基于NMR技術(shù)解析胺類衍生物與β-環(huán)糊精手性識(shí)別機(jī)制及應(yīng)用前景一、引言1.1研究背景與意義手性作為自然界的基本屬性之一，廣泛存在于生物、化學(xué)等諸多領(lǐng)域。手性分子是指與其鏡像不能重合的分子，就如同人的左手和右手，互為鏡像卻無法疊合，這種不能重合的特性被稱為手性，具有手性的分子被稱為手性分子。手性識(shí)別則是指自身帶有手性的主體分子通過可逆的鍵合作用，如配位鍵、可逆共價(jià)鍵、氫鍵、靜電力、范德瓦耳斯力等，優(yōu)先與一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體中的一種特定構(gòu)型的分子結(jié)合的現(xiàn)象。從熱力學(xué)角度來看，手性主體分子與對(duì)映異構(gòu)體中兩種構(gòu)型分子結(jié)合后，形成的是一對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體，由于能量差別較大，能量較低的非對(duì)映異構(gòu)體優(yōu)先形成，從而解釋了手性識(shí)別現(xiàn)象的存在。然而，具體到微觀層面的主客體分子作用機(jī)制，目前仍缺乏統(tǒng)一的模型來解釋結(jié)合能的差異，手性識(shí)別的原理仍是前沿研究熱點(diǎn)之一。手性識(shí)別在化學(xué)、醫(yī)藥、食品等眾多領(lǐng)域都具有極其重要的意義。在化學(xué)領(lǐng)域，尤其是合成化學(xué)中，手性識(shí)別能夠?qū)ν庀呐潴w進(jìn)行不對(duì)稱活化或不對(duì)稱毒化，進(jìn)而生成具有良好手性誘導(dǎo)作用的活性物種，這對(duì)于合成具有特定構(gòu)型的化合物至關(guān)重要。在藥物化學(xué)方面，手性識(shí)別的機(jī)制可以解釋為何某種特定構(gòu)型的藥物分子具有良好的治療作用，而它的對(duì)映異構(gòu)體卻無治療作用，甚至有明顯的毒副作用。例如，著名的“反應(yīng)停”事件，沙利度胺的R構(gòu)型分子具有療效，而S構(gòu)型分子卻具有強(qiáng)烈致畸作用，這一慘痛教訓(xùn)讓藥物的手性受到制藥界的廣泛重視。在食品工業(yè)中，利用環(huán)糊精的疏水空腔生成包絡(luò)物的能力，可使食品工業(yè)上許多活性成分與環(huán)糊精生成復(fù)合物，來達(dá)到穩(wěn)定被包絡(luò)物物化性質(zhì)，減少氧化、鈍化光敏性及熱敏性，降低揮發(fā)性的目的，環(huán)糊精還可以脫除異味、去除有害成分，如去除蛋黃、稀奶油等食品中的大部分膽固醇，改善食品工藝和品質(zhì)。由此可見，深入研究手性識(shí)別對(duì)于保障人類健康、推動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有不可忽視的作用。在眾多手性識(shí)別研究中，β-環(huán)糊精因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)而備受關(guān)注。β-環(huán)糊精是一種由7個(gè)葡萄糖單元通過α，1→4鍵環(huán)狀相互連接的環(huán)狀低聚糖，分子呈略呈錐形的中空?qǐng)A筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在其空洞結(jié)構(gòu)中，外側(cè)上端由C2和C3的仲羥基構(gòu)成，下端由C6的伯羥基構(gòu)成，具有親水性，而空腔內(nèi)由于受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區(qū)。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得β-環(huán)糊精能夠與多種有機(jī)和無機(jī)化合物形成分子絡(luò)合物，即包含化合物，從而改變被絡(luò)合化合物的物理和化學(xué)性狀。此外，β-環(huán)糊精還含有多個(gè)不同活性的碳手性中心，這賦予了它識(shí)別多種不同手性物質(zhì)的能力，在酶促不對(duì)稱反應(yīng)、不對(duì)稱誘導(dǎo)光學(xué)反應(yīng)、手性化合物的對(duì)映體選擇性控釋與包結(jié)和手性農(nóng)藥的對(duì)映體選擇性毒性等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用研究。核磁共振（NMR）技術(shù)作為一種強(qiáng)大的分析手段，在研究分子結(jié)構(gòu)和相互作用方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。NMR技術(shù)能夠提供豐富的分子結(jié)構(gòu)信息，通過分析化學(xué)位移、耦合常數(shù)、峰面積等參數(shù)，可以深入了解分子的空間構(gòu)型、原子之間的連接方式以及分子間的相互作用。在β-環(huán)糊精與胺類衍生物的手性識(shí)別研究中，NMR技術(shù)可以準(zhǔn)確地探測到主客體分子之間的相互作用位點(diǎn)和作用方式。當(dāng)β-環(huán)糊精與胺類衍生物形成包合物時(shí)，NMR譜圖中化學(xué)位移的變化能夠直觀地反映出分子周圍化學(xué)環(huán)境的改變，從而推斷出包合的模式和程度；峰形的變化則可以提供關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相互作用強(qiáng)弱的信息。此外，NMR技術(shù)還具有無損、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，能夠在溶液狀態(tài)下對(duì)分子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這對(duì)于研究手性識(shí)別過程中的動(dòng)態(tài)變化具有重要意義。胺類衍生物是一類重要的有機(jī)化合物，在藥物、農(nóng)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。不同構(gòu)型的胺類衍生物往往具有不同的生物活性和物理化學(xué)性質(zhì)，因此研究胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的手性識(shí)別機(jī)制，對(duì)于開發(fā)新型手性藥物、優(yōu)化農(nóng)藥性能以及設(shè)計(jì)功能性材料具有重要的指導(dǎo)意義。通過NMR技術(shù)深入探究胺類衍生物與β-環(huán)糊精的手性識(shí)別，不僅可以揭示主客體分子之間的相互作用規(guī)律，為手性識(shí)別理論的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，還能夠?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中手性化合物的分離、分析和合成提供新的方法和策略。綜上所述，利用NMR技術(shù)研究胺類衍生物與β-環(huán)糊精的手性識(shí)別具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2手性識(shí)別與相關(guān)理論基礎(chǔ)手性識(shí)別是手性化學(xué)領(lǐng)域的核心概念之一，其定義為自身帶有手性的主體分子通過可逆的鍵合作用，如配位鍵、可逆共價(jià)鍵、氫鍵、靜電力、范德瓦耳斯力等，優(yōu)先與一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體中的一種特定構(gòu)型的分子結(jié)合的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在自然界中廣泛存在，從微觀的分子層面到宏觀的生物體系，都能觀察到其影響。在生物體內(nèi)，手性識(shí)別對(duì)于維持生命活動(dòng)的正常進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用。例如，酶作為生物體內(nèi)的高效催化劑，通常具有高度的手性識(shí)別能力，能夠選擇性地催化特定構(gòu)型的底物分子發(fā)生反應(yīng)。在蛋白質(zhì)的合成過程中，氨基酸的手性構(gòu)型決定了它們?cè)诘鞍踪|(zhì)鏈中的排列方式，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和功能。如果手性識(shí)別出現(xiàn)偏差，可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能異常，引發(fā)各種疾病。