（有机化学专业论文）氨基酸五配位磷化合物的合成反应机理及其性质研究.pdf

摘要 氨基酸五配位磷化合物在有枧磷化学和生物化学中具有重要的 作用。氨基酸被磷酰后，可以在水醇体系中发生一系列仿生化反应， 如成肽反应、成酯反应、酯交换反应和磷上的n o 迁移等，这些生 物有机反应均经历氨基酸磷烷中间体。氨基酸成肽反应是生命起源中 一个重要的反应。这样一磷酰化氨基酸的成肽反应就成了“蛋白与 核酸共起源”模型的重要组成部分。因此，合成稳定的氨基酸磷烷， 并研究其性质以及成肽反应，不仅对于揭示蛋白质的生物合成和生命 起源具有重要理论意义，而且对多肽合成也具有实用价值。 本论文运用了核磁共振、电喷雾质谱、x 射线衍射、分子模拟等 分析手段，对一系列五配位氨基酸氢膦烷的合成，物理和化学性质， 以及对酪氨酸酶的抑制活性和机理进行了探讨，主要成果如下： 以氨基酸为原料合成了一系列单分子和双分子氨基酸氢膦烷。产 物用3 1 p 、1 h 以及质谱进行了表征。合成路线具有条件温和、快速、 易于操作和产率较高等特点。利用磷谱对氨基酸氢膦烷的合成过程进 行了跟踪研究，初步探讨了反应机理。同时还发现只有a 一氨基酸才 能形成氨基酸氢膦烷，b 氨基酸则不能。 通过实验证明，较双氨基酸氢磷烷而言，单分子氨基酸氢膦烷化 学性质较为活泼，易水解：而双氨基酸氢膦烷反应活性与些以往的 五配位磷化合物不同，较为稳定，反应活性较弱，不易发生水解，甚 至在酸、碱条件下也不易水解。 磷谱表明，氨基酸氢膦烷通常是以一对非对映异构体在溶液中存 在的。通过重结晶的方法得到双丙氨酸氢磷烷的单晶，并对其进行了 x 一射线单晶结构测定。结果表明，磷与五个配位原子形成稍稍扭曲 的三角双锥( t b p ) 的空问结构。磷原子和两个氨基酸片段组成的两 个五元环并不在同一个平面内，氨基酸片段的羧基氧原予和氮原子分 别位于a 键和e 键。这一结果为蛋白质的生物合成和前生物合成中存 在氨基酸五配位磷烷中间体提供了有力的证明。 本文还用分光光度法测定了氨基酸五配位氢膦烷对种广泛存 在于微生物、动植物和人体，在生成一系列引起褐化的色素物过程中 的关键酶一酪氨酸酶的抑制活性。结果表明氨基酸氢膦烷对酪氨酸 酶有不同程度的抑制作用。同时，对它们的抑制活性进行了比较，对 抑制类型进行了分类。并运用分子模拟对氨基酸五配位氢膦烷与酪氨 酸酶类似物活性位点的作用进行了研究，辅以荧光和核磁检测手段从 而推测了氨基酸氢膦烷对酪氨酸酶的抑制作用机制。 关键词：氨基酸，五配位磷，氢膦烷 a b s t r a c t p e n t a c o o r d i n a t e ds p i r o p h o s p h o r a n e sd e r i v e df r o ma m i oa c i d sa r e v e r yi m p o r t a n ti no r g a n i cp h o s p h o r u sc h e m i s t r ya n db i o l o g i c a lc h e m i s t r y n - p h o s p h o - c t - a m i oa c i d sa r eo b t a i n e db yp h o s p h o l a t i o no fa m i oa c i d s ，a n d t h e yc a nt a k ep l a c em a n yk i n d so fb i o o r g a n i er e a c t i o n si nw a t e r a l c o h o l m e d i a f o re x a m p l e ，p e p t i d ef o r m a t i o n ，t h ee s t e rf o r m a t i o n ，t h ee s t e r e x c h a n g e0 np h o s p h o r u sa n dn 一0p h o s p h o r y lm i g r a t i o nr e a c t i o n sa r e o b s e r v e d t h es y n t h e s i so fp e p t i d ei so n eo ft h em o s tc r u c i a lr e a c t i o n si n o r i g i no fl i f e a n dt h e nt h ep e p t i d ef o r m a t i o nf r o mn p h o s p h o c c a m i o a c i d sp l a y sas i g n i f i c a n tr o l ei nt h em o d e lo ft h ec o e v o l u t i o no fp r o t e i n a n dn u c l e o t i d e s ，h e n c e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt os t u d yt h es