inclusion complexation Ion-dipole Polymers Diastereomeric selector

-analyte complex

Hydrogen bond Natural selectors

Proteins Multiple binding sites Variable Polyaccharides Insertion into helical

Structure

Hydrogen bond, dipolar, or steric CDs Inclusion complexation Hydrogen bond Macrocyclic

glycopetides

Multiple binding sites Variable

Cinchona alkaloids Ion pairing Coulumb

此外，Pirkle 和 Pochapsky 在 1989 年，簡單明述了三點交互原理 對於掌性辨識的重要性。8_{近年來，X. Zhang、J. S. Bradshaw 與 R. M.}

5 於掌性胺類化合物的辨識提出五項基本原則：（一）若掌性的巨環物 能合理的與掌性分子形成錯合物，則排斥力將決定性影響主客之間的 穩定度，使鏡像異構物間的選擇性有所不同；（二）越大的掌性能量 障礙可得到越好的掌性辨識能力；（三）錯合的構形剛硬與否以及是 否有多點的交互作用，在辨識中極為重要；（四）錯合物的結構完整 度會影響排斥力是否可有效地作用；（五）擁有 C2、C3與 D2對稱性 的巨環受體相較於 C1與 D3對稱性之選擇性要來得佳。9 無論是分子辨識、陽離子與陰離子辨識，化學感測器包含了兩種 單元：一為辨識端 (recognition unit) 另一為感應端 (sensing unit)， 我們必頇利用某些訊號的改變，如紫外-可見光或螢光、電位或電流、 核磁共振光譜（NMR，Nuclear Magnetic Resonance）的化學位移等改

變來分析辨識的結果。11_{因此，如何設計好的化學感測器使之具有高}

選擇性及高靈敏度，並且不需要有太繁複的化學合成以及對環境的傷 害降至最小。11_{本篇論文將以 p-tert-butylcalix[4]arene 為平台、冠醚作}

為辨識端以及 1,1'-聯二萘酚（BINOL，1,1'-Bi-2-naphthol）作為感應 端之螢光放射來設計主體化合物，並深入探討其應用。

6 1.3 螢光化學感測器之作用原理 螢光化學感測器（flourogenic chemosensor）係以螢光作為訊號傳 遞的化學感測器，當離子或分子與感應器錯合後，會造成螢光基團的 光物理性質改變，常見的物理變化包括：吸收及放射波長的紅/藍位 移、螢光增強或淬熄以及激態生命期的長短。導致螢光基團發生光物 理變化的主因通常是離子錯合改變了感應器原本的構形及分子軌域 能量，所以錯合物受激發後，會進行有別於未錯合分子的光誘導 （photoinduced）機制，這些機制包括：光誘導電子轉移 （photoinduced electron transfer, PET ）12a、單體-激態雙體之形成（ formation of monomer-excimer）12b、光誘導電荷轉移（photoinduced charge transfer, PCT）12c 以及螢光共振能量轉移 （fluorescence resonance energy transfer, FRET）12d。本篇論文係利用 PET 機制進行錯合研究，以下 將僅針對此機制做基本的介紹與應用。 光誘導電子轉移（PET）、會造成螢光的淬熄是螢光化學感測器 中最常見的機制，其原理可由圖二來解釋。13_{感應器分子的辨識端具} 有電子的提供者（electron donor），而螢光基團扮演電子的接受者 （electron acceptor），當辨識端未與待測物發生作用時，螢光基團在 激發態下，辨識端的最高填充分子軌域（HOMO）上的電子，會躍遷 至螢光基團的 HOMO 上，使得螢光基團的最低未填滿分子軌域

7 （LUMO）上的電子，無法以放光的形式躍遷，造成螢光的淬熄，而 當其辨識端和待測物發生作用後，會降低其電子的供給能力，使螢光 強度增強。此機制僅造成螢光強度強弱的改變，並不會造成波長位置 的變化。 圖二、PET 電子能階示意圖13

