8
Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution Harmit Singh ² and Ralf Warmuth p Department of Chemistry, Kansas State University, Manhattan, KS 66506-3701, USA Received 20 October 2001; accepted 17 December 2001 Abstract ÐThe synthesis and binding properties of a hydrophilic hemicarcerand-like host with three chiral linker groups and one enlarged opening, that is partially blocked by two appending coumarin moieties, are reported. The complexation behavior towards three achiral and eight chiral guests were investigated. For those guests, in which binding was observed, guest exchange was slow on the NMR time scale and allowed the observation of free and complexed guest signals. At 228C, binding af®nities ranged from 1.4 to 370 mol 21 . Guest binding is driven by enthalpy. In binding studies with racemic guests, the highest diastereomeric excess of complexation de20%) was observed for racemic 3-methylcyclohex-1-ene. The much lower de for racemic 3-methylpent-1-ene suggests that guest rigidity is important to achieve selectivity. q 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. 1. Introduction Hemicarcerands are an exceptional class of host molecules that bind a single guest molecule with high selectivity that depends mainly on the guest's size and shape. 1 Despite the application of hemicarcerands in the stabilization of reactive intermediates, 2 and for molecular delivery, 3 little effort has been undertaken to modify them for speci®c applications that might pro®t from their superb binding properties. Pos- sible applications include the molecular sensing of bio- molecules and also their use as catalysts for asymmetric induction. 4 For these applications a large difference in the af®nity for the two enantiomeric ground states or transition states, respectively is desired. The latter might translate into different reaction rates for the formation of both enantio- meric products. In this work, we focus on answering the question whether chiral recognition is possible inside the inner phase of a chiral hemicarcerand with one extended equatorially located portal? 5,6 The expected fast guest exchange through the extended portal might be desirable for the above mentioned applications. For our investigations, we have designed the chiral tris- bridged hemicarcerand 1 with six attached glycine units to achieve solubility in hydroxylic polar solvents. 7 In addition, hemicarcerand 1 has two coumarin groups, which are attached via ¯exible ethylene-dioxy linking groups. We envisioned that these groups might provide the hemicarcer- and with two novel properties: a) An optical sensor for complexation events. In polar solvents, one coumarin unit might occupy the inner phase equilibrium 1, Scheme 1). Upon binding of a guest, this coumarin unit would be expelled from the hydrophobic inner phase to the polar bulk phase leading to an environ- ment-induced ¯uorescence emission change equilibrium 3, Scheme 1). 8 For example, the emission of 2 increases by about two orders of magnitude upon changing the solvent from ethyl acetate to water. Such a medium induced modulation of the ¯uorescence properties has earlier been utilized in the design of cyclodextrin based molecular sensors. 9 b) Gating. 10 Alternatively to the above described sensing of guest-binding events, both coumarin units might p-stack in a polar medium which could increase the barrier for guest exchange. Tetrahedron 58 2002) 1257±1264 Pergamon TETRAHEDRON 0040±4020/02/$ - see front matter q 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S0040-402002)00008-X Keywords: hemicarcerand; chiral recognition; host±guest chemistry. p Corresponding author. Tel.: 11-785-532-6684; fax: 11-785-532-6666; e-mail: [email protected] ² Present address: Department of Grain Science and Industry, Kansas State University, Manhattan, KS 66506, USA.

Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

������ �������� � ������������������ ��� �� ������ ������

������ ���� ��� ��� �������

���������� ���� ����� ������ ����� �� ���� ��� ���������� �� ����������� ���

������� �� ������� ����� �������� �� �������� ����

� ������� � !"���!�! ��� ������ ���������! �� � "�������� ������������#��$� �!� %�� ���� ����� ���$�� ����! ��� ��� �������������& ��� �! ��������" ����$�� �" �%� �������� �������� �������!& ��� ��������' � ������(����� ������� ��%���! ���� ������ ������ ����� ��!�! %��� ����!������' )�� ��!� ��!�!& �� %�� ������ %�! ��!�����& ��!� �(���� %�! !��% �� �� *+ ���� !���� �������%�� �� ��!�������� �� ���� ��� ������(�� ��!� !����!' ,� ���-& ������ ��.�����! ����� ���� �'/ �� 0�� �����' 1��!� ������ �!������ �" ������"' 2� ������ !�����! %�� ������� ��!�!& �� ��!� ���!���������� �(��!! �� ������(����� 3�����45 %�! ��!����� ���������� 0#���"��"����(#�#���' � ��� ��%�� �� ��� ������� 0#���"�����#�#��� !��!�! ��� ��!� ������" �! ��������� �� ������!���������"' � ���� 6�!����� ������� 7��' ,�� ���! ��!�����'

�� ����������

�������������! ��� �� �(��������� ���!! �� �!� ��������!��� ���� � !���� ��!� �������� %�� � !���������" ���������! �����" �� �� ��!�8! !�9� ��� !���'� ��!���� ������������� �� ������������! �� �� !������9����� �� ��������������������!&� ��� ��� ��������� �������"&0 ������ ������ �!���� �������$�� �� �����" ��� ��� !����.� �����������!��� ��� ���.� ���� ���� !����� ������ ���������!' :�!#!���� �����������! ������� �� ��������� !��!�� �� ���#��������! ��� ��!� ���� �!� �! �����"!�! ��� �!"����������������'/ )�� ��!� �����������! � ���� ���������� �� ����.���" ��� �� �%� ������������ ����� !����! �� ����!�����!����!& ��!��������" �! ��!����' � ������ ��� ����!���� ������������� �������� ����! ��� �� ��������� �� ��� �������#����� �������!' 2� ��! %��$& %� ����! �� ��!%���� ��;��!���� %���� ����� ���������� �! ��!!���� ��!��� ������� ��!� �� � ����� ������������ %�� ��� �(�������;���������" ������� ������<=&> � �(������ ��!� ��!��(���� ���� �� �(������ ������ ��� �� ��!��������� �� ����� ��������� �����������!'