y n t h e s i sa n d r e a c t i v i t yo ft h ep e n t a c o o r d i n a t e ds p i r o p h o s p h o r a n e sc o n t a i n i n ga m i n o a c i dm o i e t y t oo b t a i nt h eu n a m b i g u o u ss t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o ni sn o t o n l yi m p o r t a n tf o rc o m p r e h e n d i n gt h eb i o s y n t h e s i so f p r o t e i n sb u ta l s of o r t h es t u d yo r i g i no f l i f e i nt h i s t h e s i s ，t h es y n t h e s i s ，p h y s i ca n dc h e m i c a lc h a r a c t e r s ，t h e b i o a c t i v i t ya n dt h er e a c t i o nm e c h a n i s mw e r es t u d i e dw i t ha s s i s t a n c eo f n m r ，e s i m s ，x r a yd i f f r a c t i o na n dt h e o r e t i c a lc h e m i s t r yt e c h n o l o g y t h er e s u l t sa r ei l l u s t r a t e da sf o l l o w i n g ： t w ot y p e so fa m i n oa c i ds p i r o p h o s p h o r a n e sw e r es y n t h e s i z e d t h e p r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yu s i n gm a n yk i n d so ft e c h n o l o g y t h e m e t h o di sv e r ys i m p l ea n dc o n v e n i e n tw i t hr e a s o n a b l ey i e l d t os t u d yt h e m e c h a n i s m ，t h er e a c t i o nw a st r a c e db y3 1 pn m rs p e c t r o s c o p y i tw a s f o u n dt h a to n l y 一a m i n oa c i d sc o u l db ec o n v e r t e di n t os p i r o p h o s p h o r a n e s w h i l eb a m i n oa c i d sc o u l dn o t t h en - a m i n oa c i d sw e r es p e c i f i e do nt h e b a c k b o n eo f t h ef i v em e m b e r r i n g s t u d i e so nt h er e a c t i v i t i e so f t h e s ep e n t a c o o r d i n a t e ds p i r o p h o s p h r a n e sh a v es h o w e dt h a tm o n oa m i n oa c i do n e sh a dm o r er e a c t i v i t yt h a n t h eo t h e ro n e s t h ec o m p o u n d sc o n t a i n i n gt w oa m i n oa c i d sr e s i d u e sw e r e s t a b l ei nt h ew a t e ri n d e e da n dh a dn or e a c t i v i t yt o w a r dn u c l e o p h i l i c r e a c t i o n t h ec o m p o u n d 3 , 8 一d i m e t h y l 一1 ，6 - d i o x a - 4 ，9 - d i a z a 5 九5 p h o s p h a - s p i r o 【4 4 n o n a n e - 2 ，7 - d i o n e ，w a sc u l t u r e df o rt h ef i r s tt i m ea sac o l o r l e s s c h u n