1.4 BINOL 之起源與發展

聯二萘酚（BINOL，1,1'-Bi-2-naphthol）1 主要為兩 2-萘酚在 1 號位置生成的碳碳鍵，因芳香烴與芳香烴之間於常溫下，其構形穩定 所形成的兩種掌性結構，並具有特殊的軸旋光性（axial chirality）。其 旋光性的定義則是已不同以往單一旋光中心的定義法則，而是採用平 行穿越軸心的視角，先看前方再看後方的方法來定義右旋（R）或左

8 旋（S），如圖三、四所示。14 圖三、以旋光中心定義的掌性法則。14_{圖四、以軸定義的掌性法則。} 一般而言，可進一步修飾 BINOL 的部分除了苯酚的羥基端，另 外還可從 3 號、6 號和 7 號位置衍生出具有功能性的化合物，如圖五 所示。修飾過後的 BINOL 衍生物，會在兩萘酚間的角度呈現兩種模 式，15_{如圖六所示。} 圖五、BINOL 當中碳的各號位置。15 _{圖六、BINOL 修飾不同官能基} 所呈現的兩種構形。15b, 15c, 15d 14 1 OH OH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

9 最早在 1873 年，von Richter 等人首度成功製備出外消旋 （racemic）BINOL 之後，16a Noyori 教授在 1979 年，首度運用 BINOL 的旋光特性在還原芳香性的酮類及醛類的不對稱合成催化上，有著顯 著的成效。16b_{在純化(R)或(S)-BINOL 方面，則在 1993 年 Toda 教授} 的努力下，利用簡單的方法將(R)或(S)-BINOL 成功由外消旋(racemic) 有效地分離，大幅提升了 BINOL 的可朔性。16c_{因此，BINOL 不僅在} 不對稱合成上有著重要的地位，更是近年來被廣泛運用在具有鏡像選 擇性（enantioselective）的螢光辨識研究中，尤其以辨識掌性羧酸基 或胺基醇類化合物為主。16d_{其中直接對 BINOL 的修飾所合成出的掌} 性感測器（chiral sensor）更是不勝枚舉，17 _{例如 2002 年 Pu 教授利} 用 BINOL 苯酚的羥基端，18_{將兩個體之間由二級胺相連接，合成出} 化合物 2。利用氮上的孤對電子對經由 PET 機制使 BINOL 的螢光淬 熄，一旦掌性分子 Mandelic acid 與主體分子 2 形成錯合物時，氮上 的孤對電子將受羧酸的影響，抑制了 PET 使得螢光增強。 O O N H O O O H O O H H H S 2 OH COOH Mandelic acid Pu Lin, 2002 18

10 此外，若是將雙體改為單體並利用相同的感應模式也有不錯的選 擇效果。2004 年 Pu 教授合成出從 BINOL 的三號碳衍生出來的二級 胺基團 3，19_{不但能成功地選擇性錯合掌性 Mandelic acid，而且更加} 提升對於稍大的 N-boc-phenylalanine 之錯合靈敏度。若將辨識端改為 具有旋光性質的二級胺基團 4，則更能增強選擇性，若降低主體對稱 性，由雙邊改為單邊的化合物 5，則選擇性將因此變差。 OH OH NH NH Ph Ph OH OH NH NH Ph Ph Me Me OH OH N H R R = n-C4H9 3 4 5 Pu Lin, 2004 19 圖七、化合物 (R)-3 與鏡像異構物 N-boc-phenylalanine 之螢光強度 對客體濃度作圖 19 (R)-3 + D-N-boc-phenylalanine (R)-3 + L-N-boc-phenylalanine

11 圖八、化合物 (R,R)-4 與鏡像異構物 N-boc-phenylalanine 之螢光 強度對客體濃度作圖19 由 BINOL 為主體進行修飾的文獻中，亦可用來辨識掌性胺基醇， Pu 教授在 2006 年發表的文章中指出，20經過修飾後的 BINOL 較未 經修飾的明顯對於辨識掌性分子來得有效率。其原因來自原本苯酚的 羥基端對胺基類的客體具有明顯的螢光淬熄效應，若在化合物 6a 之 BINOL 的 3 號碳上衍生出一對羥基團，則不但提升了淬熄效率更提 高了掌性的選擇性。假如保護上任何一端的羥基，則對於螢光淬熄不 但無幫助，更無法有效辨識客體分子，如圖九與圖十所示。 OR1 OR2 OR2 Or2 6a R1 = R2 = H 6b R1 = H, R2 = Me 6c R₁= Me, R₂ = H R H2N HO Pu Lin, 2006 20 (R,R)-4 + D-N-boc-phenylalanine (RR)-4 + L-N-boc-phenylalanine