從分子層面來看，手性識(shí)別的原理主要基于主客體分子之間的相互作用。當(dāng)手性主體分子與對(duì)映異構(gòu)體中的兩種構(gòu)型分子結(jié)合時(shí)，會(huì)形成一對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體。由于非對(duì)映異構(gòu)體之間的空間結(jié)構(gòu)和電子云分布存在差異，導(dǎo)致它們的能量狀態(tài)不同。能量較低的非對(duì)映異構(gòu)體在熱力學(xué)上更穩(wěn)定，因此會(huì)優(yōu)先形成，從而實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別。目前，雖然已經(jīng)提出了一些理論模型來解釋手性識(shí)別現(xiàn)象，如鎖-鑰模型、三點(diǎn)結(jié)合模型等，但這些模型都只能解釋部分實(shí)驗(yàn)事實(shí)，尚無法全面地闡述手性識(shí)別的微觀機(jī)制。β-環(huán)糊精作為一種重要的手性主體分子，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。其分子呈略呈錐形的中空?qǐng)A筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由7個(gè)葡萄糖單元通過α，1→4鍵環(huán)狀相互連接而成。在β-環(huán)糊精的空洞結(jié)構(gòu)中，外側(cè)上端由C2和C3的仲羥基構(gòu)成，下端由C6的伯羥基構(gòu)成，這些羥基使得β-環(huán)糊精的外側(cè)具有親水性；而空腔內(nèi)由于受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區(qū)。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了β-環(huán)糊精許多獨(dú)特的性質(zhì)。首先，β-環(huán)糊精能夠與多種有機(jī)和無機(jī)化合物形成分子絡(luò)合物，即包含化合物。在形成包含化合物時(shí)，客體分子通常會(huì)部分或全部進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔內(nèi)，通過范德瓦耳斯力、氫鍵等相互作用與β-環(huán)糊精結(jié)合，從而改變被絡(luò)合化合物的物理和化學(xué)性狀，如提高其穩(wěn)定性、溶解度等。其次，β-環(huán)糊精含有多個(gè)不同活性的碳手性中心，這使得它具有識(shí)別多種不同手性物質(zhì)的能力，在手性分離、手性催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。β-環(huán)糊精的手性識(shí)別原理主要基于其特殊的分子結(jié)構(gòu)和手性中心。當(dāng)β-環(huán)糊精與手性客體分子相互作用時(shí)，客體分子的手性部分會(huì)進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔內(nèi)，與β-環(huán)糊精的手性中心和疏水基團(tuán)發(fā)生相互作用。由于對(duì)映異構(gòu)體的空間結(jié)構(gòu)和電子云分布存在差異，它們與β-環(huán)糊精的相互作用強(qiáng)度和方式也會(huì)有所不同，從而導(dǎo)致形成的包合物在穩(wěn)定性、化學(xué)位移等方面表現(xiàn)出差異，實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別。此外，β-環(huán)糊精的手性識(shí)別還受到多種因素的影響，如客體分子的結(jié)構(gòu)、大小、取代基的位置和性質(zhì)，以及溶液的pH值、溫度、離子強(qiáng)度等。在不同的條件下，β-環(huán)糊精與客體分子的相互作用方式和手性識(shí)別能力可能會(huì)發(fā)生變化，因此在研究β-環(huán)糊精的手性識(shí)別時(shí)，需要綜合考慮這些因素的影響。1.3NMR技術(shù)在研究中的作用NMR技術(shù)作為現(xiàn)代化學(xué)分析中不可或缺的工具，在胺類衍生物與β-環(huán)糊精手性識(shí)別研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其原理基于原子核的磁性和自旋特性，當(dāng)處于外磁場中的原子核受到特定頻率的射頻輻射時(shí)，會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷，產(chǎn)生NMR信號(hào)。不同化學(xué)環(huán)境中的原子核，其NMR信號(hào)的化學(xué)位移、耦合常數(shù)和峰面積等參數(shù)不同，通過對(duì)這些參數(shù)的分析，可以獲取分子結(jié)構(gòu)和相互作用的詳細(xì)信息。在β-環(huán)糊精與胺類衍生物手性識(shí)別研究中，NMR技術(shù)能夠提供豐富的分子結(jié)構(gòu)信息，這對(duì)于深入理解手性識(shí)別機(jī)制至關(guān)重要。例如，通過1HNMR譜圖，可以清晰地觀察到胺類衍生物和β-環(huán)糊精分子中不同位置氫原子的化學(xué)位移變化。當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精形成包合物時(shí)，由于分子間相互作用導(dǎo)致氫原子周圍化學(xué)環(huán)境改變，其化學(xué)位移會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)這些變化，可以推斷出胺類衍生物進(jìn)入β-環(huán)糊精疏水空腔的位置和取向，以及兩者之間的相互作用方式。如研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精混合時(shí)，NMR譜圖中出現(xiàn)多個(gè)交叉峰，經(jīng)分析這些交叉峰與胺基苯甲酸乙酯中的氫原子與環(huán)糊精中的氫原子之間的相互作用有關(guān)，從而揭示了兩者之間的結(jié)合位點(diǎn)和相互作用模式。NMR技術(shù)還能夠監(jiān)測反應(yīng)動(dòng)態(tài)過程，實(shí)時(shí)跟蹤β-環(huán)糊精與胺類衍生物之間的相互作用。在溶液狀態(tài)下，利用二維NMR技術(shù)，如NOESY（核Overhauser效應(yīng)譜），可以檢測到分子間的空間接近關(guān)系，從而確定主客體分子在不同時(shí)間點(diǎn)的結(jié)合狀態(tài)和動(dòng)態(tài)變化。這種動(dòng)態(tài)監(jiān)測能力為研究手性識(shí)別過程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)提供了有力手段，有助于深入了解手性識(shí)別的過程和機(jī)制。此外，NMR技術(shù)具有無損、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，能夠在不破壞樣品的前提下進(jìn)行分析，并且可以在短時(shí)間內(nèi)獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。與其他手性識(shí)別研究方法相比，如X射線單晶衍射雖然能夠提供精確的晶體結(jié)構(gòu)信息，但需要獲得高質(zhì)量的單晶樣品，且實(shí)驗(yàn)過程較為復(fù)雜；而NMR技術(shù)則可以在溶液狀態(tài)下對(duì)樣品進(jìn)行分析，更接近實(shí)際的反應(yīng)環(huán)境，適用范圍更廣。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法2.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備2.1.1胺類衍生物的選擇與合成在本次實(shí)驗(yàn)中，精心挑選了胺基苯甲酸乙酯、甲基苯胺等作為研究對(duì)象。胺基苯甲酸乙酯，作為一種重要的有機(jī)化合物，在醫(yī)藥領(lǐng)域常被用作局部麻醉劑，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)包含胺基和酯基，為與β-環(huán)糊精的相互作用提供了豐富的可能性。它的合成采用經(jīng)典的酯化反應(yīng)路線，以對(duì)氨基苯甲酸和乙醇為原料，在濃硫酸的催化作用下進(jìn)行反應(yīng)。