（药物分析学专业论文）新型ict荧光探针对单糖分子的识别研究.pdf

摘要 摘要 第一章 本章简要概述了糖的基本结构与性质 硼酸衍生物与糖的作用 机理及硼酸衍生物对糖分子识别的研究现状 第二章 本章采用荧光光度法 紫外可见分光光度法研究了新的具有分 子内电荷转移性质的硼酸衍生物 对一二苯氨基苯基硼酸 d p b a 对单糖 分子的识别作用 考察了在含2 0 乙醇的水溶液中 溶液的p h 值及各 种单糖 d 一果糖 d l e f l 糖 d 一甘露糖 葡萄糖 的浓度对d p b a 荧光 光潜及紫外光谱的影响 实验发现随着溶液p h 值的增大 d p b a 荧光光 谱蓝移 荧光强度降低 这是由于高p h 值下 硼原子由s p 2 杂化态转变 为了s p 3 杂化态 使硼酸基团得电子能力降低 阻止了d p b a 分子内的 电荷转移 从实验中还可以观察到 在p h 8 0 的水溶液中 随着糖浓度 的增加 d p b a 荧光光谱明显蓝移 荧光强度显著降低 且都有一等发 射点出现 同时通过非线性拟合求得d p b a 与d 果糖 d 半乳糖 d 甘露糖及葡萄糖的结合常数分别为5 2 6 4 5 8 9 5 4 6 8 9 6 和6 3 7 1l m o l 实验现象表明对 二苯氨基苯基硼酸与d 一果糖的结合能力远远超过其它 三种单糖 说明d p b a 能对d 一果糖进行很好的选择性识别 第三章 本章采用合成的具有分子内电荷转移性质的硼酸衍生物 对 二苯 氨基联二苯基硼酸 d b b a 作为荧光探针对各种单糖分子进行识别研究 实验表明 在p h 8 0 的乙醇水溶液中r v 醇 v 水 1 4 化合物d b b a 的 荧光光谱随着各种糖浓度的增大 荧光强度不同程度的升高 荧光峰位 均微弱蓝移 且都有一等发射点出现 通过非线性拟合可以发现拟合曲 线与实验值都能够很好的吻合 表明d b b a 与d 一果糖 d 半乳糖 d 甘露糖及d 一葡萄糖分子间的结合计量比都均为l l 并计算它们的结合 常数 d b b a 与d 果糖的结合常数比与其它糖的结合常数大1 0 倍多 d b b a 识别单糖分子的顺序为果糖 4 2 9 1 6 l t 0 0 1 甘露糖 3 8 3 6l m 0 1 半乳糖 2 5 5 3l m 0 1 葡萄糖 5 0 9l t m 0 1 说明d b b a 对d 果糖 的选择识别性很高 第四章 本章采用荧光光谱法研究了对 二苯氨基苯基硼酸 d p b a 与 羧甲基一p 环糊精 c m d c d 形成的包合物对d 果糖 d 甘露糖 d 摘要 半乳糖 葡萄糖分子的识别作用 对一二苯氨基苯基硼酸具有分子内电荷 转移的性质 随着溶剂极性增大 荧光光谱发生红移 当d p b a 进入 c m 一1 3 一c d 空腔后 相当于从极性强的溶剂中进入到极性弱的溶剂中 荧 光光谱蓝移 荧光强度增大 加入糖分子后 硼酸基团与糖分子中的羟 基结合 改变了硼原子的杂化态 使d p b a 的分子内电荷转移特性发生 了变化 从而使d p b a 的荧光光谱明显蓝移 荧光强度显著降低 并且 通过非线性拟合计算得包合物d p b a c m 一1 3 一c d 与四种单糖分子的包结 常数 包结常数从大到小的顺序为 d 一果糖 1 7 1 4 2 7 0 4l m 0 1 d 甘 露糖 2 2 1 9 1 5 2l t 0 0 1 d 一半乳糖 2 9 2 6 2 4 5l m 0 1 葡萄糖 4 0 9 5 3 1 2l m 0 1 说明包合物d p b a c m b c d 能够对d 果糖进行选择性识 别 第五章 本章初步探讨了对 二苯氨基苯基硼酸 d p b a 对一二苯氨基 联二苯基硼酸 d b b a 及对一二苯氨基苯基硼酸 d p b a 与羧甲基 b 一环糊 精 c m 一1 3 一c d 形成包合物后对d 一果糖 d 一甘露糖 d 一半乳糖 葡萄糖 分子识别的机理 认为d p b a d b b a d p b a c m b c d 与单糖分子结 合后 降低了其p k a 值 使硼酸基团由中性形式变为了阴离子形式 改 变了硼酸基团得电子的能力 从而阻碍了它们分子内电荷转移的过程 由于d p b a d b b a d p b a c m 一1 3 c d 分别与d 果糖 d 半乳糖 d 甘露糖及葡萄糖的结合能力不同 在荧光光谱中表现出不同的现象 因 此这些硼酸衍生物能够对单糖分子进行识别 关键词 荧光探针 对 二苯氨基苯基硼酸 d p b a 对 二苯氨基联二 苯基硼酸 d b b a 单糖 分子内电荷转移 羧甲基一1 3 一环糊精 a b s t r a c t c h a p t e r1 t h eb a s i cs t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo fm o n o s a c c h a r i d eh a d b e e n i n t r o d u c e da n dt h em e c h a n i s m so ft h ef l u o r e s c e n c ep r o b ec o n t a i n i n g b o r o n i ca c i dg r o u pf o rs a c c h a r i d e sr e c o g n i t i o nw