12

圖九、 化合物(R)-6a 與鏡像異構物 phenylalaninol 之 Stern - Volmer plots20 圖十、化合物(R)-6a 與鏡像異構物 1,2-diphenylethane-1,2-diamine 之 Stern-Volmer plots20 繼 2002 年之後，於 2007 年 Pu 更對於一系列的 bis-BINOL 化合 物針對 mandelic acid 等衍生物有更深入的比較與探討。文章中仔細地 探討了化合物 7、8、9 與 10 對客體分子的螢光篩選，其中以化合物 10 而言，觀察到對 hexahydromandelic acid 有最強的螢光增強差異比

（ef = 64, enantiomer fluorescence difference ratio）如表三所示。但客 體分子的立障基團若較遠離旋光中心，則辨識效果較差。 NH2 NH2 (R)-6a + (S)-phenylalaninol (R)-6a + (R)-phenylalaninol (R)-6a + (R,R)-1,2-diphenylethane-1,2-diamine (R)-6a + (S,S)-1,2-diphenylethane-1,2-diamine

13 OH OH NH NH HN HN HO HO OH OH NH HN HO HO OH O NH HN HO O (CH2)4 7 8 9 OH OH NH NH HN HN HO HO EtO EtO OEt OEt 10 Pu Lin, 2007 21 表三、化合物 10 與含羧酸掌性分子之結合常數與螢光強度比較21

14 除了針對中性分子進行辨識之外，2009 年 Yu 教授利用 BINOL 在三號碳端不經過亞甲基直接修飾上咪唑陽離子，22_{使得主體 12 不} 僅是利用螢光辨識，更對於氟離子及醋酸根離子因主體變色，直接以 肉眼就能夠辨識，但經過亞甲基修飾的主體則不發色。更進一步偵測 具掌性 t-Boc（t-Butoxycarbonyl）的胺基酸根離子時，螢光的辨識選 擇性（KL/KD）竟可達 4.5 之多，而經過亞甲基修飾的主體則只有 2.9。 OH OH N N N+ N+ OH OH N N N+ N+ 2PF6- 2PF6 -11 12 Yu Xiao-Qi, 2009 22 圖十一、化合物 11 與陰離子錯合之螢光放射改變光譜圖22 11 11

15 表四、化合物 (R)-11 與各掌性客體之結合常數22 Guests KL (M-1) KL/KD KD (M-1) Ala 4.55*105 4.5 1.02*105 Ser 7.31*105 2.1 3.45*105 Leu 2.12*105 3.9 0.55*105 Phe 3.23*105 1.7 1.93*105 表五、化合物 (S)-12 與各掌性客體之結合常數22 Guests KL (M-1) KL/KD KD (M-1) Ala 2.13*105 2.9 6.26*105 Ser 8.03*105 1.8 14.2*105 Leu 3.96*105 1.5 5.94*105 Phe 3.50*105 1.5 5.26*105 不單只是修飾在三號位置，2007 年 Karnik 等人合成出融合呋喃 （furan）之 BINOL 來加強旋光性與增加吸收波長，23_{並在苯酚的羥} 基端接上冠醚環，形成類似冠-六-醚環的構造 13。冠醚上的氧原子 透過分子內 PET 機制減弱了螢光基團的發光，當客體分子上的一級 銨鹽穩定了氧原子上之孤對電子對，造成了整體螢光的增強，對於 Phenylethylamine 及 ethyl ester-Valine 擁有十分優異的掌性辨識。

