含N化合物的合成、表征及与DNA作用机理的电化学研究

论文摘要

本论文合成了系列含氮的化合物及金属配合物，通过元素分析、红外光谱及X-射线衍射分析测定其结构。利用电化学和光谱的方法研究了这些化合物与DNA的作用机理，确定了最佳反应条件。运用核酸杂交技术，用具有电化学活性的化合物作为指示剂制备了DNA电化学传感器，用于识别和测定互补的DNA片断。对电极表面进行修饰，制备成DNA探针，并将DNA探针应用于靶序列DNA片断的识别。能有效的识别互补的ssDNA片断，具有良好的选择性，可用于实际样品的分析。共分为六部分。（1）以邻苯二胺为原料，合成了三个苯并咪唑类化合物并与过渡金属配位，用元素分析、红外光谱对产物进行了表征。其中两个化合物培养出了单晶，并用X-射线衍射分析确定了晶体结构，化合物4a为正交晶系，4b为单斜晶系。配合物[d（C7H6N2）2]2+在玻碳电极上发生准可逆反应。[Cd（C7H6N2）2]2+在0.2 mol·L-1的AcOH-AcONa缓冲溶液中，运用循环伏安法及微分脉冲伏安法研究了[Cd（C7H6N2）2]2+与鲑鱼精DNA的相互作用，结果表明[cd（C7H6N2）2]2+通过嵌插作用与DNA结合。（2）合成了双水杨醛缩乙二胺铜配合物[Cu(C16H14N2O2)]，用元素分析、红外光谱进行表征，确定其结构。在0.2 mol·L-1 pH 4.40 B-R缓冲溶液中，运用循环伏安法及微分脉冲伏安法研究了[Cu(C16H14N2O2)]与鲑鱼精DNA的相互作用。[Cu(C16H14N2O2)]在玻碳电极上的循环伏安图出现一氧化峰。[Cu(C16H14N2O2)]与DNA作用后，氧化峰电流减小，氧化峰电位几乎不发生变化。结果表明，[Cu(C16H14N2O2)]与DNA结合比为2：1，结合常数为6.63×105L2·mol-2。（3）以邻氨基酚为底物，通过OAP-H2O2-HRP体系模拟OAP在人血红细胞中的代谢作用，通过酶促反应制得3-氨基酚噁嗪纯品。采用各种电化学方法研究了AP在玻碳电极上的电化学行为及其与鱼精DNA间的相互作用，并以AP为杂交指示剂，用共价键合法制备了DNA生物传感器。同时讨论了扫速、杂交时间等对DNA生物传感器的影响。测定了DNA电化学传感器检测乙肝病毒的检测线性范围为3.53×10-7～1.08x10-6mol·L-1，在此浓度范围内的DNA可定量测检测；检测限为7.0x10-8mpl·L-1（S／N=3）。（4）合成了邻菲咯啉铜（Ⅱ）配合物[Cu（H2O）（phen）2]·2CIO4（phen=邻菲咯啉），通过元素分析和红外光谱对其进行了表征。在0.2 mOL·L-1的B-R缓冲溶液中，运用电化学法、紫外-可见光谱法和荧光分析法研究了[Cu（H2O）（phen）2]2+与鲑鱼精DNA的相互作用。结果表明[cu（H2O）（phen）2]2+通过嵌插作用与DNA结合，实验求得结合反应的结合比为1：1，结合常数为1.34×105L·mol-1。通过对裸玻碳电极，ssDNA／GCE，dsDNA／GCE分别在嵌合指示剂后微分脉冲伏安行为的比较，说明指示剂有良好的选择性。以[Cu（H2O）（phen）2]·2CIO4作为杂交指示剂，通过共价键合法进一步制备成DNA生物传感器。测定了DNA电化学传感器检测人免疫缺陷病毒（HIV）的检测线性范围为3.1×10-9～7.8×10-11mol·L-1，在此浓度范围内的DNA可定量检测；检测限为1.3×10-11mol·L-1（S／N=3）。能有效的识别互补的ssDNA片断，具有良好的选择性，可用于实际样品的分析。（5）合成了邻菲咯啉铜（Ⅱ）配合物[Cu（dmp）（H2O）Cl2]（dmp=2，9-二甲基-1，10-邻菲咯啉），通过元素分析、红外光谱及X-射线衍射分析对其进行了表征。Cu（dmp）（H2O）Cl2]分子的大小与dsDNA小沟的尺寸相符合，有利于[Cu（dmp）（H2O）Cl2]分子与dsDNA发生嵌插作用。运用循环伏安法及微分脉冲伏安法研究了[Cu（dmp）（H2O）Cl2]在玻碳电极上的电化学行为及其与鱼精DNA间的相互作用，并以[Cu（dmp）（H2O）Cl2]为杂交指示剂，用共价键合法制备了DNA生物传感器，同时讨论了扫速、离子强度等对DNA生物传感器的影响。测定了DNA电化学传感器检测乙肝病毒的检测线性范围为8.82×10-8～8.82×10-7mol·L-1，在此浓度范围内的DNA可定量测定：检测限为7.0×10-8mol·L-1（S／N=3）。希望为设计合成具有应用前景的高效低毒、抗菌、抗肿瘤药物提供一定的科学研究基础及理论依据。（6）合成了邻菲咯啉钴（Ⅱ）配合物[Co（phen）2IP]·2CIO4·3H2O（phen=邻菲咯啉，IP=咪唑并[4，5-f]邻菲咯啉），通过元素分析和红外光谱对其进行了表征。运用电化学法、紫外-可见光谱法和荧光分析法研究了[Co（phen）2IP]2+与鲑鱼精DNA的相互作用。结果表明[co（phen）2IP]2+通过嵌插作用与DNA结合，实验求得结合反应的结合比为1：1，结合常数为3.74x105L·mol-1。以[Co（phen）2IP]·2CIO4·3H2O作为杂交指示剂，利用共价键合法成功的制备了电化学DNA生物传感器，测定了DNA电化学传感器检测人免疫缺陷病毒（HIV）的检测线性范围为6.4×10-7～1.6x10-8mol·L-1，在此浓度范围内的DNA可定量检测；检测限为2.7×10-9mol·L-1（S／N=3）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1 小分子化合物与DNA作用机理研究
• 1.1 与DNA作用的小分子化合物的分类
• 1.2 小分子化合物与DNA的作用方式
• 1.2.1 非共价结合
• 1.2.2 共价结合
• 1.2.3 剪切作用
• 1.3 小分子化合物与DNA作用的研究方法
• 1.3.1 光谱法
• 1.3.2 电化学方法
• 1.3.3 序列凝胶电泳及足印迹分析技术
