磺化杯[4,5]芳烃与双胍类药物分子在溶液和固态下的键合行为

摘要

磺化杯芳烃作为一类重要的水溶性杯芳烃衍生物，由于其出众的键合能力，近年来在分子识别与传感、催化、晶体工程、双亲性物质、酶模拟和生物化学等方面受到了广泛的关注。虽然人们已经研究了多种有机阳离子与磺化杯芳烃的相互作用，但双胍类分子与磺化杯芳烃的键合却从未被研究。为了更加全面、系统地了解磺化杯芳烃的分子识别行为，本文通过一维核磁、二维核磁及单晶结构研究了磺化杯[4]芳烃及磺化杯[5]芳烃主体与双胍类客体——二甲双胍和苯乙双胍的键合模式，然后又通过等温量热滴定的方法研究了主客体键合的稳定常数和热力学参数。由于主客体质子化程度受pH影响，因此所有的实验均在两种条件(pH2.0和pH7.2)下进行研究。
　　 核磁实验结果表明，不论是酸性还是中性条件下，双胍客体的甲基部分(二甲双胍)和芳环部分(苯乙双胍)均被包结进入了磺化杯芳烃的富电子空腔，带正电荷的胍盐部分则被带负电的磺酸根固定在杯芳烃的上缘。酸性条件下的单晶结构也证实了这种键合模式。等温量热滴定实验的结果显示，无论酸性还是中性条件下，磺化杯[4]芳烃与双胍客体的键合均主要由焓驱动，而磺化杯[5]芳烃与双胍客体的键合则是由焓和熵协同贡献的。由于双胍客体在酸性条件下比在中性条件下有着更强的质子化程度，因此磺化杯[4]芳烃和磺化杯[5]芳烃都在pH2.0下给出了比pH7.2下更强的对客体的键合能力。此外，相比磺化杯[5]芳烃来说，磺化杯[4]芳烃是一个更好的受体。同时，相比苯乙双胍客体，磺化杯[4]芳烃可以更紧密地键合二甲双胍客体。综上，磺化杯[4]芳烃在pH2.0下给出了对二甲双胍最强的键合常数，达到了105M-1数量级。磺化杯[4]芳烃给出了与磺化杯[5]芳烃相反的客体选择性，这是热力学起源不同造成的，其中前者的客体选择性由熵控制，而后者由焓控制。这些研究结果将有助于人们更加系统、全面地了解磺化杯芳烃的分子识别行为。