葫蘆脲的分子識(shí)別在色譜及其相關(guān)應(yīng)用中的研究.pdf

1、分子識(shí)別是超分子體系的核心,也是超分子結(jié)構(gòu)形成的基礎(chǔ)。它指主體客體之間通過空間匹配下的分子間相互作用,選擇性地相互結(jié)合并產(chǎn)生特定功能的過程。由于分子識(shí)別在分離材料、藥物載體和環(huán)境污染治理等方面存在巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景,日益受到分析化學(xué)家、藥物化學(xué)家和環(huán)境化學(xué)家的高度重視。葫蘆脲(cucurbit[n]uril,CB[n],n=5～8)是繼冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴之后的第四代新型超分子化合物,它具有獨(dú)特的空腔結(jié)構(gòu),同時(shí)端口環(huán)繞著眾多羰基

2、。實(shí)驗(yàn)證實(shí)葫蘆脲對(duì)許多有機(jī)陽離子和中性分子客體表現(xiàn)出較強(qiáng)的分子識(shí)別能力。本學(xué)位論文利用葫蘆[7]脲做配體,首次制備了葫蘆[7]脲氣相色譜固定相,較系統(tǒng)地研究了該固定相的色譜性能。以熒光光譜法和紫外可見光譜為手段,較系統(tǒng)地研究了葫蘆[7]脲與牛血清白蛋白(BSA)、嘌呤、染料的相互作用,為其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、較全面地綜述了葫蘆脲家族的結(jié)構(gòu)特征、合成方法；重點(diǎn)概括了葫蘆脲分子識(shí)別作用的研究現(xiàn)

3、狀,并展望了其在分析化學(xué)中的應(yīng)用前景。以此作為本論文的選題依據(jù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。
　　 2、目前,有關(guān)葫蘆脲的合成與分離純化研究較少。本論文在參考前人工作的基礎(chǔ)上,采用多聚甲醛代替40％甲醛溶液及先水分后酸分的方法來簡化制備分離過程,提高葫蘆[7]脲產(chǎn)量,同時(shí)降低鹽酸用量,保護(hù)環(huán)境,降低生產(chǎn)成本,為制備葫蘆脲氣相固定相以及研究葫蘆脲的分子識(shí)別作用提供原材料。
　　 3、首次制備葫蘆[7]脲氣相色譜填充柱(3.2mm×2

4、.1m),采用不同溶質(zhì)探針,評(píng)價(jià)了新固定相的基本色譜性能,并探討了其色譜分離機(jī)理。結(jié)果表明:CB[7]固定相對(duì)芳香烴、鹵代烴、醇類、酮類、酯類、硅氧烷等廣泛的分離對(duì)象顯示較高的分離選擇性,例如對(duì)難分離的醇類位置異構(gòu)體也有較好的分離能力,尤其在高柱溫下能快速分離高沸點(diǎn)的酯類和硅氧烷類化合物(<7min),當(dāng)升溫速率高達(dá)到150℃min-l仍能保持平穩(wěn)的基線。這歸因葫蘆脲結(jié)構(gòu)高度的穩(wěn)定性和多種超分子作用,包括對(duì)氣態(tài)溶質(zhì)的包結(jié)作用。因此,CB

5、[7]固定相更適用于分離高沸點(diǎn)的化合物,是一種良好的氣相色譜固定相。
　　 4、葫蘆[7]脲除做分離材料外,也是一種新型藥物載體。采用熒光光譜法研究了水溶性較好的CB[7]與牛血清白蛋白(BSA)的相互作用,目前尚未見報(bào)道。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在人體生理pH7.4時(shí),BSA的內(nèi)源熒光強(qiáng)度隨著CB[7]濃度的增大而明顯降低,熒光峰發(fā)生一定的紅移,且猝滅常數(shù)隨溫度升高而逐漸降低。分別采用Stern-Volmer方程和Lineweaver-Bu

6、rk雙倒數(shù)方程等處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),獲得了不同溫度下的反應(yīng)結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位點(diǎn)數(shù)以及相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)。在298K時(shí),測得CB[7]與BSA的表觀結(jié)合常數(shù)(KA)為2.3367×105Lmol-1,結(jié)合位點(diǎn)數(shù)為1.078?；跓崃W(xué)參數(shù)判定疏水作用和靜電作用兩者是它們之間的主要協(xié)同作用力。疏水作用來自于葫蘆脲疏水空腔對(duì)BSA氨基酸殘基的部分包結(jié)作用,與靜電作用一起維系CB[7]-BSA的穩(wěn)定性。同步熒光技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)CB[7]沒有引起B(yǎng)SA構(gòu)象的變化

7、,為葫蘆脲在藥物載體和生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供有用的信息。
　　 5、采用熒光光譜法研究了CB[7]對(duì)巰嘌呤(6-MP)和腺嘌呤(ADP)的包結(jié)作用,考察了時(shí)間、pH以及溫度對(duì)熒光強(qiáng)度和包結(jié)作用的影響,利用Benesi-Hildebrand方程分別計(jì)算出巰嘌呤和腺嘌呤與CB[7]的包結(jié)常數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明:酸度對(duì)體系的包結(jié)有明顯的影響。巰嘌呤在pH=8.0和腺嘌呤在pH=2.0左右時(shí),分別具有穩(wěn)定和最佳激發(fā)和發(fā)射波長,隨著CB[7]濃度

8、的增大,體系的熒光強(qiáng)度都有明顯增強(qiáng),包結(jié)作用迅速(小于5min)。實(shí)驗(yàn)得出CB[7]與巰嘌呤和腺嘌呤的包結(jié)比均為1:1,在298K時(shí)的包結(jié)常數(shù)分別為3.6797×102 Lmol-1和2.2033×102Lmol-1。通過熱力學(xué)參數(shù)的變化,探討了維系包結(jié)物穩(wěn)定性的主要作用力。CB[7]是葫蘆脲家族中水溶性最強(qiáng)的主體分子,作為一種安全低毒的藥物載體極具潛力。
　　 6、采用紫外可見光譜法研究CB[7]分別與直接大紅、直接桃紅、直接

9、耐酸性棗紅等三種常用的水溶性直接染料的相互作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著CB[7]濃度的增大三種染料的吸光度顯著降低,均出現(xiàn)等吸點(diǎn),并考察了主體分子的濃度、緩沖液的pH、溫度、有機(jī)溶劑、表面活性劑等因素對(duì)光譜變化的影響。結(jié)果表明,CB[7]能分別與三種染料形成較穩(wěn)定的配合物,這類配合物的形成與其對(duì)染料結(jié)構(gòu)基團(tuán)的部分包結(jié)作用相關(guān)。運(yùn)用等摩爾比法和Job法確定它們均形成1:1型的包結(jié)配合物。同時(shí),通過測得的包結(jié)反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)可知:它們的包結(jié)反應(yīng)均為放