)�� ��� ����!�������!& %� ��� ��!���� �� ����� ���!#������ ������������ � %�� !�( ������� �"���� ����! �������� !��������" �� "���("��� ����� !������!'� 2� ��������&������������ � �! �%� �������� ����!& %�� ���������� ��� ?�(���� ��"����#���(" ���$�� ����!' ��

����!����� ��� ��!� ����! ��� ������� �� ���������#��� %�� �%� ����� ���������!@

3�5 �� �� ��� ����� � ����� �� � ������' 2� �����!������!& ��� �������� ���� ��� �����" �� ����� ��!�3�;��������� �& ����� �5' A��� ������ �� � ��!�& ��!�������� ���� %���� �� �(������ ���� �� "������������� ��!� �� �� ����� ���$ ��!� ������ �� �� �������#����#������� ?����!����� ���!!��� ���� 3�;���������0& ����� �5'B )�� �(�����& �� ���!!��� �� � ������!�!�" ����� �%� �����! �� �������� ���� ����� ��!������ ���� ��"� ������� �� %����' ��� � ������������� ���������� �� �� ?����!����� ���������! �!������� ���� �����9�� �� �� ��!�� �� �"�����(���� ��!����������� !��!��!'C

3�5 !�� �"'�� ,�����������" �� �� ����� ��!������ !��!���� ��!�#������ �����!& ��� �������� ����! ����#!���$ �� � ����� ������ %�� ����� ������!� ��������� ��� ��!� �(����'

��������� =B 3����5 ��=�D��>/:������

6 ,�6� �*

��/�D/���E��EF # !�� ����� ������ � ���� 6�!����� ������� 7��' ,�� ���! ��!�����':22@ ���/�#/���3��5����B#G

���#�$�@ ������������� ����� ����������� �!�D��!� ����!��"'� -����!������ �����' ��'@ ��#�B=#=0�#>>B/� ��(@ ��#�B=#=0�#>>>>��#����@ %�����H$!�'���

� :��!��� �����!!@ ���������� �� 1���� ������� ��� 2���!��"& I��!�! �����A�����!��"& +�������& I� >>=�>& A�,'

Page 2: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1��=B

����& %� %�! �� ������ �� !"���!�! �� ������������ ���� ��! ������ ���������!' ��� ��!���! !��!�& ��� ����������! �� ��� �������� �! ��������" J�!�#�����"#.����!8�� �� ��!���� �� ��!�! ��� ��� !���� ���� �� !��!� ������ ��� ����� ��!�'

�� ������� ��� ���������

���� ��������� � ������ ��������������

�� �������� �� ����� ������������#��$� ���� �!� �

������ ��

����� ��

Page 3: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1 ��=C

�������� �� � ����.�� ��������� �����!�� �" -��� �����%��$��! ��� �� ������� �����"�#������ ����#�!� 3-����5'=� � !��% �������� �� � �;���' �� �������� ��� ���B �;���' �� 3�&�5#3�5#�&/#��#2#��!"�#�&0#2#�!�����"������#�#������� �� � !�!���!��� �� ��-�0 �� �+, �������� ��� �=4 "����' ���� � %�! ������ ����.�� �" ������� �%���������! ����! �� ��! !���' )��!�& �� �������� ���$�� ����� %�! �������� �" ������� �#"���("�������� %�� �(��!!�&�#������������ �� �+) �� �� ���!���� �� I�-�0'

�� ��������� �� 0 �;���' �� � %�� � ��� I�-�0 �� �+) ��� B��"! �������� �� =�4 "����'

� !��!�;���� ����#�����"9�� ������������ �� �� -�-�0E-�0��E���E ), 3>@�@�@�� �� ��"! �� >��-5 "������ ;�����#�������" !& %�!� !�( "���("� ����! ��� �(������ ��������!� ��! !��������" �� "�������� !������!' ��!� ! �!!������ �� -��-��E-�0�� ��(����! 3�@0 3�E�55 �%������� �� ���� �������' 2� ����� �� ������!� ��! "����������"&%� ������� ! %�� �(��!! *#K�-#�"���� �� �� ���!���� ���#L0#3�����"������5����"�M#0#��"������������� �����#���� ��� �����"��� ������! �� �+,: �� ������ �!� "'

������������ �� �� !�( ��������� �"����! �� " %�� �������?���������� ���� ��� �� ���������� �!� �& %�� �!!������ �� %����E�������E������ ���� ��(����! 3��@=@�5 ������������ �������������!'

���� #���������� $�$������

,������� �� ��������� ��!�! �� � ������ !������� �� � ��%����E�������E������ ���� C=@/@� 3�@�5 ������������" ������ ������ �� ?����!����� ���!!��� !������� �� ���������� ��������!' �!& �� �;���������! �� ����� ���� !����� ��%���! �� !������ .���� �!� %�� ��� �"�!���$ ��!� �(��!��' �! �������������� �! ���!�!���� %���� ��!���� �� ���� ��.��� !���! ��� �� �������� ������!�� �� *+ !������� �� � �� �;����! !������� ����� �� �������� �� �������� �� � ��!� 3)�' �3,5 ��� 3K55'

���� %���� ����� �������

6��� ��� �� ���!!��� ��� ������� ������� ���������!��� �� � ��� �!!�������" ������� ���� �� �������� ��

#���� �� :������ �� *+ !������ 3/�� +�9� ���E-�0��E-�0-��� 3��@=@�5 �� ���- 3,& -5 ��� /��- 3K55 �� � �� �� ��!���� 3,5 ��� �� �� ���!���� ���(��!! ������� 3K5 �� 3�E�5#�� 3-5' +��������! ���$�� %�� ����$ ���! 3�5 �������� �� ������! �� �� �������� �������! �� �' � !����� 3K5 ��� �� �������!3-5 ���$�� %�� ���� ����%! 3 5 �������� �� ��!� ���"� ������! �� ��������� 3K5 �� �� �� ���!���������� ������(�! ��3�5#�� ��� ��3�5#�� 3-5' )���������%! 3 5 �������� ���"���� ��� ������ ������! �� ������(�� �� 3-5'

