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• 近20多年来非天然折叠物的研究引起了科学家们的极大兴趣^[1~7], 利用非天然折叠物构筑有机纳米管道的研究成为当前最新的化学研究领域之一.很多研究小组发展了多种不同结构的折叠化合物, 如多肽体系^{[8, 9]}、疏溶体系^[10]以及多种基于自身刚性骨架进行折叠的芳香酰胺寡聚物体系^[11~18], 它们利用各种非共价键作用力实现分子的折叠, 多数可以折叠成α-螺旋洞穴结构.要构筑螺旋纳米管道结构则要设计更长链的折叠物分子, 有关芳香酰胺折叠聚合物的研究也有报道^[19~24].

  我们设计了聚合物1和2的结构, 利用芳香二胺和二酰氯衍生物进行缩合反应制备.基于龚兵小组^{[25, 26]}的芳香酰胺折叠体系(图 1, Gong体系), 我们将二氢键改造为一个氢键后, 分子骨架刚性有一定减弱, 通过缩合反应更易于形成聚合物, 而不是大环化合物^[27].分子结构中存在的分子内氢键使得分子骨架具有一定的刚性, 可以发生折叠形成α-螺旋结构, 同时芳环间存在的π-π堆积作用利于稳定折叠构象; 侧链的酰胺H^a则发生螺环层与层间的氢键作用进一步稳定螺旋折叠构象; 足够的链长使得折叠的聚合物进一步形成螺旋纳米管道; 我们将手性基团设计在侧链酰胺R上, 不同于我们之前的报道^[22], 将手性基团设计在芳香酰胺主链骨架的R¹上; 折叠使得螺旋空腔内包含大量的羰基氧原子.同时我们设计了具有相同结构的短链化合物3作为对照物.通过溶解度、浓度核磁、紫外可见吸收光谱(UV)和圆二色谱(CD)实验证实了我们的上述设想.

  图 1

  

  图 1.  聚合物1、2以及3的结构

  Figure 1.  Structures of polymers 1, 2 and trimer 3

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  1.   结果与讨论

  1.1   单体的合成

  由文献[28, 29]方法得到化合物4, 它的两个酯基在4 equiv.氢氧化钠作用下发生双水解得二酸化合物5, 再进一步酰氯化得到单体6.化合物4的一个酯基在1.1 equiv.氢氧化钾作用下发生单水解得单酸化合物7, 进一步酰氯化得化合物8, 如Scheme 1所示.

  Scheme 1

  

  Scheme 1.  4, 6-二羟基间苯二甲酸衍生物6和8的合成路线

  Scheme 1.  Synthesis of 4, 6-dihydroxyisophthalic acid derivatives 6 and 8

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  如Scheme 2所示, 通过缩合反应将光学纯的丙氨酸甲酯盐酸盐引入到3, 5-二硝基苯甲酸骨架上得到化合物Ⅰa~Ib, 再通过Pd/C催化氢化将它的二硝基还原得二胺单体Ⅱa~Ⅱb.

  Scheme 2

  

  Scheme 2.  3, 5-二氨基苯甲酸衍生物Ⅱa~Ⅱb的合成路线

  Scheme 2.  Synthesis of 3, 5-diaminobenzoic acid derivatives Ⅱa~Ⅱb

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  1.2   化合物3的合成

  如Eq. 1所示, 在氮气保护下, 将单酰氯化合物8和二胺单体Ⅱa混合于干燥的N, N-二甲基乙酰胺(DMA)溶剂中, 在三乙胺作用下以67%的收率得到化合物3.

  (1)

  1.3   聚合物的合成

  如Eq. 2所示, 在氮气保护下, 将二酰氯单体6和二胺单体Ⅱa混合于干燥的N, N-二甲基乙酰胺溶剂中, 在碱三乙胺作用下得红色固体1(收率93%). ¹H NMR显示, 产物分别在δ 10.4~9.4和7.2~7.0处出现两组宽峰, 因为原料Ⅱa的酰胺H的化学位移出现在δ 7.32, 则产物的酰胺H^a的化学位移对应于δ 7.2~7.0, 而产物在δ 10.4~9.4出现的一组信号则对应于新生成的系列酰胺H^b. GPC测试产物的M_w=13255, M_n=2334, M_w/M_n=5.678, 进一步证实得到了芳香酰胺聚合物.用相同方法我们得到了聚合物2 (M_w=9017, M_n=1490, M_w/M_n=6.051).

  (2)

  在进行缩合反应时, 为了获得聚合物, 我们进行了反应条件优化.针对反应体系中的溶剂、碱、浓度和温度进行了条件筛选(表 1), 反应在30 ℃下以N, N-二甲基乙酰胺为溶剂、三乙胺作碱、反应液浓度为0.0625 mol/L时可以获得M_w=13255、M_n=2334、M_w/M_n=5.678的聚合物.