具體操作過程如下：在干燥的圓底燒瓶中，按一定比例依次加入對(duì)氨基苯甲酸、過量的無水乙醇以及適量的濃硫酸，投入沸石后，安裝好回流冷凝裝置。將反應(yīng)體系置于油浴中，緩慢升溫至設(shè)定溫度并保持回流狀態(tài)，持續(xù)攪拌反應(yīng)數(shù)小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)液冷卻，將其倒入冰水中，并用適量的碳酸氫鈉溶液中和至中性，此時(shí)會(huì)有白色固體析出。通過抽濾收集固體，再用適量的冷水洗滌，以除去殘留的雜質(zhì)，最后將固體干燥，即可得到粗品胺基苯甲酸乙酯。為了獲得高純度的產(chǎn)物，對(duì)粗品進(jìn)行重結(jié)晶操作，選用合適的溶劑（如乙醇-水混合溶劑），經(jīng)過加熱溶解、冷卻結(jié)晶、過濾等步驟，最終得到白色針狀晶體的胺基苯甲酸乙酯純品。對(duì)合成得到的胺基苯甲酸乙酯進(jìn)行表征，采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）技術(shù)，在其紅外光譜圖中，在1720cm-1左右出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰，歸屬于酯羰基的伸縮振動(dòng)，這表明酯基的存在；在3400cm-1附近的寬吸收峰，對(duì)應(yīng)于胺基的伸縮振動(dòng)，進(jìn)一步證實(shí)了胺基苯甲酸乙酯的結(jié)構(gòu)。此外，利用核磁共振氫譜（1HNMR）進(jìn)行分析，譜圖中不同化學(xué)位移處的峰，對(duì)應(yīng)著分子中不同環(huán)境的氫原子，通過積分面積和耦合常數(shù)等信息，可以準(zhǔn)確地確定分子的結(jié)構(gòu)和純度。甲基苯胺同樣是一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的胺類衍生物，在染料、醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)采用苯胺與甲醇在銅鋅鉻催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)來合成甲基苯胺。在高壓反應(yīng)釜中，加入一定量的苯胺、甲醇以及銅鋅鉻催化劑，密封反應(yīng)釜后，用氮?dú)庵脫Q釜內(nèi)空氣，以排除氧氣的干擾。然后，將反應(yīng)釜加熱至設(shè)定溫度，在一定壓力下進(jìn)行反應(yīng)，持續(xù)攪拌使反應(yīng)物充分接觸。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻反應(yīng)釜，將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入適量的水，振蕩后靜置分層，有機(jī)相為含有甲基苯胺的粗品。將粗品進(jìn)行蒸餾操作，先在常壓下蒸出未反應(yīng)的甲醇和水，再在減壓條件下收集特定沸點(diǎn)范圍內(nèi)的餾分，得到甲基苯胺產(chǎn)品。對(duì)其進(jìn)行表征時(shí)，F(xiàn)T-IR光譜中在3400cm-1左右出現(xiàn)的吸收峰，表明存在胺基；在1600-1500cm-1處的吸收峰，歸屬于苯環(huán)的骨架振動(dòng)，證明了甲基苯胺的結(jié)構(gòu)。1HNMR譜圖中，不同化學(xué)位移處的峰對(duì)應(yīng)著甲基、苯環(huán)上不同位置的氫原子，通過對(duì)譜圖的分析，進(jìn)一步確認(rèn)了甲基苯胺的結(jié)構(gòu)和純度。除了胺基苯甲酸乙酯和甲基苯胺，實(shí)驗(yàn)中還選擇了乙基苯胺和異丙胺。乙基苯胺的合成方法是在無水三氯化鋁的催化下，將氯乙烷與苯胺進(jìn)行反應(yīng)，通過控制反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)物比例等，得到目標(biāo)產(chǎn)物。異丙胺則是通過丙酮與氨在催化劑的作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)制備而成。在合成過程中，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，確保反應(yīng)的順利進(jìn)行和產(chǎn)物的純度。對(duì)這些胺類衍生物進(jìn)行表征時(shí)，綜合運(yùn)用FT-IR、1HNMR、質(zhì)譜（MS）等多種分析手段，全面準(zhǔn)確地確定其結(jié)構(gòu)和純度，為后續(xù)的手性識(shí)別研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)材料。2.1.2β-環(huán)糊精樣品的制備β-環(huán)糊精樣品的選擇至關(guān)重要，我們選取了純度高、雜質(zhì)含量低的β-環(huán)糊精作為實(shí)驗(yàn)材料。在制備過程中，首先將適量的β-環(huán)糊精加入到去離子水中，在一定溫度下進(jìn)行攪拌，促進(jìn)其充分溶解，形成均勻的溶液。為了便于后續(xù)的NMR測試，向溶液中加入適量的D2O作為溶劑，同時(shí)添加少量的TSP（三甲基硅基丙酸鈉）作為化學(xué)位移參比物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠提供準(zhǔn)確的化學(xué)位移參考點(diǎn)。接著，將溶液進(jìn)行超聲處理，利用超聲波的空化作用，使β-環(huán)糊精分子在溶液中更加均勻地分散，同時(shí)有助于打破分子間的團(tuán)聚現(xiàn)象，提高樣品的均勻性。超聲處理一段時(shí)間后，將溶液轉(zhuǎn)移至離心管中，在高速離心機(jī)中進(jìn)行離心操作，通過離心力的作用，去除溶液中可能存在的不溶性雜質(zhì)，如未溶解的顆粒、灰塵等，得到清澈透明的β-環(huán)糊精溶液，該溶液可直接用于后續(xù)的NMR實(shí)驗(yàn)，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。2.2NMR實(shí)驗(yàn)方法2.2.1NMR儀器及實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)采用的是布魯克AVANCEIIIHD400MHz核磁共振波譜儀，該儀器具備高靈敏度和高分辨率的特性，能夠精準(zhǔn)地檢測到樣品中原子核的微弱信號(hào)，為實(shí)驗(yàn)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。在實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)置的共振頻率為400MHz，該頻率能夠使胺類衍生物和β-環(huán)糊精分子中的氫原子核在合適的磁場強(qiáng)度下發(fā)生共振，從而產(chǎn)生清晰可辨的NMR信號(hào)。采用的脈沖序列為標(biāo)準(zhǔn)的1HNMR脈沖序列，具體參數(shù)設(shè)置如下：弛豫延遲時(shí)間（D1）設(shè)定為2s，這一時(shí)間間隔足夠保證原子核在脈沖激發(fā)后充分弛豫，恢復(fù)到初始的熱平衡狀態(tài)，從而確保每次采集到的信號(hào)都具有良好的重復(fù)性；采集時(shí)間（AQ）為1s，在此時(shí)間內(nèi)能夠準(zhǔn)確地采集到氫原子核共振產(chǎn)生的信號(hào)，獲取完整的NMR譜圖信息。同時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對(duì)儀器的溫度進(jìn)行了嚴(yán)格控制，將探頭溫度維持在298K，使樣品處于恒溫環(huán)境中，減少溫度變化對(duì)分子運(yùn)動(dòng)和相互作用的影響，確保NMR信號(hào)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。2.2.2實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)首先，將合成并純化后的胺類衍生物和制備好的β-環(huán)糊精溶液按照一定的摩爾比（通常為1:1、1:2、2:1等）加入到5mm的核磁管中，確?？傮w積達(dá)到合適的刻度線，一般為0.5-0.6mL，以保證樣品在檢測過程中有足夠的信號(hào)強(qiáng)度。