• 1.3.4 X-射线晶体衍射分析法
• 2 DNA生物传感器的研究
• 2.1 DNA生物传感器的设计原理
• 2.2 DNA生物传感器的分类
• 2.2.1 DNA电化学传感器
• 2.2.2 DNA光学传感器
• 2.2.3 DNA压电传感器
• 2.3 杂交指示剂的研究
• 2.3.1 内部指示剂
• 2.3.2 外部指示剂
• 2.4 DNA生物传感器的研究现状及发展趋势
• 2.4.1 基于标记的DNA杂交的电化学检测
• 2.4.2 无标记的DNA杂交电化学检测
• 2.5 DNA生物传感器的应用与展望
• 2.5.1 DNA电化学生物传感器的应用
• 2.5.2 前景展望
• 3 立题依据及研究内容
• 第二章 苯并咪唑衍生物的合成及其金属配合物与DNA作用机理的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 2-取代苯基苯并咪唑类化合物的合成
• 1.2.2 苯并咪唑Cd（Ⅱ）配合物的合成
• 1.2.3 晶体数据收集及结构检测
• 7H₆N₂）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究'>1.2.4 [Cd（C₇H₆N₂）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究
• 2 结果与讨论
• 2.1 化合物的元素分析
• 2.2 化合物的红外光谱分析
• 2.3 化合物的晶体结构
• 2.3.1 化合物4a的晶体结构解析
• 2.3.2 化合物4b的晶体结构解析
• 7H₆N₂）₂]²⁺的电化学性质'>2.4 [Cd（C₇H₆N₂）₂]²⁺的电化学性质
• 7H₆N₂）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究'>2.5 [Cd（C₇H₆N₂）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究
• 3 小结
• 第三章 Schiff碱铜（Ⅱ）配合物的合成及其与DNA作用机理的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 16H₁₄N₂O₂)]配合物的合成'>1.2.1 [Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]配合物的合成
• 16H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的电化学研究'>1.2.3 [Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的电化学研究
• 2 结果与讨论
• 2.1 化合物的元素分析
• 2.2 化合物的红外光谱分析
• 16H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的电化学研究'>2.3 [Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的电化学研究
• 16H₁₄N₂O₂)]配合物在玻碳电极上的电化学性质'>2.3.1 [Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]配合物在玻碳电极上的电化学性质
• 16H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的影响'>2.3.2 pH值对[Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的影响
• 16H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的影响'>2.3.3 反应时间对[Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]与DNA相互作用的影响
• 16H₁₄N₂O₂)]氧化峰电流的影响'>2.3.4 DNA浓度对[Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]氧化峰电流的影响
• 16H₁₄N₂O₂)]氧化峰电流的影响'>2.3.5 扫速对[Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]氧化峰电流的影响
• 16H₁₄N₂O₂)]复合物的结合比及结合常数'>2.3.6 DNA-[Cu(C₁₆H₁₄N₂O₂)]复合物的结合比及结合常数
• 3 小结
• 第四章 以3-氨基酚噁嗪为指示剂的DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 AP纯品的制备
• 1.2.2 AP在玻碳电极上的电化学行为
• 1.2.3 玻碳电极的预处理
• 1.2.4 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定
• 1.2.5 修饰后玻碳电极上DNA的杂交
• 1.2.6 指示剂的嵌入
• 1.2.7 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2.1 制备AP纯品的酶促反应过程
• 2.2 AP纯品的紫外-可见光谱
• 2.3 AP的电化学行为
• 2.3.1 AP的循环伏安和微分脉冲伏安曲线
• 2.3.2 AP在裸GCE、ssDNA/GCE、dsDNA/GCE上的电化学性质
• 2.3.3 扫速对ssDNA/GCE、dsDNA/GCE循环伏安还原峰电流的影响
• 2.4 DNA电化学传感器的制备
• 2.4.1 杂交时间的影响
• 2.4.2 pH值对DNA与AP反应的影响
• 2.4.3 DNA电化学传感器的选择性