  表 1

  

  表 1  聚合物1合成条件优化^a

  Table 1.  Optimization of synthesis conditions of polymer 1

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  Entry	Solvent	Base	c/(mol·L-1)	t/℃	GPCb
  					Mw	Mn	Mw/Mn
  1	CHCl3	NEt3	0.0625	30	5611	833	6.73
  2	DMF	NEt3	0.0625	30	1925	398	4.83
  3	NMP	NEt3	0.0625	30	5442	860	6.32
  4	1, 4-Dioxane	NEt3	0.0625	30	4494	1747	2.57
  5	THF	NEt3	0.0625	30	5232	1092	4.79
  6	DMA	NEt3	0.0625	30	13255	2334	5.67
  7	DMA	Pyridine	0.0625	30	5880	921	6.39
  8	DMA	DIPEA	0.0625	30	5057	801	6.31
  9	DMA	NaHCO3	0.0625	30	3273	807	4.06
  10	DMA	NEt3	0.0100	30	5032	542	9.29
  11	DMA	NEt3	0.0300	30	8465	1261	6.71
  12	DMA	NEt3	0.0800	30	6989	1016	6.88
  13	DMA	NEt3	0.1000	30	6277	952	6.59
  14	DMA	NEt3	0.2000	30	5035	752	6.69
  15	DMA	NEt3	0.0625	10	7383	1539	4.80
  16	DMA	NEt3	0.0625	20	9697	1929	5.03
  17	DMA	NEt3	0.0625	40	7374	1156	6.38
  18	DMA	NEt3	0.0625	50	7900	1201	6.58
  a Feeding was carried out at 0 ℃ under nitrogen atmosphere. After the feed was completed, the temperature was slowly raised to the set temperature, and the reaction was carried out for 9 h. The charge ratio was: diacyl chloride: diamine: base=1: 1: 10. GPC measurements on the products were performed with a GMHHR-N column, with a flow rate of 0.35 mL/min, and using tetrahydrofuran as the eluting solvent at room temperature. The injection volume was 10 μL and UV detection at 254 nm was applied. Molecular weights and molecular-weight dispersity were calculated based on polystyrene standards.

  1.4   聚合物的分离纯化

  为了得到不同分子量分布并且分散度较小的聚合物, 我们对聚合物粗品进行了沉淀分离.在0 ℃将9 mL甲醇逐滴滴入聚合物1 (1.18 g)的二氯甲烷溶液(3 mL)中, 静置2 h, 得到红色固体沉淀0.259 g, 母液旋干得到红色固体0.891 g.

  将0.259 g红色沉淀继续溶于2 mL二氯甲烷中, 在0 ℃下逐滴加入6 mL甲醇, 静置2 h, 分出红色固体, 再将它溶于1 mL二氯甲烷中, 在0 ℃下滴加3 mL甲醇, 静置2 h, 分离沉淀得组分1a (0.049 g, M_w=31155, M_n=19603, M_w/M_n=1.58).

  将上述浓缩母液得到的0.891 g红色固体溶于3 mL二氯甲烷中, 在0 ℃下滴加9 mL甲醇, 静置2 h, 分离沉淀得组分1b (0.070 g, M_w=20070, M_n=12729, M_w/M_n=1.57).分离得到的母液, 蒸除溶剂, 得红色固体0.770 g, 再将其于0 ℃下溶于2 mL二氯甲烷, 然后将6 mL甲醇逐滴加入其中, 静置2 h, 分离沉淀得组分1c (0.033 g, M_w=11843, M_n=10355, M_w/M_n=1.14).

  用相同方法分离出聚合物2中的一个组分2b (0.081 g, M_w=20922, M_n=15592, M_w/M_n=1.34).

  1a~1c以及2b的分离纯化结果见表 2, 它们的分散度都小于1.6.按基本重复单元的分子量可以大致估算出1a~1c和2b包含的重复单元数n.

  表 2

  

  表 2  聚合物分离纯化结果^a

  Table 2.  Precipitation separation resultant of polymer

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  Compd.	Mw	Mn	Mw/Mn	n
  1	13255	2334	5.678
  1a	31155	19603	1.58	50
  1b	20070	12729	1.57	32
  1c	11843	10355	1.14	19
  2	9017	1490	6.05
  2b	20922	15592	1.34	33
  a. The GPC test conditions are the same as Table 1.