e r es u m m a r i z e d t h e r e c e n td e v e l o p m e n to ft h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nt h ec o m p o u n dc o n t a i n i n g b o r o n i ca c i dg r o u pa n ds a c c h a r i d e sw a sd e s c r i b e df u r t h e n c h a p t e r2 p d i p h e n y l a m i n o p h e n y lb o r o n i c d p b a a sa n o v e lt y p e o ff l u o r e s c e n t p r o b e f o rm o n o s a c c h a r i d e sh a v e b e e ns t u d i e d b y f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y w i t hi n c r e a s i n gp ha n da d d i n go fs u g a r s t h e f o r mo fb o r o n i ca c i dg r o u pw a sc h a n g e df r o mt h en e u t r a lf o r mw i t hs p 2 一 h y b r i d i z a t i o nt o t h ea n i o n i cf o r mw i t hs p s h y b r i d i z a t i o n t h i sc h a n g e i n d u c e dab l u es h i f to fa b o u t5 0n ma n dad r a m a t i cd e c r e a s eo fi n t e n s i t y i nt h ee m i s s i o ns p e c t r u mo fd p b a t h eb i d i n gc o n s t a n t sw e r eo b t a i n e d b yf i t t i n g t h et i t r a t i o nc u r v e sa g a i n s tm o n o s a c c h a r i d e s t h eb i n d i n g c o n s t a n t sf o l l o w e dt h eo r d e r d f r u c t o s e 5 2 6 4 5 4 6 3 l m 0 1 d g a l a c t o s e 8 9 5 4 2 7 7 l m 0 1 d m a n n o s e 6 8 9 6 3 0 2 l m 0 1 g l u c o s e 6 3 7 1 2 1 3l t 0 0 1 t h er e s u l t ss u g g e s td p b a c a nb eu s e dt o r e c o n g n i z e dd f r u c t o s ew i t hh i g hs e l e c t i v i t y t h ei n t r a m o l e c u l a rc h a r g e t r a n s f e r i c t m e c h a n i s mw a se m p l o y e d c h a p t e r3 an o v e lc o m p o u n d4 d i p h e n y l a m i n o b i p h e n y l 一4 b o r o n i c a c i d d b b a w a ss y n t h e s i z e da san o v e lt y p eo ff l u o r e s c e n tp r o b ef o r m o n o s a c c h a r i d e s t h ea b i l i t yo fd p b at oi n t e r a c tw i t hg l u c t o s e d f r u c t o s e d g a l a c t o s ea n dd m a n n o s ew a ss y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e db y s t e a d y s t a t e f l u o r e s c e n c e s p e c t r u m m e t h o d t h ee f f e c to fv a r i o u s m o n o s a c c h a r i d e s g l u c t o s e d f r u c t o s e d g a l a c t o s e d m a n n o s e c o n c e n t r a t i o no nt h eb i d i n gp r o c e s sw a sd i s c u s s e di nd e t a i l t h eb