介绍
1-(4-硝基苯基)哌嗪（1-(4-Nitrophenyl)piperazine，简称NPP）的分子结构由对位取代的硝基苯环与哌嗪环连接而成，兼具芳环共轭体系与碱性脂肪胺结构。可与5-羟色胺能、多巴胺能、肾上腺素能等多种G蛋白偶联受体结合，但普遍存在水溶性受限、体内稳定性不足等问题
图一 1-(4-硝基苯基)哌嗪
与磺化杯芳烃包合作用
1-(4-硝基苯基)哌嗪本身具有鲜明的光谱特征，其水溶液在386nm处存在强紫外吸收峰，在337nm激发波长下可于446nm处产生稳定的荧光发射。在不同pH环境中逐步加入磺化杯芳烃后，NPP的紫外吸收强度随主体浓度升高呈现规律性增强，且吸收峰位无明显偏移。为排除吸收信号简单叠加的干扰，单独测试了SCXn的紫外吸收，其最大吸收位于275~285nm区间，与NPP的386nm特征峰完全无重叠，由此证明吸收增强并非两种物质光谱的简单加和，而是主客体相互作用形成包合物后，客体分子所处微环境极性降低引发的光谱性质变化。荧光光谱的变化进一步印证了包合行为：加入SCXn后，NPP在446nm处的荧光强度显著提升，且无明显发射波长位移。荧光增强的本质是NPP分子进入杯芳烃的疏水空腔后，受到空腔的屏蔽保护，减少了与水分子碰撞引发的非辐射能量跃迁，提升了荧光量子产率。无论是SCX4、SCX6还是SCX8，均能诱导NPP产生吸收与荧光的双重增强效应，证实该类主体与NPP之间普遍存在包合作用。
包合作用的计量关系
1-(4-硝基苯基)哌嗪与磺化杯芳烃的包合反应遵循超分子主客体平衡规律，通过非线性拟合方法可对包合计量比与形成常数进行定量解析。确定SCXn与1-(4-硝基苯基)哌嗪均形成化学计量比为1:1的包合物，即一个杯芳烃分子结合一个NPP客体分子。在pH3.05、6.50、8.40三种条件下，包合常数随pH升高呈现逐渐下降的趋势。酸性条件下，NPP哌嗪环上的脂肪氨基发生质子化，形成带正电荷的阳离子，而磺化杯芳烃上口的磺酸根基团完全解离为负电荷，二者之间产生强静电引力，与空腔的疏水作用、苯环间的π-π堆积共同构成包合驱动力；当pH升至中性及碱性时，哌嗪氨基逐渐去质子化，静电相互作用消失，包合仅依靠疏水效应与π-π作用维持，因此结合强度显著降低。在pH3.05的酸性条件下，SCX8与NPP的包合常数达到最大值1.7×10⁷L・mol⁻¹，体现出极强的结合稳定性。
相同pH条件下，包合常数随杯芳烃聚合度增加而依次升高，呈现SCX4<SCX6<SCX8的规律。SCX4的疏水空腔与上口尺寸最小，仅能部分容纳1-(4-硝基苯基)哌嗪的苯环结构，空间匹配度有限；SCX8拥有更大的空腔体积与更宽的上口，与NPP分子的空间适配性最优，苯环可更深地嵌入空腔内部，主客体间的疏水接触面积与静电作用位点更多，因此结合最为稳定。
包合机制
¹HNMR测试结果显示，形成包合物后，1-(4-硝基苯基)哌嗪苯环上的两组芳氢（H-1与H-2）化学位移均向高场方向移动，且位移幅度随杯芳烃环数增加而逐渐增大；相比之下，哌嗪环上的脂肪氢位移幅度更小。高场位移是质子处于杯芳烃苯环环流屏蔽区域的典型特征，由此可推断NPP的苯环部分嵌入了SCXn的疏水空腔内部，且杯芳烃环数越大，苯环插入的深度越深，受到的屏蔽效应越强。二维旋转坐标系Overhauser效应谱（ROESY）为该结论提供了更直接的证据：SCX6与NPP的包合物中，NPP的苯环质子与SCX6的芳环质子之间存在明显的NOE交叉峰，说明两类质子在空间上距离极近，直接证实了苯环嵌入疏水空腔的结合方式。苯环插入的构型总能量显著低于哌嗪插入的构型，二者能量差达1.36eV，表明苯环嵌入空腔是热力学上更稳定的优势结合模式。
图二 1-(4-硝基苯基)哌嗪及其包合物的1H NMR图
红外光谱中，纯NPP位于1589cm⁻¹、1311cm⁻¹的硝基特征伸缩振动峰，以及1600~1450cm⁻¹区间的苯环骨架振动峰，在形成包合物后均发生明显位移，部分特征峰消失，说明苯环与硝基区域是参与主客体相互作用的主要位点，被包裹于空腔内部后振动性质发生改变。热分析结果显示，纯1-(4-硝基苯基)哌嗪在130℃处有尖锐的熔点吸热峰，而三种包合物中该熔点峰均完全消失，取而代之的是两组新的吸热峰，表明NPP不再以游离晶体形式存在，而是与主体形成了全新的包合物相[1]。
图三 1-(4-硝基苯基)哌嗪及其包合物的红外光谱图
参考文献
[1]Yongbin Zhang, Jianbin Chao, Shuhui Zhao, et al. Investigation on the inclusion interaction of 4-sulfonatocalix[n]arenes with 1-(4-nitrophenyl)piperazine[J]. Spectrochimica acta, Part A. Molecular and biomolecular spectroscopy,2014,132A44-51. DOI:10.1016/j.saa.2014.04.156.