  1.5   聚合物构象表征

  基于我们课题组已有的报道^[22](图 2), 化学计算显示聚合物1因为酰胺H^b和烷氧原子存在分子内氢键, 使得分子骨架具有一定的刚性而发生折叠, 芳环间存在的π-π堆积作用促进α-螺旋折叠构象形成; 同时侧链酰胺H^a和另一层螺环侧面的羰基氧也存在氢键作用, 可以进一步稳定螺旋折叠构像.大致12个芳环形成2圈螺环(每圈大约6.2个芳环), 螺距为0.38 nm, 折叠物的空腔内径0.82 nm (O和O距离), 折叠导致螺旋空腔内含有大量羰基氧.

  图 2

  

  图 2.  聚合物1的12聚体最低能量构型[由AM1计算得到其分子力学最小化能量^[22], 为简化计算, 其中R¹=CH₃, R=CH₂CH(CH₃)₂]的(a)侧视图和(b)俯视图

  Figure 2.  (a) Side view and (b) top view of the energy-minimized (molecularmechanics energy minimization followed by an AM1 calculation, for simplifying the calculation, where R¹=CH₃, R=CH²CH(CH₃)₂) conformation of a 12-mer of polymer 1^[22]

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  组分1a的M_w=31155, n约为50, 按每3个重复单元(n)螺旋成一转, 它的折叠分子链包含的螺旋转数约为16, 螺旋管道长度大约为5.7 nm.

  通常芳香酰胺聚合物在CH₂Cl₂和CHCl₃等溶剂中的溶解度很差^[30], 聚合物1以及组分1a~1c在CH₂Cl₂、CHCl₃、四氢呋喃(THF)、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)和N, N-二甲基乙酰胺(DMA)中均有很好的溶解度, 因为芳香酰胺聚合物1发生折叠时, 只有侧链上的酰胺暴露在溶剂中, 主链骨架上的酰胺被屏蔽在折叠体内, 避免了相互的分子间聚集.

  在CDCl₃中, 三聚体3 (1 mmol/L)的酰胺H^a的化学位移δ 6.99, 而1a~1c的酰胺H^a则呈现一个宽峰, 化学位移在δ 6.9~7.2之间.当1a~1c的浓度(基于重复单元计算)从1 mmol/L逐渐增大到20 mmol/L时, H^a的化学位移保持不变.但三聚体3的浓度从0.5 mmol/L逐渐增大到40 mmol/L时, 酰胺H^a的化学位移从δ 6.97移到了δ 7.15.由此说明聚合物1侧链的H^a形成了分子内氢键, 进一步稳定聚合物的折叠构象.

  在CHCl₃中, 聚合物1b的浓度从10 mmol/L逐渐增大到40 mmol/L时, 其红外光谱中的酰胺键的N—H伸缩振动保持不变(3348 cm^-1), 说明聚合物1b的酰胺H^a和H^b均形成了分子内氢键.然而三聚体3的浓度从10 mmol/L逐渐增大到40 mmol/L时, 酰胺键的N—H伸缩振动从3363.2 cm^-1红移到了3347.2 cm^-1, 说明三聚体在CHCl₃中存在分子间氢键.浓度红外光谱数据支持浓度核磁的结果.

  在CHCl₃溶液中, 1a~1c、2a以及3在250~350 nm区间有相似峰型的紫外吸收.在相同浓度下, 随着分子链长的增加, 其UV强度1c＞1b＞1a, 呈现减光效应(hypochromic effect)^[31](图 3a), 该现象间接指出聚合物1发生了折叠, 短链的1c游离在外的羰基最多, 长链的1a折叠构象最稳定.聚合物1若能形成特定的手性螺旋结构, 将会在紫外吸收区展现特征的CD光谱.聚合物1a~1c在290和320 nm处均呈现出较强的正cotton效应(图 3b), 其强度随聚合物链长的增加而增强^[32]. 2b (n=33)在290和320 nm处均呈现出较强的负cotton效应, 其cotton效应的强度与1b (n=32)相当.三聚体3则没有CD信号.由此表明, 聚合物侧链上引入的R基团的手性被传递到了整个酰胺主链骨架上, 使聚合物拥有特定的手性螺旋构型, 但其CD强度小于手性基团设计在主链骨架上的折叠聚合物的CD强度^[22], 因为侧链手性R基团远离主链骨架时在传递手性时对主链骨架的影响要小些. R基团的绝对构型与折叠物的螺旋构型具有对应关系, R的绝对构型不同, 折叠聚合物的螺旋构型也不同.

  图 3

  

  图 3.  室温下(a) 1a~1c和2b (20 μmol/L, 基于重复片段计算)在CHCl₃中测得的UV图和(b) 1a~1c和2b (50 μmol/L, 基于重复片段计算)在CHCl₃中测得的CD图

  Figure 3.  (a) UV spectra of 1a~1c and 2b in CHCl₃ (20 μmol/L, based on the repeated units) and (b) CD spectra of 1a~1c and 2b in CHCl₃ (50 μmol/L, based on the repeated units) at room temperature

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  2.   结论

  设计并合成了一类具有一定刚性的芳香酰胺聚合物, 通过沉淀法分离得到了几组不同M_w的聚合物, 它们的分散度均小于1.6, 其溶解度、NMR、UV及CD实验都表明它们可以发生折叠形成螺旋构象, 有关折叠结构的形貌问题还在进一步研究中.本项研究可以延伸到一系列类似的芳香酰胺折叠聚合物的制备, 用于发展新的跨膜离子通道以及纳米多孔膜.

