87万课题测定目标分析物的铀酰配位超分子聚合物.doc

测定目标分析物的铀酰配位超分子聚合物（USP）自组装共振光散射分析法研究立项依据铀酰离子（UO22+）是铀原子位于两个氧原子中间的直线型离子，具有在垂直于铀氧键的平面上形成五个配位健的特殊性质10，从而可与相应的配位原子构成五角双锥的空间构型，如图1所示。图1 铀酰及其配位数为五的配合物的结构示意图当铀酰与一个四齿配体分子形成配合物（uranyl-tetradentate ligand, U-TL）时，由于在配合物的分子平面上铀还有多余的配位点，因此极易于再与另一个单齿配体分子结合形成配位数为五的夹心型超分子10。图2是几种U-TL与单齿配体L形成的夹心型超分子的实例，分子上的基团R1、R2和R3均可根据需要加以变化，并且苯环上还可连接其他基团以改变分子的性能，如分子识别性能、溶解性能等。图2 几种U-TL与单齿配体L形成的夹心型超分子由于一定结构的U-TL能再特异性地结合某些单齿配体形成夹心型超分子，这就使U-TL具有了特殊的分子识别能力，而且这种分子识别能力随四齿配体的结构不同而具有丰富的多样性10。已有利用U-TL识别或检测磷酸盐及其衍生物11, 12、氟离子12、铵盐13、吡啶14等的研究报道，并且研究结果表明U-TL对磷酸根及其衍生物具有非常强的亲和力和识别能力，我们也利用这一特点进行了测定ATP的新方法研究并取得了很好的结果15。利用铀酰极易形成夹心型超分子这一性质预期可以组装出具有各种特殊结构和性能的铀酰配位超分子聚合物（uranyl-coordination supramolecular polymers, USP）。图3是一种拟定的USP的结构式，这种USP是由铀酰与双salophen（一种双极四齿配体）的配合物和双酚A二磷酸酯（一种双极单齿配体）自组装形成的。如图3所示这类的USP可看成由两种单体构成，一种是铀酰与双极四齿配体形成的配合物（uranyl-ditopic tetradentate ligand, U-DTL），另一种是以磷酸基团为配位基团的双极单齿配体或多极单齿配体。图3 一种拟定的USP的结构式铀的检测对健康维护和环境保护都非常重要18, 19。另一方面，生物体内一系列重要的生物分子，如1,6-二磷酸果糖20、1,5-二磷酸核酮糖21、6-磷酸氨基葡萄糖22、磷酸果糖激酶23和磷酸酯酶24等，在生命活动的多个环节中都起着非常重要作用，这些物质含量的变化往往与生理代谢的紊乱以及疾病的发生有很大的关系，因而对这些分子的检测与分析尤为重要。虽然目前已有这些物质的一些检测方法的报道19-24，但有些方法仍存在不足，因此研究检测这些物质的高选择性高灵敏的简便新方法具有重要意义。由于这些物质都可以与USP自组装相关联，因此可以预见，基于USP自组装对这些物质进行检测将会显示出独特的优势。为此拟以上述6种物质为代表性的目标分析物，研究建立基于USP自组装的分析新方法。研究内容(1) 分析材料制备研究根据不同目标分析物的测定要求，进行用于连接不同双极单齿配体的双极四齿配体及相应U-DTL的 (a) 设计与合成研究，(b) 结构表征研究，(c) 对相应的双极单齿配体的亲和力和识别性能研究，和 (d) 溶解性能研究。 (2) 分析过程方法学研究对每一个目标分析物分别进行 (a) USP自组装反应体系的选择研究，(b) 不是铀酰和双极单齿配体的目标分析物转化为相关双极单齿配体的转化条件研究， (c) USP自组装的反应条件研究，和 (d) 共振光散射法的检测条件和检测方法学研究。