kc r y s t a l x m ys t m c t u r a la n a l y s i sr e v e a l e dt h a tt h ep h o s p h o r u sa t o m c o n f i g u r a t i o ni nt h ec o m p o u n dw a sd i s t o r t e dt r i g o n a lb i p y r a m i d ( t b p ) w i t ht h et w oo x y g e na t o m si na p i c a lp o s i t i o na n dt w on i t r o g e na t o m si n e q u a t o r i a lp o s i t i o n t h es p i r o p h o s p h o r a n e sw e r et e s t e df o rt h e i ri n h i b i t o r ya c t i v i t yt o t y r o s i n a s e ，a ni m p o r t a n te n z y m ei nt h ef o r m a t i o no fm e l a n i nw i d e l y d i s t r i b u t e di nm i c r o o r g a n i s m s ，a n i m a l sa n d p l a n t s i ts h o w e dt h a tt h i sk i n d o f c o m p o u n d s h a v et h em u s h r o o m t y r o s i n a s e i n h i b i t i o n a c t i v i t y , e s p e c i a l l yt h ec o m p o u n dc o n t a i n i n gi l er e s i d u e t h e s ec o m p o u n d sh a v e g o o dp o t e n t i a li na p p l i c a t i o n t h ep o s s i b l em e c h a n i s mo fi n h i b i t i o nw a s p r e s u m e da c c o r d i n gt ot h e o r e t i c a lc h e m i s t r ya n dn m rt e c h n o l o g y k e yw o r d s ：a m i n oa c i d ，p e n t a c o o d i n a t e dp h o s p h o r a n e ，h y d r i d o p h o s p h o - r a n e 第一章引言 第一章引言 磷在生命的起源和生命活动过程中有着不可或缺的地位，对其化学 问题的深入研究必然有助于揭示以上两方面的化学机制。磷原予以s p 3 d 杂化轨道与五个基团相连，形成五个c y 键，这类化台物称作磷烷 ( p h o s p h o r a n e s ) ，又称作五配位磷化合物( p e n t a c o o r d i n a t e dp h o s p h o r u s c o m p o u n d s ) 。五配位磷化合物是6 0 年代发展起来的一类新型有机磷化 合物，以其丰富的化学内涵开拓了生物有机磷化学新的研究领域，并随 之带动包括六配位在内的高配位有机磷化学的发展。论述磷烷化学就不 能不提到w e s t h e i m e rf 利r a m i r e zf 等人的贡献。1 9 6 6 年w e s m e i m e r 1 1 在研究五元环磷酸酯水解时，提出经过五配位过渡态反应机理。这种假 设圆满地解释了五元环磷酸酯环内水解和部分环外水解的实验结果，也 被其他科学家采纳，成功地解释了非环磷酸酯和磷酸酯水解过程。 w e s t h e i m e r 的工作奠定了磷烷在有机磷化学领域中的地位。r a m i r e z 2 】建 立了一套环状烷氧磷烷形成规则、环状磷化合物的结构，并指出了其合 成环状磷化合物的方法。 五配位磷化合物在生物化学中起着重要作用。磷所参与的绝大多数 生命化学过程，包括酶活性调节过程中蛋白的磷酰化与去磷酰化，信息 传导过程中蛋白的磷酰化与去磷酰化，a t p 的能量转移，r n a 的自体切 割等，其化学本质都是磷酰基转移反应。生物化学家们的研究表明 3 ， 这些磷酰基转移反应都是通过五配位磷中间体来完成的。因此，对生物 化学中五配位磷化合物的研究具有重要意义。 第一章引言 1 1 磷烷的合成方法 文献报道的磷烷合成方法种类繁多，绝大多数是以三配位磷和五配 位磷作为起始原料得到磷烷。 1 1 1 从二配位磷化合物起始 刘纶祖等采用以下反应，首次以二配位磷与乙二醇或乙醇胺反应合 成了磷烷1 ，此化合物不太稳定，难以进行提纯h 。 