Page 4: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1��>�

!���� ���#����� ������ ��������! �� � !������� �� �& ����!����� ���� ���������!��� ��.��� !���! ��� ��������(�� ��!� ������! �� �� �� *+ !������� ���������� ��������� �� �@� ������(�! ��1��!� 3)�' �5'

)�� �(�����& �� �������� �� ������� 3='/ �+5 �� � !��������� � �� ���E-�0��E-�0-��� 3��@=@�5 ��!���������!�"��� �� �� ���������� �� � ����� !����� �� � ��'>=& %��%� �!!�� �� �� ���� ���"� ������! �� ������(���������'�0 *� ������ ����! ��� ��!����� �� � �� *+ !������� �! �������� �� ����� ����! ��������� ��� �;��#������� �! ������' � ���"� ������! �� ������(��������� ��� ��.��� !����� �" 0'CB ��� �������� �� �����"� ������! �� ��������(�� �������' �!& ���� ���������(�� ��!� !��%�" �(���� �� �� *+ ���� !����

�� ���� ����������� ��!���� �� ���� �(������ ������ �� �' �! ����� ������� %�! ������� ��!����� �" :������!$� �� ��'&��� � ������� %����#!������ ���!#������ ������������&��

��� �" ���$ �� ��'& ��� � %����#!������ �(������ ��������'�/

� !����������! ��!�������� �� ���� ��� ������(�� ��!�����%�� ��� �� ������������� �� ������ ���!����! � ������ �������� ���������� �� ��1��!� ��� ���� � �� � ��������� ��!� �������������' K����� ���!����! ����� ���%������'/ ��� 0�� +�� 3����� �5' , ���8� ���� ���� ���� ����������� ���������� �� �� ������� ���������!���� 3)�' �5 "������ �%���'0��'B $���E��� ���+����0'B��'B $���E��� ���� �!��0'=��'� $���E���&��� !�%! ��� ������ �! ������"#������ �� ��������%�� ������� ��!�������� �" :������!$� �� ��'& ��� ��������(����� ���������! �� �&'��

� ��!�������� �� ������ �� ������ ��!�! ����� �! �� ��!�%���� ����� ���������� %���� �� ��!!���� �� �� �%�!�������� �����" �� �' 2�����& �� �������� �� ������� ��(����!�� ����� �'D�� ��� �� �� ��������� �� ���!����������������(�!& %�� ��� ���������9�� �" ��������� �!�#������� ��.��� !���! �� �� ������! �� ��� ����������!' � ��!���� �� �����������( ��������� %�� ��D�( �! ����� ���� ������ �������" �! �������� �� (D��' � ��!����!���������� �(��!! �����4 %�! ��!����� ��� 0#���"�#�"����(#�#��� �� 3)�' �3-5& ����� �5' �! �������������������� !���������" �! ���!�!���� %�� ������� ��!���!�" -��� ��� ��%��$��! ��� ������ !�����! ���������� ������� ������������! �' ��� ��'=�&� 7���� �������#!���������" %�! ��!����� ��� ������������! ��� �������������"� ����! �! ����� �������!'=�&�

�� �� �� ���!��� ����� ���������� !�����! �� ����!����������� �� �!�D��!� ����������� ����" ��!��'�= $���E��� �! ��������& �� �! ������!��� ��� ���!�����#!���������" %�! ��!����� ��!���� �� ���" !������ !�9� ���!��� 3�5#�� ��� 3�5#�� �! �������� �� �� ����������! ���' ��� ��' -��!�!���� %�� �� ��!���! �� :������!$� �� ��'& ������� �������������� �� ������������D��!� ������ �����#������! �� %����&�� %� ������� ��� ��!���!��� �����������!���%��� �� -D� ����! �� ��� ����������! ��� ��

������ �� -�����(�� ��� ��� ������(�� ������ ��� ����� ��!�!' ������� ���!����! 3�� ����� �� ���-5 ��� ���!���������� ����� 3�� �����#��!�!5 ��� ���� ��������� �� �������� ������' ��!� ������� ��.���!���! �� �� �� *+ !����! �� !������� ��!� ������! ��� %������ ��(� ���� ��!� ������!' 3�5 K�� ���!���������� ������(�! �� ��������� ����#��� !���!& 3�5 !���� %�! ��� ����� �� ����% � ������������� �� �� ���#!���������� �����'

#���� �� ���������� ���������� �� �� ������� ������ ���!���� � 3�������5 �� �!� � �� ���E-�0��E-�0-��� 3��@=@�5'

Page 5: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1 ��>�

��������#��� ��"� ����! �� �� �!"����������" �%�!��� �������!� �� � ��� �� ���� ������ ����� ��� �� ��!����� �!"�#������ ��!�����������'�= K�� ����������! �� �� ����?�(���� �' ��� �� ��� ���� �� ���� ���� ������������!�� �! �� ��(���9� ���� �����������! %�� �� !����������!�' �! �! ���� ���.���� ��� �� ���� ���� ��' �!������" ��� ����� ��!�#��!� !���#��������������" ������������ ��!� ���������! �� ������ � �������!����#�����" �� ��������� ���������� �" ����#!��� ���#���������!'��&=�

N��" ������!���& ��� �! �� ��!�������� �� � ���!������������� !��� ���������� ��� �� �������� ������! �03� �'CB 3����� ���!��������5 ��� �'C= 3��O�� ���!�����#���55 ��� �= 3� �'>/ 3����� ���!��������5 ��� �'=C3��O�� ���!��������55 �� �� ���!���������� ������(�!��3�5#�� ��� ��3�5#�� 3)�' �3-55' �� ������� ��� ��!�! � ��!��� �� ��������� �������������� ����! �� � �! ������! �� ����� 3�5#�� �� 3�5#��' K�� ����������! ������������������" %�� �� ����� !������ �� �� �!"����������"�%�!��� �' 2� �! ���!������ �� �!!���& ��� �� ?�(���� �%��� ��� ��������� �����! �� �%�!� �� ��� ���!����������������(�! �� ����� �� ��(���9� �!�D��!� �������!' �! %��� ���� �� � !��� ���������� �� �� ��!����� ���E������������� ���%��� ��� �������� �������� ����!'�� �������& ��� ��! %���� ����!���� ���� � ���!������������� !��� ���������� ��� �� ��� ��������! ��������%�� ��� ����& �'' ���� �D�#�����������!' �!& ���������� ����! ��� ��� ��!!��� ����!& ��� ��� ���� �� !��!�!��� ���������� ����! �� �� �!� ����� ��!�������(�����'

