單修飾環(huán)糊精-金屬配合物構(gòu)建金屬酶模型及其性質(zhì)研究.pdf

1、β-環(huán)糊精具有內(nèi)疏水空腔、外親水表面與手性的微環(huán)境，因此能夠選擇性地結(jié)合底物。而經(jīng)過選擇性修飾的環(huán)糊精衍生物，可以引入具有和金屬離子配位的功能基團(tuán)作為催化位點(diǎn)，因此特別適合于人工酶的模擬。本文在本課題組研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究雙環(huán)糊精的協(xié)同疏水識別作用以及多金屬的協(xié)同作用對催化活性的影響。研究了環(huán)糊精的引入對金屬配合物與脫氧核糖核酸DNA作用的影響。
　　 本文合成了含三齒(N3)吡啶橋聯(lián)雙環(huán)糊精配體及其銅、鋅配合物，以及2-羥

2、基-5-甲基-1,3-苯二甲醇修飾的環(huán)糊精配體及其三鋅雙環(huán)糊精配合物。并用這些銅、鋅配合物模擬水解酶，其環(huán)糊精空腔來模擬天然水解酶的疏水環(huán)境，研究模擬物的結(jié)構(gòu)與催化性能的關(guān)系。另外還合成了乙二胺和2-胺基吡啶修飾的環(huán)糊精配體及其鉑配合物以及環(huán)糊精與小分子銅配合物超分子組裝的包合物，并用這些化合物來模擬核酸酶。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：
　　 1.設(shè)計并合成了新的具有三齒N3吡啶橋聯(lián)雙環(huán)糊精L1(2,6-dimethylpy

3、ridyl-bridged-bis(6-monoammonio-β-cyclodextrin))及其銅配合物(1)(CuL1(H2O)，C91H195N3O100CuCl2)。pH電位滴定研究得出1與結(jié)構(gòu)相似的小分子銅配合物的穩(wěn)定常數(shù)KML和配位水電離常數(shù)pKa值相當(dāng)(LogKCuL112.53，pKal8.13； LogKCu(bamp)12.20，pKal8.11)。說明橋聯(lián)環(huán)糊精配合物的配位環(huán)境和小分子配合物相似。配合物1催化雙(

4、對硝基苯)碳酸酯(bis(4-nitrophenyl)carbonate，BNPC)水解速率是無催化劑的2.73×103倍，而對對硝基苯醋酸酯(p-nitrophenylacetate，p-NA)，僅為78.2倍；催化雙(對硝基苯)磷酸酯(bis(4-nitrophenyl) phosphate，BNPP)的二級速率常數(shù)為5.94×10-4M-1 s-1。配合物1能有效的催化雙疏水端基底物BNPC、BNPP的水解。
　　 2.為

5、了研究金屬離子對酯水解反應(yīng)活性的影響，本部分合成了吡啶橋聯(lián)雙環(huán)糊精(L1)的鋅配合物(2)(ZnL1(H2O)2,C91H195N3O100ZnCl2)。pH電位滴定研究得出配合物2的穩(wěn)定常數(shù)LogKML是7.31,比相應(yīng)的小分子鋅配合物(LogKzn(bamp)5.56)高約1.8個單位，說明環(huán)糊精鋅配合物更穩(wěn)定。配合物2的配位水電離常數(shù)分別是pKal8.14±0.03，pKa29.24±0.01,與小分子配合物Zn(bamp)(pK

6、al7.94±0.1,pKa29.63±0.09)相當(dāng)。在pH7.0時，配合物2催化水解BNPC的速率是無催化劑時的8.93×103倍，而催化p-NA，為71.76倍；同樣條件下，配合物2催化磷酸雙酯BNPP二級速率常數(shù)(1.68×10-3 M-1 S-1)高于磷酸單酯NPP(5.75×10-4M-1S-1)，也高于大多數(shù)小分子ZnN3類配合物。以上結(jié)果表明2能有效地催化水解雙疏水端基的底物，尤其是BNPC，再次證實(shí)了橋聯(lián)環(huán)糊精的雙疏水