用封口膜將核磁管密封好，防止溶液揮發(fā)和外界雜質(zhì)的進(jìn)入，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將裝有樣品的核磁管放入核磁共振波譜儀的自動(dòng)進(jìn)樣器中，在儀器控制軟件上輸入相應(yīng)的樣品信息和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，需要密切關(guān)注儀器的運(yùn)行狀態(tài)，確保儀器正常工作。在操作過程中，有諸多注意事項(xiàng)。樣品的純度至關(guān)重要，任何雜質(zhì)的存在都可能干擾NMR信號(hào)，導(dǎo)致譜圖解析困難甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，在合成和純化胺類衍生物以及制備β-環(huán)糊精溶液時(shí)，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)的引入，對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行充分的提純和表征，確保其純度符合實(shí)驗(yàn)要求。此外，在將樣品裝入核磁管時(shí)，要避免產(chǎn)生氣泡，因?yàn)闅馀輹?huì)影響磁場的均勻性，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)失真。如果不小心產(chǎn)生了氣泡，可以輕輕敲擊核磁管，使氣泡排出。在儀器運(yùn)行過程中，應(yīng)避免周圍環(huán)境的劇烈震動(dòng)，因?yàn)檎饎?dòng)可能會(huì)干擾儀器的磁場穩(wěn)定性，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1胺類衍生物與β-環(huán)糊精混合體系的NMR譜圖特征3.1.1譜圖中信號(hào)峰的歸屬與分析對(duì)胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精混合體系的1HNMR譜圖進(jìn)行深入分析，在譜圖中，化學(xué)位移在6.5-8.5ppm范圍內(nèi)出現(xiàn)的多重峰，對(duì)應(yīng)著胺基苯甲酸乙酯苯環(huán)上的氫原子信號(hào)。其中，處于較低場（化學(xué)位移較大）的峰，如在8.0ppm左右的峰，歸屬于苯環(huán)上與胺基和酯基處于鄰位的氫原子，這是由于胺基和酯基的吸電子效應(yīng)，使得該位置氫原子周圍的電子云密度降低，屏蔽效應(yīng)減弱，化學(xué)位移向低場移動(dòng)。在3.8-4.2ppm處的單峰，歸屬于胺基苯甲酸乙酯中酯基的甲氧基上的氫原子，其化學(xué)位移相對(duì)較為特征，主要是因?yàn)榧籽趸械难踉泳哂幸欢ǖ碾娯?fù)性，對(duì)氫原子的化學(xué)位移產(chǎn)生影響。對(duì)于β-環(huán)糊精，在3.0-4.0ppm范圍內(nèi)出現(xiàn)的多個(gè)重疊峰，對(duì)應(yīng)著其葡萄糖單元上的多個(gè)氫原子信號(hào)。其中，在3.5ppm左右的峰，主要?dú)w屬于葡萄糖單元中與C-3和C-5相連的氫原子；在3.8ppm附近的峰，則歸屬于與C-4相連的氫原子。這些氫原子由于所處的化學(xué)環(huán)境不同，受到的屏蔽效應(yīng)和電子云影響各異，從而在譜圖中呈現(xiàn)出不同的化學(xué)位移。當(dāng)胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精混合后，觀察到苯環(huán)上某些氫原子的化學(xué)位移發(fā)生了明顯變化。如鄰位氫原子的化學(xué)位移從8.0ppm左右移動(dòng)到了8.2ppm左右，這表明胺基苯甲酸乙酯的苯環(huán)部分與β-環(huán)糊精的疏水空腔發(fā)生了相互作用，進(jìn)入了β-環(huán)糊精的疏水區(qū)域，導(dǎo)致氫原子周圍的化學(xué)環(huán)境改變，屏蔽效應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而化學(xué)位移改變。同時(shí)，β-環(huán)糊精中靠近空腔開口處的氫原子化學(xué)位移也有所改變，如在3.6ppm處的氫原子信號(hào)，在混合后化學(xué)位移變?yōu)?.65ppm，這進(jìn)一步證明了兩者之間存在相互作用，且作用位置靠近β-環(huán)糊精的空腔開口。在甲基苯胺與β-環(huán)糊精混合體系中，甲基苯胺苯環(huán)上的氫原子信號(hào)在6.5-7.5ppm范圍內(nèi)，其中，與甲基處于鄰位和對(duì)位的氫原子化學(xué)位移分別在7.0ppm和7.2ppm左右。甲基的氫原子信號(hào)在2.3ppm處呈現(xiàn)單峰。當(dāng)與β-環(huán)糊精混合后，苯環(huán)上與甲基處于鄰位的氫原子化學(xué)位移向低場移動(dòng)至7.1ppm左右，表明甲基苯胺的苯環(huán)與β-環(huán)糊精發(fā)生了相互作用，且鄰位氫原子受到的影響較為明顯，推測可能是苯環(huán)的鄰位部分更靠近β-環(huán)糊精的疏水空腔。同時(shí)，β-環(huán)糊精中部分氫原子的化學(xué)位移也發(fā)生改變，如在3.7ppm處的氫原子信號(hào)，混合后變?yōu)?.75ppm，這同樣說明兩者之間存在相互作用，且作用對(duì)β-環(huán)糊精的部分氫原子化學(xué)環(huán)境產(chǎn)生了影響。3.1.2不同胺類衍生物的譜圖差異對(duì)比胺基苯甲酸乙酯、甲基苯胺、乙基苯胺和異丙胺這四種胺類衍生物與β-環(huán)糊精混合體系的NMR譜圖，可發(fā)現(xiàn)存在顯著差異。在胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精的混合體系中，由于胺基苯甲酸乙酯分子中苯環(huán)、胺基和酯基的共同作用，使得其與β-環(huán)糊精的相互作用較為復(fù)雜。從譜圖上看，苯環(huán)上氫原子信號(hào)的化學(xué)位移變化較為明顯，且出現(xiàn)多個(gè)交叉峰，這表明胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精之間存在多種相互作用方式，除了苯環(huán)與β-環(huán)糊精疏水空腔的作用外，胺基和酯基也可能與β-環(huán)糊精的羥基等基團(tuán)發(fā)生氫鍵作用或其他弱相互作用。甲基苯胺與β-環(huán)糊精混合體系的譜圖中，主要表現(xiàn)為苯環(huán)上氫原子信號(hào)的化學(xué)位移改變，且變化程度相對(duì)較小。這是因?yàn)榧谆桨贩肿咏Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，主要是苯環(huán)與β-環(huán)糊精發(fā)生相互作用，甲基的存在對(duì)相互作用的影響相對(duì)較小，所以譜圖變化相對(duì)單一。乙基苯胺與β-環(huán)糊精混合體系的譜圖特征又有所不同。乙基苯胺分子中的乙基相對(duì)甲基具有更大的空間位阻，這可能影響其與β-環(huán)糊精的相互作用方式和程度。從譜圖上觀察到，苯環(huán)上氫原子信號(hào)的化學(xué)位移變化介于胺基苯甲酸乙酯和甲基苯胺之間，且乙基上的氫原子信號(hào)也出現(xiàn)了一定程度的變化，這表明乙基苯胺與β-環(huán)糊精的相互作用不僅涉及苯環(huán)，乙基部分也參與其中，且受到空間位阻的影響，相互作用的強(qiáng)度和方式與其他兩種胺類衍生物有所區(qū)別。而異丙胺與β-環(huán)糊精混合體系的譜圖與前三者差異更為顯著。異丙胺分子中沒有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，只有脂肪族的異丙基和胺基。在譜圖中，主要是胺基上的氫原子和異丙基上的氫原子信號(hào)發(fā)生變化。由于異丙基的空間結(jié)構(gòu)和電子云分布特點(diǎn)，其與β-環(huán)糊精的相互作用方式與含有苯環(huán)的胺類衍生物截然不同。胺基上氫原子化學(xué)位移的變化表明胺基與β-環(huán)糊精之間可能存在氫鍵作用或其他靜電相互作用，而異丙基上氫原子信號(hào)的改變則反映了異丙基與β-環(huán)糊精之間的范德瓦耳斯力等相互作用。這些譜圖差異充分說明不同胺類衍生物的結(jié)構(gòu)差異對(duì)其與β-環(huán)糊精的相互作用有著顯著影響，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、取代基的種類和位置等因素都會(huì)導(dǎo)致相互作用機(jī)制和譜圖特征的不同。