熒光增強型杯[4]芳烴及卟啉衍生物與蛋白質(zhì)、金屬離子相互作用的光譜研究.pdf

1、超分子化學(xué)是一門處于現(xiàn)代化學(xué)、材料科學(xué)和生命科學(xué)交匯點的新興學(xué)科，三十多年來發(fā)展迅猛，方興未艾。它使化學(xué)工作者的研究視野由單個分子拓展至分子組裝體，為新物質(zhì)與新材料的研究拓展了嶄新的空間。
　　超分子作用的核心特征是分子識別。它不僅是分子組裝的基礎(chǔ)，同時對于理解和揭示高級特異性生物過程，如酶或受體與底物的結(jié)合、抗原和抗體的作用、神經(jīng)信號傳導(dǎo)和細胞識別等生命現(xiàn)象具有重要意義。本論文從超分子作用的視角，運用紫外光譜法、熒光光譜法為主要

2、手段，結(jié)合傅立葉變換紅外光譜法、圓二色譜法、核磁共振譜及分子模擬技術(shù)，研究了(1)兩親的meso-四(4-羥基苯基)卟啉與人血清白蛋白的相互作用;(2)兩類杯[4]芳烴分子（單層水溶性磺化杯[4]芳烴和多層熒光增強型杯[4]芳烴）與蛋白質(zhì)、有機分子和金屬離子的結(jié)合作用。
　　第一章杯芳烴以其獨特的結(jié)構(gòu)和易于衍生化等特點而成為繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合物。本章簡介了杯芳烴的結(jié)構(gòu)、特點，并對杯芳烴及其衍生物在蛋白質(zhì)、金屬

3、離子和有機分子識別領(lǐng)域的研究進行了綜述。此外，本章簡要介紹了卟啉分子與蛋白質(zhì)相互作用的研究進展。
　　第二章采用熒光光譜、紫外吸收光譜為主要手段，結(jié)合傅立葉變換紅外光譜、圓二色譜及分子模擬技術(shù)研究了meso-四(4-羥基苯基)卟啉(THPP)與人血清白蛋白(HSA)的結(jié)合作用。熒光光譜和紫外吸收光譜表明meso-四(4-羥基苯基)卟啉(THPP)與人血清白蛋白(HSA)發(fā)生結(jié)合作用，疏水作用是主要的結(jié)合驅(qū)動力，聚集作用是影響二者親

4、和力的重要因素之一。基于福斯特共振能量轉(zhuǎn)移理論求得兩者之間的距離約為4nm。傅立葉變換紅外光譜和圓二色譜法顯示meso-四(4-羥基苯基)卟啉的結(jié)合引起人血清白蛋白構(gòu)象的變化，使得α-螺旋的含量減少。利用分子模擬探討了結(jié)合模式，即meso-四(4-羥基苯基)卟啉借助疏水作用部分插入到亞域ⅢA(SubdomainⅢA)的結(jié)合位點Ⅱ(SiteⅡ)。
　　第三章運用紫外吸收光譜和熒光光譜法，研究了meso-四(4-N-甲基吡啶基)卟啉(

5、TMPyP)與水溶性磺化杯[4]芳烴(pTSC)、磺丁醚-β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)分別在pH0.8和pH7.0條件下的結(jié)合作用。由光譜法結(jié)果分析得出pTSC、SBE-β-CD與TMPyP的結(jié)合作用分別為外部靜電結(jié)合與疏水包結(jié)作用。進而利用NMR和靜電勢分析方法闡明了其作用機理。利用pH0.8條件下，磺化杯[4]芳烴和磺丁醚-β-CD環(huán)糊精對質(zhì)子化的H4TMPyP6+型體和中性H2TMPyP4+型體之間動態(tài)平衡的不同取向的拉動作用，

6、首次得到質(zhì)子化的TMPyP與pTSC的穩(wěn)定結(jié)合物，同時發(fā)現(xiàn)，SBE-β-CD仍然優(yōu)先與TMPyP的中性型體結(jié)合。此外，通過β-CD系列衍生物的比較研究，證實了SBE-β-CD上的負電協(xié)同效應(yīng)，結(jié)合作用的強弱順序與負電基團的電性強弱順序相一致，即磺丁醚β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)＞羧甲基-β-環(huán)糊精(CM-β-CD)＞羥丙基β-環(huán)糊精(HP-β-CD)＞β-環(huán)糊精(β-CD)。通過非線性擬合及Benesi-Hildebrand方程求得磺

7、化杯[4]芳烴(pTSC)、磺丁醚-β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)與TMPyP的結(jié)合常數(shù)，兩種主體分子均以1∶1的結(jié)合模式與TMPyP結(jié)合。
　　第四章借助熒光光譜法研究了三種杯[4]芳烴衍生物，即四羧苯基杯[4]芳烴(TCPC)、1，3-二羧苯基杯[4]芳烴(BCPC)和四苯基杯[4]芳烴(TPC)與細胞色素c在DMF溶劑中的相互作用。其結(jié)合親和力的強弱順序為TCPC＞BCPC＞＞TPC，反映了對羧基數(shù)目的顯著依賴性，表明靜電作

8、用可能是結(jié)合物形成的主導(dǎo)性驅(qū)動力。TCPC及BCPC與細胞色素c形成的結(jié)合物的結(jié)合常數(shù)分別為3.15×106 Lmol-1和5.85×105 Lmol-1。由于TCPC的發(fā)射光譜與細胞色素c的吸收光譜有重疊，并且二者的作用距離為5.6 nm，因此，有效的能量轉(zhuǎn)移是發(fā)生熒光猝滅的原因。分子模擬揭示了結(jié)合物形成的可能機理，即靜電作用驅(qū)動TCPC或BCPC至細胞色素c表面，而范德華作用使之平行取向于細胞色素c的疏水裂隙。
　　第五章以熒

9、光光譜法、紫外光譜法研究了上緣苯環(huán)擴展的杯[4]冠-4系列衍生物的光譜特征及其與金屬離子的結(jié)合作用。研究結(jié)果表明:(1)隨著杯[4]冠-4由單層增加至四層，其上緣空穴加深，熒光強度增強;(2)金屬離子的結(jié)合可引起三層和四層杯[4]冠-4的熒光改變，對單層和雙層杯[4]冠-4則無穩(wěn)定的熒光變化;(3)在雙層杯[4]冠-4上緣引入取代基團(R=-CH3，-F或-CN)后，可引起雙層杯[4]冠-4母體的熒光發(fā)生不同程度的改變。但金屬離子的結(jié)合

10、對取代前后的雙層杯[4]冠-4均不能引起穩(wěn)定的熒光變化。
　　第六章通過熒光光譜法初步研究了上緣羧苯基修飾、下緣多醚鏈取代的杯[4]芳烴對Cu2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Fe3+、Ag+、Zn2+、Ca2+、Mg2+和Na+的選擇性識別作用。利用靜態(tài)猝滅公式和非線性擬合法計算了結(jié)合常數(shù)，通過等摩爾連續(xù)變化法測定了結(jié)合比。結(jié)果表明，該取代杯[4]芳烴對Cu2+、Pb2+有較高的選擇性識別能力，形成配合物的結(jié)合比為1∶2，而其