i d i n g c o n s t a n t sw e r eo b t a i n e d b yf i t t i n g t h et i t r a t i o nc u r v e s a g a i n s t m o n o s a c c h a r i d e s t h eb i n d i n gc o n s t a n t sf o l l o w e dt h eo r d e r d f r u c t o s e 4 2 9 1 6 4 7 9l t 0 0 1 d g a l a c t o s e 3 8 3 6 6 9l t o o l l d 一 m a n n o s e 2 5 5 3 5 5 l m 0 1 g l u c o s e 5 0 9 1 0l m 0 1 t h e i n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r i c t m e c h a n i s mw a se m p l o y e d c h a p t e r 4 t h ei n c l u s i o nc o m p l e x eo fp 一 d i p h e n y l a m i n o p h e n y lb o r o n i c a c i d d p b a w i t hc a r b o x y m e t h y l b c y c l o d e x t r i n c m p c d a s a f l u o r e s c e n c ep r o b ef o rm o n o s a c c h a r i d e sr e c o g n i t i o ni nw a t e rh a sb e e n d e s i g n e d t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f d p b ai se n h a n c e db yf o r m i n ga n i n c l u s i o n c o m p l e x o fd p b a c m p c d t h ei n c l u s i o nc o m p l e x e d p b a c m p c ds h o w e dl a r g es p e c t r a ls h i f l si nt h ee m i s s i o nw a v e l e n g t h a n da s i g n i f i c a n ti n t e n s i t yc h a r g e o n b i n d i n g s a c c h a r i d e s w h e n d f r u c t o s ei n t e r a c t e dw i t hd b b a c m 一8 ci nw a t e rc o n t a i n i n g l e t h a n o l t h ee m i s s i o nm a x i m af r o m4 2 1 n ms h i f t st o3 8 3 n m k e x 3 0 6 r i m t h i sp h o n o m i n ac a nb ee x p l a i n e db yt h ei n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r i c t m e c h a n i s m t h e1 lb i n d i n gc o n s t a n t so b t a i n e db yf i t t i n g t h e t i t r a t i o nc u r v e s a g a i n s t m o n o s a c c h a r i d e s a n dt h e b i n d i n g c o n s t a n t s f o l l o w e dt h eo r d e r d f r u c t o s ef1714 2 7 0 4 lm o l d m a n n o s e 4 0 9 5 31 2 lm o l d g a l a c t o s e 2 9 2 6 2 4 5 lm o l 2 g l u c o s e 2 2 1 9 15 2lm o l 1 1 c h a p t e r5 t h ei n t e r a c t i o nm e c h a n i s m so fp 一 d i p h e n y l a m i n o p h e n y l b o r o n i c d p b a 4 d i p h e n y l a m i n o b i p h e n y l 4 b o r o n i ca c i d d b b a a n d d p b a c a r b o x y m e t h y l b c y c l o d e x t r i nw i t hm o n o s a c c h a r i d e sh a v e b e e ni n v e s t i g a t e d b r i e f l y t h e i n t r a m o