16 O O O O O O O O N+ H H H H3C Ph ClO4 -O O O O O O O O N+ H H H ClO4 -O O

13 + Phenylethylamine 13 + Ethyl ester-valine

Anil V. Karnik, 2007 23

圖十二、化合物 (R)-13 對鏡像異構物 phenylethylamine 與 valine 之 Benesi-Hildebrand plots 23

1.5 冠醚之起緣與發展

冠醚（crown ether）是由 dioxane 所衍生出的環狀寡聚物，簡單 表示法是以 ethyleneoxy (-CH2CH2O-)n , n≧4 的通式存在（當 n = 3 時極為少見），最常見的為當 n = 6 時所形成的 18-crown-6。早在 1960 年代中期，化學家 Pedersen 在一項實驗計畫當中，24_{為了要研究化合} 物，卻意外的發現了這項副產物 14（dibenzo-18-crown-6）與鉀的錯 合物。由於這項重大發現，開創了包括生化離子傳輸、界面傳導催化 (R)-13 + (R)-phenylethylamine (R)-13 + (S)-phenylethylamine (R)-13 + (R)-ethyl ester-valine (R)-13 + (S)-ethyl ester-valine

17 劑等新興領域，更開拓了超分子領域在陽離子辨識或者分子機械在其 中的重要地位。25_{另外，冠醚除了能對鹼金屬（alkali metals）有良好} 的錯合能力外，更對一級銨根離子（RNH3+）具有方向性的錯合。有 鑑於此特殊性，在 1974 年化學家 Cram 發表了結合冠醚與 BINOL 等 一系列對於掌性辨識的相關研究與討論，26_{為掌性感測器寫下重要的} 序文。 O O O O O O 14 NH2 O HO Valine O O O O O O O O COOH COOH 15 C. J. Pedersen, 1967 24 D. J. Cram, 1974 26 爾後，Cram 教授為了進一步研究在 BINOL 三號碳延伸出不同 的取代基，27_{發現其取代基的大小差異而有著不同的辨識效果，若取} 代基為較大或較小的基團，辨識的程度不佳；但若取代基團在兩極端 之間，則會有較佳的辨識效果。1987 年，Shinbo 教授直接在 BINOL 三號碳接上了苯環基團，28_{結果比起先前所發表過的化合物在實驗上} 有最佳的辨識效果，因此，比起企圖增加官能基團對客體的吸引力， 不如善加運用立體位障來達到掌性辨識之目的。

18 O O O O O O R R O O O O O O C6H5 C6H5 R = H R = Me R = CH2OCH3 R = CH2OC6H5 R = CH2OC6H4OCH3-p R = CH2SC6H5 R = R = C6(CH3)5 N N O C6H5 16 17 D. J. Cram, 1979–1988 27 T. Shinbo, 1987 28

Tripod hydrogen binding

N O O O O O O O R R N+ H H H R 18

R. M. Izatt, 1984 29 Crystal structure 30

因此，利用冠醚對一級銨根離子有很好的錯合能力之特性， 2006 年 Lovely 發表了一篇關於利用氫核磁共振光譜，探討主體化合物 19 對一級胺與二級胺的外消旋化合物之辨識工作，31_{可以觀察到化合物} 19 對中性的二級胺外消旋化合物，以及對含一級銨根離子的外消旋 化合物具有辨識能力，但對二級銨根離子之外消旋化合物則無辨識能 力，說明不論是以氫鍵作用力或離子作用力下，掌性辨識必頇利用最 少三種交互作用力才有機會發揮作用，如圖十三所示。

19 O O O O O O HOOC COOH COOH HOOC H N R R H N R H H N+ R H H 19 Ann E. Lovely 2006 31 O O O O O O H H N R R' HOOC HOOC COOH O O O O O O O O H H N R R' HOOC HOOC COOH COOH 圖十三、化合物 19 與客體分子可能之錯合模式31

1.6 芳杯之起源與發展

Calixarene 是除了冠醚 (crown ether)、環糊精 (cyclodextrin)、車 輪烷 (rotaxane) 等超分子外，由苯酚所得具有杯狀構造的環狀寡聚物，

如圖所示，32_{在主客化學與分子辨識上有著十分卓越的貢獻。Calix}

是希臘文「花瓶、水壺」的意思，arene 則是「芳香環」，借此將 calixrene 的中文譯名為「芳杯」，如圖十四所示。