  3.   实验部分

  3.1   仪器与试剂

  熔点采用BüCHI公司B-545型熔点仪测定; ¹H NMR和¹³C NMR图谱采用Bruker-300型核磁共振仪测定; 高分辨质谱采用Bruker microTOF-Q型质谱仪测定; 紫外光谱采用TU-1901双光束紫外可见分光光度计测定; 圆二色谱图采用Applied Photophysics公司的Chirascan圆二色谱仪测定; 红外采用Thermo Fisher NICOLET 6700傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)测定; 聚合物分子量采用SHIMADZU SPD-20A凝胶色谱仪测定.薄层色谱(TLC)采用Silica gel HSGF₂₅₄ plate (0.2 mm; 黄海; 烟台江友), 柱层析采用粗孔硅胶(300~400目, 青岛海洋); 实验中所用原料化合物均为分析纯.

  3.2   实验方法

  3.2.1   4, 6-二羟基间苯二甲酸衍生物5和7的合成

  2, 4-二[2'-异戊氧基]乙氧基-1, 5-间苯二甲酸(5):在化合物4 (3.2 g, 7.040 mmol)中加入28 mL甲醇和2 mol/L氢氧化钠溶液(14 mL), 升温回流, TLC监测反应[V(石油醚): V(乙酸乙酯)=5: 1], 5 h后反应结束, 用6 mol/L盐酸(20 mL)酸化, 过滤得白色固体化合物5 (2.131 g, 71%). m.p. 150.2~152.1 ℃(文献值:^[28] m.p. 149.8 ℃); ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 8.31 (s, 1H), 6.45 (s, 1H), 4.10 (s, 2H), 4.09~4.03 (m, 4H), 3.61~3.55 (m, 4H), 3.29 (t, J=6.8 Hz, 4H), 1.49~1.34 (m, 2H), 1.21 (q, J=6.8 Hz, 4H), 0.62 (d, J=6.6 Hz, 12H); ¹³C NMR (75 MHz, CDCl₃) δ: 165.0, 162.0, 137.3, 112.2, 98.3, 77.4, 77.0, 76.5, 69.3, 68.7, 67.8, 37.6, 24.2.

  5-甲氧羰基-2, 4-二[2'-异戊氧基]乙氧基苯甲酸(7):将化合物4 (3.907 g, 8.600 mmol)溶于44 mL N, N-二甲基亚砜和8.8 mL甲醇混合溶液中, 加热至100 ℃, 滴加6.6 mL甲醇的氢氧化钾(1.4 mol/L)溶液, 5 min滴加完毕. TLC(乙酸乙酯)监测至反应完全, 6 h反应完毕.反应完毕后, 将反应液倒入冰水中, 将反应液倒入冰水中, 将水相用1 mol/L HCl (30 mL)酸化, 用50 mL乙酸乙酯萃取, 干燥, 旋转蒸发除去有机溶剂.柱层析(二氯甲烷)得白色固体化合物7 (2.058 g, 52%). m.p. 105.0~107.3 ℃ (文献值:^[29] m.p. 104.3~105.4 ℃); ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 10.53 (s, 1H), 8.68 (s, 1H), 6.67 (s, 1H), 4.37 (t, J=4.52 Hz, 2H), 4.26 (t, J=4.50 Hz, 2H), 3.92~3.78 (m, 7H), 3.57 (t, J=6.8 Hz, 4H), 1.71~1.65 (m, 2H), 1.52~1.44 (m, 4H), 0.91 (d, J=2.0 Hz, 6H), 0.89 (d, J=2.0 Hz, 6H); ¹³C NMR (75 MHz, CDCl₃) δ: 164.6, 164.5, 163.9, 161.2, 138.2, 114.8, 110.7, 98.6, 70.3, 70.2, 69.5, 69.4, 68.9, 67.8, 51.8, 38.4, 38.1, 29.6, 25.0, 24.9, 22.5, 22.5.

