（无机化学专业论文）带核苷识别因子的杯芳烃衍生物的合成、表征及其分子识别作用的研究.pdf

同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 摘+ 要 本文合成了对叔丁基杯 4 芳烃尿苷，并通过差热分析、核磁 共振、红外光谱、紫外可见光谱及电喷雾质谱等手段进行了表征。采 用紫外分光光度法研究了对叔丁基杯 4 芳烃尿苷的分子识别作用， 紫外光谱的减色效应表明对叔丁基杯 4 芳烃尿苷对a t p 的碱基部分 具有分子识别作用。采用l b 膜技术研究了对叔丁基杯 4 芳烃尿苷的 单分子膜的成膜性质，一a 曲线的位移表明了其对亚相中腺嘌呤的 分子识别作用。所有结果均表明对叔丁基杯 4 】芳烃尿苷对a t p 及腺 嘌呤具有特定的识别能力。 关键词：杯芳烃，尿苷，分子识别，紫外分光光度法，l b 膜 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h en e wd e r i v a t i v eo fc a l i x 4 a r e n ec o n t a i n i n gu r i d i n e ( c 聊w a ss y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e db yd s c ，1 阳心积，i r , u v v i s a n de s i - m ss p e c t r a b yt h ea i do fu v - v i ss p e c t r a ，t h em o l e c u l a r r e c o g n i t i o no fc uw a ss t u d i e d t h eh y p o c h r o m i ce f f e c ti nu v - v i s s p e c t r as h o w e dt h em o l e c u l a rr e c o g n i t i o nb e t w e e nc ua n dt h eb a s e r a d i c a lo fa t p t h ep r o p e r t i e so ft h ec u l a n g m u i rf i l m sw e r es t u d i e db y m e a r l so fl bm e m b r a n et e c h n i q u e t h es h i ro f 一ai s o t h e r mo fc u m o n o l a y e r sp r o v e di t s m o l e c u l a r r e c o g n i t i o na b i l i t y t oa d e n i n ei n s u b p h a s e t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tc uc o u l dr e c o g n i z ea t pa n d a d e n i n e k e y w o r d s ：c a l i x a r e n e ，u r i d i n e ，m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ，u c - v i s ，l b 一3 一 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 第一章前言 杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 是一类由苯酚和甲醛在碱催化下缩合而成的环状齐聚物 ( 图1 一1 ) 。自2 0 世纪7 0 年代末g u t s c h e 等对杯芳烃的合成方法与条件取得重 大突破后l ，杯芳烃类化合物的研究开始受到各国化学家的青睐，有关这类化合 物的论文及专利迅速增加。8 0 年代诺贝尔化学奖获得者l e h n 提出了超分子化学 ( s u p r a m o l e e u l a rc h e m i s t r y ) 的概念f 2 j ，又大大推动了杯芳烃类化合物的研究， 使其进入更为广阔的研究领域，如材料科学、生命科学、环境科学、医药科学及 相关的交叉领域，而杯芳烃也被誉为继冠醚，环糊精后的“第三代受体化合物”。 n = 4 。6 8 图l 一1 杯芳烃结构示意图 这些都与杯芳烃独特的结构和性质分不开的。杯芳烃母体分子中，下缘的羟 基作为作用基元，能够识别和输送各种阳离子，特别是碱金属离子；由苯环组成 的富玎电子的憎水空腔，能接纳中性有机小分子形成包合物。这种结构使杯芳烃 既可作为离子载体又可作为分子受体。其次，杯芳烃的空腔大小可以通过控制合 成条件进行调节，杯腔上沿的烷基和下沿的酚羟基，及连接苯酚单元的亚甲基均 能进行各种选择性化学修饰而进一步官能化，增加与底物的作用点。此外，通过 控制不同的反应条件，引入合适的取代基可以得到不同的构象，由此得到多种具 有高度选择性的受体分子，可与底物形成大量具有特定结构和功能的“超分子一。 这些都为日益丰富的杯芳烃超分子化学研究奠定了坚实而宽广的基础。 