研究目标 建立选择性好、灵敏度高且简便的测定目标分析物的USP自组装共振光散射分析法。这些目标分析物分别是铀酰、1,6-二磷酸果糖、1,5-二磷酸核酮糖、6-磷酸氨基葡萄糖、磷酸果糖激酶和磷酸酯酶。拟采取的研究方案 (1) 分析材料制备研究这一部分研究分为四个步骤。第一步：合成一些双极单齿配体（例如图3所示双酚A二磷酸酯）后，针对需要连接的不同双极单齿配体，设计出各种具有合理分子结构的双极四齿配体，然后选择合适的起始原料进行合成。例如，如图3所示的双极四齿配体双salophen就可用联苯四胺和水杨醛作起始原料按下式（图5）反应合成：图5 合成双salophen反应式合成双salophen的反应机制和条件与合成salophen是相似的。合成时可在水杨醛的苯环上引入适当基团改变 产物的分子识别性能和溶解性能。再将合成的配体与铀酰配位得到相应的配合物U-DTL。第二步：用元素分析、红外光谱、紫外光谱、质谱等手段对合成的双极四齿配体和相应的U-DTL进行结构表征。第三步：考察U-DTL对相应双极单齿配体的亲和力和识别性能。 考察时主要是用适当的方法（如紫外光度法等）测试U-DTL与相关单极单齿配体（属于对应双极单齿配体的一部分，例如单极单齿配体磷酸酚酯是双极单齿配体双酚A二磷酸酯的一部分）相结合的稳定常数，以及有其他单极单齿配体存在时的选择系数。稳定常数和选择系数越大则表明亲和力和识别性能越强。第四步：用适当的方法（如紫外光度法等）测试合成的双极四齿配体及相应U-DTL的溶解性。通过考察和测试，选择出对指定目标分析物或其相关双极单齿配体具有最佳亲和力和识别性能并有适当溶解性的双极四齿配体及其铀酰配合物U-DTL。(2) 分析过程方法学研究下图（图6 ）是USP自组装共振光散射分析过程的技术路线示意图。图6 USP自组装共振光散射分析过程的技术路线示意图根据技术路线图，这一部分研究拟分为四个步骤。第一步：根据第 (1.1) 项的研究结果，对每一个目标分析物选择适当的物质组成合适的USP自组装反应体系。各目标分析物的USP自组装反应体系需要的主要物质分别如下：铀酰：双极四齿配体，双极单齿配体；1,6-二磷酸果糖和1,5-二磷酸核酮糖：U-DTL；6-磷酸氨基葡萄糖：U-DTL，可与6-磷酸氨基葡萄糖反应形成双极单齿配体的物质；磷酸果糖激酶：U-DTL，6-磷酸果糖，磷酸供体；磷酸酯酶：U-DTL，双极单齿配体第二步：用适当方法（如紫外光谱法、催化光度法等）考察不是铀酰和双极单齿配体的目标分析物（6-磷酸氨基葡萄糖、磷酸果糖激酶和磷酸酯酶）转化为相关双极单齿配体的转化条件。测定6-磷酸氨基葡萄糖时，拟用下式将其转化为相关双极单齿配体：测定磷酸果糖激酶时，用下式将其转化为相关双极单齿配体（一定条件下催化剂磷酸果糖激酶的量与生成的双极单齿配体1,6-二磷酸果糖的量存在定量关系，此转化过程亦是一催化放大过程）：测定磷酸酯酶时，拟用下式将其转化为相关双极单齿配体（一定条件下催化剂磷酸酯酶的量与剩余的双极单齿配体双酚A二磷酸酯的量存在定量关系）：考察的转化反应条件主要有反应物浓度、反应介质、酸度、反应温度和时间等因素对转化反应的影响。通过考察获得最佳转化反应条件。第三步：考察USP自组装的反应条件。考察时以共振光散射最强的自组装为最优自组装，在最优自组装时USP有一适当的聚合度。考察内容包括：两种单体的比例、封端剂（单极单齿配体，可用于调节聚合度）用量，各物质加入方式、反应介质、酸度、反应温度和时间等因素对共振光