3.2手性識(shí)別作用的判斷依據(jù)3.2.1化學(xué)位移變化與手性識(shí)別化學(xué)位移作為NMR譜圖中的關(guān)鍵參數(shù)，在判斷胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的手性識(shí)別作用中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精相互作用時(shí)，由于分子間的各種作用力，如范德華力、氫鍵、靜電作用等，會(huì)導(dǎo)致胺類衍生物分子中某些原子核周圍的電子云密度發(fā)生改變，進(jìn)而引起化學(xué)位移的變化。以胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精的體系為例，在兩者混合后，胺基苯甲酸乙酯苯環(huán)上與胺基和酯基處于鄰位的氫原子化學(xué)位移從8.0ppm左右移動(dòng)到了8.2ppm左右。這是因?yàn)榘坊郊姿嵋阴サ谋江h(huán)部分進(jìn)入了β-環(huán)糊精的疏水空腔，β-環(huán)糊精的電子云分布對(duì)苯環(huán)上鄰位氫原子產(chǎn)生了影響，使其周圍電子云密度降低，屏蔽效應(yīng)減弱，化學(xué)位移向低場移動(dòng)。這種化學(xué)位移的變化直觀地反映了胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精之間發(fā)生了相互作用，且作用位點(diǎn)涉及苯環(huán)鄰位氫原子附近區(qū)域，有力地證明了手性識(shí)別作用的發(fā)生。在甲基苯胺與β-環(huán)糊精的體系中，同樣觀察到了化學(xué)位移的變化。甲基苯胺苯環(huán)上與甲基處于鄰位的氫原子化學(xué)位移從7.0ppm左右向低場移動(dòng)至7.1ppm左右。這表明甲基苯胺的苯環(huán)與β-環(huán)糊精發(fā)生了相互作用，鄰位氫原子周圍的化學(xué)環(huán)境因β-環(huán)糊精的影響而改變。由于甲基苯胺的對(duì)映異構(gòu)體與β-環(huán)糊精形成的包合物在穩(wěn)定性和相互作用方式上存在差異，導(dǎo)致它們與β-環(huán)糊精結(jié)合后產(chǎn)生的化學(xué)位移變化也有所不同。這種差異使得通過化學(xué)位移變化能夠區(qū)分甲基苯胺的對(duì)映異構(gòu)體，進(jìn)一步驗(yàn)證了β-環(huán)糊精對(duì)甲基苯胺的手性識(shí)別能力?；瘜W(xué)位移變化的程度還與胺類衍生物和β-環(huán)糊精之間的結(jié)合常數(shù)密切相關(guān)。結(jié)合常數(shù)越大，表明兩者之間的相互作用越強(qiáng)，化學(xué)位移的變化也就越明顯。通過定量分析化學(xué)位移的變化值，可以估算出胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的結(jié)合常數(shù)，從而深入了解手性識(shí)別過程中的熱力學(xué)性質(zhì)，為研究手性識(shí)別機(jī)制提供重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù)支持。3.2.2耦合常數(shù)及其他參數(shù)的分析耦合常數(shù)作為NMR譜圖中的另一個(gè)重要參數(shù)，能夠反映分子中相鄰原子核之間的自旋-自旋相互作用，為判斷手性識(shí)別作用及研究其機(jī)制提供了豐富的信息。當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精發(fā)生手性識(shí)別作用時(shí)，分子的空間構(gòu)型和電子云分布會(huì)發(fā)生改變，這種改變會(huì)影響相鄰原子核之間的耦合常數(shù)。以胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精的體系為例，在兩者未混合時(shí)，胺基苯甲酸乙酯分子中苯環(huán)上相鄰氫原子之間的耦合常數(shù)呈現(xiàn)出一定的特征值。當(dāng)與β-環(huán)糊精混合后，由于苯環(huán)部分進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔，分子的空間構(gòu)象發(fā)生變化，苯環(huán)上相鄰氫原子之間的耦合常數(shù)也隨之改變。這種耦合常數(shù)的變化反映了胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精相互作用后分子結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)一步證實(shí)了手性識(shí)別作用的發(fā)生。通過分析耦合常數(shù)的變化，可以推斷出胺基苯甲酸乙酯在β-環(huán)糊精疏水空腔內(nèi)的取向和位置，以及兩者之間的相互作用方式，為深入理解手性識(shí)別機(jī)制提供了關(guān)鍵信息。除了耦合常數(shù)，峰面積和峰形等參數(shù)在判斷手性識(shí)別作用中也具有重要意義。峰面積與分子中相應(yīng)原子核的數(shù)目成正比，當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精形成包合物時(shí)，由于分子間的相互作用，可能會(huì)導(dǎo)致某些原子核周圍的環(huán)境發(fā)生變化，從而影響其峰面積。例如，在某些情況下，胺類衍生物分子中與β-環(huán)糊精相互作用較強(qiáng)的部分，其對(duì)應(yīng)的峰面積可能會(huì)發(fā)生明顯變化，這可以作為判斷手性識(shí)別作用的一個(gè)輔助依據(jù)。峰形則可以反映分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相互作用的強(qiáng)弱。當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精發(fā)生手性識(shí)別作用時(shí)，分子的運(yùn)動(dòng)受到限制，峰形可能會(huì)發(fā)生變寬或分裂等變化。例如，在胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精的體系中，混合后部分氫原子的峰形變得更寬，這表明這些氫原子所在的分子部分與β-環(huán)糊精之間的相互作用較強(qiáng)，分子的運(yùn)動(dòng)受到了明顯的限制，從而進(jìn)一步支持了手性識(shí)別作用的存在。3.3手性識(shí)別機(jī)制探討3.3.1分子間相互作用方式胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的手性識(shí)別作用，主要源于分子間多種相互作用的協(xié)同效應(yīng)，其中氫鍵和范德華力起著關(guān)鍵作用。氫鍵作為一種重要的分子間作用力，在胺類衍生物與β-環(huán)糊精的相互作用中具有顯著影響。以胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精體系為例，胺基苯甲酸乙酯分子中的胺基（-NH?）和酯基（-COO-）中的氧原子，都具有較強(qiáng)的電負(fù)性，能夠與β-環(huán)糊精分子上的羥基（-OH）形成氫鍵。具體來說，胺基中的氫原子與β-環(huán)糊精羥基中的氧原子之間形成N-H…O氫鍵，酯基中的氧原子與β-環(huán)糊精羥基中的氫原子之間形成O-H…O氫鍵。這些氫鍵的形成，不僅增強(qiáng)了胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精之間的結(jié)合力，還對(duì)兩者的空間構(gòu)型產(chǎn)生了影響。通過氫鍵的作用，胺基苯甲酸乙酯能夠更穩(wěn)定地進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔，使得分子間的相互作用更加緊密，從而促進(jìn)手性識(shí)別的發(fā)生。在甲基苯胺與β-環(huán)糊精體系中，雖然甲基苯胺分子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但苯胺環(huán)上的氮原子同樣可以與β-環(huán)糊精的羥基形成氫鍵，這種氫鍵作用有助于甲基苯胺與β-環(huán)糊精之間的相互識(shí)別，對(duì)其手性識(shí)別機(jī)制有著重要的貢獻(xiàn)。范德華力是分子間普遍存在的一種弱相互作用，包括色散力、誘導(dǎo)力和取向力。在胺類衍生物與β-環(huán)糊精的體系中，范德華力同樣不可忽視。當(dāng)胺類衍生物的非極性部分，如苯環(huán)、烷基等，進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生范德華力。