  3.2.2   3, 5-二硝基苯甲酸衍生物Ⅰa~Ib的合成

  (2R)-间苯二硝基苯甲酰胺丙酸甲酯(Ⅰa):于100 mL圆底烧瓶中加入3, 5-二硝基苯甲酸(1 g, 4.71 mmol), 用10 mL四氢呋喃溶解, 加入1滴DMF, 在氮气保护下, 将草酰氯(1.795 g, 1.196 mmol)溶于10 mL四氢呋喃中加入体系, 升温至回流, 3 h后反应完毕, 蒸除溶剂得酰氯化合物, 待用.将D-丙氨酸甲酯盐酸(0.66 g, 4.728 mmol)溶于20 mL二氯甲烷, 在氮气保护下加入三乙胺(1.431 g, 0.014 mmol), 在冰浴下缓慢加入制得的酰氯化合物的二氯甲烷(20 mL)溶液, 滴加完毕后, 室温反应过夜, TLC监测(二氯甲烷)反应, 反应液用稀盐酸(30 mL)、碳酸氢钠(30 mL)和饱和食盐水(30 mL)各洗一次, 干燥, 旋转蒸除溶剂, 柱层析(二氯甲烷)得黄色固体Ⅰa (1.106 g, 79%). m.p. 191~121 ℃; ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 9.17 (t, J=2.1 Hz, 1H), 8.93 (d, J=2.1 Hz, 2H), 7.32 (d, J=7.1 Hz, 1H), 4.89~4.79 (m, 1H), 3.85 (s, 3H), 1.59 (d, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (75 MHz, CDCl₃) δ: 173.4, 162.0, 148.6, 137.1, 127.2, 121.3, 53.0, 49.0, 18.2. HRMS (ESI) calcd for C₁₁H₁₁N₃NaO₇ [M+Na]⁺ 320.0474, found 320.0474.

  (2S)-间苯二硝基苯甲酰胺丙酸甲酯(Ib):同法制备得黄色固体(2.311 g, 82 %). m.p. 117.0~119.4 ℃(文献值:^[33] m.p. 125~126 ℃); ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 9.15 (t, J=2.0 Hz, 1H), 8.93 (d, J=2.0 Hz, 2H), 7.34 (d, J=6.4 Hz, 1H), 4.88~4.79 (m, 1H), 3.84 (s, 3H), 1.58 (d, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (75 MHz, CDCl₃) δ: 173.4, 162.1, 148.6, 137.1, 127.2, 121.2, 52.9, 49.0, 18.2.

  3.2.3   三聚体3的合成

  氮气保护下将化合物7 (0.207 g, 0.469 mmol)溶于20 mL干燥的二氯甲烷中, 滴加1滴DMF, 然后快速加入草酰氯(0.173 g, 1.363 mmol), 冰浴下搅拌1.5 h后反应完毕, 蒸除溶剂得酰氯8, 氮气保护下溶于干燥的DMA (4 mL)中, 备用.

  将化合物Ⅰa (0.077 g, 0.259 mmol)溶于20 mL干燥的二氯甲烷中, 然后加入7 mg含水14% Pd/C, 用氢气置换空气三次.室温反应12 h, 用硅藻土过滤反应液, 蒸除溶剂得双胺Ⅱb.氮气保护下, 将双胺Ⅱa溶于4 mL干燥的DMA中, 于0 ℃加入三乙胺(0.229 g, 2.264 mmol), 并快速加入上述备用的酰氯8的DMA溶液, 搅拌, 缓慢升至室温, 9 h反应完毕后, 用1 mol/L稀酸(40 mL)和水(40 mL)各洗一次, 干燥, 蒸除溶剂, 柱层析[V(CH₂Cl₂): V(CH₃OH)=40: 1]得黄色油状物3 (0.166 g, 67%). ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 10.03 (s, 2H), 8.78 (s, 2H), 8.42 (s, 1H), 7.90 (d, J=1.8 Hz, 2H), 7.06 (d, J=7.3 Hz, 1H), 6.65 (s, 2H), 4.78~4.24 (m, 1H), 4.38 (t, J=4.0 Hz, 4H), 4.26 (t, J=5.0 Hz, 4H), 3.99~3.97 (m, 4H), 3.85 (d, J=6.1 Hz, 10H), 3.77 (s, 3H), 3.65 (t, J=7.0 Hz, 4H), 3.59 (t, J=6.8 Hz, 4H), 1.76~1.59 (m, 2H), 1.60~1.44 (m, 9H), 1.39 (q, J=6.9 Hz, 4H), 0.90 (d, J=6.6 Hz, 12H), 0.75 (d, J=6.6 Hz, 12H); ¹³C NMR (75 MHz, CDCl₃) δ: 173.2, 166.2, 165.1, 162.9, 162.3, 160.5, 139.4, 137.0, 134.9, 115.1, 114.4, 114.3, 113.9, 98.3, 70.2, 70.2, 69.3, 69.1, 69.0, 68.2, 52.4, 51.8, 48.6, 38.5, 38.1, 25.0, 24.0, 22.6, 22.5. HRMS (ESI) calcd for C₅₇H₈₃N₃-NaO₁₇ [M+Na]⁺ 1104.5620, found 1104.5585.