作为一类重要的超分子受体化合物，杯芳烃及其衍生物已经被应用于科研和 工业的各个领域，如分析化学中的选择性试剂f 3 l 及色谱分离f 4 】，高分子化学中 聚合物的稳定剂1 5 】：环保工程中的污染控带j t 6 及放射性废料的处理忉；凝胶粘合 剂中的促凝剂f 8 】；化学传感器及医疗诊断学 9 1 ；材料学方面具有分子孔隙的非线 性光学器件和固态分离膜及固态传输膜【l o l ；在仿生科学方面模仿具有活性的自 一4 一 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 然受体或仿酶催化【1 1 】等。这些成就表明了杯芳烃类化合物具有广阔而诱人的应用 前景。 分子识另l j ( m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ) 是超分子作用的基础，是指受体分子对底物 分子的选择与结合。分子识别过程是以受体与底物在能量和立体结构上严格的相 互匹配为特征的f 1 2 1 。超分子作用在生命过程中是十分重要的。基因的复制，蛋 白质的合成，生物酶高效专一的催化作用，抗体与抗原的作用等都是生物体内分 子识别的实例。 杯芳烃类化合物能借助于氢键、静电作用、范德华力、疏水作用及键堆积 作用等非共价键力结合底物分子形成超分子，从而实现催化、能量转换、物质传 输及分子自组装等超分子功能【1 3 】。杯芳烃通过下沿酚羟基能识别碱金属离子【1 4 1 、 碱土金属离子，并实现对碱金属、碱土金属离子的液膜传输f 1 5 l 。当杯芳烃上、 下沿经化学修饰引入n 、s 、p 等原子，即可实现对多种过渡金属离子与稀土金属 离子的识别【1 6 1 。而杯芳烃分子中若引入以正电荷的基团或亲电基团，可识别阴 离子，如下沿含有两个或四个( 硫) 脲成分的杯 4 芳烃衍生物在b r 一、i 一、c n 一、 s c n 一存在时能选择性识别c l 一离子【1 7 1 。近年来合成了含金属茂的杯芳烃衍生物， 可以作为阴离子受体【l s l 。对中性分子的识别是超分子化学的难点，因为对中性 分子识别主要依靠作用点位或基团间在性质或空间结构方面的匹配作用，而不象 识别金属离子靠粒径大小和静电引力。此外由于中性分子的复杂性，要设计合成 对特定中性分子具有高选择性的受体分子是相当难的。未经修饰的杯芳烃中由富 电子的苯环围成的空腔具有憎水性，能包含一些中性有机小分子形成固态或液态 的包合物【1 9 1 ，经修饰官能化的杯芳烃可识别一些更大的有机分子。如s h i n k a i 合成了带有可与底物形成氢键的基团的杯芳烃衍生物，但这类受体分子在溶液中 会形成分子内氢键，当加入一个干扰物( 如金属离子) 破坏了这种分子内氢键后， 受体就能与底物形成稳定的包合物1 2 0 1 ( 图l 一2 ) 。杯芳烃的识别作用不仅限于对 单一底物或单一部位的识别，也可以是对多个底物或同一底物的不同部位的多重 识别( m u l t i p l er e c o g n i t i o n ) ，并向手性识别发展，这对于将来模拟酶催化不 对称合成具有重大意义。 核苷酸是重要的生命物质之一，d n a 是由带有不同碱基的脱氧核苷酸通过磷 酸根间相互缩合联接而成的，通常以a 、g 、t 、c 表示组成d n a 的四种单核苷酸。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 图1 2 金属离子控制杯芳烃的包合 它们按特定的顺序连接起来，形成包含有特定的遗传信息的d n a 片断结构，即 遗传基因。此外生物体内还有一些别的核苷酸，虽不是核酸的组成单位，但都有 特殊的生物功能，如u 卯，c t p ，g t p 分别是体内糖原合成、磷脂合成及蛋白 质合成中不可少的原料，a t p 则更广泛参与糖脂、蛋白质的代谢，是体内贮存、 运送和供给能量的主要载体。c a m p 对细胞代谢过程有控制作用，成为激素作用 中的第二信使。 核苷酸的生理过程的完成往往与酶的参与有密切的关系，如：a t p 的水解与 合成依赖于a t p 水解酶和a t p 合成酶；核酸的降解与复制主要依赖于限制性核 酸内切酶和d n a 连接酶。酶与核苷酸的作用，往往基于分子的多重识别。因作 用物( 底物) 的多样性和复杂性，酶的结构十分复杂、精巧，相应酶的催化作用 高效而专一。目前已经发现的限制性内切酶多达2 0 多种。每一种都有极强的特 异性，可以准确无误地进行识别d n a 大分子链上特定的核苷酸顺序，并能在某 一特定部位将d n a 断裂。鉴于酶在生物体内特殊的生理作用，模拟酶的研究是 一个很有意义并极富挑战的研究领域。 超分子催化是超分子化学研究的重要领域，受体分子( 一般为功能化的大环 化合物，如环糊精、大环多胺、杯芳烃等) 对底物实施多重分子识别，键合位点 将底物络合于受体分子营造的“微环境 内，使底物充分靠近受体分子的催化基 团并发生反应，然后受体分子释放反应物而再生，开始新一轮催化。因超分子催 化与酶催化的相似性，成为仿酶催化的重要研究方向。杯芳烃类化合物模拟生物 酶的超分子催化研究是杯芳烃研究的热点之一，以下两例是较成功的研究。 一6 一 难。