以乙基苯胺與β-環(huán)糊精體系為例，乙基苯胺分子中的乙基和苯環(huán)與β-環(huán)糊精疏水空腔內(nèi)的C-H鍵之間存在色散力，這種色散力使得乙基苯胺能夠在β-環(huán)糊精的疏水空腔內(nèi)找到合適的位置，穩(wěn)定存在。范德華力的存在，增加了胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的相互作用面積和強(qiáng)度，對(duì)兩者的結(jié)合穩(wěn)定性起到了重要作用，進(jìn)而影響手性識(shí)別的效果。不同胺類衍生物由于其分子結(jié)構(gòu)中烷基、苯環(huán)等非極性部分的大小、形狀和電子云分布不同，與β-環(huán)糊精之間的范德華力也存在差異，這種差異導(dǎo)致了它們與β-環(huán)糊精結(jié)合的穩(wěn)定性和選擇性不同，從而表現(xiàn)出不同的手性識(shí)別能力。除了氫鍵和范德華力，胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間還可能存在其他相互作用，如靜電作用、π-π堆積作用等。在一些情況下，胺類衍生物分子中的帶電基團(tuán)與β-環(huán)糊精分子上的羥基或其他帶電基團(tuán)之間可能會(huì)產(chǎn)生靜電作用，這種靜電作用雖然相對(duì)較弱，但在特定條件下也可能對(duì)分子間的相互作用和手性識(shí)別產(chǎn)生影響。當(dāng)胺類衍生物分子中含有苯環(huán)等具有π電子云的基團(tuán)時(shí)，它們與β-環(huán)糊精分子中的苯環(huán)或其他具有π電子云的部分可能會(huì)發(fā)生π-π堆積作用，這種作用進(jìn)一步增強(qiáng)了分子間的相互作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別具有一定的促進(jìn)作用。3.3.2包結(jié)物的形成與結(jié)構(gòu)特征結(jié)合NMR譜圖及相關(guān)理論，可以對(duì)胺類衍生物與β-環(huán)糊精包結(jié)物的形成過程和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入探討。以胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精體系為例，在兩者混合初期，胺基苯甲酸乙酯分子在溶液中自由運(yùn)動(dòng)，與β-環(huán)糊精分子之間的相互作用較弱。隨著分子的熱運(yùn)動(dòng)，胺基苯甲酸乙酯分子逐漸靠近β-環(huán)糊精，其苯環(huán)部分首先與β-環(huán)糊精的疏水空腔開口處相互吸引，由于范德華力和疏水作用的影響，苯環(huán)開始進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔。在這個(gè)過程中，胺基苯甲酸乙酯分子中的胺基和酯基與β-環(huán)糊精分子上的羥基之間通過氫鍵相互作用，進(jìn)一步穩(wěn)定了兩者的結(jié)合。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，更多的胺基苯甲酸乙酯分子進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔，形成穩(wěn)定的包結(jié)物。從NMR譜圖中可以觀察到，在包結(jié)物形成后，胺基苯甲酸乙酯苯環(huán)上氫原子的化學(xué)位移發(fā)生明顯變化，這表明苯環(huán)進(jìn)入了β-環(huán)糊精的疏水空腔，周圍的化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變。同時(shí)，β-環(huán)糊精中靠近空腔開口處的氫原子化學(xué)位移也有所變化，這進(jìn)一步證明了兩者之間的相互作用以及包結(jié)物的形成。通過NOESY譜圖，可以觀察到胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精分子中某些氫原子之間存在核Overhauser效應(yīng)，這直接表明了這些氫原子在空間上的接近，從而推斷出胺基苯甲酸乙酯在β-環(huán)糊精疏水空腔內(nèi)的取向和位置。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測，胺基苯甲酸乙酯的苯環(huán)部分深入β-環(huán)糊精的疏水空腔，而胺基和酯基則位于β-環(huán)糊精空腔的外部，與β-環(huán)糊精的羥基通過氫鍵相互作用，形成了穩(wěn)定的包結(jié)物結(jié)構(gòu)。在甲基苯胺與β-環(huán)糊精體系中，包結(jié)物的形成過程和結(jié)構(gòu)特征與胺基苯甲酸乙酯有所不同。由于甲基苯胺分子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，主要是苯環(huán)與β-環(huán)糊精發(fā)生相互作用。在包結(jié)物形成過程中，甲基苯胺的苯環(huán)在范德華力和疏水作用的驅(qū)動(dòng)下，逐漸進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔。從NMR譜圖中可以看出，苯環(huán)上與甲基處于鄰位的氫原子化學(xué)位移變化較為明顯，這表明苯環(huán)的鄰位部分更靠近β-環(huán)糊精的疏水空腔。結(jié)合NOESY譜圖分析，推測甲基苯胺的苯環(huán)以一定的角度進(jìn)入β-環(huán)糊精的疏水空腔，甲基位于β-環(huán)糊精空腔的外部，與β-環(huán)糊精之間的相互作用主要通過苯環(huán)與β-環(huán)糊精疏水空腔的范德華力以及苯環(huán)上氮原子與β-環(huán)糊精羥基的氫鍵來實(shí)現(xiàn)。包結(jié)物的結(jié)構(gòu)特征與手性識(shí)別密切相關(guān)。由于胺類衍生物的對(duì)映異構(gòu)體在空間結(jié)構(gòu)上存在差異，它們與β-環(huán)糊精形成包結(jié)物時(shí)，分子間的相互作用方式和強(qiáng)度也會(huì)有所不同。這種差異導(dǎo)致了包結(jié)物的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)特征的不同，從而使得β-環(huán)糊精能夠選擇性地與胺類衍生物的某一對(duì)映異構(gòu)體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別。例如，對(duì)于某一胺類衍生物的兩種對(duì)映異構(gòu)體，一種對(duì)映異構(gòu)體與β-環(huán)糊精形成的包結(jié)物中，分子間的氫鍵和范德華力相互作用更強(qiáng)，包結(jié)物更加穩(wěn)定；而另一種對(duì)映異構(gòu)體與β-環(huán)糊精形成的包結(jié)物相對(duì)不穩(wěn)定。在這種情況下，β-環(huán)糊精會(huì)優(yōu)先與穩(wěn)定性較高的對(duì)映異構(gòu)體結(jié)合，從而表現(xiàn)出手性識(shí)別能力。四、與其他研究對(duì)比及拓展4.1與類似體系手性識(shí)別研究的對(duì)比4.1.1不同主體分子的手性識(shí)別性能比較在眾多手性識(shí)別研究中，β-環(huán)糊精憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)成為重要的主體分子，然而，與其他主體分子相比，其手性識(shí)別性能存在著顯著差異。冠醚類化合物是一類具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的主體分子，其空腔大小和電子云分布可通過改變環(huán)的大小和取代基進(jìn)行調(diào)控。以18-冠-6為例，它對(duì)某些有機(jī)銨離子具有良好的手性識(shí)別能力，這主要?dú)w因于其特定大小的空腔能夠與有機(jī)銨離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，且絡(luò)合過程中對(duì)不同構(gòu)型的有機(jī)銨離子表現(xiàn)出選擇性。與β-環(huán)糊精相比，冠醚類化合物的手性識(shí)別主要依賴于其空腔與客體離子的尺寸匹配和靜電相互作用，而β-環(huán)糊精則更多地依靠疏水作用、氫鍵以及范德華力等多種相互作用的協(xié)同。