l e c u l a r c h a r g et r a n s f e r i c t m e c h a n i s mw a se m p l o y e d p h e n y l b o r o n i ca c i d sa r ew e a kl e w i sa c i d s w j t hp k av a l u e s 9 f o r m a t i o no fab o r o n a t ee s t e rv i ai n t e r a c t i o nw i t ha m o n o s a c c h a r i d ei n c r e a s e st h ee l e c t r o p h i l i c i t yo ft h eb o r o ng r o u p t h e r e b y r e d u c i n gi t sp k av a l u et o 6 a tp hv a l u e sb e t w e e n6 5 a n d8 5 t h e b o r o n i ca c i de x i s t si ni t sn e u t r a lf o r m h o w e v e r i nt h ep r e s e n c eo fas u g a r i te x i s t si ni t sa n i o n i cf o r m t h i sc h a n g ei nt h ee l e c t r o n i cp r o p e r t i e so ft h e b o r o ng r o u pl e a d st ot h el o s so fi c te f f e c ta n dr e s u l t sab l u es h i f ta n dt h e c h a n g eo ft h ei n t e n s i t y k e y w o r d s f l u o r e s c e n c ep r o b e p d i p h e n y l a m i n o p h e n y lb o r o n i c a c i d d p b a h y d r o c h o r o t h i a z i d e 4 d i p h e n y l a m i n o b i p h e n y l 一 4 b o r o n i ca c i d d b b a m o n o s a c c h a r j d e n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r i c t c a r b o x y m e t h y l b c y c l o d e x t r i n c m 一1 3 一c d 第一章概论 1 1 糖的结构与性质 第一章概论 糖类化合物与氨基酸 蛋白质 核苷酸类似 在生命科学中占有重要的地位 糖广泛地存在于生物界 特别是植物界 在体内的高聚物中 糖与脂肪和蛋白质并 列为三大营养物 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物 是细胞和生物体生命 活动的主要能源物质 尤其是大脑和神经所利用的能源必须由糖类来供应 它在生 物体内 或细胞内 通过生物氧化释放出能量 供给生命活动的需要 糖在h i v 或其它致病源与血细胞结合过程中也扮演了重要的角色 这是由于糖 类物质能维持机体免疫系统的动态平衡 当机体免疫系统受损或功能低下时多糖和 寡糖能刺激各种免疫细胞成熟 分化和繁殖 使机体免疫系统恢复平衡 免疫系统 又能行使正常的监视 消灭外源性异物 病原微生物 癌细胞 自身衰老死亡的细 胞等 的功能 另外 血型抗原也是血细胞膜表面上的糖 因此 在医学 细胞生物 学和食品工业等领域中对糖的识别和浓度的检测有着重要的意义 l i 尤其对糖分子 高灵敏度 高选择性的识别显得更为重要 c i h 2 0 h 莲嚣聿量 c h o h 1 一o h h 山h h o 土一h h o h c h 0 h d 一半乳糖 c h o i h 卜 一h h 山h h o h h 一o h c h 0 h d 一一甘露糖 图1d 一葡萄糖 d 一果糖 d 一半乳糖 d 一甘露糖的结构式 f i g 1 t h em o l e c u l a rs t r u c l t l r eo f c o m p o u n dd g l u c o s e d f r u c t o s e d g a l a c t o s e d m a n n o s e 大多数糖只由碳 氢 氧三种元素组成 糖从化学角度看 是多羟基的醛或多 羟基的酮 重要的单糖有葡萄糖 果糖 半乳糖和甘露糖等 它们的结构式如图1 所示 葡萄糖含6 个碳原子 5 个羟基和1 个醛基 称己醛糖 果糖含6 个碳原子 5 个羟基和1 个酮基 称己酮糖 单糖均易溶于水 特别是在热水中溶解度极大 单 新型 c t 荧光探针对单糖分子的识别研究 糖微溶于乙醇 不溶于乙醚 丙酮等非极性有机溶剂 般在溶液中 单糖主要以 环状的椅式结构存在 而链式结构仅占微量 4 j 1 2 分子识别 分子识别是自然界生物进行信息存贮 复制和传递的基础 例如基因 酶和生 