q t + x 一镂咔 l a ：r = c 6 h 5 ，r 1 = c h 3 ，x = o ：l b ：r = c o c h 3 ，r ! = c h 3 ，x = o l e ：r = c o c h 3 ，r 1 = h ，x = o ：l d ：r = c o c h 3 ，r 1 = h ，x = n h 图1 - - 1r h - - 配位磷合成磷烷 1 1 2 从三配位磷化合物起始 1 1 2 1 卤素或卤化物与三配位磷反应 许多五配位磷化合物可以由卤素或卤化物与三配位磷化合物直接 加成得到。这类反应中最简单的，可以说是磷在氯气中燃烧，同时生成 三氯化磷和五氯化磷这一反应，五氯化磷正是三氯化磷与氯气加成的产 物。表1 一l 列举了几个典型反应。三配位磷化合物与卤素的加成反应， 存在着膦盐与磷烷的平衡，两物质的平衡浓度比随溶剂极性的不同而有 所不同。其中化合物2 是第一个含p - - i 键的磷烷 6 。s m g o d f r e y 以_ 乙醚为溶剂，得到了纯的三苯基二氯化膦 9 。 第一章引言 1 1 2 2 共轭双键的化合物与三配位磷发生加成 含有共轭双键的化合物，例如1 ，3 一丁二烯，1 ，2 一二酮，n 一酰 基亚胺等与三配位磷发生加成反应，生成磷烷。当三配位磷化合物与n 一羰基酸和一乙烯基酸发生加成时，一个氢原子发生迁移生成环酰氧 磷烷，后者是磷酸烯醇丙酮酸的中间体。 表1 2 共轭双键的化合物与三配位磷发生加成合成磷烷 第一章引言 1 1 2 31 ，2 一二醇类化合物与三配位磷反应 利用n 一卤代胺或过硫化物的氧化特性，可以使1 ，2 二醇类化合 物与三配位磷化合物反应，生成环状磷烷( 见表1 3 ) 。 表1 - - 31 ，2 一二醇类化合物与三配位磷化合物反应合成磷烷 4 第一章引言 1 1 2 4 三配位磷与乙二醇或乙醇胺反应 在_ 甲_ 硫或_ 乙_ 硫存在下，含五元或六元环的三配位磷化合物 与含有两个活泼氢的双官能团化合物锅反应，制取相应的螺环磷烷1 ”。 俐：，刊+ ：r 2 旦驯z ，a o 淤x 轧猫h r 1 = c 6 h 5 ，n ( c 2 h 5 ) 2 o c 2 h 5 ：r 2 = ( c h 2 ) 2 ，( c h 2 ) 3 ，c 6 h 4 1 1 2 5 三配位磷与二硫化合物反应 三配位磷具有双亲反应性能，能够插入到s - - s 单键中形成含有磷硫 单键的磷烷。双( 三氟甲基) 二硫杂环丁烯是非常优良的双亲反应试剂， 形成的磷烷很稳定。刘纶祖等成功地采用这条路线合成了一系列的五配 位磷化合物，其中化合物3 ，4 是迄今为止未见文献报到的含有五个p s 单键的磷烷 2 0 】。 时+ l 孓c ，f _ 3r s 砭 c h 。 t - - o o c h 2 c f 3 1 l 、s s p s s 八y c c 圣 o c h 2 c h 3 2 s8,-tr，c芝f s c 4 h 9 3 第一章引言 邺颀耋 s c 4 h 9 45 o c 6 h 5 r 宁s 、册。 l j , s l c 巳 6 他们还用二苯二硫与三配位磷反应，也成功地合成了磷烷7 2 1 ，但 n r o s p n 鸠卵“一z n - - 兮。s p o b f p h 1 1 2 6 过氧化物与三配位磷反应 过氧化物与三配位磷进行双亲反应是合成含磷氧单键磷烷非常有用 的方法： 0 0 2 h 5 r 3 p + c 2 h 5 0 0 c 2 h 5 。r 3 p 0 o c 2 h 5 其中r 为烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、环氧基。这个反应难易程度与 磷原子亲核取代反应的难易程度恰好相反 捌。 1 1 2 7 苯基次磺酸酯与三配位磷反应吲 苯基次磺酸酯( b e n z e n e s u l f e n a t e ) 分子中有s o 单键。与s s 、 o o 单键相似，三配位磷也能插入到s o 键中，形成磷烷。此反应条 件温和，所用原料易于制备，产品容易提纯。 6 吼 吼 页 卢爪卜 蠢 第一章引言 时埘n s o r ，一r 。颡瓣n 其中r 为芳基、烷氧基、环烷基；r 1 为烷基。 1 1 2 8 不饱和醇与三配位磷反应 不饱和醇分子中的羟基与三配位磷进行双亲反应形成含p h 键的 磷烷1 1 或1 2 ，进而p h 键加到不饱和键上，形成含p c 键的磷烷1 3 或1 4 2 “。 咪邺h 2 - c h 2 一 睐邺剥一 这个反应是合成稠三环磷烷最方便的方法。 1 1 3 从四配位磷化合物起始 j ：二晒 一0 1 3 、0 一国 一一6 1 4 含有p = o ，p = s 双键的四配位磷化合物是一种稳定结构，但当苯 基硫代磷酰二氯与邻苯二酚或邻氨基酚以摩尔比1 ：2 在三乙胺存在下进 行反应时，得到螺环磷烷1 5 ： ：+ ：+ 旦g ：) 眨：囝s x = o ，n h 1 5 刘纶祖等用含有苯氧基、烷胺基、烷氧基、烷硫基硫代磷酰二氯与邻氨 介鼢 第一章引言 基酚反应时，得到一种新型磷烷1 6 2 5 1 。 