在對(duì)某些含有銨離子的胺類衍生物手性識(shí)別中，18-冠-6能夠通過靜電作用快速與銨離子結(jié)合，但其對(duì)客體分子的結(jié)構(gòu)要求較為嚴(yán)格，只有當(dāng)客體分子的尺寸和電荷分布與18-冠-6的空腔高度匹配時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)高效的手性識(shí)別。而β-環(huán)糊精雖然與客體分子的結(jié)合速度相對(duì)較慢，但其對(duì)客體分子結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠通過多種相互作用與不同結(jié)構(gòu)的胺類衍生物形成包合物，實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別。杯芳烴是另一類具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的主體分子，它由多個(gè)苯酚單元通過亞甲基橋連而成，具有可調(diào)節(jié)的空腔大小和化學(xué)性質(zhì)。杯芳烴對(duì)一些有機(jī)分子，如鹵代烴、芳烴等，表現(xiàn)出良好的手性識(shí)別能力。例如，對(duì)叔丁基杯[4]芳烴可以通過其疏水空腔和π-π堆積作用與某些手性芳烴分子形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別。與β-環(huán)糊精相比，杯芳烴的手性識(shí)別機(jī)制中，π-π堆積作用更為突出，而β-環(huán)糊精的氫鍵作用相對(duì)更為顯著。在對(duì)含有苯環(huán)的胺類衍生物手性識(shí)別中，對(duì)叔丁基杯[4]芳烴能夠通過苯環(huán)之間的π-π堆積作用與胺類衍生物的苯環(huán)部分相互作用，優(yōu)先識(shí)別特定構(gòu)型的對(duì)映體。然而，由于杯芳烴的合成較為復(fù)雜，且其溶解性相對(duì)較差，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。而β-環(huán)糊精來源廣泛，價(jià)格相對(duì)低廉，且具有良好的水溶性，在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢。環(huán)糊精家族中的α-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精與β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)相似，但手性識(shí)別性能也有所不同。α-環(huán)糊精由6個(gè)葡萄糖單元組成，其空腔較小，主要適用于對(duì)較小分子的手性識(shí)別，如一些簡單的醇類、醛類等。γ-環(huán)糊精由8個(gè)葡萄糖單元組成，空腔較大，能夠容納較大尺寸的客體分子，對(duì)一些多環(huán)芳烴、長鏈脂肪烴等具有較好的包合和手性識(shí)別能力。相比之下，β-環(huán)糊精的空腔大小適中，對(duì)胺類衍生物等中等大小的分子具有良好的手性識(shí)別能力，適用范圍較為廣泛。在對(duì)胺基苯甲酸乙酯的手性識(shí)別中，β-環(huán)糊精能夠有效地與胺基苯甲酸乙酯形成包合物，實(shí)現(xiàn)手性識(shí)別，而α-環(huán)糊精由于空腔較小，無法很好地容納胺基苯甲酸乙酯的苯環(huán)部分，手性識(shí)別效果較差；γ-環(huán)糊精雖然能夠容納胺基苯甲酸乙酯，但由于其空腔過大，與胺基苯甲酸乙酯之間的相互作用相對(duì)較弱，手性識(shí)別的選擇性不如β-環(huán)糊精。不同主體分子的手性識(shí)別性能受到其結(jié)構(gòu)、相互作用方式等多種因素的影響。β-環(huán)糊精在對(duì)胺類衍生物的手性識(shí)別中，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和多種相互作用的協(xié)同，展現(xiàn)出良好的性能和廣泛的適用性，但在某些特定情況下，其他主體分子可能具有更優(yōu)的手性識(shí)別效果，這為手性識(shí)別研究提供了多樣化的選擇和思路。4.1.2不同實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果比較在研究胺類衍生物與β-環(huán)糊精的手性識(shí)別時(shí)，除了NMR技術(shù)，還存在多種實(shí)驗(yàn)方法，如高效液相色譜（HPLC）、圓二色譜（CD）等，這些方法各有特點(diǎn)，所得結(jié)果也存在一定差異。HPLC是一種常用的手性分離和分析技術(shù)，其原理是基于不同對(duì)映體與手性固定相之間的相互作用差異，在流動(dòng)相的帶動(dòng)下，不同對(duì)映體在色譜柱中的保留時(shí)間不同，從而實(shí)現(xiàn)分離和分析。在胺類衍生物與β-環(huán)糊精的手性識(shí)別研究中，若將β-環(huán)糊精鍵合到硅膠等載體上制備手性固定相，當(dāng)含有胺類衍生物對(duì)映體的樣品通過色譜柱時(shí)，不同對(duì)映體與β-環(huán)糊精手性固定相的相互作用強(qiáng)度不同，導(dǎo)致它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間出現(xiàn)差異。通過分析保留時(shí)間和峰面積等參數(shù)，可以判斷β-環(huán)糊精對(duì)胺類衍生物對(duì)映體的手性識(shí)別能力和選擇性。與NMR技術(shù)相比，HPLC能夠直接實(shí)現(xiàn)對(duì)映體的分離，通過峰的分離度可以直觀地反映出手性識(shí)別的效果，對(duì)于定量分析對(duì)映體的純度和含量具有優(yōu)勢。然而，HPLC需要復(fù)雜的樣品前處理過程，如衍生化等，以提高檢測靈敏度和分離效果，且儀器設(shè)備昂貴，分析成本較高。此外，HPLC只能提供對(duì)映體在色譜柱中的保留行為信息，無法深入揭示分子間的相互作用細(xì)節(jié)，如相互作用位點(diǎn)、作用方式等。CD是一種基于手性分子對(duì)左旋和右旋圓偏振光吸收差異的光譜技術(shù)，能夠提供分子手性結(jié)構(gòu)和手性識(shí)別的相關(guān)信息。當(dāng)胺類衍生物與β-環(huán)糊精發(fā)生手性識(shí)別作用時(shí)，形成的包合物會(huì)引起CD譜圖的變化，如譜帶的位移、強(qiáng)度的改變等。通過分析CD譜圖的特征，可以判斷手性識(shí)別的發(fā)生以及包合物的結(jié)構(gòu)特征。CD的優(yōu)勢在于能夠快速、無損地檢測手性識(shí)別過程，且對(duì)樣品的濃度要求相對(duì)較低，適用于研究低濃度樣品的手性識(shí)別。但是，CD只能提供分子手性的宏觀信息，對(duì)于具體的分子間相互作用機(jī)制的研究相對(duì)有限，難以準(zhǔn)確確定相互作用的位點(diǎn)和方式。NMR技術(shù)在研究胺類衍生物與β-環(huán)糊精手性識(shí)別中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它能夠在溶液狀態(tài)下，通過分析化學(xué)位移、耦合常數(shù)、峰面積等參數(shù)，深入探究分子間的相互作用細(xì)節(jié)，確定包合物的結(jié)構(gòu)和手性識(shí)別機(jī)制。NMR技術(shù)無需對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，能夠保持樣品的原始狀態(tài)，且可以提供豐富的動(dòng)態(tài)信息，如分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、相互作用的動(dòng)力學(xué)過程等。然而，NMR技術(shù)對(duì)樣品的純度和濃度要求較高，實(shí)驗(yàn)成本也相對(duì)較高，對(duì)于復(fù)雜體系的譜圖解析難度較大。不同實(shí)驗(yàn)方法在研究胺類衍生物與β-環(huán)糊精手性識(shí)別中各有優(yōu)劣。NMR技術(shù)在揭示分子間相互作用機(jī)制方面具有不可替代的作用，與HPLC、CD等技術(shù)相互補(bǔ)充，可以更全面、深入地研究手性識(shí)別現(xiàn)象，為手性識(shí)別理論的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.2研究成果的潛在應(yīng)用拓展4.2.1在藥物分離與分析中的應(yīng)用前景本研究關(guān)于胺類衍生物與β-環(huán)糊精手性識(shí)別的NMR研究成果，在藥物分離與分析領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在藥物對(duì)映體分離方面，手性藥物的不同對(duì)映體往往具有截然不同的藥理活性和毒副作用，準(zhǔn)確分離對(duì)映體對(duì)于提高藥物療效和安全性至關(guān)重要。