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 u n g a r o 发现双穴杯冠醋酸酯的甲醇解在没有金属离子存在时反应极慢，加入少 量的b a 2 + 能使反应加速一百多万倍，其能力已与转酰化酶相当f 2 i 】。r e i n h o u d t 等 设计合成的上沿含锌的杯【4 】芳烃衍生物可以快速和稳定的束缚2 一( 羟基丙基) 一对 硝基苯基磷酸酯( h p n p ) ，进而有效地发生分子内酯基转移作用阎，而这种催化 速率是各种模拟酶催化过程中最快的。这些成果充分显示了杯芳烃在模拟酶这一 新兴领域内潜在的应用前景。 本课题组已对杯芳烃与核苷酸的超分子催化进行了一系列的研究，在水溶性 杯芳烃对a t p 催化水解的研究中，发现磺化杯【4 】芳烃对a t p 水解有较好的促进 作用团】。后来通过激光光解实验，证实了磺化杯【4 】芳烃对a t p 存在分子识别作 用。本人也从事过杯芳烃对a t p 的液膜传输研究，结果表明以氨水为传输动力， 对叔丁基杯【4 】芳烃可将a t p 由源相通过液膜相传输至吸收相。进一步证实了杯 芳烃对a t p 的分子识别作用。根据超分子化学的基本原理，液膜传输或超分子 催化及分子自组装等典型超分子作用，全都是基于受体分子与底物间的分子识别 作用。 鉴于在d n a 的复制、翻译、转录过程中，a - t 、c g 四种核营碱基特定的相 互识别和配对规则是保证d n a 自身复制及实现遗传作用的重要基础，因此本人 想通过化学方法把核苷引接到杯芳烃母体核上，把这种核苷基( 在这里是指尿苷) 作为一种具有对某种核苷酸( 或核苷) 有特别的分子识别作用的“识别子”或“探 头，使杯芳烃变成对某种指定的核苷酸( 如a r p ) 具有专一的识别和结合能力 的特殊受体，进而探索其对核酸的碱基排列位置识别，定点切割，选择性分离、 传输等方面作用，以期在核苷酸的仿酶催化中有所应用( 图l - - 3 ) 。 图卜3 杯芳烃尿苷对腺苷的分子识别及超分子结合示意图 o i l o p o h l o h 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 本论文首先合成了对叔丁基杯【4 】芳烃尿苷，并对其进行了全面的表征，然后 采用紫外可见分光光度法及l b 膜技术研究了它对核苷酸、核苷及碱基的分子识 别作用。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 第二章杯【4 】芳烃尿苷的合成与表征 杯 4 芳烃尿苷的合成路线如下图2 l 所示： 审帅号 + c - 代卜h 3c h o 垃爱 + 1 3 图2 一l 杯【4 】芳烃尿苷合成路线 一9 一 一 詈 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 2 1 实验试剂及仪器 2 1 1 试剂 对叔丁基苯酚，3 6 的甲醛水溶液，甲苯，二苯醚，乙酸乙酯，乙酸，丙酮， 石油醚，氯仿，无水乙醚，甲醇，对甲基苯磺酰氯，毗啶，四氢呋喃，二氯甲 烷，四氯化碳，浓h 2 s 0 4 ，浓h c i ，n h 3 h 2 0 ，n a o h ，无水k 2 c 0 3 ，无水n a 2 s 0 4 ， 无水c u s 0 4 ，二苯甲酮，n a h c 0 3 ，c a ( o h ) 2 ，柱层析硅胶等，均为市售分析纯试剂。 尿苷为生化试剂( 纯度9 8 ) 。 丙酮经无水k 2 c o b 干燥处理，四氢呋喃经金属钠干燥处理。 2 1 2 仪器 热风循环式鼓风干燥箱( 上海爱斯佩克环境仪器有限公司) 熔点仪( 北京泰克仪器有限公司) ， 电光分析天平( 上海天平仪器厂) ， 旋转蒸发仪( 上海仪器二厂) 冰箱，恒温磁力搅拌器，电热套，油浴，恒温继电器，真空干燥器，层析柱， 温度计，三颈瓶，分水器，冷凝管，干燥管，单颈瓶。分液漏斗等。 2 2 杯 4 芳烃尿苷的合成 2 2 1 对一叔丁基杯 4 芳烃( 1 ) 的合成 ( 5 ，1 1 ，1 7 , 2 3 - t e t r a - t e r t - b u t y l - 2 5 , 2 6 , 2 7 ，2 8 - t e t r a h y d r o x y c a l i x 4 a r e n e ) 按文献【i j 方法，n 2 气氛下，将5 0 9 ( o 3 3 3 m 0 1 ) 对叔丁基苯酚，3 2 m l 3 6 ( 0 3 8 4 m 0 1 ) 的甲醛水溶液，5 m l 含o 6 9 氢氧化钠的水溶液加入到1 0 0 0 m l 三颈瓶 中，装上分水器，球型冷凝管，搅拌，油浴加热并迅速升温至1 i o c 一1 2 0 c ， 回流2 h r , 在此期间白色粉末逐渐溶解，反应液变为黄色澄清液，并不断有水分出 ( 共约3 0 m l ) ，且分出的水中有白色絮状物质( 可能是带出的反应物甲醛) ，最后得 到白色微黄蜡状固体。冷却至室温，用玻棒将固体搅碎，加入5 0 0 m l 二苯醚， 换用1 0 0 0 m l 电热套加热，慢慢升温至回流，约2 h r ，白色微黄固体逐渐溶解， 并时有爆沸发生，且又有少量的水分出，最后得棕色澄清液。冷却至室温，加入 5 0 0 m l 乙酸乙酯，立即有沉淀出现，搅拌3 0 m i n ，静置3 0 m i n 。