7、空腔的協(xié)同識別包合底物在催化反應(yīng)中起著重要的作用。結(jié)果顯示，鋅配合物2催化碳酸酯和磷酸酯的水解活性高于銅配合物1。
　　 3.本部分合成了新的單修飾環(huán)糊精L2(6-mono-(2-(2-hydroxy-3-(hydroxymethyl)-5-methylbenzylamino)-ethylamino)-β-cyclodextrin)并得到了三核雙環(huán)糊精鋅配合物3(C106H232Cl2N4O112Zn3)。電位滴定結(jié)果表明，在p

8、H6.0-8.0范圍，主要存在兩個雙核單環(huán)糊精鋅配合物：[Zn2L]4+和[Zn2L(OH)]3+；在pH8.0-11.0范圍主要存在三個三核雙環(huán)糊精鋅配合物：[Zn3L2(H2O)2]2+，[Zn3L2(H2O)(OH)]+，[Zn3L2(OH)2]。在pH7.0時，該鋅配合物催化水解BNPC的速率是無催化劑時的5.63×103倍，低于橋聯(lián)雙環(huán)糊精鋅配合物2；而催化p-NA時，水解速率是無催化劑時的1.62×102倍，約是2的兩倍。催

9、化磷酸雙酯BNPP的二級速率常數(shù)為1.22×10-3 M-1 s-1,此值低于鋅配合物2。說明多金屬的協(xié)同作用加速了單酯的水解，對雙酯的水解活性則不如橋聯(lián)雙環(huán)糊精。
　　 4.合成并表征了水溶性良好的單修飾環(huán)糊精的二齒配體L3(6-mono-(N-aminoethyl)amino-β-cyclodextrin)、L4(6-mono-(N-(pyridin-2-yl)ethylamino)-β-cyclodextrin)及其鉑配合

10、物4([Pt(L3)Cl2]·8H2O)、5([Pt(L4)Cl2]·4H2O)。利用紫外-可見吸收光譜、CD光譜和凝膠電泳研究了配合物與DNA的相互作用。紫外-可見吸收光譜、CD光譜結(jié)果顯示，配合物4、5均以非插入方式與DNA作用；凝膠電泳結(jié)果顯示配合物4對DNA具有明顯作用，而配體L3、L4及配合物5則對DNA幾乎沒作用。兩個配合物對DNA作用能力大小的差異，可能是因?yàn)?具有較多的活性氫及較小的空間位阻，有利于4中的鉑原子與DNA產(chǎn)

11、生共價結(jié)合。
　　 5.設(shè)計并合成了兩個新的小分子配體 L5(2-Benzyl-1,3-bis(aminoethylthio)propane)、L6(2-(4-tert-Butylbenzyl)-1,3-bis(aminoethylthio)propane)及其銅配合物6([Cu(L5)(ClO4)](ClO4)·0.5H2O)、7([Cu(L6)(H2O)](ClO4)2·H2O)。對7與β-環(huán)糊精進(jìn)行超分子組裝得到包合物8(

12、[Cu(L6)/β-CD](ClO4)2·6H2O)，并測定了6、7的晶體結(jié)構(gòu)；通過紫外光譜滴定和CD光譜研究了化合物6、7和8與CT-DNA的相互作用模式，結(jié)果表明6、7、8主要通過外部的靜電作用與DNA結(jié)合，且含有較強(qiáng)疏水基的配合物7與DNA之間的作用較強(qiáng)；在還原劑ASC存在下，三個化合物能夠有效地氧化斷裂pBR322 DNA，環(huán)糊精包合物8的活性稍高于7，含較強(qiáng)疏水基的配合物7的活性高于6。通過自由基淬滅實(shí)驗(yàn)研究了DNA氧化斷裂的