喹啉-2-甲撐丙二酸及其酯等功能分子的合成及應(yīng)用.pdf

1、脂肪烴類巰基化合物如半胱氨酸，高半胱氨酸和谷胱甘肽在生物體系中廣泛存在，它們既是某些功能蛋白的重要組成部分，也參與著生物體系中的多項(xiàng)生命活動(dòng)，巰基化合物濃度的失衡會(huì)導(dǎo)致機(jī)體工作異常，引發(fā)多種疾病。因此，跟蹤檢測(cè)巰基化合物在生物學(xué)研究方面意義重大。本論文合成了若干種喹啉-2-甲撐丙二酸及其酯衍生物，研究了它們作為熒光探針在巰基檢測(cè)及細(xì)胞成像上的應(yīng)用以及基于其光譜性質(zhì)研究了它們作為分子計(jì)算器在分子模擬運(yùn)算中的應(yīng)用。
　　 本文的第二

2、章設(shè)計(jì)并合成了一種高選擇性，用于檢測(cè)酸性環(huán)境中巰基的熒光探針，喹啉-2-甲撐丙二酸(QMA)，因分子結(jié)構(gòu)中存在α，β-不飽和酮結(jié)構(gòu)，其可在酸性溶液(pH＜7)中與巰基發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)并引起喹啉熒光信號(hào)的顯著增強(qiáng)。pH效應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明該探針只能在酸性條件下(pH＜7)和巰基反應(yīng)，我們進(jìn)一步合成了其酯衍生物喹啉-2-甲撐丙二酸二乙酯(QME)，該化合物對(duì)巰基活性的pH效應(yīng)剛好相反，即只能在堿性條件下(pH＞7)與巰基反應(yīng)。氫鍵活化（丙二酸基團(tuán)

3、的分子內(nèi)氫鍵和巰基與丙二酸上羰基的分子間氫鍵）很好地解釋了QMA在酸性條件下對(duì)巰基獨(dú)特的傳感機(jī)理。進(jìn)一步，細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)顯示，QMA處理過的細(xì)胞只能在酸性區(qū)域內(nèi)與生物巰基反應(yīng)并發(fā)出強(qiáng)熒光，因而能夠特異性地標(biāo)記細(xì)胞中的酸性組織（如溶酶體），這是文獻(xiàn)目前尚未報(bào)道過的，而QME只能在生理環(huán)境(pH7.4)中與巰基反應(yīng)，從而進(jìn)行細(xì)胞成像。
　　 第三章在第二章基礎(chǔ)上合成了胺基取代，熒光比例變化的巰基探針QMAE，實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算表明，該分子

4、為D-π-A體系，存在特征性的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)過程及相應(yīng)的光譜性質(zhì)，當(dāng)其與巰基反應(yīng)后，ICT過程有一定程度地減弱，從而引起探針光譜信號(hào)的改變(最大發(fā)射波長(zhǎng)處的熒光比例值增強(qiáng)20倍以上，位移達(dá)100 nm)。強(qiáng)烈的供電子基團(tuán)胺基和顯著的ICT性質(zhì)使得QMAE及其與巰基的加成產(chǎn)物均具有很好的雙光子吸收能力(最大雙光子吸收截面值分別為1900GM和750 GM)，這為其作為目前鮮有報(bào)道的雙光子巰基熒光探針奠定了良好的基礎(chǔ)。細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)

5、顯示QMAE具有很好的細(xì)胞滲透能力，可進(jìn)行雙光子細(xì)胞成像并輸出其對(duì)生物巰基響應(yīng)前后不同的熒光信號(hào)變化。
　　 第四章合成了兩種喹啉-2-甲撐丙二酸衍生物QMAs（QMA-1和QMA-2），因存在多個(gè)酸堿基團(tuán)，QMAs在不同的pH溶液中以四種或五種的離子形式存在并伴有相應(yīng)的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜。紫外光譜滴定實(shí)驗(yàn)得到了各個(gè)酸堿基團(tuán)的pKa值，通過選擇合適的離子形式我們分別設(shè)計(jì)了基于QMA-1的“四狀態(tài)”分子開關(guān)和QMAs（QMA-

6、1/QMA-21(∶)2）的“四狀態(tài)”分子開關(guān)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基于QMA-1紫外光譜的分子半加器和半減器，并由QMAs的組合熒光光譜得到了更為復(fù)雜難得的分子全加器和全減器，這四種運(yùn)算體系均是用酸堿調(diào)控的，因而是完全可逆的，即可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)運(yùn)算操作。
　　 第五章以咔唑?yàn)槊艋鶊F(tuán)，合成了兩類光解酶模型化合物咔唑—二聚體模型(1)和咔唑—氧雜環(huán)模型(2)，在單色光照射下，激發(fā)態(tài)的咔唑轉(zhuǎn)移一個(gè)電子到二聚體/氧雜環(huán)上，形成自由基正