�� ���������

, ��% �����& "�������� ������������#��$� �!� �! ����!"���!�9�� ��� ����! !���� ���#����� ��!�! �� �;����!!�������' K����� ���!����! ��� �� �� ����� �� ��� �����

��� ������!� %�� ������!�� �������" �� �� ��!�' ��������!���������" �� ������ !�����! �!�� ������� ��!� �!����!�' *��������!!& �� �! ���" �����!�� ��� �� ��!��������!���������" %�! ��!����� ��� �� �"���� 0#���"�#�"����(#�#���& %�� �! !������ �� !��� ��� !�9� �� ������!����� !���� �� � !����� ����!D,���� �������� �� -���������������' � ;��!���� %���� �� ����� ��!� ���!�!& ��$� �& ��� �� �!�� �! � ����� �������� �������������� �!"������� �����"���� ��������! �! ��������" ����!�������� ��� ���������"'��

�� )*$���������

���� %������

-��-�� ��� �) %��� ���!�" ��!������ ���� -��& �� ���9�#������ $��"�& ��!��������"& ����� �� ����� ����!����' ,������ ������! %��� �!�� %����� ������ ����.������' ,����������! %��� ��������� ����� �� ���� ����!���� ����!!����%�!� !�����' �� ��� �0- *+ !������ %��� ���������!�� � /�� +�9 N����� ) *+ !�����������' �������%��� ���������� �� �� ��!����� -�-�0 ��� -����� �� ��'�> ��� 0'0�& ��!��������"' )�� �������� ����������� *+ !�����!& �� ����������� %�! ���������� �!�� �� ��"����

�"��� !������� ��� � ����������� ����� ��� �! ������������� �� N����� *+ !���%���' +,7�2# �) ��!! !������%��� �������� �� �� 2������ �� �! +,7�2 ��!! !������#�����' )�����!����� !������ %��� �������� �� � ���( )�����+�(#� !������?��������� �!�� � ��� ��� ;����9 �������'6�������� ����"!�! %��� �������� ���� ��!��� ,���"���!& ��!��& ,��9���' 1�����" ����������" %�! ����������� K����� !����� �� 3��D�0� ��!5' :���������� 7-%�! ��������� %�� ��!!#���$�� !����� �� �����!3������� ��05 ���� ,�����' �:7- %�! ��������� �� ����� N����� ���� :��� �"!���' +����� �����! ��������������'

������ ��$��� �� ����"���("�������� � 3��� �&�'��/ ����5 %�! ��!!����� ����� ���� �� ���!!�� �+,3==� �75' ,�"����! ��-�0 3� 5 %�! ����� ��� ��!������� %�! �������" �;���������� �� >��-' ���� � !���������������� %�! �������& � !������� �� 3�&�5#3�5#�&/#��#2#��!"�#�&0#2#�!�����"������#�#������� 3/�B �& �'C� ����5�� ���!!�� �+, 3=� �75 %�! ����� ����%�!� %�� �!"���� ���� ���� B ' � !������� %�! !������ ��� ������/ ��"! �� >��-' � !������� %�! ������������ �" �����#������' ����� 3��� �75 %�! ����� �� �� ��!����� !����' ���!����� !�!���!��� %�! �(������� %�� -�-�0 30���� �75' � �������� ������ ��"��! %��� �������������� / �7' � ������� %�! ������������ %�� -�0��3�� �75 ��� .������ ��� ��� ����.�� �" ����������� 7-3����& -��-�� ��������� 6��,� 3�4 �E�5' � �������%�! ������ ���� �� !����� �� %�� -��-��E6��,� 3�C@=5'-������������ �� �� ������� �������� ��� ������������� %��������� �! ��!������ ����� ��� � 3�� �& �=4 "����5 �! ��������!! !����' P����! �� ��������� ���! ������ ���%��� ����� �=4� �� 0=��- 3������'5� �� 3-�-�05 >'B� 3��& !5&>'�B 3/�& !5& >'=� 3��& !5& ='C= 3��& �& 3��'� �95& ='C� 3��&�& 3��'� �95& ='B0 3��& �& 3��'� �95& ='B� 3��& �& 3��'� �95& /'�0D/'=/ 3�/�& �5& /'0� 3��& ��& 3�0'B&�'B �95& /'�C 3��& ��& 3�0'>& �'> �95& /'�� 3��& ��& 3�/'�& B'� �95& /'�=D/'�B 3B�& �5& 0'=B 3��& ��& 3���'/&>'B �95& 0'=B 3��& ��& 3���'/& >'B �95& 0'=B 3��& ��& 3���'/& �'> �95& 0'=B 3��& ��& 3���'B& B'� �95& �'��D�'�>3�>�& �5& �'/BD�'�> 3/B�& �5& �'0> 3>�& !5& �'0= 3���&!5& �'C=D�'BB 3�/�& �5' �- 3-�-�05 �/B'B�& �/B'��&�/B'=�& �/B'0=& �/B'��& �//'�B& �//'�=& �/0'C/& �/�'0C&�/�'0=& �/�'��& �0C'�/& �0C'//& �0C'0�& �0C'0/& �0C'�C&�0B'��& �0B'//& ��='��& ��='��& ���'�0& ���'0>& ���'==&���'�0& CC'>=& �B'B�& �B'��& �B'>�& �>'/0& �='��& �/'CB&0�'�C& 0�'�>& 0�'/�& 0�'/�& 0�'0�& 0�'0>& 0�'�C& 0�'�>&0�'�0& �C'CB& �C'B�& �B'/C& �B'��& ��'C�& ��'B�& ��'B�&��'C> ��'C/& �/'/�' +,7�2 � +� �E4 ��>�'��C3+�*��5 3����� ��� -��=��=B*��0�& ��>�'��05'