  3.2.4   聚合物1和2的合成

  氮气保护下将二酸化合物5 (0.833 g, 1.95 mmol)溶于20 mL干燥的二氯甲烷中, 滴加1滴DMF, 然后快速加入草酰氯(1.487 g, 11.718 mmol), 冰浴下搅拌反应1.5 h, 旋干溶剂得酰氯6, 氮气保护下将其溶于干燥的DMA (31.2 mL)中, 备用.

  将化合物Ⅰa (0.584 g, 1.958 mmol)溶于干燥的二氯甲烷(20 mL), 然后加入50 mg含水14% Pd/C, 用氢气置换空气多次, 通入氢气反应12 h.用硅藻土快速过滤反应液, 旋干溶剂得二胺化合物1-b.氮气保护下, 将双胺Ⅱa溶于干燥的N, N-二甲基乙酰胺(31.2 mL)中, 加入三乙胺(1.0965 g, 19.426 mmol), 于0 ℃下快速加入前述备用的酰氯6的DMA溶液, 搅拌, 反应液缓慢升至室温, 9 h反应完毕.反应液分别用1 mol/L稀酸(40 mL)和水洗(40 mL×3), 干燥, 蒸除溶剂, 得红色固体聚合物1 (1.18 g, 93%). ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ: 10.10 (br s, 2H×n), 9.15 (br s, 1H×n), 8.74 (br s, 1H×n), 8.00 (br s, 1H×n), 6.98 (br s, 1H×n), 6.56 (br s, 1H×n), 6.22~5.63 (m, 1H×n), 5.55~4.68 (m, 2H×n), 4.59~3.18 (m, 9H×n), 3.11~1.96 (m, 3H×n), 1.65 (br s, 4H×n), 1.48~1.11 (m, 8H×n), 1.106~0.99 (br s, 1H×n), 0.96~0.28 (m, 8H×n). FT-IR (KBr) ν: 3353, 2955, 2925, 2869, 1750, 1675, 1602, 1546, 1500 cm^-1. GPC测定其M_w=13255, M_n=2334, M_w/M_n=5.678.

  聚合物2的合成:同于聚合物1的方法制备, 得到红色固体的聚合物2 (0.513 g, 93%), GPC测定其M_w=9017, M_n=1490, M_w/M_n=6.05.

  辅助材料(Supporting Information)  聚合物1a~2c和2b的GPC图谱、组分1a~2c和三聚体3的浓度核磁图谱、三聚体3的CD图谱和UV图谱、聚合物1的¹H NMR和IR图谱、化合物1a和化合物3的¹H NMR、¹³C NMR和HRMS图谱及聚合物1b和三聚体3的浓度红外图谱.这些材料可以免费从本刊网站(http://siocjournal.cn/)上下载.

• 1. [1]

     Gellman, S. H. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 173. doi: 10.1021/ar960298r

  2. [2]

     David, J. H.; Matthew J. M.; Ryan, B. P.; Thomas, S. H.; Moore, J. S. Chem. Rev. 2001, 101, 3893. doi: 10.1021/cr990120t

  3. [3]

     Gong, B. Chem.-Eur. J. 2001, 7, 4336. doi: 10.1002/(ISSN)1521-3765

  4. [4]

     Huc, I. Eur. J. Org. Chem. 2004, 17. doi: 10.1002/chin.200413228/full

  5. [5]

     Li, Z. T.; Hou, J. L.; Li, C.; Yi, H.-P. Chem.-Asian J. 2006, 1, 766. doi: 10.1002/(ISSN)1861-471X

  6. [6]

     Goodman, C. M.; Choi, S.; Shandler, S.; Degrado, W. F. Nat. Chem. Biol. 2007, 3, 252. doi: 10.1038/nchembio876

  7. [7]

     Guichard, G.; Huc, I. Chem. Commun. 2011, 47, 5933. doi: 10.1039/c1cc11137j

  8. [8]

     Appella, D. H.; Christianson, L. A.; Karle, I. L.; Powell, D. R.; Gellman, S. H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 13071. doi: 10.1021/ja963290l

  9. [9]

     Yang, D.; Li, W.; Qu, J.; Luo, S.-W.; Wu, Y. D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13018. doi: 10.1021/ja036136p

  10. [10]

      Nelson, J. C.; Saven, J. G.; Moore, J. S.; Wolynes, P G. Science 1997, 277, 1793. doi: 10.1126/science.277.5333.1793

  11. [11]

      Seebach, D.; Overh, M.; Kiihnle, F. N. M.; Martinoni, B.; Oberer, L.; Hommel, U.; Widmer, H. Helv. Chim. Acta 1996, 79, 913.