抽滤，并分别用 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 乙酸乙酯、乙酸洗涤两次，得到白色微黄的粗产物，在烘箱中干燥，称重，约为 3 0 9 。用甲苯重结晶，得白色闪光片状晶体2 7 5 9 ( 产率约为5 0 9 ) 。 2 2 22 、。3 、一异丙基尿苷( 2 ) 的合成 ( 2 ，3 - o - i s o p r o p y l i d e n e - u r i d i n e ) 5 0 r a l 三颈瓶中，加入1 9 ( 4 4 6 m m 0 1 ) 尿苷，2 9 ( 6 2 6 r e t 0 0 1 ) 无水c u s 0 4 ，2 5 m l 无水丙酮，o 0 2 5 m l 浓h 2 s 0 4 ，装上温度计，n 2 气氛下，电磁搅拌，油浴加热， 并始终控制反应液温度为3 7 。三天之后，停止搅拌加热，反应液抽滤，滤渣 用丙酮洗涤3 次，洗液与滤液合并。加入适量无水c a ( o h ) 2 粉末，以除去微量的 h 2 s 0 4 和反应生成的h 2 0 ，搅拌l h r ，使呈中性。混合物抽滤，钙盐用丙酮洗涤 3 次，洗涤液与滤液合并。旋转蒸发蒸掉部分丙酮，加入石油醚，立即出现白色 浑浊，放入冰箱中静置过夜，抽滤出固体，并在烘箱中干燥，得白色固体0 9 7 9 ( 产 率：8 3 3 ) 。 2 2 3 2 、，3 、一异丙基尿苷对甲基苯磺酸酯( 3 ) 的合成 5 一( 2 ，3 - 0 - i s o p r o p y l i d e n e u r i d i n e ) - 一p - m e t h y l p h o n y l s u l f o n a t e 在一个l o o m l 单颈瓶中，加入1 6 4 9 ( 5 7 7 m m 0 1 ) 27 37 - 异丙基尿苷( 2 ) ，2 4 8 9 ( 1 3 o l m m 0 1 ) 对甲苯磺酰氯，适量吡啶( 使原料全溶即可) ，振荡，使固体全部溶 解，反应液放出大量的热，放入冰箱中静置3 天。在此期间，反应液由微黄色变 为深棕色，瓶底有大量针状晶体出现。旋转蒸发蒸掉大部分吡啶，得到深棕色粘 稠状液体，真空干燥l 天之后，得棕黑色胶状固体。向瓶中加入水和乙醚，搅拌 尽量使固体溶解，用分液漏斗分离出水层和醚层。水层再用乙醚洗涤3 次，合并 醚层，分别用o 1 h c l 溶液，5 n a h c 0 3 溶液，h 2 0 各洗涤醚层3 次，分去水 层，醚层用无水n a 2 s 0 4 干燥1 天。抽滤除去硫酸钠，并用无水乙醚洗涤硫酸钠 3 次，洗涤液与滤液合并，旋转蒸发蒸去乙醚，得到黄色固体。黄色固体用无水 乙醇热重结晶除去杂质，冷却静置过夜，抽滤，并用石油醚洗涤3 次，得到白色 固体1 3 9 ( 产率：5 1 ) 。 2 2 4 杯 4 芳烃尿苷( 4 ) 的合成 ( 5 ，1 1 ，1 7 , 2 3 一t e t r a - t e r t - b u t y l 一2 5 , 2 6 , 2 7 一t r i h y d r o x y - 2 8 - o x y u r i d i n e c a l i x 4 a r e n e ) 一l l 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 5 0 m l = 颈瓶中，加入1 5 1 9 ( 2 3 3 瑚m 0 1 ) 对叔丁基杯【4 】芳烃( 1 ) ，0 4 7 9 ( 1 0 8 m m 0 1 ) 27 37 异丙基尿苷对甲基苯磺酸酯( 3 ) ，0 7 1 9 ( 5 1 7 m m 0 1 ) 无水k 2 c 0 3 ，4 0 r n l 无水 四氢呋喃，小如气氛下，油浴搅拌加热，并始终控制反应液温度为2 7 ( 2 。3 天之 后，停止反应，反应混合物抽滤，得微黄色滤液，滤渣用四氢呋喃洗涤3 次，洗 涤液并入滤液。滤液中加入1 匙粗硅胶( 10 0 - - 2 0 0 目) ，旋转蒸发蒸掉四氢呋喃， 真空干燥，得白色粉末。t l c 点板分析，展开剂为石油醚：丙酮= l ：l ，最上端 层析液前沿一条线，是未反应的对叔丁基杯【4 】芳烃，下端两点，其r f 值分别为 o 7 和0 6 。r f 值为0 6 的化合物为目标产物杯【4 】芳烃尿苷( 4 ) ，l u 值为0 7 的化 合物可能是27 37 异丙基尿昔对甲基苯磺酸酯( 3 ) 的内环化产物，为反应副产物。 柱层析分离，淋洗液为石油醚：丙酮= 3 ：l ，分去杂质得粗产物( 4 ) 约o 3 9 。 在o 3 9 粗产物中加入3 0 m l 甲醇，搅拌尽量使其溶解，抽滤，不溶物( 主要 为未除尽的对叔丁基杯【4 】芳烃) 再用甲醇洗涤2 次，洗涤液与滤液合并，旋转 蒸发除去甲醇。所得固体溶于2 0 m l 二氯甲烷，再加入1 5 r a l p h 约为3 的乙酸， 搅拌反应1 0 h r ，而后用分液漏斗分去水层，二氯甲烷层分别用5 氨水，蒸馏水 各洗涤3 次，直至中性。加入无水m g s 0 4 干燥1 天，滤去m g s 0 4 ，并用二氯甲 烷洗涤m g s 0 43 次，洗涤液与滤液合并，旋转蒸发蒸去二氯甲烷，得到白色固 体0 2 9 ( 净产率2 1 ) 。 