������ "�+��,�����*�-������� +�-��� �#�"���("#�������� 3� & > ����5 ��� �(��!! �&�#������������3= �7& =B ����5 %��� ��!!����� �� ���!!�� �+) 3�=�75 ����� ����' ,�"����! I�-�0 3B'� & =C ����5 %�!����� ��� �� !�!���!��� %�! !������ �� >��- ��� / ��"!' �!������� %�! ��������9�� �� �� > �!�� �-� �; 3�'�*5' ������������ %�! .������ ���& %�!�� %�� %���� 3�� �75 �������!!����� �� �� ������� ������ �� -��-�� ��� %�!!��O����� �� ������ ����������" �� !����� �� %��-��-�� �! �� ������ ��!�' � ������� ������ �! ��.�!� ?����!��� �������� 30>> ��5' -������������ �� ��������� �������� ��� � �! � %��� !���� 3�'B & =�4

Page 6: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1��>�

"����5' +� �0�'=�-� �� 3-�-�05 �'>� 3��& �& 3�C'> �95&�'0� 3��& �& 3�B'/ �95& >'B/ 3��& ��& 3�B'/& �'/ �95&>'�� 3��& �& 3��'/ �95& >'�/ 3��& �& 3�C'> �95& /'00 3��&�& 3�>'� �95& /'>> 3��& �& 3�>'� �95� �- 3-�-�05 �>�'0C&�>�'��& �/0'=�& ��C'�C& ��0'�0& ��0'��& ��0'��>& ��0'��&���'C�& >B'/0& �B'��'

������ ��$��� � ��!� � 3��� �& �'�/� ����5%�! ��!!����� ����� ���� �� ���!!�� �+) 3�= �75',�"����! I�-�0 3� 5 %�! ����� ��� �� !�!���!���%�! !������ ��� � ' 7��$�� � 30B �& �'�/ ����5 %�!����� �� �� !�!���!��� ��� !������ %�! ��������� ������ ����������� ��� 0 ��"!' � !�!���!��� %�! .��������� �� .������ ������ ���� ��!���� ������ 3�'� +& �� >&/� �75' � ������������ ����� ������� %�! .������ ��� ���%�!�� %�� %���� 3���� �75 ��� -�0�� 3���� �75' 2�%�! ����!!����� �� �� ������� ������ �� -�-�0 ��������������� ���� �" ����� �� ������ �;��������! ��-�0��' ,���� .������ ��� �� ����� ������� �� %�! ����.���" ������ ����������" �� !����� �� �!�� -��-�� �!�� ������ ��!�' -������������ �� �� ������� ����������� �! � %��� !���� 3=� �& =�4 "����5' +� �B�D�B��-� �� 3-�-�05 �'>0 3��& �& 3�C'> �95& �'/0 3��& �&3�B'B �95& �'�� 3��& ��& 3�B'B& �'> �95& >'BB 3��& �& 3��'> �95& >'B� 3��& !5& >'�C 3/�& !5& >'�� 3��& !5& >'�� 3��& �&3��'> �95& >'�/ 3��& �& 3�C'> �95& ='B� 3��& �& 3�B'� �95&='B� 3��& �& 3�B'� �95& ='== 3��& �& 3��'� �95& /'B�D/'��3��& �5& /'��D/'=/ 3���& �5& /'=�D/'/> 3��& �5& /'/�D/'0� 3��& �5& /'0�D/'�� 3���& �5& /'�=D0'C> 3>�& �5&0'=�D0'/� 3>�& �5& �'��D�'�B 3�>�& �5& �'/BD�'�> 3>>�&�5& �'C=D�'BB 3�/�& �5' �- 3-�-�05 �>�'��& �>�'/=&�=>'�0& �/C'�0& �/C'�=& �/B'�C& �/B'>B& �/B'>�& �/B'/�&�/B'��& �/B'�/& �//'/�& �//'0=& �//'�=& �/0'>�& �/0'=/&�0C'/�& �0C'0C& �0C'�=& �0C'��& �0C'�0& �0C'�=& �0B'CC&��C'00& ��='�C& ��='�0& ��/'C/& ��/'B=& ��0'/B& ��0'��&��0'��& ���'/=& ���'0=& ���'B0& ���'>C& ���'��& CC'��&CC'=B& �B'B�& �B'==& �B'0�& �>'0C& �='C�& �='/�& ��'�>&>�'0B& 0�'0/& 0�'�B& 0�'/B& 0�'/�& 0�'>�& 0�'�=& �C'BB&�B'��& �B'��& ��'CB& ��'CC& ��'C/& �/'/0' +,7�2 � +��E4 �/=B'��0 3��45 3+�����---���*�

�5 3����� ���-�/���>>*��0>& �/=B'��>5� �/�B'��> 3���45 3+�0���---���*�

�5 3����� ��� -�0B��>�*��0>& �/�B'��/5',���' ����� ��� -�/����/�0>@ -& ��'�=� �& >'C>' )����@ -&��'�C� �& >'>�'

