“picket fence”卟啉衍生物的合成及其分子识别作用

论文摘要

栅栏状（Picket fence）卟啉由于四周被保护起来形成中空的笼腔结构,当轴向配体键合到卟啉环平面时,除了中心的轴向配位作用外,轴向配体与栅栏结构所构成的笼腔之间会产生额外的相互作用,这种额外作用会强化栅栏卟啉体系的分子识别能力。以往的研究表明该笼型结构不仅对中性分子具有识别作用,而且对于阴离子有很强的作用。氨基酸作为生物蛋白的组成部分具有很好的生物相容性和特定的生物功能。因此,向卟啉化合物中引入氨基酸作为栅栏结构,可增强所合成的卟啉体系的生物相容性。基于这一目的,我们设计并合成了氨基酸“picketfnece”卟啉,并研究了它们的分子识别作用。本论文以Boc保护的氨基酸为栅栏结构,采用DCC缩合的方法,合成了5种“picket fence”结构的卟啉化合物。并作为主体分子,探讨了它们对F-、Cl-、Br-、I-、H2SO4-、AcO-、H2PO4-这七种阴离子的识别行为。结果表明,这一系列模型化合物对阴离子具有很强的识别作用,结合常数达到了105。数量级。在这七种阴离子中,不同的化合物对F-、Cl-离子表现出选择性的识别行为。金属离子嵌入卟啉环中心以后具有非常重要的生理活性。以Boc保护的甘氨酸“picket fence”卟啉化合物为例,合成了其五种金属卟啉复合物。考虑到Cl-作为人体内唯一的阴离子通道,具有非常重要的生理学作用,所以被选择作为客体分子来研究。与其自由碱基卟啉化合物一样,对Cl-也具有识别作用（除了铜卟啉以外）。为了探讨识别的机理,研究了自由碱基卟啉在六种不同极性溶剂（甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷、乙腈、乙醇和四氢呋喃-水（1:1 v/v））中对Cl-的识别行为。实验结果表明:在非质子性溶剂,如甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷和乙腈中均有较强的键合能力,而在质子性溶剂,如乙醇和四氢呋喃-水（1:1 v/v）混合溶剂,紫外-可见滴定图谱上没有检测到变化。因此可以得出:此化合物是一种以氢键为主要作用力的模型化合物,由于乙醇和四氢呋喃-水（1:1 v/v）混合溶剂中的水分子均提供了过量的氢键,替代了Cl-与栅栏中酰胺键间的相互作用,因而在这两种溶剂中没有键合Cl-的现象。这一结果表明,Boc保护的氨基酸“picket fence”卟啉与C1-间的相互作用以氢键为主。同时,“picket fence”卟啉化合物也是相对较好的肌红蛋白和血红蛋白模型。一个协同键合氧气的生物学相关模型将揭示满足协同性所需的最简单的结构,也有助于较好地理解血红蛋白中变构控制所需的能量。本文成功的制备了一种通过酯键链接的含有四个特戊酰基为栅栏结构的“Picket fence”卟啉体系和能够与之进行配位的两种多碱基卟啉配体。使现有的合成模型化合物更接近血红蛋白的键合机理,可以试探性的模拟血红蛋白的四个血红素协同结合氧气的过程,对人工血液替代品的研究提供基础理论性的探索更有意义。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 卟啉类化合物的合成通法
• 1.1.1 Rothemund法
• 1.1.2 Adler法
• 1.1.3 Lindsey法
• 1.1.4 微波法
• 1.1.5 Macdonald合成法（[2+2]合成法）
• 1.2 卟啉类化合物的分子识别作用
• 1.2.1 卟啉化合物对阴离子的识别作用
• 1.2.2 卟啉对氨基酸及其衍生物的识别作用
• 1.2.3 对核酸、碱基及DNA分子的识别作用
• 1.2.4 对糖分子的识别作用
• 2的识别作用'>1.2.5 对O₂的识别作用
• 1.3 "Picket fence"卟啉化合物模型
• 1.4 课题提出
• 第2章 Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉化合物及其金属复合物的合成
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 目标化合物的结构式及命名
• 2.3 合成通式
• 2.3.1 Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉化合物的合成
• 2.3.2 Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉金属复合物的合成
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉及金属复合物合成的注意事项
• 2.4.2 Boc保护的甘氨酸"picket fence"卟啉铁复合物的结构分析
• 2.4.3 Boc保护的甘氨酸"picket fence"卟啉金属复合物结构分析
• 2.5 本章小结
• -的识别作用及溶剂效应'>第3章 Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉化合物与金属复合物对C1^-的识别作用及溶剂效应
• 3.1 实验仪器与试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 主体和客体溶液的配制
• 3.2.2 滴定过程
• 3.3 结果
• -识别行为的荧光谱图'>3.3.1 五种Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉化合物对Cl^-识别行为的荧光谱图
• 3.3.2 结合常数的计算
• 3.4 讨论
• 3.4.1 五种Boc保护的氨基酸"picket fence"卟啉化合物
• -识别行为的溶剂效应'>3.4.2 Boc保护的甘氨酸"picket fence"卟啉化合物对Cl^-识别行为的溶剂效应
• -的识别行为'>3.4.3 五种Boc保护的甘氨酸"picket fence"卟啉金属复合物对Cl^-的识别行为
• 3.5 本章小结
• 第4章 多位点卟啉衍生物及多碱性配体模型的合成
• 4.1 实验试剂与仪器
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 多位点卟啉衍生物的合成
• 4.2.1 目标化合物的结构式及命名
• 4.2.2 5,10,15,20-四-[对-[[[β.-氧羰基乙基羰基-5α,10α,15α,20α-四-（邻特戊酰胺基）]苯基卟啉基]氧乙氧基]苯基]卟啉的合成路线及步骤
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 多碱基配体的合成
• 4.3.1 目标化合物的结构式及命名
• 4.3.2 实验路线
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附图
• 致谢