r - f f p c p c i ：+ 3l 旦 r 2+火一 h n 。 h 2 n 彳飞 ， g o & ：囝 hh 1 6 r = p h o ，c 2 h 5 0 ，一c 3 h 7 0 ，c z h s ) 2 n ，c h 3 s ，c i 1 1 4 从五配位磷化台物起始 +h2s+rh 卤代磷烷是很强的l e w i s 酸，易于与胺、醇和硫醇反应，卤原子被 取代，生成新的比较稳定的五配位磷化合物。 表1 4 由卤代磷烷合成五配位磷化合物 第一章引言 3 p c i 5 a ，o h | | ：l p ( o p h ) s 3 0 v p x 键被还原成含p h 键的磷烷后，在三乙胺的存在下，与卤化 物反应，生成新的磷烷，也可以与不饱和键加成，得磷烷衍生物。还可 以利用p 原子上h 的活性进行反应，例如与n a i l 或l i n r 2 反应先夺取p 上的h ，冉与卤代烷生成磷烷的衍生物3 4 】。刘纶祖等利用a t h e r t o n - - t o d d 反应合成了一系列的五配位磷的衍生物3 5 。 表1 5 含p h 键的磷烷合成五配位磷化合物 第一章引言 6 n u l l + c c l 4 + e t 3 n r o p n c 兮n 。 【3 5 1 2 五配位磷化合物的结构 1 2 1 五配位磷化合物的空间结构 红外( 承) 、核磁( n m r ) 、x 一衍射和拉曼( r a m a n ) 光谱等分析表明， 绝大多数五配位磷烷化合物中磷原子所连接的五个共价键呈三角双锥构 型( t r i g o n a lb i p y r a m i d ，即t b p ) ，只有少数化合物呈四方锥型结构( s q u a r e p y r a m i d ，即s p ) 。在五配位磷化合物中，磷原子成键的是s p 3 d 杂化轨道， 若参与杂化的是3 d z 2 轨道，则是形成t b p 构型；若参加杂化的是3 d x 2 一y 2 轨道，则会形成s p 构型。实验结果和理论计算均表明 3 6 , 3 7 ，t b p 构型能 量较低，而s p 构型能量比t b p 构型能量高约6 2 7k j m o l ，这也就揭示 了为什么大多数五配位磷化合物以t b p 构型存在。 五配位磷佬合物三角双锥结构的两个a 键由两个p d 杂化轨道组成， 互呈1 8 0 。夹角；三个e 键则由s p 2 杂化轨道组成，互呈1 2 0 。夹角。在形 成五配位磷化合物时，电负性大的基团优先占据a 键位置。在t b p 构型 中，若五个配位基团相同，则a 键要比e 键长一些，弱一些。一方面是 因为在赤道平面的e 键三个轨道为s p 2 杂化，s 成分较多，所以成键键长 较短：另一方面，在t b p 构型中，a 键与三个e 键之间的夹角都为9 0 。， 所以电子排斥力较大，这种作用使得a 键变长。 对于t b p 构型的五配位磷化合物来说，决定其配位基团处于a 键还 是e 键的两个原则是配位基团的相对亲顶性和小环取向原则【38 1 。 亲顶性是指磷烷配位基团优先占据a 键位置的倾向。配位基团的亲 p h o卜0卜or 卜l 第一章引言 顶性是由其电负性、形成7 c 键的能力以及空间效应等因素共同决定的， 其中配位基团的电负性起着主要作用。电负性大的基团优先占据a 键位 置，即其亲顶性较高。有较高7 c 电子供给能力的基团，由于可以形成冗 一d 共轭而优先占据e 键位置，即其亲顶性较低。体积较大的基团因空 间位阻而优先占据e 键位置。根据实验结果所得的经验亲顶性顺序为：f h c f 3 o p h c 1 s m e o m e n m e m e p h 。小环取向原则是指 含有四元环和五元环的五配位磷化合物，在t b p 构型中，环优先选择a e 键而不是c e 键，因为这样可以使环的张力最小。例如，分子1 7 中两个 五元环分别占据两组a e 键，使电负性较高的氟原子处于平伏键。 1 71 8 19 r h 另外，还会出现结构的变形或扭曲使得小环或不饱和环的张力变小。 如在化合物1 8 中，磷与配体间的键长就有所改变，五元环的两个p - - o 键都比六元环直立键的p - - o 键长 3 9 1 。还有如分子1 9 呈现出s p 的立体 构型，这是由于四元环的张力很大，只有通过立体结构的扭曲，使得分 子结构偏离了理想的三角双锥结构 4 0 1 。 t b p 构型的五配位磷化合物的稳定性随配位基团的电负性增大而增 大，也随环的个数增加而增大( 图1 - 2 ) 。 啪，。囝cq 囝 图1 2 五配位磷化合物的稳定性 第一章引言 1 2 2 氨基酸五配位磷化合物的立体异构 四配位的磷酰化氨基酸分子中的磷原子是非手性的，但当它们异构 化为五配位磷化合物后，磷原子就具有了手性，因此便产生了立体异构。 螺环氨基酸五配位磷化合物的两种立体异构体如图1 3 所示。 图1 3 螺环氨基酸五配位磷化合物的两种立体异构体 通过磷谱可观察到氨基酸五配位磷化合物的立体异构。甘氨酸( g l y ) 分子中无手性碳原子，所形成的五配位磷化合物为一对对映异构体，在 磷谱中给出的是单峰。