������ ��$��� !� ��!� 30� �& �'���0 ����5 %�!��!!����� �� � !������ ��(���� ��������� -�0��30�� �75& -�-�0 3��� �75& ��� 3=� �75& ��� -)0-���3�� �75 �� � *+ ����' � ���� %�! !����� %�� � �?��!���%#��� ��� �� !������� %�! ����� �� >��- �� �� ��� ���':����������"& �� �����!! �� �� �������� %�! ���$�� �"�������� � �� *+ !�������' � �������� %�! ������������� �� ��"!' � !������ %�! ������� �" ����������� ����� ! 3�C'= �& ;�����������5 �! � �������!! !����' +� �>B�-3������'5� �� 3-�-�05 �'>/ 3��& �& 3�C'> �95& �'/0 3��& �&3�B'B �95& �'�� 3��& ��& 3�B'/& �'� �95& >'BC 3��& �&3��'� �95& >'B� 3��& !5& >'�C 3/�& !5& >'�� 3��& !5& >'��3��& �& 3��'> �95& >'�/ 3��& �& 3�C'> �95& ='B� 3��& �&3�B'� �95& ='B� 3��& �& 3�B'� �95& ='== 3��& �& 3��'� �95& /'B�D/'�� 3��& �5& /'��D/'=/ 3���& �5& /'=�D/'/> 3��& �5& /'/�D/'0� 3��& �5& /'0�D/'�� 3���& �5&/'�=D0'C> 3>�& �5& 0'=�D0'/� 3>�& �5& �'��D�'�B 3�>�&�5& �'/BD�'�> 3>>�& �5& �'C=D�'BB 3�/�& �5' �- 3-�-�05

�>�'�B& �>�'C/& �=>'�=& �/B'B/& �/B'�B& �/�'>�& �/�'�C&�/�'��& �/>'BC& �/='��& �//'BC& �//'��& �/0'>�& �/�'��&�0C'>�& �0C'=�& �0C'0C& �0C'��& �0C'0�& �0C'��& �0C'��&�0C'��& ��C'/0& ��='��& ��/'B/& ��/'�/& ��/'>>& ��0'/0&��0'0�& ��0'�/& ���'�=& CC'BB& CC'//& CC'��& �/'>�& �0'/�&��'=0& ��'�>& ��'�0& ��'��& >�'��& 0�'0�& 0�'��& 0�'0=&0�'�C& 0�'=/& 0�'�=& �C'=C& ��'C�& ��'B0& ��'�C& ��'C�&��'C=& ��'C�& �/'0C' +,7�2 � +� �E4 �/�B'�/=3+�*��5 3����� ��� -�0B��>�*��0>& �/�B'��/5'

���� � ��$��� "� ��!� ! 3=� �& �'��� ���5 %�!��!!����� �� ��" �) 3�= �75' ���!�;�����"& *#K�-#�"���� 3>0 �& �'>�/ ����5& �#�����"�������"������30 �& �'��/ ����5 ��� �#L0#3�����"������5����"�M#0#��"������������� ��������� 3�C� �& �'>/0 ����5 %��������' � �������� ��(���� %�! !������ ����� ���� �� ��������������� ��� = ��"!' � ������ ����������� %�! .���������' � .������ %�! ������������ ����� ������� ���!!���' � �������� ����� ������� %�! %�!�� %�� %����3���� �75 ��� %�! ����.�� ��� !���#����������� �:7-37���#���� ������� ���& ����=� ��� 3:�������(5�-��-��E �) 3C=@=5� ?�% ���� �� �7E���� ��������� ���=/ ��� ��������� ���� �� "�0= ���5' � ������� ��������!%��� ������������ ��%� �� � �7' � ������� %�! �������#����� �" �� �������� �� �(���! 3�� �75 ��� %�! .��������� ����� �� � ������ �� "���� " �! � %��� !���� 3/= �&>=4 "����5' +� �B0D�B/�- 3������'5� �� 3-�-�0� 000 I5�'>= 3��& �& 3�C'> �9& �������� �05& �'/� 3��& �& 3�B'/ �9& �������� �=5& >'BB 3��& ��& 3�B'/& �'� �9&�������� �>5& >'B� 3/�& !& ,��5& >'�C 3��& !& ,��5& >'�B3��& !& ,��5& >'�> 3��& �& 3��'� �9& �������� �B5& >'��3��& �& 3�C'> �9& �������� �/5& >'�/ 3��& �& 3�C'> �95&>'�0D='C� 3/�& �& �-�%������5& ='C/ 3��& �& 3��'� �9&�-�%������5& ='�= 3��& �& 3�>'B �9& �-�%������5& ='>>D='/� 3>�& �& *%5& /'�>D/'>� 3>�& �& -%&-��&-��5& /'=>3��& �& 3��'B �9& -%&-��&-��5& /'/>D/'�> 3�/�& �&�-%�-%��& �-�%������& �-%�-�5& /'�/ 3��& �& 3��'� �9& �-�%������5& /'�0D/'�� 3��& �& �-%�-�5&/'�D0'> 3���& �& *�-%�5& 0'B�& 0'�0 3>�& ,K#!"!���& 3��B'� �9& �-��-%5& �'�=D�'�B 3�>�& �&-%�-��-��-��-�05& �'/B 3�B�& !& -3-%0505 �'/> 30>�&! -3-%0505& �'/BD�'�> 3/B�& �& -��-%�-%�-%�-�05&�'C=D�'BB 3�/�& �& -��-��-��-��-%05' �- 3-�-�0&00= I5 �>C'C�& �>C'B0& �>C'�=& �>�'�C& �>�'��& �=>'0>&�=>'�>& �=>'��& �=='C�& �/B'B�& �/B'>�& �/B'0�& �/B'��&�/B'�0& �/B'�/& �//'�B& �/0'==& �0C'>=& �0C'0C& �0C'0=&�0C'�0& �0C'��& �0C'�=& ��C'00& ��='�/& ��='�>& ��/'C=&��/'B�& ��0'>0& ��0'�C& ��0'�=& ���'�/& CC'>B& CC'>/&CC'=/ 3!�5& CC'0B& B�'/B& B�'0/& B�'�/& ��'��& ��'�/& ��'�C&��'�� 3!�5& >�'C�& /0'��& /0'�0& 0�'0�& 0�'/�& 0�'0�& 0�'0/&0�'/C& 0�'0C& 0�'0�& �C'C�& �B'�0& �B'��& ��'CB& ��'C>&��'C0& ��'C/& ��'C=& ��'C�& �/'��' +,7�2 � +� �E400>�'/B> 3+�*��5 3����� ��� -�B����B*>*��=/&00>�'=��5' ,���' ����� ��� -�B����B*>�=/@ -& >/'�0� �&>'BB� *& �'=�' )����@ -& >='�=� �& >'C�� *& �'B>'