2 3 杯 4 芳烃尿苷的表征 2 3 1 对一叔丁基杯 4 】芳烃( 1 ) 的表征 化学式：c m 5 6 0 4 m = 6 4 5 m p ：3 4 7 5 元素分析( e a ) ： 红外光谱( i r ) ( k b 0 ： v c m 1 ( 附图1 ) 1 3 6 1 5 - c ( c h 3 ) 3 3 1 7 3 3- o h 核磁共振( 1 h n m r ) 6 p p m ：( d m s o ) ( 附图2 ) 1 i5 ( 3 6 h ，s ，一( c h 3 ) 3 ) 6 7 7 ( 8 h ，m ，舡h ) 10 3 4 ( 4 h ，s ，a r - o h ) 一1 2 一 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 2 3 22 、，3 、一异丙基尿苷( 2 ) 的表征 化学式：c 1 2 h 1 6 0 t 弘n 2m = 2 8 4 m p ：16 0o c 核磁共振( 1 h n m r ) 6 p p m -( 附图3 ) 1 2 7 ( 3 h ，s ) ；1 4 7 ( 3 h ，s ) ；异丙基上端甲基 3 5 5 ( 2 h ，一c h 2 一) ；4 0 5 ( 1 r 0 ；4 7 2 ( 1 r 0 ； 4 8 9 ( 1 h ，o h ) ；5 0 9 ( 1 h ) ；5 6 3 ( 1 h ) ；，戊糖环 5 8 1 ( 1 h ，d ) ； 7 7 9 ( 1 h ，d ) ；1 1 3 9 ( 1 h ，s ，- n h ) ；嘧啶环 2 3 32 、，3 、一异丙基尿苷对甲基苯磺酸酯( 3 ) 的表征 化学式：c 1 9 h 2 2 0 s n 2 s m = 4 3 8 m p ：1 6 6 4o c 元素分析( e a ) - 元素chn s 计算值 5 2 0 5 5 0 2 6 3 9 7 31 实验值5 1 9 5 5 1 6 6 3 5 7 0 2 核磁共振( 1 h n m r ) 6 p p m ：( 附图4 ) 1 3 3 ( 3 h ，s ，c - c h 3 ) ； 1 5 4 ( 3 h ，s ，c c h 3 ) ；异丙基上端甲基 2 4 4 ( 3 h ，s 加c n 3 ) ；苯环上端甲基 4 2 7 ( 2 h ，c h 2 - ) ；4 3 3 ( 1 h ) ； 4 7 8 ( 1 r 0 ； 、 4 9 2 ( 1 h ，o h ) ；5 6 4 ( 1 h ) ； 戊糖环 7 2 4 7 3 4 ( 4 h ，m , a r - n ) ； 苯环 5 7 1 5 7 3 ( 1 均； 7 7 6 ( i h ，d ) ； 9 3 4 ( 1 h ，m ，- n i l ) 嘧啶环 红外光谱0 r ) ( k b r ) - v e m d ( 附图5 ) 3 2 7 1 - n h o l i 1 6 6 1 c 1 6 0 1 ，1 4 5 0 加上) c = t 9 9 ) ，k h 2 p 0 4 为市售分析纯。 紫外光度检测使用美国p e 公司的l a m b d ab i o4 0i v v i s 型紫外可见分光光 度计。 3 1 2 吸收光度曲线的测定 首先测定了a t p 、g m p 和腺嘌呤在紫外及近紫外的可见光区的吸收光度曲 线。 3 1 2 1 样品配制与检测方法 用蒸馏水分别配制a t p 、g m p 、腺嘌呤溶液，使其终浓度均在1 0 一m o l l 1 左 右检测方法同2 4 1 1 。吸收光度曲线见图3 一l 。 1 2 1 1 1 0 d 9 o 8 o 7 a o 6 0 5 0 4 o 3 0 2 o 1 0 0 2 0 02 2 02 4 02 6 02 8 03 0 03 2 03 4 0 n m 图3 1 腺嘌呤，杯【4 】芳烃尿苷，a t p 和g m p 的紫外吸收曲线 3 1 2 2 结论 腺嘌呤有两个吸收峰，分别在2 6 0 3 n m 、2 0 6 6 r i m 。a t p 也有两个吸收峰，分 别在2 5 8 7 n m 、2 0 6 0 n m 。g m p 只有一个最大吸收峰在2 5 2 6 r i m 。 3 1 。3 标准曲线的测定 分别测出腺嘌呤、a t p 、g m p 的标准曲线，为后面的分子识别实验做准备。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 3 1 3 1 腺嘌呤标准曲线的绘制 准确称量腺嘌呤0 1 6 1 8 克，溶于2 5 0 m l 容量瓶，以下样品溶液配制及检测 方法同2 4 2 1 节( 入= 2 6 0 h m ) 。结果列于表3 一l 中： 表3 1 腺嘌呤浓度c 与吸光度a 的关系 c 10 5 m o l 。