其它氨基酸本身即具有手性中心，所形成的五配 位磷化合物为一对非对映体，所以在去偶磷谱上看到的是两个峰。 1 3 氢膦烷 在五配位磷化合物中，存在着一类特殊的五配位磷化合物氢膦 烷。它是指一类含有p h 键的五配位磷化合物。氢膦烷作为一独立研 究领域由b u r g a d a 和w o l f 开创后，人们又陆续开展了深入的研究。能 稳定存在的氢膦烷主要有螺双环，稠双环和单环三种类型，其中螺双环 类和稠双环氢膦烷的合成大都通过三配位磷化合物与双官能团化合物反 应获得，主要是采用三氯化磷或亚磷酸三酯或亚磷酰三胺与含邻位羟基 或氨基的双官能团化合物缩合反应获得( 图1 - - 4 ) 。 9 一 k p | 。涮v。 嫩h c r 帆 c 咋 s 1 、 o。眨。 令一 第一章引言 p c i 3 ，+ h x r r r p ( o c h 3 ) 3 h y 。 。 胺( 氯) ，再与另一单分子的双官能团化合物反应而获得4 1 】； g h + ：兰) 一b 另一种方法是用对称的螺双环氢膦烷与双官能团化合物进行酯交换，从 而获得非对称的螺环氢膦烷4 “。 g b + h h 2 n g h h 0 1 h o _ j 氢膦烷化学性质的特殊性主要表现在p h 键上。氢质子解离的难易 取决于磷原子上的取代基，带有吸电子基团，氢质子就容易解离，p h 键就活泼。通过p h 键与含不饱和键化合物如醛、酮、烯、炔、异氰 酸酯和s c h i f f 碱等进行加成反应，可形成一系列不同类型的五配位磷化 合物阮4 2 ，4 3 】( 图1 5 ) 。 第一章引言 r c h o h 。 o i i c n h r h 妙 ； a z n h p h l + e t 3 n h x 。 。 从分子水平去观察生命体系会发现，磷元素参与了包括蛋白质的生 物合成、d n a 的复制与修复、r n a 的转录与水解、信息传递过程中的“可 逆蛋白质磷酰化”及细胞第二代谢网络中各种酶的活化与去活化等几乎 全部生化过程。对所有这些过程的研究发现，磷所具有的能通过形成五、 六配位中间体( 或过渡态) 来影响化学反应进程和方向的，这一调控机制至 关重要。 例如在酶学机理探讨方面，由于以五配位磷作为反应过渡态的反应 机理得以清晰阐述，基于机理的酶抑制剂的设计工作也从而得以展开并 显示了在药物设计领域的潜力。r n a 的酶催化水解具有很强的立体转移 性。一般认为在r n a 水解时，核糖核苷的2 - 羟基首先进攻磷，形成一 个五元环五配位磷中间体：紧接着，该中间体水解形成2 ，3 环磷酸酯 ( 图l - - 7 ) 。r o b e r t s 等人提出了经过三角双锥环状五配位磷中间体的催 第一章引言 化机理e 4 7 。 2 3 环核昔酸 c 。一、e a s e _ 。、岔陆e 一占毛h + “d 。分。分 张南京以尿苷为原料，合成了尿苷5 ，5 螺环五配位磷化合物1 7 3 o 这为r n a 水解t 五配位历程提供了最直接的证明。实验证 明，d n a 和r n a 水解速率相差约1 0 6 倍， 这种明显差别是由于r n a 水解时，2 位羟 基与磷氧双键加成，形成五元环磷烷，使水 1 7 解速率增大 4 8 。通过大量模型体系的建立与研究，如模拟核酸酶a 反应 过渡态的五配位有机钒酸酯 4 9 j 以及激酶反应过渡态的四配位磷酸酯5 0 】 化合物的设计都预示了五配位磷化学在生命领域中的重大意义。 鱼葶岫 一 | | | 多 卜 r b 够一 第一章引言 1 5 氨基酸五配位氢膦烷对酪氨酸酶的抑制作用 由于酪氨酸酶广泛存在于微生物、动植物和人体，它能将酪氨酸羟 化，进而生成一系列引起褐化的色素物。近些年来，由于白化病等色素 障碍性疾病、恶性黑色素瘤和老年性痴呆的发生与治疗，均与酪氨酸酶 直接相关，国内外对该酶的活力调控十分重视，目前主要集中在其抑制 剂作为医药方面 5 1 , 5 2 的研究。但到目前为止，还未有五配位磷化合物对 酪氨酸酶抑制作用的相关文献报道。 1 5 1 酪氨酸酶的生化意义 酪氨酸酶( e c1 1 4 1 8 1 ) 又称多酚氧化酶，其活性中心含有金属铜 离子，它广泛存在于动植物体和人体内，是生物体合成黑色素等色素的关 键酶 5 3 , 5 4 】。酪氨酸酶在黑色素形成的反应过程中起到了重要的作用，其 过程简单表示如下： 。g 0 0 生骘：d 叠骘s 厂i 0 0 “ 酪氨酸 多巴 多巴醌 一芝船c o o “一h o m h o h 多巴色素 5 t6 一_ 羟基吲哚 叮4 丫v 。o o o 入、h n 7 黑色素 图1 8 酪氨酸酶催化形成黑色素过程 第一章引言 在整个反应过程中，酪氨酸酶多次起了催化作用。因此可以通过加入一 定的物质抑制酪氨酸酶的活性来抑制黑色素的生成。 1 5 2 酪氨酸酶抑制剂及其应用 依据抑制机理 5 5 1 的不同，可将酪氨酸酶的抑制剂分为两类。 ( 1 ) 酪氨酸酶的破坏型抑制( 即破坏酪氨酸酶的活性部位) 所谓酪氨酸酶的破坏型抑制，是该抑制剂直接对酪氨酸酶进行修饰、 改性，使之失去对黑色素前体酪氨酸的作用，从而达到抑制黑色素 形成的目的。