物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的 以分子识别为基础 研究构筑具 有特定生物学功能的体系 对揭示生命现象和过程具有重要意义 分子识别是一种 普遍的生物学现象 是分离 分析选择性的核心和基本问题 发生在分子问的选择 性结合并产生某种特定功能的过程则为分子识别 分子识别是通过两个分子各自的 结合部位来实现的 结合部位结构互补 相应的基团间产生足够的作用力 使两个 分子结合在一起 复杂物质体系中各种分子以及它们与体系外某些物质分子之间 均存在有非成键作用力或称为弱相互作用力 如氢键作用力 静电作用力 库仓力 范德华力 疏水作用力等 正是这些弱相互作用力 制约了分子识别过程及强度 调控分子自组装及超分子体系的形成 因此 为实现目标化合物高选择性的分离和 分析 必须从分子识别入手 对目标化台物具有互补结构及互补作用力 特别是亲 和作用力的规律及影响因素进行基础性的研究 刁请 进而发展具有高选择性的分离 分析新方法 1 3 硼酸衍生物对糖分子的识别研究 由于硼酸与糖能够很好的键合 6 罐 硼酸作为受体识别糖分子的研究近十几年被 广泛的研究与应用 9 t 8 1 利用硼酸受体识别体系可以克服酶法的不足 更重要的是无 需酶介体 k u i v i a d 等 1 9 1 在1 9 5 4 年首次报道了苯基硼酸与糖结合的现象 并推断硼 酸与糖分子结合形成了环状内酯 随后 在1 9 5 9 年l o r a n d 等 2 0 1 定量研究了苯基硼酸 与糖分子间的结合行为 并指出了当苯基硼酸为中性分子时 硼原子是 杂化 硼 酸为平面三角形结构 当苯基硼酸为阴离子时 硼原予是 杂化 硼酸为四面体构 型 同时指出了硼酸与1 2 或1 3 一二醇或糖在碱性水溶液中能形成五员或六员环状 内酯 目前 硼酸与单糖分子相互作用的基本模式已建立 图2 水溶液中硼酸以i 中 性形式 或i i i 阴离子形式 存在 结合糖分子后 硼酸酯i i 与i v 处于另一平衡中 这两个平衡过程的p k a 值不同 捎一章概论 p o h kl o h 图2 硼酸与单糖分子作用的基本模式 f i g 2e q u i l i b r i ab e t w e e nb o r o n i ca c i d sa n db o r o n a t ee s t e ri na q u e o u ss o l u t i o n 1 3 1 硼酸衍生物识别糖分子的机理 硼酸衍生物对糖分子的识别机制 2 1 2 2 1 主要包括光历导电子转移 p h o t o i n d u c e d e l e c t r o nt r a n s f e r p e t 机制 2 3 2 8 咖分子内电荷转移 i n t r a m o l e c u l a r c h a r g et r a n s f e r i c t 机制f 2 9 3 2 1 等 1 311 光诱导电子转移 p h o t o in d u c e de l e o tr o nt r a n s f e r p e t 机制 在光化学研究中 化合物分子在电磁波辐射下吸收一个光子 可引起基态分子 内的一个电子被激发至其激发态 进一步可引起一系列不同的激发态衰变过程 这 些过程可以是物理的 也可以是化学的 在 个反应体系内 如存在着几种不同化 合物的分子 当其中之一被激发后 它常易于和另一种存在的分子发生分子问的电 子转移 特别是前者具有电子给体 或受体 性质 而后者具有电子受体 或给体 性质时 这称之为分子间的光诱导电子转移 而这种分子间电子转移也可在分子内不 同基团问发生 被称为分子内的光诱导电子转移f 3 3 1 具有分子内的光诱导电子转移的化合物 要求分子内不同发色团问相互隔离 因此在激发其中一种发色团如电子给体 或受体 基团时 它就可能与另一种电子 受体 或给体 基团问发生 通过化学键的 分子内光诱导电子转移例 电荷从电子给体向电子受体转移时 能猝灭荧光发光体的发射荧光 因此 当 o v火 新型i c t 荧光探针对啦糖分子的识别研究 外界环境有利于荧光发光体中电子给体与电子受体间的p e t 时 猝灭荧光发射加剧 荧光发射减弱 当外界环境阻碍荧光发光体中电子给体与电子受体间的p e t 时 猝 灭荧光发射减弱 荧光发射增强 1 312 分子内电荷转移 in t r a m o ie c u ia ro h a r g et r a n s f e r l c t 机制 光诱导电子转移 p e t 机制中 电子给体与受体基团彼此间以 键相连 为不 共轭体系 而分子内电荷转移 i c t 机制中 电子给体与受体之间是以n 键共轭体 系相连 构成d n a 型分子口 分子内共轭的电荷转移化合物在受光照激发后发生 的并非是 一个 电子的转移过程 f u l le l e c t r o nt r a n s f e r 而发生的是 部分 电子 转移 p a r t i a le l e c t r o nt r a n s f e r 或称电荷转移 c h a r g et r a n s e r 3 6 1 这种特征是与中 心不对称的共轭分子体系的电子离域相联系的 它表明这类化合物分子内基团间存 在着强烈的相互干扰作用 在一电磁场作用下 或光的照射下 中心不对称分子 电子的离域化 不仅可引起分子的强烈极化 而且还引起其基态与激发态的偶极矩 