  12. [12]

      Hamuro, Y.; Geib, S. J.; Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 10587. doi: 10.1021/ja963449u

  13. [13]

      Zhu, J.; Parra, R. N. D.; Zeng, H.; Skrzypczak-Jankun, E.; Zeng, X C.; Gong, B. J. Am. Chem. Soc, 2000, 122, 4219. doi: 10.1021/ja994433h

  14. [14]

      Jiang, H.; LéGer, J.-M.; Huc, I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3448. doi: 10.1021/ja029887k

  15. [15]

      Hou, J. L.; Shao, X. B.; Chen, G. J.; Zhou, Y. X.; Jiang, X. K.; Li, Z. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12386. doi: 10.1021/ja047436p

  16. [16]

      汪奕, 王辉, 张丹维, 黎占亭, 有机化学, 2016, 36, 1580 http://manu19.magtech.com.cn/Jwk_yjhx/CN/abstract/abstract345572.shtmlWang, Y.; Wang, H.; Zhang, D.-W.; Li, Z.-T. Chin. J. Org. Chem. 2016, 36, 1580(in Chinese). http://manu19.magtech.com.cn/Jwk_yjhx/CN/abstract/abstract345572.shtml

  17. [17]

      孙广军, 聂承斌, 赵新, 黎占亭, 有机化学, 2017, 37, 1757. http://manu19.magtech.com.cn/Jwk_yjhx/CN/abstract/abstract345982.shtmlSun, G.; Nie, C.; Zhao, X.; Li, Z. Chin. J. Org. Chem. 2017, 37, 1757(in Chinese). http://manu19.magtech.com.cn/Jwk_yjhx/CN/abstract/abstract345982.shtml

  18. [18]

      Yang, L.; Zhao, W.; Che, Y. K.; Wang, Y.; Jiang, H. Chin. Chem. Lett. 2017, 28, 1659. doi: 10.1016/j.cclet.2017.06.006

  19. [19]

      Van Gorp, J J.; Vekemans, J. A. J. M.; Meijer, E. W. Chem. Commun. 2004, 60.

  20. [20]

      Sinkeldam, R. W.; Van Houtem, M. H. C. J.; Pieterse, K.; Vekemans, J. A. J. M.; Meijer, E. W. Chem.-Eur. J. 2006, 12, 6129. doi: 10.1002/(ISSN)1521-3765

  21. [21]

      Lu, Y. X.; Shi, Z. M.; Li, Z. T.; Guan, Z. Chem. Commun. 2010, 46, 9019. doi: 10.1039/c0cc03689g

  22. [22]

      Cao, J.; Kline, M.; Chen, Z.; Luan, B.; Lv, M.; Zhang, W.; Lian, C.; Wang, Q.; Huang, Q.; Wei, X.; Deng, J.; Zhu, J.; Gong, B. Chem. Commun. 2012, 48, 11112. doi: 10.1039/c2cc35886g

  23. [23]

      Zhang, Y.-C.; Chen, L.; Wang, H.; Zhou, Y.-M.; Zhang, D.-W.; Li, Z.-T. Chin. Chem. Lett. 2016, 27, 817. doi: 10.1016/j.cclet.2016.03.041

  24. [24]

      Zhang, P.; Wang, Z.; Zhang, L.; Wang, H.; Zhang, D.; Hou, J.; Li, Z. Chin. J. Chem. 2016, 34, 678. doi: 10.1002/cjoc.v34.7

  25. [25]

      Gong, B. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1376. doi: 10.1021/ar700266f

  26. [26]

      Parra, R. D.; Zeng, H.; Zhu, J.; Zheng, C.; Zeng, X. C.; Gong, B. Chem.-Eur. J. 2001, 7, 4352. doi: 10.1002/(ISSN)1521-3765

  27. [27]

      Feng, W.; Yamato, K.; Yang, L.; Ferguson, J. S.; Zhong, L.; Zou, S.; Yuan, L.; Zeng, X. C.; Gong, B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2629. doi: 10.1021/ja807935y

  28. [28]

      Aimin, Z.; Joseph S, F.; Kazuhiro, Y.; Chong, Z.; Gong, B. Org. Lett. 2006, 8, 5117. doi: 10.1021/ol062103d

  29. [29]

      Wei, X.; Zhang, G.; Shen, Y.; Zhong, Y.; Liu, R.; Yang, N.; Al-Mkhaizim, F Y.; Kline, M A.; He, L.; Li, M.; Lu, Z. L.; Shao, Z.; Gong, B. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2749. doi: 10.1021/jacs.5b12698

  30. [30]

      García, J. M.; García, F. C.; Serna, F.; de la Peña, J. L. Prog. Polym. Sci. 2010, 35, 623. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2009.09.002

  31. [31]

      Sakurai, K.; Mizu, M.; Shinkai, S. Biomacromolecules, 2001, 2, 641. doi: 10.1021/bm000121r

  32. [32]

      Creighton, T. E. Proteins:Structures and Molecular Properties, 2nd ed., W. H. Freeman, New York, 1993.