• 2.4.4 DNA电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.4.5 杂交dsDNA修饰电极的稳定性
• 3 小结
• 第五章 以邻菲咯啉铜（Ⅱ）配合物为指示剂的DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 2O）（phen）₂]·2ClO₄配合物的合成'>1.2.1 [Cu（H₂O）（phen）₂]·2ClO₄配合物的合成
• 2O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的电化学研究'>1.2.2 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的电化学研究
• 2O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的紫外光谱研究'>1.2.3 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的紫外光谱研究
• 2O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的荧光光谱研究'>1.2.4 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺配合物与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 1.2.5 玻碳电极的预处理
• 1.2.6 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定
• 1.2.7 修饰后玻碳电极上DNA的杂交
• 1.2.8 指示剂的嵌入
• 1.2.9 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2O）（phen）₂]·2ClO₄的表征'>2.1 [Cu（H₂O）（phen）₂]·2ClO₄的表征
• 2O）（phen）₂]·2ClO₄的元素分析'>2.1.1 [Cu（H₂O）（phen）₂]·2ClO₄的元素分析
• 2O）（phen）₂]·2ClO₄的红外光谱分析'>2.1.2 [Cu（H₂O）（phen）₂]·2ClO₄的红外光谱分析
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究'>2.2 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的电化学研究
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响'>2.2.1 pH值对[Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响
• 2O）（phen）₂]²⁺氧化峰电流的影响'>2.2.2 扫速对[Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺氧化峰电流的影响
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响'>2.2.3 反应时间对[Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响'>2.2.4 温度对[Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的影响
• 2O）（phen）₂]²⁺复合物的结合比及结合常数'>2.2.5 DNA-[Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺复合物的结合比及结合常数
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA作用的紫外光谱研究'>2.3 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA作用的紫外光谱研究
• 2O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究'>2.4 [Cu（H₂O）（phen）₂]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 2.5 电化学传感器的研究
• 2.5.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 2.5.2 DNA电化学传感器的选择性
• 2.5.3 线性范围和检测限
• 3 小结
• 第六章 以2,9-二甲基-1,10-邻菲咯啉铜为指示剂的DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 2,9-二甲基-1,10-邻菲咯啉铜配合物的合成
• 1.2.2 邻菲咯啉铜配合物在玻碳电极上的电化学行为
• 1.2.3 玻碳电极的预处理
• 1.2.4 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定
• 1.2.5 修饰后玻碳电极上DNA的杂交
• 1.2.6 指示剂的嵌入
• 1.2.7 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2O）Cl₂]的晶体结构'>2.1 [Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]的晶体结构
• 2O）Cl₂]的电化学研究'>2.2 [Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]的电化学研究
• 2O）Cl₂]的循环伏安曲线'>2.2.1 [Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]的循环伏安曲线