����!� ��$��� �� ��!� " 3= �5 %�! ������ ���� � = �7����� ������ ?�!$' 2��#���� -)0-��� 3�'� �75 %�! ������� ��-' � !�!���!��� %�! !������ ����� ��� �� " ����!!����� ��� %�! ���� �� ��- ��� 0� ���' � !������ %�!������� ����� ������' -�-�0 3� �75 %�! ����� ��� %�!���������� �� ����� � �! � %��� ��%���& %�� %�! ����� ��� ������' +� 0���- 3������'5� �� 3���E-�0��E

Page 7: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1 ��>0

-�0-��� 3��@=@�5� �C= I5 �'CB 3��& �& 3�C'� �95& �'>03��& �& 3�B'/ �95& �'�� 3��& !5& �'�C 3��& !5& �'�� 3��& !5&>'�0 3��& !5& >'C� 3��& �& 3�B'/ �95& >'BC 3��& !5& >'00 3��&�& 3�C'� �95& >'��D='C� 3>�& �5& ='�� 3��& !�5& ='>�D='=�3/�& �5& ='/D='0/ 3��& �5& /'>/D/'=/ 3B�& �5& /'=D0'>>3B�& �5& �'0�D�'� 3�>�& �5& �'/0D�'�= 3/B�& �5& �'C�D�'B� 3�/�& �5' �- 3-�0��& 0�0 I5 �>B'0B& �>B'0�&�>�'C�& �>0'=/& �>0'0=& �>0'�D�>�'0 3�5& �=>'��& �=�'�=&�/C'C�& �/C'/�& �/C'0>& �/C'�C& �/C'��& �/B'C>& �/B'B�&�/='B�& �/='/�& �//'BB& �//'�C& �//'>/& �/�'>�& �/�'/>&�/�'/0& �/�'0B& �/�'��& �/�'�/& �/�'�C& �/�'�B& �0�'B�&��>'>=& ��>'=�& ��/'=�& ��0'>=& ��0'�B& ��0'>�& ���'��&���'C/& ���'=/& �/'CC& �/'C>& �0'>�& �0'==& ��'B/& ��'>�&>C'C�& >C'0�& /�'��& /�'�B& /�'C�& 0B'0=& 0B'��& 0B'�C&0�'C/& 0�'C�& 0�'BB& 0�'B>& 0�'��& 0�'/�& 0�'/�& �B'C0&�B'B=& �B'�C& �0'�B& �0'�/& �/'/0& �/'/�' +,7�2� +� �E4 ��>�'�00 3=45 3+�*��5 3����� ���-�=���B�*>*��/�& ��>�'��05� �E4 ���0'��C 3��45 3+�*��-��-���*��5 3����� ��� -�/B����*=*��/�&���0'�B�5� �E4 �>/>'��� 3��45 3+���*��-��-���*��5 3����� ��� -�/>���/*/*��/�& �>/>'�>�5� �E4�=BC'�=� 3=B45 3+�0�*��-��-���*��5 3����� ���-�//����*0*��0C& �=BC'�0C5� �E4 �=0�'��� 3���45 3+�/�*��-��-���*��5 3����� ��� -�/���>B*�*��0B&�=0�'���5� �E4 �/�='�B> 30>45 3+�=�*��-��-���*��5 3����� ��� -�/���>=*�*��0�& �/�='�C>5'

���� �. /0� ��$��*���� �������

2� � �"����� �(��������& " 30 �& �'� ����5 %�! ������ �� �= �� *+ ���� %�� �?�� !���%#��� !���' 2��#����-)0-��� 3�'� �75 %�! ����� ��� �� !������� %�! ������ ��- ��� 0� ���' � *+ ���� %�! ��������� �� ������� �������� ��� �� !������ %�! ������ ���' -�-�03�'� �75 %�! ����� ��� ������ ��� ���� ����' ��������� � %�! ����� �� � ������ 3�'�= ��5 ��� � �� ���� ����������� ������ �� %�! ��!!����� �� ���E-�0��E-�0-��� 3��@=@�5 3�'=>� �75' , !������� %�!��������' 6���� ���� ��!�& �� � !������� �� �� ��!� ��-�0�� %�! ����� %�� � �� �7 �������� !"���� 3����������� ����� ��= �75' � !������� %�! �������" �;����#������ ��� ����� �� ��� ������ � !����� �� *+ !�������%�! ��������' � �������� ������ �� ��!�#�������� ���#��������� ����!� ��� ���� � %�! ���������� ���� ���������! �� ��!� ������! �� �� ��.��� ����� �� �� ��*+ !������� ��� ���� �� �������! �� �� ��������������! �0 3� B'�=D�'C�5& �/ 3� >'/�D>'�=5& ��� �= 3��'��D�'=�5 3!�� ��!� -��� �5' � ��!���� �� � ���� ���� ������ �� ����!� �� � ���� !�������& �������� �� ��������& �!!���� ������ �;���������' � ������ ���!����! �%�! ���������� ��� �� �����%�� �;������@ ��3L����!�MEL����� �M�L����!�M5EL��!�M& %�� L��!�M ���� �� ������#������� �� ��!� ����� ����! �� ������������� �� ����!�' � �������� ������ ���!����! ��� ������! �� �D> ��!���������!'