l la 0 0 9 3 9 o 1 8 7 7 0 3 7 5 5 0 9 3 8 7 2 3 4 6 7 4 6 9 3 3 9 3 8 6 6 0 0 1 6 0 0 0 2 5 7 0 0 5 3 5 0 1 2 4 4 o 3 1 1 4 0 6 2 8 8 1 2 4 5 5 根据表3 一l 所列数据以腺嘌呤浓度c 为横坐标，吸光度a 为纵坐标，使用 o r i g i n e 6 0 作图得标准曲线如图3 2 ： 4 1 2 1 0 o 8 a0 6 o 4 0 2 0 0 024 681 0 c 1 0 - 5 m o l l 1 图3 2 腺嘌呤标准曲线 拟合标准曲线方程为：y = 1 3 2 9 5 x1 0 4 9 ，相关系数r 为0 9 9 9 9 。得腺嘌呤的 摩尔吸光系数a 为1 3 2 9 5 1 0 4 ( 文献【2 5 】值1 3 4 x1 0 4 ) 。 3 1 3 2a t p 标准曲线的绘制 准确称量a i t o 0 9 1 3 克，溶于1 0 0 m l 容量瓶，以下样品溶液配制及检测方 一2 2 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 法同2 4 ，2 1 节( 入= 2 6 0 n m ) 。结果列于表3 2 中： 表3 2a t p 浓度c 与吸光度a 的关系 c 10 5 m o l 。l la 0 7 4 6 8 1 4 9 3 5 2 9 8 7 0 5 9 7 4 0 8 9 6 1 0 1 4 9 3 5 o 1 1 4 7 o 2 1 5 5 0 4 3 3 8 0 8 5 8 3 1 2 9 8 7 2 1 4 9 7 根据表3 2 所列数据以a t p 浓度c 为横坐标，吸光度a 为纵坐标，使用 o r i g i n e 6 0 作图得标准曲线如图3 3 ： 2 5 2 0 5 a 1 0 0 5 o 0 024681 01 21 41 6 c 1 10 - 5 mo l l 。 图3 3a t p 标准曲线 拟合标准曲线方程为：y = 1 4 4 1 9 x1 0 4 x ，相关系数r 为0 9 9 9 9 。得a t p 的摩 尔吸光系数8 册为1 4 4 1 9 x1 0 4 ( 文献【2 5 1 值1 5 4 x1 0 4 ) 。 3 1 3 3g m p 标准曲线的绘制 准确称量g l v l p 0 1 1 9 7 克，溶于1 0 0 m l 容量瓶，以下样品溶液配制及检测方 法同2 4 2 1 节( m a x = 2 5 2 7 n m 测吸光度) 。结果列于表3 3 中： 一2 3 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 表3 3g m p 浓度c 与入m a x = 2 5 2 7 n m 处吸光度a 的关系 t 2 10 。5 m o l l - 1a 0 0 2 9 l 0 1 1 6 4 0 2 3 2 8 0 5 8 2 1 1 1 6 4 1 2 9 1 0 3 5 8 2 0 5 1 4 5 5 0 0 0 0 4 8 0 0 1 3 7 0 0 3 4 8 0 0 6 4 0 0 1 2 8 0 0 3 2 2 l 0 6 3 8 4 1 5 8 5 5 另配一系列浓度g m p 样品，在入= 2 6 0 n m 测吸光度，结果列于表3 4 。 表3 46 m p 浓度c 与入= 2 6 0 n m 处吸光度a 的关茅 c 10 4 m o l l 1a 0 5 0 0 0 0 9 8 6 3 1 5 0 4 0 2 4 6 6 0 5 0 0 0 0 9 5 6 1 o 0 4 3 7 0 0 9 2 4 0 1 3 4 1 0 2 2 5 1 0 4 5 2 5 0 8 6 2 4 根据表3 3 ，表3 4 所列数据以g m p 浓度c 为横坐标，吸光度a 为纵坐 标，使用o r i g i n e 6 0 作图得标准曲线如图3 4 。 2 5 2 7 n m 处拟合标准曲线方程为：y = 1 0 9 1 4x1 0 x ，相关系数r 为0 9 9 9 9 ， 得g m p 的2 5 2 7 n m 摩尔吸光系数g m p 2 5 2 7 为1 0 9 1 4 x1 0 ( 文献【2 5 1 值1 3 7 1 0 4 ) 。2 6 0 n m 处拟合标准曲线方程为：y - 0 9 0 3 1x1 0 x ，相关系数r 为0 9 9 9 8 ， 得g m p 的摩尔吸光系数8c _ 舳l p 2 6 0 为0 9 0 3 1 1 0 。 一2 4 同济大擘2 0 0 2 届硕士学住论文 1 8 1 6 1 i 1 2 1 ，o a0 8 o 6 0 4 o 2 o o o24681 01 21 4，6 c 1 0 m o l l 。 图3 4 g m p 标准曲线 一 2 5 2 7 n m 标准曲线 2 e o n m 标准曲线 3 1 3 紫外分光光度法研究杯 4 芳烃尿苷与a t p ，腺嘌呤，g m p ，k h 2 p 0 的分子 识别作用 因杯 4 芳烃尿苷与a t p ，腺嘌呤的紫外吸收曲线均具有核酸类化合物特征性 的2 6 0 h m 的吸收峰( 图2 一l ，图3 1 ) ，故不易通过测量峰的位移来研究它们 相互间的分子识别作用。本文拟采用固定杯 4 芳烃尿营和某一样品的总浓度， 改变两者的浓度比例，通过对一系列不同浓度比例混合液在2 6 0 n m 处吸光度的测 定，研究其紫外光度值的变化，进而判断杯 4 芳烃尿苷是否与样品发生了作用。 