• 2O）Cl₂]与DNA相互作用的电化学研究'>2.2.2 [Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]与DNA相互作用的电化学研究
• p的影响'>2.2.3 pH对邻菲咯啉铜配合物氧化峰电流I_p的影响
• pa的影响'>2.2.4 反应时间对邻菲咯啉铜配合物氧化峰电流I_pa的影响
• p的影响'>2.2.5 扫速对邻菲咯啉铜配合物氧化峰电流I_p的影响
• 2.2.6 扫速对ssDNA/GCE、dsDNA/GCE循环伏安氧化峰电流影响
• 2.2.7 DNA浓度对邻菲咯啉铜配合物氧化峰电流Ipa的影响
• 2.3 DNA电化学传感器的研究
• 2.3.1 杂交时间的影响
• 2O）Cl₂]反应的影响'>2.3.2 pH值对DNA与[Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]反应的影响
• 2O）Cl₂]的作用'>2.3.3 ssDNA/GCE及dsDNA/GCE与[Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]的作用
• 2O）Cl₂]在dsDNA/GCE上峰电流的影响'>2.3.4 扫速对[Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]在dsDNA/GCE上峰电流的影响
• 2O）Cl₂]作用的影响'>2.3.5 离子强度对dsDNA/GCE与[Cu（dmp）（H₂O）Cl₂]作用的影响
• 2.3.6 DNA电化学传感器的选择性
• 2.3.7 DNA电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.3.8 DNA电化学生物传感器的再生
• 3 小结
• 第七章 以邻菲咯啉钴（Ⅱ）配合物为指示剂的DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 邻菲咯啉钴（Ⅱ）配合物的合成
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的电化学研究'>1.2.2 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的电化学研究
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的紫外光谱研究'>1.2.3 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的紫外光谱研究
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究'>1.2.4 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 1.2.5 玻碳电极的预处理
• 1.2.6 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定
• 1.2.7 修饰后玻碳电极上DNA的杂交
• 1.2.8 指示剂的嵌入
• 1.2.9 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2IP]·2ClO₄·3H₂O的表征'>2.1 [Co（phen）₂IP]·2ClO₄·3H₂O的表征
• 2IP]·2ClO₄·3H₂O的元素分析'>2.1.1 [Co（phen）₂IP]·2ClO₄·3H₂O的元素分析
• 2IP]·2ClO₄·3H₂O的红外光谱分析'>2.1.2 [Co（phen）₂IP]·2ClO₄·3H₂O的红外光谱分析
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的电化学研究'>2.2 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的电化学研究
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的影响'>2.2.1 pH值对[Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的影响
• 2IP]²⁺氧化峰电流的影响'>2.2.2 扫速对[Co（phen）₂IP]²⁺氧化峰电流的影响
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的影响'>2.2.3 反应时间对[Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的影响
• 2IP]²⁺氧化峰电流的影响'>2.2.4 DNA浓度对[Co（phen）₂IP]²⁺氧化峰电流的影响
• 2IP]²⁺复合物的结合比及结合常数'>2.2.5 DNA-[Co（phen）₂IP]²⁺复合物的结合比及结合常数
• 2IP]²⁺与DNA作用的紫外光谱研究'>2.3 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA作用的紫外光谱研究
• 2IP]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究'>2.4 [Co（phen）₂IP]²⁺与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 2.5 DNA电化学传感器的选择性
• 2.6 线性范围及检测限
• 3 小结
• 第八章 结论
• 1 论文总结
• 2 创新点
• 3 进一步的工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表及待发表的学术论文目录