发生巨大的差别 扭曲分子内电荷转移f t w i s t e di n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r t i c t 如图3 所示 这一现象是因共轭分子内强烈的电荷转移而引起 自去偶 d e c o u p l i n g 的结果 它是通过分子内原来共平面的电子给体与受体两部分间的夹面 扭曲 导致相互正交而实现隔离 即强烈的电荷转移可引起分子扭曲而变成电子转 移 从而导致荧光猝灭口 p 因事c 园一困 卜吣 寸 c 曰匆 图3 扭曲的分子内电荷转移示意图 f i g 3d i a g r a m m a t i cs k e t c ho ft w i s t e di n t r a n m l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r t i c t 一般情况下 分子内电荷转移化台物的基态偶极矩较小 经光照激发后 偶极 矩大大增加 由于分子内电荷转移化合物在基态和激发态时的极性发生了根本性的 变化 因此 具有i c t 性质的化合物 其溶剂极性等介质性质的改变能对它的光学 4 第一章概论 性质产生极大的影响i3 7 j 电子转移过程划分子结构和外部环境的性质极为敏感 所以可以通过调控i c t 荧 光分子的得失电子的能力或介质微环境的性质来实现对被分析物的识别 当电荷转 移受到阻碍时 激发态相对于基态更不稳定 荧光光谱蓝移 而当电荷转移被促进 时 激发态相比于基态稳定 荧光光谱红移 13 2 硼酸衍生物对糖分子的识别 13 21 单硼酸衍生物对糖分子的识别 y o o n 等 于1 9 9 2 年首次报道了单硼酸化合物a 1 对单糖分子的荧光传感识别 图4 为在水溶液中葸硼酸a l 与糖分子形成的平衡 瞄8 a l a a 1b a l c 图4 在水溶液中蒽硼酸a 1 与糖形成的平衡 f i g4e q u i l i b r i aa v a i l a b l et oa na q u e o u ss o l u t i o no fa n t h r y l b o r o n i ca c i da 1i nt h e p r e s e n c eo f ag e n e r i cp o l y 0 1 葸硼酸a l 在水溶液中有较强的荧光发射 加入碱后 形成了硼酸负离子a l a 荧 光减弱 a i 与糖作用形成化合物a l b 降低了其p 值 a l b 仍然有强的荧光发射 在a l b 的溶液中加入碱后 形成负离子a i c 荧光减弱 但蒽硼酸a l 与糖作用后 荧 光强度变化相对小 灵敏度不高 且需在较高的p h 值下进行 这些缺陷限制了它在 实际中的应用 s u e n a g a 等 3 9 报道了化合物a 2 a 3 a 4 和a 5 也出现了类似的研究结 果 羔一 些 f 一 h 多 n 瓜 v 州i 新型i c t 荧光探针对单糖分子的识别研究 瀚斟洲b o h 2 a 2 a 3 b o h 2 a 2 b 4 b o h 2a 3 a 1 b o h 2 a 3 b 2 b o h 2 a 4 b o h 2 八尸 纩y 夕 j a m e s 等 克服了上述缺点 于1 9 9 4 年合成了化合物a 6 a 6 改变了直接在硼酸 基团上连有荧光团 而是在硼酸和荧光团之间引入伸胺或叔胺 使硼酸的键合位置 发生了改变 化合物a 6 的荧光变化情况见图5 1 扣肛 果糖 塔格糖 甘露糖 葡萄糖 n h o b o h a 1 8a 1 9 图6 为单硼酸衍生物a 2 01 5 3 被d 一环糊精包合后 在水溶液中对单糖分子进行识别 的作用机理图 a 2 0 5 子中含有芘基团作为荧光团 但由于聚集 a 2 0 在含2 d m s 0 的 水溶液中没有荧光发射 当溶液中加入0 一环糊精后 a 2 0 与b 一环糊精形成了包合物 荧光强度大大增强 包合物a 2 0 1 3 一环糊精能对单糖进行识别 识别过程中苯基硼酸 为电子受体 芘为电子给体 与a 6 类p e t 荧光传感器的电子转移途径相反 硼酸与单 糖分子结合前 发生芘向苯基硼酸的p e t 作用 结合后 p e t 过程阻断 芘单体荧光 恢复 洲 i 翌鬯 垂垄堡丛 塑 塑坌王堕望型堕壅 鼢 cd p 塑7 n 图6 化合物a 2 0 在p h 7 5 的1 3 一环糊精水溶液中与糖作用的机理 f i g 6r e s p o n s em e c h a n i s mo ft h ea 2 0 b c dc o m p l e xf o rs u g a r b i n d i n g 最近w a n g 等 研究了一类新的硼酸衍生物a 2 l 与糖的识别作用 a 2 1 含有四硫 富瓦烯 t e t r a t h i a f u l v a l e n e t t f 基团 t t f t 以往的胺基作为了电子给体 由于p e t 过程 a 2 1 的荧光强度低 当与糖结合后 p e t 过程被抑制 荧光强度增加f 如 图7 1 图7 化合物a 2 1 与糖的作用 f 嘻7r e s p o n s em e c h a n i s mo f t l l ea 2 1c o m p l e xf o rs u g a rb i n d i n g a l 至a 