β-環(huán)糊精因其獨(dú)特的手性識(shí)別能力，能夠與藥物對(duì)映體形成不同穩(wěn)定性的包合物，基于此，可開發(fā)以β-環(huán)糊精為基礎(chǔ)的手性固定相用于高效液相色譜（HPLC）分離。例如，將β-環(huán)糊精鍵合到硅膠等載體上，制備手性色譜柱，當(dāng)含有藥物對(duì)映體的樣品通過該色譜柱時(shí)，由于β-環(huán)糊精與不同對(duì)映體的相互作用存在差異，導(dǎo)致它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間不同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映體的分離。本研究中通過NMR技術(shù)揭示的胺類衍生物與β-環(huán)糊精的相互作用機(jī)制，為優(yōu)化β-環(huán)糊精手性固定相的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，有助于提高手性藥物對(duì)映體的分離效率和選擇性。在藥物純度分析和質(zhì)量控制方面，NMR技術(shù)可以作為一種準(zhǔn)確、可靠的分析手段。利用β-環(huán)糊精與藥物對(duì)映體的手性識(shí)別作用，通過分析NMR譜圖中化學(xué)位移、耦合常數(shù)等參數(shù)的變化，能夠快速、準(zhǔn)確地判斷藥物中對(duì)映體的純度。在某些手性藥物的質(zhì)量控制中，通過測定藥物與β-環(huán)糊精形成包合物后的NMR譜圖，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，若化學(xué)位移等參數(shù)出現(xiàn)異常變化，可能表明藥物中存在雜質(zhì)或?qū)τ丑w純度不符合要求。此外，NMR技術(shù)還可以用于監(jiān)測藥物在合成、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)藥物的降解或異構(gòu)化等問題，確保藥物的質(zhì)量和療效。4.2.2在材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)想在材料科學(xué)領(lǐng)域，本研究成果具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，為制備手性材料提供了新思路。基于胺類衍生物與β-環(huán)糊精的手性識(shí)別作用，可以構(gòu)建具有手性結(jié)構(gòu)的超分子材料。將β-環(huán)糊精與含有特定官能團(tuán)的胺類衍生物通過分子間相互作用組裝在一起，形成具有有序結(jié)構(gòu)的超分子聚集體，這種聚集體可以作為構(gòu)建手性材料的基本單元。由于手性結(jié)構(gòu)的存在，該材料可能表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，在光學(xué)傳感器、手性催化劑載體等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。例如，在光學(xué)傳感器中，手性材料對(duì)不同偏振光的吸收和發(fā)射特性不同，可用于檢測手性分子或生物分子的存在和濃度變化；在手性催化劑載體方面，手性材料能夠?yàn)榇呋瘎┨峁┨囟ǖ氖中原h(huán)境，提高催化劑的對(duì)映選擇性，促進(jìn)手性合成反應(yīng)的進(jìn)行。此外，本研究成果在傳感器領(lǐng)域也具有應(yīng)用設(shè)想。利用β-環(huán)糊精與胺類衍生物的手性識(shí)別特異性，可以開發(fā)新型的手性傳感器用于檢測特定的手性物質(zhì)。將β-環(huán)糊精固定在傳感器的表面，當(dāng)樣品中的手性胺類衍生物與β-環(huán)糊精發(fā)生手性識(shí)別作用時(shí)，會(huì)引起傳感器表面的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，如電學(xué)信號(hào)、光學(xué)信號(hào)等，通過檢測這些信號(hào)的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)手性物質(zhì)的快速、靈敏檢測。這種手性傳感器具有高選擇性和高靈敏度的特點(diǎn)，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)檢測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在生物醫(yī)學(xué)檢測中，用于檢測生物樣品中的手性藥物、生物標(biāo)志物等；在環(huán)境監(jiān)測中，用于檢測環(huán)境中的手性污染物，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全提供技術(shù)支持。五、結(jié)論與展望5.1研究成果總結(jié)本研究通過核磁共振（NMR）技術(shù)，深入探究了胺類衍生物與β-環(huán)糊精之間的手性識(shí)別作用，取得了一系列具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的成果。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法上，精心選擇并成功合成了胺基苯甲酸乙酯、甲基苯胺、乙基苯胺和異丙胺等多種胺類衍生物，同時(shí)制備了高純度的β-環(huán)糊精樣品。利用布魯克AVANCEIIIHD400MHz核磁共振波譜儀，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，包括共振頻率、脈沖序列參數(shù)以及溫度等，確保了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)胺類衍生物與β-環(huán)糊精混合體系的NMR譜圖進(jìn)行細(xì)致分析，明確了譜圖中信號(hào)峰的歸屬。對(duì)于胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精混合體系，確定了苯環(huán)上氫原子、酯基甲氧基氫原子以及β-環(huán)糊精葡萄糖單元上氫原子信號(hào)峰的位置和歸屬，并觀察到混合后苯環(huán)上鄰位氫原子化學(xué)位移從8.0ppm左右移動(dòng)到8.2ppm左右，β-環(huán)糊精中靠近空腔開口處氫原子化學(xué)位移也發(fā)生改變，證明了兩者之間的相互作用。在甲基苯胺與β-環(huán)糊精混合體系中，同樣準(zhǔn)確歸屬了苯環(huán)和甲基氫原子信號(hào)峰，并發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上與甲基處于鄰位的氫原子化學(xué)位移向低場移動(dòng)，進(jìn)一步證實(shí)了相互作用的存在。通過對(duì)比不同胺類衍生物與β-環(huán)糊精混合體系的NMR譜圖，發(fā)現(xiàn)不同胺類衍生物由于結(jié)構(gòu)差異，與β-環(huán)糊精的相互作用機(jī)制和譜圖特征顯著不同。胺基苯甲酸乙酯分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與β-環(huán)糊精存在多種相互作用方式，譜圖中出現(xiàn)多個(gè)交叉峰；甲基苯胺主要是苯環(huán)與β-環(huán)糊精作用，譜圖變化相對(duì)單一；乙基苯胺的乙基參與相互作用且受空間位阻影響，譜圖特征介于前兩者之間；異丙胺無苯環(huán)結(jié)構(gòu)，與β-環(huán)糊精的相互作用方式與其他三種胺類衍生物截然不同。在判斷手性識(shí)別作用方面，化學(xué)位移變化成為關(guān)鍵依據(jù)。胺類衍生物與β-環(huán)糊精相互作用導(dǎo)致化學(xué)位移改變，如胺基苯甲酸乙酯苯環(huán)鄰位氫原子和甲基苯胺苯環(huán)鄰位氫原子化學(xué)位移的變化，直觀反映了手性識(shí)別作用的發(fā)生，且化學(xué)位移變化程度與結(jié)合常數(shù)相關(guān)，為研究手性識(shí)別熱力學(xué)提供了數(shù)據(jù)支持。耦合常數(shù)、峰面積和峰形等參數(shù)也為手性識(shí)別判斷提供了重要信息。胺基苯甲酸乙酯與β-環(huán)糊精相互作用后，苯環(huán)上相鄰氫原子耦合常數(shù)改變，反映了分子結(jié)構(gòu)變化；峰面積和峰