目前该抑制剂的研究、开发主要限于对c u ”等酪氨酸酶活 性部位的破坏，因此寻找安全、高效的c u 扑络合剂是该领域的一个研究 热点。 目前已知的c u 2 + 络合剂有：曲酸( k o j i ca c i d ) 及其衍生物如曲酸二棕榈 酸酯( k o j i cd i p a l m i m t e ) 口6 】等。另外，相似的抑制剂还有氧肟酸 ( b e n z h y d r o x a m i ca c i d ) 、环庚三烯酚酮( t r o p o l o n e s ) 、乙二胺四乙酸( e d t a ) 等。另一方面，由于c u 2 + 是酪氨酸酶的活性部位，同时c u 2 + 又是典型的 过渡金属元素，因此，寻求可替代c u 2 + 的其他高活性过渡金属离子也将 是抑制酪氨酸酶的有效方法之一。 ( 2 ) 酪氨酸酶的非破坏型抑制 所谓酪氨酸酶的非破坏型抑制，即不对酪氨酸酶本身进行修饰、改 性，而通过抑制酪氨酸酶的合成或取代酪氨酸酶的作用底物，从而达到 抑制黑色素形成的目的。到目前为止，常见的此类抑制剂有氢醌 ( h y d r o q u i n o n e s ) 及其衍生物如熊果苷( a r b u t i n ) 、苯酚醚( p h e n o l e t h e r s ) 等。 对于氢醌的研究认为，该化合物主要是一种酪氨酸酶作用底物替代剂。 除了氢醌及其衍生物外，还有羟苯基甘氨酸类( h y d r o x y p h e n y l g l y c i n e s ) 、 半胱氨基酚类( c y s t e a m i n y l p h e n o l s ) 等其他化合物也以相似的机理抑制黑 第一章引言 色素的生物合成。 当前化妆品市场上的美白产品绝大多数以酪氨酸酶抑制剂为主，并 且每年以较快的速度发现新的该类抑制剂。目前已有一些酪氨酸酶抑制 剂作为化妆品添加剂投放市场，如曲酸、果酸、熊果甙、维生素c 、动 物胎盘提取液、芦荟提取液等，它们可以保护皮肤，消除黑斑，具有增 白效果。而且酪氨酸酶是某些果蔬变褐生斑而失鲜的主要原因【5 ”。所以 从生化保鲜的新角度，通过寻找酪氨酸酶的特效抑制剂用于果蔬保鲜是 一种可取的有效方法。 第一章引言 参考文献： 1 w e s t h e i m e r , eh p s e u d o - r o t a t i o ni nt h eh y d r o l y s i so fp h o s p h a t ee s t e r s 【j ，a c e c h e m r e s1 9 6 8 , j ：7 0 7 8 【2 】r a m i r e z ，es y n t h e s i sv i ao x y p h o s p h o m n e s j s y n t h e s 括，1 9 7 4 , 9 0 1 1 3 3 张南京核苷与氨基酸五配位磷化合物的合成及反应机理研究 d 】博士学位 论文，北京：清华大学化学系，1 9 9 7 4 c a i ，b z ；l i u ，lz ；c h e nrys t u d i e so n1 , 2 ，3 一d i a z a p h o s p h o l ei vr e a c t i o no f 1 , 2 ，3 - d i a z a p h o s p h o l ew i t h a l c o h o l s j c h i n c h e m l e t t 1 9 9 1 ，2 仞：5 3 1 - 5 3 4 5 】b r o w n ，d h 二c r o s b i e ，kd ；d a m 啦j i r e a c t i o n so fp h o s p h o m sa n ds u l f u r f l u o r i d e sw i t hd i a l k y l a m i n oa n da l k y l t h i cd e r i v a t i v e s j ，c h e m ，s o c a1 9 7 0 , 9 2 ： 9 1 4 9 1 9 6 f a l a r d e a u ，e r ；m o r s e ，i cw ；m o r s e ，j gp r e p a r a t i o no fa l k y l d i b r o m o p h o s p h i n e a n d a l k y l t r i f l u o r o p h o s p h o r a n e j 1 n o n g c h e m 1 9 7 5 ，1 4 ：1 2 3 9 1 2 4 3 7 m e r a t ，r k ；j a n z e n ，a en m rs t u d yb e t w e e np h o s p h e r u sp e n t a f l u o r i d ea n d p h o s p h o r u st r i f l u o r i d ea n dt r i a l k y lp h o s p h a t e ，p r e p a r a t i o