2 l 均为单硼酸分子 通常情况下单硼酸分子对单糖的选择性识别顺序为 d 果糖 d 半乳糖 d 葡萄糖 j j h a i s h ic a o 等 设计合成的单硼酸衍生物a 2 2 却表现 出异常的结果 a 2 2 对葡萄糖的结合强于对果糖和甘露糖 a 2 2 o i i 八 匆 睡 e 2 斡 销一章概论 1 322 二硼酸衍生物对糖分子的识别 二硼酸衍生物a 2 3 1 5 6 1 与单糖分子的作用方式与单硼酸衍生物a 6 与单糖分子的作 用方式类似 但a 2 3 具有立体构型识别能力 能够对葡萄糖进行很好的选择性识别 a 2 3 a r i m o r i 等 5 7 l 将单硼酸衍生物a 8 发展为双硼酸衍生物a 2 4 a 2 4 与单糖分子结合 后同样荧光峰位蓝移 荧光强度发生改变 但实验结果表h 垌a 2 4 对葡萄糖的结合大于 对果糖的结合 即双硼酸衍生物a 2 4 能 对葡萄糖进行选择性识别 a 2 4 具有立体效应和电子效应的双硼酸衍生物a 2 5 1 5 8 6 0 能够对单糖进行手性识别 实 验表明化合物a 2 5 x j 果糖有明显的识别能力 r 构型的a 2 5 对d 一果糖显示出结合优势 n 弋 二 a 2 5 新型l e t 荧光探针对单糖分子的识别剐f 究 二硼酸衍生物对二糖的识别研究甚少 l 2 二苯乙烯硼酸衍生物 a 2 6 1 5 2 1 能利 用刚性效应对二糖进行识别 在碱性水溶液中 a 2 6 与二糖结合生成刚性的环状化合 物 使其荧光强度显著增强 实验结果表明a 2 6 对密二糖比对其它二糖和一些三糖选 择性高 r a 2 6 1 323 多硼酸衍生物对糖分子的识别 s t r o g i n 研究组 6 3 6 5 1 用间苯二酚和苯基硼酸缩聚得到带有硼酸基的削苯二酚杯 芳烃a 2 7 a 2 9 这类化合物通过b 一0 h o h 及o h o h 两种氢键作用能形成在 二维方向无限伸展的排列结构 而硼酸基能与单糖或二糖中的羟基结合 形成配合 物 溶液颜色发生明显变化 从而起到有效地识别糖类分子的作用 a 2 7 a 2 8 第一章l i 论 1 4 本论文的立题背景和研究的主要内容 14 1 本论文研究的意义 糖类是人体不可缺少的能源和生理活性物质 它参与重要的生命过程 包括对外 部信号的传递和识别 建立灵敏和高选择性的糖分子识别方法在生命科学领域中有 着重要意义 6 6 6 7 io 糖是生物界中分布极广 含量较多的一类有机物质 几乎所有的 动物 植物 微生物体内都含有它 生物细胞内 血液里电有葡萄糖或由葡萄糖等 单糖物质组成的多糖 如肝糖原 肌糖原 存在 糖类物质的主要生物学作用是通 过氧化而放出大量的能量 以满足生命活动的需要 糖原也是重要生物能源 它也 能转化为生命必需的其它物质 如蛋白质和脂类物质 总之 糖类化合物与氨基酸 蛋白质 核苷酸类似 在生命科学中占有重要的地位 例如在生物体中 糖类化合 物参与细胞膜的构建 且其构型表达影 向了细胞的结构 正常细胞向癌细胞的转变 通常是由于细胞膜表面糖类化合物构型改变所引起 对糖类化合物的跟踪监测可指 示这一变化 因此在各领域中识别或检测生物体中各种糖的存在及测定其浓度已成 为生命科学中研究的主要内容之一 建立高灵敏度高选择性的糖分子识别体系也显 得尤为重要 目前 硼酸受体识别体系被应用于对糖的分子识别研究 8 7 其检测糖的方法 主要有荧光分析法1 7 7 3 圆二色谱法1 2 0 埽口吸收光谱法 等 荧光分析法与其他方法 相比具有灵敏 不改变客体的性能及通过提供客体分子的结构和微环境的变化分析 各种健康和疾病的变化等优势 7 同时采用荧光法可通过荧光峰位罱的移动 蓝移 红移 荧光量子产率的增加或减少 荧光寿命的变化及新荧光峰的出现等现象对客 体分子进行分析和检测 因此 最近十几年利用硼酸受体作为荧光探针识别糖的研 究倍受人们的关注 但目前所报道的利用硼酸受体识别糖的方法灵敏度还非常有限 本文欲采用合成的一类新型硼酸衍生物作为荧光探针对糖分子进行识别 以提高其 对糖分子识别的选择性和灵敏度 1 4 2 本论文主要研究内容 1 合成具有分子内电荷转移特性的新型硼酸衍生物对 二苯氨基苯基硼酸 d p b a 和对 二苯氨基联二苯基硼酸 d b b a 选用d p b a 和d b b a 作为荧光探针在2 0 的乙醇水溶液中对各种单糖 如葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖等 进行识别研究 并计算了d p b a 和d b b a 与各种糖的结合常数 研究结果表明两种新型硼酸衍生物 都对果糖具有很好的选择性识别 新型 c t 荧光探针对单耱分子的识别研究 2 选用新型的硼酸衍生物对一二苯氨基苯基硼酸 d p b a 与羧甲基一1 3 一环糊精形 成包合物 提高其在水溶液中的溶解性 并用d p b a 与羧甲基一0 一环糊精的包合物作 为荧光探针 在1 的乙醇水溶液中对葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖进行识别研究 计算包合物d p b a 一羧甲基一1 3 一环糊精与各种糖的结合常数 结果表明包合物d p b a 一羧 甲基一b 一环糊精对果糖具有很好的选择性识别 3 初步探训了新型硼酸衍生物对 二苯氨基苯基硼酸 d p b a 和对一二苯氨基联二 