3 1 3 1 杯 4 】芳烃尿苷与a t p 的相互作用 配制5 0 m l l 0 。m o l l 叫左右的杯 4 芳烃尿苷溶液，用杯 4 芳烃尿苷标准曲线 标定其浓度，同样配制1 0 0 m l l 0 4 m o l l 1 左右的a t p 溶液，用其标准曲线标定浓 度。用以上两溶液配制一系列混合溶液，恒定混合液总浓度约为5 1 0 5 m o l l 一， 改变两者的浓度之比为：5 ：o ；4 5 ：0 5 ；3 5 ：1 5 ；2 5 ：2 5 ；1 5 ：3 5 14 5 ：0 5 ；0 ：5 。 将混合液在室温下静置1 2 h r ，测定2 6 0 n m 处的吸光度，同时按各组分的实际比 例计算出混合液中各组分的理论吸光度，再加起来与实测值相比较，结果列于表 3 5 。 使用o r i g i n 6 0 将计算及实测的吸光度对浓度比例变化绘制于图3 5 。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 表3 5 杯 4 芳烃尿苷c u 与a t p ( 恒定总浓度) 混合液的吸光度 a 实铡值 计算值 02345 c u c 伊1 0 5r n o l r 一 椰 图3 - - 5 杯【4 芳烃尿苷与a t p 吸光度曲线 从图3 5 可以看出，当溶液中只有杯 4 芳烃尿苷或只有a t p 时，实测吸光 度与计算值一致。而两者的混合溶液实测值总小于各组分按比例计算的吸光度之 和，尤其当杯 4 芳烃尿苷与a t p 浓度比为l ：l 时，实测值与计算值差值最大。 这表明杯 4 芳烃尿苷对a t p 有分子识别作用，故在2 6 0 h m 处吸光显示出减色效 应。根据减色效应最强的( 也印等摩尔比组分) 的实验结果可以算出c u 与a t p 结合的超分子物的摩尔吸光系数为c u a t p = 3 1 8 6 2 x1 0 4 ，为进一步证明这点我 们又作了杯 4 芳烃尿苷与g m p 混合溶液的紫外吸收分析。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 3 1 3 2 杯 4 芳烃尿苷与g m p 的相互作用 配制l o o m l l 0 4 t o o l l 1 左右的g m p 溶液，用其2 5 2 7 n m 标准曲线标定浓度， 而2 6 0 n m o m p 吸光度理论计算使用其2 6 0 n t o 标准曲线。其余溶液配制及检测方 法同3 1 3 1 。结果见表3 6 。 表3 6 杯 4 芳烃尿苷c u 与g m p ( 恒定总浓度) 混合液的吸光度 使用o r i g i n 6 0 将计算及实测的吸光度对浓度比例变化绘制于图3 6 。 a 实测值 计算值 o1 2345 c u c g u p lo sm o l l - 1 g m p 图3 6 杯 4 芳烃尿苷与g m p 吸光度曲线 由表3 6 ，图3 6 可以看出杯 4 芳烃尿苷与g m p 的混合溶液在各浓度比例 下实测吸光度与理论计算都相近，没有明显的减色效应( 或增色效应) 。可以认 d 9 8 7 6 5 4 1 0 o o n n a 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 为两者的溶液仅是简单混合，没有相互作用发生。这就表明了杯 4 芳烃尿苷能 识别a t p 却不能识别g m p 。但这种分子识别作用的识别位点或作用基团是什么部 位的基团，尚需进一步研究确定。鉴于a t p 分子一端是三磷酸基，另一端是腺嘌 呤，本文又研究了杯 4 芳烃尿苷与k h 2 p o a 混合溶液的紫外吸收及杯 4 芳烃尿 苷与腺嘌呤混合溶液的紫外吸收分析的特征，以期找出杯 4 芳烃尿苷与a t p 发 生相互作用的部位。 3 1 3 3 杯 4 芳烃尿苷与k h ：p 0 的相互作用 称取1 0 0 c 烘干的k j - 1 2 p 0 4 0 11 2 5 9 ，配制成1 0 0 m l 浓度为8 2 2 5 1 0 3 m o l l - i ( d v - 1 2 p 0 4 溶液，再经稀释得浓度为1 6 4 5 x 1 0 。4 m o l l 1 溶液。其余溶液配制及检测 方法同3 1 3 1 。结果见表3 7 。 表3 7 杯 4 芳烃尿苷c u 与i ( h 2 p 0 4 ( 恒定总浓度) 混合液的吸光度 使用o r i g i n 6 0 将计算及实测的吸光度对浓度比例变化绘制于图3 7 。 由表3 7 ，图3 7 可以看出杯 4 芳烃尿苷与k h 2 p 0 4 的混合溶液在各浓度 比例下实测吸光度都与按各组分比例计算的组分吸光度之和相近。结果没有显示 出有效的减色( 或增色) 效应，表明杯以 芳烃尿苷并不能识别k j - i x p 0 4 ，也就 是说杯 4 芳烃尿苷与a t p 作用的部位不是磷酸基，而很可能是a t p 分子中的腺 嘌呤。 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 a 1 o 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 o c u 实测值 计算值 234 5 c k h p o 1 0 5m o l l - 1 k h z p o 图3 7 杯 4 芳烃尿苷与k h 。