  33. [33]

      Vicente, A. I.; Caio, J. M.; Sardinha, J.; Moiteiro, C.; Delgado, R.; Félix, V. Tetrahedron 2012, 68, 670. doi: 10.1016/j.tet.2011.10.090

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  图 1  聚合物1、2以及3的结构

  Figure 1  Structures of polymers 1, 2 and trimer 3

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  Scheme 1  4, 6-二羟基间苯二甲酸衍生物6和8的合成路线

  Scheme 1  Synthesis of 4, 6-dihydroxyisophthalic acid derivatives 6 and 8

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  Scheme 2  3, 5-二氨基苯甲酸衍生物Ⅱa~Ⅱb的合成路线

  Scheme 2  Synthesis of 3, 5-diaminobenzoic acid derivatives Ⅱa~Ⅱb

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  图 2  聚合物1的12聚体最低能量构型[由AM1计算得到其分子力学最小化能量^[22], 为简化计算, 其中R¹=CH₃, R=CH₂CH(CH₃)₂]的(a)侧视图和(b)俯视图

  Figure 2  (a) Side view and (b) top view of the energy-minimized (molecularmechanics energy minimization followed by an AM1 calculation, for simplifying the calculation, where R¹=CH₃, R=CH²CH(CH₃)₂) conformation of a 12-mer of polymer 1^[22]

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  图 3  室温下(a) 1a~1c和2b (20 μmol/L, 基于重复片段计算)在CHCl₃中测得的UV图和(b) 1a~1c和2b (50 μmol/L, 基于重复片段计算)在CHCl₃中测得的CD图

  Figure 3  (a) UV spectra of 1a~1c and 2b in CHCl₃ (20 μmol/L, based on the repeated units) and (b) CD spectra of 1a~1c and 2b in CHCl₃ (50 μmol/L, based on the repeated units) at room temperature

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  表 1  聚合物1合成条件优化^a

  Table 1.  Optimization of synthesis conditions of polymer 1

  Entry	Solvent	Base	c/(mol·L-1)	t/℃	GPCb
  					Mw	Mn	Mw/Mn
  1	CHCl3	NEt3	0.0625	30	5611	833	6.73
  2	DMF	NEt3	0.0625	30	1925	398	4.83
  3	NMP	NEt3	0.0625	30	5442	860	6.32
  4	1, 4-Dioxane	NEt3	0.0625	30	4494	1747	2.57
  5	THF	NEt3	0.0625	30	5232	1092	4.79
  6	DMA	NEt3	0.0625	30	13255	2334	5.67
  7	DMA	Pyridine	0.0625	30	5880	921	6.39
  8	DMA	DIPEA	0.0625	30	5057	801	6.31
  9	DMA	NaHCO3	0.0625	30	3273	807	4.06
  10	DMA	NEt3	0.0100	30	5032	542	9.29
  11	DMA	NEt3	0.0300	30	8465	1261	6.71
  12	DMA	NEt3	0.0800	30	6989	1016	6.88
  13	DMA	NEt3	0.1000	30	6277	952	6.59
  14	DMA	NEt3	0.2000	30	5035	752	6.69
  15	DMA	NEt3	0.0625	10	7383	1539	4.80
  16	DMA	NEt3	0.0625	20	9697	1929	5.03
  17	DMA	NEt3	0.0625	40	7374	1156	6.38
  18	DMA	NEt3	0.0625	50	7900	1201	6.58
  a Feeding was carried out at 0 ℃ under nitrogen atmosphere. After the feed was completed, the temperature was slowly raised to the set temperature, and the reaction was carried out for 9 h. The charge ratio was: diacyl chloride: diamine: base=1: 1: 10. GPC measurements on the products were performed with a GMHHR-N column, with a flow rate of 0.35 mL/min, and using tetrahydrofuran as the eluting solvent at room temperature. The injection volume was 10 μL and UV detection at 254 nm was applied. Molecular weights and molecular-weight dispersity were calculated based on polystyrene standards.

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  表 2  聚合物分离纯化结果^a

  Table 2.  Precipitation separation resultant of polymer

  Compd.	Mw	Mn	Mw/Mn	n
  1	13255	2334	5.678
  1a	31155	19603	1.58	50
  1b	20070	12729	1.57	32
  1c	11843	10355	1.14	19
  2	9017	1490	6.05
  2b	20922	15592	1.34	33
  a. The GPC test conditions are the same as Table 1.

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