苯基硼酸 d b b a 及d p b a 羧甲基 b 一环糊精包合物与葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖的识别机理 认为d p b a d b b a 及d p b a 羧甲基一b 一环糊精之所以能够识 别一些单糖是由于它们与单糖分子结合后不同程度的阻碍了它们分子内的电荷转移 性质 参考文献 1 l i n d b e r gse w a l l s c i i l a g e rd p r e s t b oem e ta 1 m e t h y l a t e dm e r c u r y s p e c i e s i n m u n i c i p a l w a s t el a n d f i l l g a ss a m p l e d i nf l o r i d a u s aa t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t 2 0 01 3 5 2 3 4 0 11 4 015 2 m a l l a v a r a p ua s a w i nk m i t c h i s o nt as w i t c hi nm i c r o t u b u l ed y n a m i c s a tt h eo n s e to fa n a p h a s ebi nt h em i t o t i cs p i n d l eo fs c h i z o s a c c h a r o m y c e sp o m b e c u r r e n t b i o l o g y 19 9 9 9 2 3 1 4 2 3 1 4 2 8 3 i m j u ns w o o kl e ej s a k a m o t 0se ta 1 r o t a x a n e b a s e dm o l e c u l a rs w i t c h w i t hf l u o r e s c e n c es i g n a l i n g t e t r a h e d r o nl e t t e r s 2 0 0 0 4 1 4 4 7 1 4 7 5 4 沈同 王镜岩等 高等学校教材 生物化学 上册 高等教育出版社 北京 1 9 9 0 j d lo 户2 8 5 支l j 育 李丽 超分子体系中的分子识别一以环糊精为受体的分子识别和分子组装 研究最新进展 自擀群 屠 2 0 0 2 1 0 1 1 9 6 1 9 6 8 6 s p r i n g s t e e n g w a n g b ad e t a i l e d e x a m i n a t i o no fb o r o n i ca c i d i t i o l c o m p l e x a t i o n t e t r a h e d r o n2 0 0 2 5 8 5 2 9 1 5 3 0 0 7 s u o i h a r a j m b o w m a n c m c y c l i cb e n z e n e b o r o n a t ee s t e r s 一a m c h e m s o c19 5 8 8 0 2 4 4 3 2 4 4 6 8 l o r a n d jp e d w a r d sj0 c o m p l e x e sa n ds t r u c t u r eo ft h eb e n z e n e b o r o n a t e i o n o r g c h e m 19 5 9 2 4 7 6 9 7 7 4 9 l o r a n djp e d w a r d sjo c o m p l e x e sa n ds t r u c t u r eo ft h eb e n z e n e b o r o n a t e i o n 第一荦概论 o g c h e m 19 5 9 2 4 7 6 9 7 7 4 10 e g g e r t h f r e d e r i k s e n j m o r i n c n o r r i l d jc an e wg l u c o s e s e l e c t i v ef l u o r e s c e n tb i s b o r o n i ca c i d f i r s tr e p o r to fs t r o n gc 一f u r a n o s ec o m p l e x a t i o n i na q u e o u ss o l u t i o na tp h y s i o l o g i c a lp h o r g c h e m 1 9 9 9 6 4 3 8 4 6 3 8 5 2 11 n o r r i l d j c e g g e r t h e v i d e n c e f o rm o n o a n db i s d e n t a t eb o r o n a t e c o m p l e x e so fg l u c o s ei nt h ef u r a n o s ef o r m a p p l i c a t i o no f1 j c cc o u p l i n gc o