p 仉吸光度曲线 3 1 3 4 杯 4 芳烃尿苷与腺嘌呤的相互作用 配制1 0 0 m l l 0 4 t o o l l q 左右的腺嘌呤溶液，用其标准曲线标定浓度。其余溶 液配制及检测方法同3 1 3 1 。结果均列于表3 8 。 表3 8 杯 4 芳烃尿苷c u 与腺嘌呤a ( 恒定总浓度) 混合液的吸光度 使用o r i g i n 6 0 将计算及实测的吸光度对浓度比例变化绘制于图3 8 。 由裹3 8 ，图3 8 可以看出杯 4 芳烃尿苷( c u ) 与腺嘌呤( a ) 混合液的 实测的吸光度曲线明显低于相应的计算曲线，即低于通过各组分按比例分别计算 的吸光度之和，显示出明显的减色效应。表明杯 4 芳烃尿苷对腺嘌呤有明显的 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 0 o 8 5 o 8 0 a o 7 5 0 7 0 0 6 5 o1234 c u c 1 1 0 5 m o l l 一 5 a 图3 - - 8 杯 4 芳烃尿苷与腺嘌呤吸光度曲线 实测值 计算值 分子识别作用。结合前面的实验结果，综合分析可以推断，杯 4 芳烃尿苷对a t p 的分子识别是对a t p 中腺营部分的识别，而不是对a t p 中磷酸根的识别。过去作 者及本课题组也曾研究过磺化杯 4 芳烃对a t p 的分子识别作用，发现在磺化杯 4 芳烃对a t p 的分子识别中，主要是依靠杯芳烃的羟基对a t p 中磷酸根的识别 【2 6 1 。这两种情况是有区别的。本文的实验结果表明，在杯 4 芳烃尿苷对a t p 的 分子识别中，主要是依靠杯 4 3 芳烃尿苷中的尿嘧啶对a t p 中的腺嘌呤的识别， 这种识别是与组成d n a 或r n a 的碱基对的相互识别是一致的( t a 或u a 配对 识别) 而本文关于杯 4 芳烃尿苷与g m p 间不发生分子识别的实验结果也为上 述u a 碱基配对识别方式提供了佐证。因此在我们合成的目标产物杯 4 芳烃尿 苷中，我们引进的尿苷基团( 其中尿嘧啶基) 实际是起到了一个对核苷酸、腺苷 及碱基( 包括a t p 、腺苷、腺嘌呤) 进行分子识别的“识别子 的作用。 3 2 杯 4 芳烃尿苷的l b 膜研究 l b 膜作为高度有序的分子集合体，是一种比较理想的分子超薄膜，是由组份 分子靠非共价键力作用结合起来的一种超分子体系。由组份分子组装成单分子膜 或l b 膜的过程及其对亚相介质的分子识别作用是典型的超分子作用。l b 膜提 供了一种非常有用的在气液、液固界面上组装有机及有机，无机复合材料的单层 膜与多层膜的方法与技术。它具有厚度可控、结构可控、有序度可控、易于形成 复合膜，易于功能化等特点。对于研究薄膜材料的结构与功能关系，构筑某些结 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 构模型体系，采用分子设计、分子组装手段研制新型功能材料等具有不可替代的 作用。l b 膜在材料、生命、环境、仿生、信息等重大的高新科学技术领域都有 重要的应用前景 2 7 1 。因此研究各类合成受体物质形成单分子膜或l b 膜的能力、 膜的性质及在气液界面上的分子识别性能，对于研究合成受体的超分子化学性 质及分子识别作用具有重要的意义。 杯芳烃类化合物，因其分子结构中同时含有带取代烃基的芳环空腔作为疏水 单元，又具有羟基或羧基、硝基、氨基、磺酸基等作为亲水单元，已被用在单分 子膜或l b 膜研究中【2 8 1 。 本文使用l b 膜技术对杯 4 芳烃尿苷在气液界面上的单分子膜性质及其对 存在于亚相中的腺嘌呤的分子识别及超分子结合进行了研究，并通过f t i r 透射 光谱对杯 4 芳烃尿苷单分子膜的结构性质进行研究。 3 2 1 杯 4 芳烃尿苷的成膜性质及腺嘌呤对膜性质的影响 3 2 1 1 杯 4 芳烃尿苷的一a 等温线的测量 使用的仪器是芬兰k s v 公司生产的k s v 5 0 0 0 型自动控制l a n g r n u i r 槽体系。 w i l h e l m y 天平位于槽中央作为表面传感器。两垒从两边对称压缩或释放。亚相 为经预先处理的去离子水( p h = 5 8 ) 或浓度为1 0 m o l l 1 的腺嘌呤溶液。实验温 度未经具体说明均为2 5 0 0 2 。杯 4 芳烃尿苷的氯仿溶液浓度为1 3 9 m g m l 。 实验时将溶液均匀滴加在亚相表面，静候2 0 分钟待溶剂完全挥发后，用 2 0 m m m i n 的恒定速度压缩气液界面，即可得到稳定的单分子膜。图3 9 为杯 4 芳烃尿苷在去离子水及腺嘌呤溶液表面上的兀。a 等温线。 o2 04 06 0 8 0 1 0 01 2 0 a r e ap r em o l e c u l a r ( 苦, 2 ) 图3 - - 9 杯 4 芳烃尿苷及有腺嘌呤存在时的一a 等温曲线 阳 们 ； 加 伯 。 一e、ze一jn西oiq oo迂j3协 同济大学2 0 0 2 届硕士学位论文 3 2 1 2 结果与讨论 从图中可以发现，当亚相为去离子水时，随着单分子面积的减