na n dc h e m i s t r yo f s o m ec y c l i c p h o s p h o r a n e s j 1 n o r g c h e m 1 9 8 0 , 1 9 ：7 9 8 8 0 1 8 b r o w n , d h ；c r o s b i e ，k d ；f r a s e r ，gw ，e ta 1 i n t e r a c t i o nb e t w e e np h o s p h o l q l s p e u t a f l o r i d ea u dp h o s p h o r u st r i f l u o r i d e 【j _ c h e m s o c a 1 9 6 9 , 9 1 ：8 7 2 8 7 5 9 g o d f r e y , s m ；s h e f f i e l d ，j m s t r u c t u r ed e p e n d e n c eo ft h er e a g e n tp h 3 p c i 2o l lt h e n a t u r eo ft h es o l v e n t ，b o t hi ns o l i ds t a t ea n di ns o l u t i o n ：x - r a yc r y s t a ls t r u c t u r eo f t f i g o n a lb i p y r a m i d a lp h 3 p c i 2 ，t h ef i r s ts t r u c t u r a l l yc h a r a c t e r i s e df i v e c o o r d i n a t ep h 3 p c i 2 c o m p o u n d j 】c h e mc o m m u n 1 9 9 8 , 8 ：9 2 1 9 2 2 1 0 d e r m e y , d b ；d e n n e y , d z ；h a m m o n d ，pj s t r u c t u r eo fs o m eb i c y c l i ca n d t f i c y c f i cp h o s p h o r a n e si ns o l u t i o n j ，a m c h e ms o c 1 9 8 0 , 1 0 2 ：5 0 7 3 5 0 7 7 11 w i e b e r , m ；h o o s ，wr r e a c t i o no f i s o p r e nw i t h2 - o v g a n o 一1 ，3 ，2 b e n z o 2 0 第一章引言 d i o x a p h o s p h o l e n e s j 】t e t r a h e d r o nl e f t 1 9 6 9 , 5 3 ： 1 2 d e n n e y , d b ；d e n n e y , d z ；h a m m o n d ，p 4 6 9 5 - 4 6 9 7 j p h o s p h o r u s , s u 酾rs i l i c o nr e i n t e l e m 1 9 8 3 ，1 5 ：2 8 1 1 3 w i e b e r , m ；h o o s ，wr 2 , 2 s p i a o b i 1 ，3 ，2 b e n z o d i o x a p h o s p h o l e n e s 【j 】 t e t r a h e d r o nl e t t 1 9 6 9 , 5 3 ：4 6 9 3 - 4 6 9 4 【1 4 s a e g u s a ，t ；k o b a y a s h i ，s ；k i m u m ，y ，e ta 1 an e w r o u t et op e n t a c o v a l e n tc y c l i c a c y l o x y p h o s p h o r a n e s j ，a mc h e m s o c1 9 76 ，9 8 p 矽：7 8 4 3 - 7 8 4 4 1 5 d e u n e y , d b ；d e n n e y , d z ；h a m m o n d ，p j ，e t a 1 s t r u c t u r eo fs o m e c o n d e n s a t i o np r o d u c t so fn d i c a r b o n y lc o m p o u n d sa n dt r i s ( a m i n o ) p h o s p h i n e 【j ，a m c h e m s o c 1 9 8 1 ，1 0 3 ：2 0 5 4 2 0 5 7 【1 6 b a r l e t t , p d ；b a u m s t a r k ，a l ；l a n d i s ，m e a ni n s e r t i o n r e a c t i o no f t r i p h