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1 绪论
1.1 背景介绍及用途
自从上世纪60年代以来，人们对多氮杂大环化合物的研究已有了相当的积累，其中研究最多的大环胺类化合物为1,4,7,10-四氮杂环十二烷。
1,4,7,10-四氮杂环十二烷及其衍生物之所以能激起人们持续的研究兴趣，是因为它们对金属离子具有很强的配位能力，而且所形成的配合物具有很多不同寻常的功能。例如，1,4,7,10-四氮杂环十二烷能用于医药、酶模仿物、分离和运载气体、金属阳离子提取等不同方面。如果对1,4,7,10-四氮杂环十二烷加以适当修饰，其配位能力和所形成的配合物的功能还可以大为拓展，如在生物医药中用过渡金属、重金属、镧系和锕系金属的选择性配位剂等。若1,4,7,10-四氮杂环十二烷的N上有酯、酰胺、吡啶等侧链基，则可以作为碱金属阳离子配位剂，高选择性地提取Na+。
但是，大环化合物的合成非常困难，1,4,7,10-四氮杂环十二烷的制备也不例外，常伴有副反应，必须经过反复的纯化步骤才能得到纯度较高的产物。为了寻找快捷、经济且适于大量制备的新路线，人们付出了巨大努力，提出了各种基于不同原料和反应机理的合成方法。这些方法各见长短，但绝对优势都不明显，因而1,4,7,10-四氮杂环十二烷的试剂售价扔居高不下。这在一定程度上形象了对其性能的广泛研究和付诸实用的可能性，所以1,4,7,10-四氮杂环十二烷的合成方法的改进和创新仍具有很大空间。
1,4,7,10-四氮杂环十二烷及其衍生物对金属阳离子、重金属阳离子、镧系和锕系金属离子，甚至对有机或无机阴离子都表现出选择性配位性质，其准确行为依赖于其上取代基的性质，这种多样性使它们在众多领域具有广泛的应用价值。
1,4,7,10-四氮杂环十二烷及其衍生物最重要的应用是制备影像医学中必备的各种造影剂，这方面的研究工作已经有很多综述总结过，对它们的镧系形成的配合物用作核磁共振造影剂的可能性也进行了广泛深入的研究，其中Na<Gd(DOTA)(H2O)>是最典型的代表，它始创于1980年，已用于临床多年。1,4,7,10-四氮杂环十二烷衍生物与重金属形成的配合物也可以用作X射线造影剂。
在基础生物医学研究领域，1,4,7,10-四氮杂环十二烷及其衍生物也具有巨大的应用 潜力，如Kimura等通过系统研究发现，Zn2+-cyclen配合物能选择性的与胸腺嘧啶和尿嘧啶结合，使含有这些碱基的核苷可以被Zn2+-cyclen配合物特异性的识别。基于这种性质可以发展出人造磷酸酯受体，为探测、分离或运载在生物体内广泛存在并有重要生物意义的磷酸酯提供新方法。
大环多胺类的化合物及其配合物的作用广泛，近些年来，对它们的研究已经成为研究领域的新兴课题之一。大环多胺是指含有多个氨基的大环化合物，它们是一种新型全氮冠醚，优良的配体。不但具有普通冠醚的特点，还有以下三大特点：一是它具有独特的空腔结构，使它能与多种金属离子（如重金属的离子、过度金属的离子、放射性金属的离子等）配位而形成稳定的配合物；二是大环多胺类化合物上的氮原子上有未成键的孤对电子，因而它有强碱性，可以接受氢离子形成铵根离子，形成铵根离子后，它一方面可以与阳离子结合，另一方面又可以与阴离子结合，这样可以形成主客体形式的超分子。大环多胺类化合物通过静电力作用与阳离子结合，而和阴离子的配合则是因为它有较强的静电荷和较大的孔径。三是由于有氮原子的影响，它的环上毕竟容易插入亲水性和功能性的基团（如苄基、羧基、磷酸基、羟基、酯基、酰胺等），从而得到各种各样的具有不同功能的配体化合物。这些配合物的应用已经渗透到各个领域，如生物分子学、催化化学、超分子化学、酶化学、医学等，在化合物提纯精制、气体吸附、离子交换、基因“剪刀”等领域也有突破的贡献，所以大环多胺类化合物及其衍生物的合成和性能的研究受到越来越多的关注。
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