� ���!���������� �(��!!�! �������� �� ����� � %������������� ���� �� �������! �� ���������!& ��� %� �!!���� �� �����%�� ������! �� ��� ������������ ��!�!@ �����#����! �� � ��'=B �����'>= 3-��-%0 �� �'5& ���������! �� ���'�� ��� ��'�= 3-��-%0 �� ��5 ��� �������! �� � ��'�0��� ��'B0 3-%0 �� ��5'

����1���������

�! %��$ %�! !�������� �" �� :�������� �!���� )���������!����� �" �� ,������� -������ ������" ��� �" ��*������� ������� )���������' �' �' �! ���" ������� �� ��+���!��" �� ������� ��� ������"& ���� 32����5 ��� �K�P�-,� )����%!��'

����������

�' 3�5 -���& �' Q'� -���& Q' +' 2� ���� ��� ����)��� ��$ +�� �

!)����� ��������& Q' )'& 6�'� � �"�� ������" �� -���!��"@

-�������& �CC/� �� �0�D��>' 3�5 Q�!��& ,'� ������& Q' -'

����& '��& �&&&& 55& C0�DC>�' 3�5 ������& '� P���& Q'

���& ����& '��& �''�& �1& C=D��='

�' 3�5 -���& �' Q'� �����& +' 6'� ���!& ' ��"�#& ����&� 6��&

7$& �&&�& ��& ���/D����' 3�5 ������& ' ��"�#& ����&�

6��& 7$& �&&"& ��& �0/�D�0=�' 3�5 ������& ' 3& ����& ��&�

����& ���)�& �&&(& =CD>�' 3�5������& '�+�����& +' ,'

��"�#& ����&� 6��& 7$& �'''& 1�& ����D���C' 3�5 ������&

'� +�����& +' ,' ����& 7)�& 3& �''�& �& ���C' 3�5 ������&

' 3& ��& ����& ��& �''�& �.�& >C=='

0' :������!$�& 6' 7'� ��!�"�!& I' �' ��"�#& ����&� 6��& 7$&

�&&(& �,& C��DC��'

/' 3�5 ������& '� I�������R& Q'#7'� ��R���9 -������& �'�

7����%�����& I' Q'� K��%�& *' ��"�#& ����&� 6��& 7$&

�''�& 1�& C>DCC' 3�5 I��& I'� ���$& Q�'& Q' 8��)�� �&&"&

�,�& =�D=�'

3�5 I��& Q'� ��������SR�& Q'� ������!!��& 1'� ���$& Q�'& Q'

3& ��& ����& ��& �&&(& �.�& �0BCD�0C�'

=' )�� ����� ���������� !�����! �������� ����� ������������!

!��@ 3�5 Q�����& Q' I'� -���& �' Q' 3& ��& ����& ��& �&&�& ���&

��C�D��C�' 3�5 P���& Q'� -���& �' Q' 3& ��& ����& ��& �&&"&

��5& ���C>D��B�>' 3�5 :��$& K' �'� I������& -' K'� 6��& Q�'&

-' *'� ������& '� -���& �' 3& ����& ���)�& �&&(& ==D

=>'

>' )�� ���������� !�����! �������� ����� !���#�!!������

��������� ���!���! !��@ 3�5 �����& Q' +'� +���SR�& '� ���$&

Q�'& Q' 3& ��& ����& ��& �''�& �.�& =��0D=���' 3�5 �����& �'�

*��$���!& -'� ���$& Q�'& Q' 3& ��& ����& ��& �'''& �..&

C>�BDC>0�' 3�5 �����& Q' +'� ���$& Q�'& Q' 3& ��& ����&

��& �'''& �..& �B��D�B��' 3�5 *��$���!& -'� ���& )'� +���SR�&

'� ���$& Q�'& Q' 3& ��& ����& ��& �&&&& �.�& ���B�D���B='

3�5 -�!�������& ' I'� �"��� I��& K'� ���$& Q�'& Q' 3& ��&

����& ��& �&&"& ��5& ��>��D��>��'

�' )�� ������ !�����! �������� ������ %����#!������ ���#

���������! !��@ 3�5 P���& Q'� -���& �' Q' ����& ���)�&

�&&(& /C�D/CB' 3�5 :������!$�& 6' 7'� )��%��!& 22& ' ,'�

��!�"�!& I' ����& 7)�& 3& �'''& �& CCCD���>'

B' 3�5 2$���& �'� 2!�& *'� ����& *'� *�$�����& +'� *�$�����&

,'� 2$���& '� ���& )'� A���& ,'� ��9�$�& 2'� �!�& ' 3& ��&

����& ��& �&&!& ��,& ��CB�D��CBB' 3�5 +�,�����& �' '�

1�����#1�����"& +' ,' 3& ��& ����& ��& �&&!& ��,& ��=�D

��=�'

C' )�� � ?����!����� ��!������ ����" ����!��� ������� ��

!��!� ������ �����! �" !���#�!!������ ��������� ���!���!

!��@ -�!�������& ' I'� -���& �' 7'� *��$���!& -'� ���$& Q�'&

Q' 3& ��& ����& ��& �'''& �..& �B�>D�BB�'

��' 3�5 ���$& I' *'� *�$�����& I'� ���& -'� I�����& ,' 6'

�� ���� �&&!& .��& >��D>�C' 3�5 *�$�����& I'� ���$& I' *'

3& ��& ����& ��& �&& & ���& �B=0D�B=/' 3�5 ���& -'� ���$&

I' *' 3& ��& ����& ��& �&&!& ��,& B�=>DB���'

Page 8: Chiral recognition by hemicarcerand-like host in aqueous solution

%& � �"�� '& (���)�� * +������$�� �, -.��./ �.��0�.�1��>/

��' -���& �' Q'� Q����& '� ��!�"�!& I' 3& ��& ����& ��& �&&�&

���& �����D����>'

��' ,�"!��& ,' T'� I�����& N' 1'� I�"���& �' �'� �������& 6' N'�

��������& 2' :' �� �& 9���& :�& �&( & �5& �=>D�>�'

�0' A��� ������ �������� �� �������& �� ������� �� ��! !�����

������ � ����� �;�������� �� ���� ������!' � ��������

���� ��!� ���������! ��� ������� �" ���������! �!!���� ��

� ��� ����� ��� �� ������.��'

�/' �����& '� ��$����& �' +'� ���$& Q�'& Q' 3& ��& ����& ��&

�&&&& �.�& ���=0D���=/'

�=' 3�5 *�!��& +'� ������& +'� A��9�%�& P' +�� �%*� �����

��� �� ����"#N-�@ *�% P��$& �CCB' 3�5 !�9�$�& �'�

�����& I'� A������& '� +�$���& +'� �����& I' 3& ��&

����& ��& �'''& �..& 0�/>D0�=0'