二茂铁—谷胱甘肽的合成及电化学应用

论文摘要

生物分子识别及相互作用是生命的基础，研究金属离子与多肽，小分子与蛋白质的相互作用在生命活动的研究中具有重要意义。本论文的研究目的是设计、合成系列二茂铁-多肽衍生物作为电化学探针，用于电化学检测重金属离子及测试小分子肽与蛋白质的相互作用。围绕该研究目标，展开了以下研究工作：首先，由二茂铁为原料，用苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯（HBTU）及水溶性碳化三亚胺（EDC）／N-烃基琥珀酰亚胺（NHS）为偶合剂，最终合成了1’-半胱胺-1-甲酸甲酯二茂铁（产率为30.0％）、1’-半胱胺-1-二茂铁甲酸（90.0％）、氨基二茂铁（98.2％）、谷胱甘肽-二茂铁（90.7％）等这些目前在国内外尚未见报道的二茂铁衍生物，并对它们进行红外光谱和核磁共振表征，确认了它们的结构。根据巯基化合物易与金反应生成稳定的金硫键，本文用上述含巯基的分子在金电极上直接或间接的自组装成膜，修饰电极。通过电化学方法检测发现：这些物质成功的组装在电极表面，表面电化学反应为单电子准可逆氧化还原反应，可观察到的氧化还原反应为二茂铁基的氧化还原，并根据外围基团的不同表现出不同的氧化还原峰电位。其中，1’-半胱胺-1-二茂铁甲酸修饰电极的氧化还原峰电位分别为Epa=0.642 v、Epc=0.740 V；1’-半胱胺-1-谷胱甘肽二茂铁修饰电极为Epa=0.645 V、Epc=0.748 V；巯基十一酸-氨基-二茂铁修饰电极为Epa=-0.009 V、Epc=-0.145 V；巯基十一酸-谷胱甘肽二茂铁修饰电极为Epa=0.257 V、Epc=0.132 V。由于谷胱甘肽含多个活性基团，能与重金属离子发生配位反应，本文用1’-半胱胺-1-谷胱甘肽二茂铁修饰电极检测镉离子。通过循环伏安法研究发现，1’-半胱胺-1-谷胱甘肽二茂铁修饰电极与20 nmol／L镉离子配位后，氧化还原峰电位为Epa=0.820 V和Epc=0.680 V，与配位前的氧化还原峰电位相比，正移80 mV。从镉离子浓度与阳极峰电位及峰电位差的关系图发现，随着镉离子浓度的增加，阳极峰电位及峰电位差值成线性增大，因此可根据峰电位及峰电位差值的变化来定量分析镉离子的浓度。得其最低检测限为0.1 nmol／L。此外，采用电化学方法研究了谷胱甘肽-二茂铁与牛血清蛋白（BSA）的相互作用。发现谷胱甘肽-二茂铁与固定在电极表面的牛血清蛋白作用后，其氧化还原峰发生正移，由原来的Epa=0.257 V、Epc=0.132V移到了Epa=0.262 V、Epc=0.159 V。另外，紫外光谱也发现二者的结合会导致吸收峰发生红移及吸收增强现象。因此证明二者之间存在特异性相互作用。根据他们之间的结构推测，二者之间的作用可能是由于形成了分子间氢键或静电力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 二茂铁
• 1.1.1 二茂铁的结构及性质
• 1.1.2 二茂铁及其衍生物的电化学性质及应用
• 1.1.3 二茂铁氨基酸衍生物及其配合物
• 1.2 自组装膜
• 1.2.1 自组装膜的特点
• 1.2.2 硫醇自组装膜
• 1.2.3 硫醇自组装膜的制备
• 1.2.4 自组装膜在生物电化学和生物传感器中的应用
• 1.2.5 自组装膜在分子识别中的应用
• 1.3 谷胱甘肽
• 1.3.1 谷胱甘肽的生理功能
• 1.4 镉
• 1.4.1 Cd的毒性及对人体的影响
• 1.4.2 镉离子的检测方法
• 1.5 血清蛋白
• 1.6 蛋白质、多肽之间的相互作用
• 1.7 本论文的选题思路
• 第二章 二茂铁-谷胱甘肽检测镉离子
• 2.1 引言
• 2.2 仪器与试剂
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 半胱胺-二茂铁-谷胱甘肽（CSA-Fc-GSH）合成及其对电极的修饰
• 2+的配位反应'>2.3.2 1’-半胱氨-1-谷胱甘肽-二茂铁与Cd²⁺的配位反应
• 2.3.3 电化学
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 1’-半胱氨-1-二茂铁甲酸甲酯的合成条件的分析
• 2.4.2 CSA-Fc和CSA-Fc-GSH的电化学行为
• 2.4.3 CSA-Fc-GSH修饰电极与镉离子配位后的电化学行为
• 2.4.4 CSA-Fc、CSA-Fc-GSH修饰电极及CSA-Fc-GSH修饰电极与镉离子配位后的电化学行为可逆性的研究
• 2.4.5 镉离子浓度的影响
• 2.4.6 扫描速率的影响
• 2.4.7 CSA-Fc-GSH与其他离子的配位情况
• 2.4.8 CSA-Fc-GSH修饰电极与GSH修饰电极的比较
• 2+配比的溶液电化学行为'>2.4.9 不同Fc-GSH:Cd²⁺配比的溶液电化学行为
• 2+的配位结构'>2.4.10 CSA-Fc-GSH与Cd²⁺的配位结构
• 2.5 小结
• 第三章 GSH与BSA相互作用的电化学研究
• 3.1 引言
• 3.2 仪器与试剂
• 3.3 化合物的分离提纯方法及表征
• 3.4 二茂铁-谷胱甘肽的合成
• 3.4.1 二茂铁乙酮（5）的合成
• 3.4.2 二茂铁甲酸（6）的合成
• 3.4.3 叠氮羰基二茂铁（7）的合成
• 3.4.4 叔丁基氧-氨基二茂铁（Fc-NH-Boc）的合成
• 2）的合成'>3.4.5 氨基二茂铁（Fc-NH₂）的合成
• 3.4.6 谷胱甘肽氨基的保护
• 3.4.7 叔丁基氧-谷胱甘肽-二茂铁（11）的合成
• 3.4.8 谷胱甘肽-二茂铁（GSH-Fc）的合成
• 3.4.9 谷胱甘肽-二茂铁修饰电极
• 3.4.10 牛血清蛋白（BSA）修饰电极
• 3.4.11 BSA与GSH-Fc作用
• 3.4.12 BSA与GSH作用的紫外-可见吸收光谱
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 二茂铁乙酮的合成机理及条件
• 3.5.2 氨基二茂铁的合成
• 3.5.3 谷胱甘肽氨基的保护
• 3.5.4 电极表面的自组装成膜及GSH的表面反应
• 3.5.5 二茂铁在端基的电化学性质
• 3.5.6 谷胱甘肽-二茂铁的电化学性质
• 3.5.7 扫描速率对MUA-GSH-Fc修饰电极阳极峰电流的影响
• 3.5.8 MUA-BSA-GSH-Fc的电化学行为
• 3.5.9 扫描速率的影响
• 3.6 BSA与GSH作用的紫外谱图
• 3.7 BSA与GSH的相互作用力
• 3.8 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的科研成果