喹啉-2-甲撐丙二酸及其酯等功能分子的合成及應用.pdf

1、脂肪烴類巰基化合物如半胱氨酸，高半胱氨酸和谷胱甘肽在生物體系中廣泛存在，它們既是某些功能蛋白的重要組成部分，也參與著生物體系中的多項生命活動，巰基化合物濃度的失衡會導致機體工作異常，引發(fā)多種疾病。因此，跟蹤檢測巰基化合物在生物學研究方面意義重大。本論文合成了若干種喹啉-2-甲撐丙二酸及其酯衍生物，研究了它們作為熒光探針在巰基檢測及細胞成像上的應用以及基于其光譜性質研究了它們作為分子計算器在分子模擬運算中的應用。
　　 本文的第二

2、章設計并合成了一種高選擇性，用于檢測酸性環(huán)境中巰基的熒光探針，喹啉-2-甲撐丙二酸(QMA)，因分子結構中存在α，β-不飽和酮結構，其可在酸性溶液(pH＜7)中與巰基發(fā)生邁克爾加成反應并引起喹啉熒光信號的顯著增強。pH效應實驗證明該探針只能在酸性條件下(pH＜7)和巰基反應，我們進一步合成了其酯衍生物喹啉-2-甲撐丙二酸二乙酯(QME)，該化合物對巰基活性的pH效應剛好相反，即只能在堿性條件下(pH＞7)與巰基反應。氫鍵活化（丙二酸基團

3、的分子內氫鍵和巰基與丙二酸上羰基的分子間氫鍵）很好地解釋了QMA在酸性條件下對巰基獨特的傳感機理。進一步，細胞成像實驗顯示，QMA處理過的細胞只能在酸性區(qū)域內與生物巰基反應并發(fā)出強熒光，因而能夠特異性地標記細胞中的酸性組織（如溶酶體），這是文獻目前尚未報道過的，而QME只能在生理環(huán)境(pH7.4)中與巰基反應，從而進行細胞成像。
　　 第三章在第二章基礎上合成了胺基取代，熒光比例變化的巰基探針QMAE，實驗與理論計算表明，該分子

4、為D-π-A體系，存在特征性的分子內電荷轉移(ICT)過程及相應的光譜性質，當其與巰基反應后，ICT過程有一定程度地減弱，從而引起探針光譜信號的改變(最大發(fā)射波長處的熒光比例值增強20倍以上，位移達100 nm)。強烈的供電子基團胺基和顯著的ICT性質使得QMAE及其與巰基的加成產物均具有很好的雙光子吸收能力(最大雙光子吸收截面值分別為1900GM和750 GM)，這為其作為目前鮮有報道的雙光子巰基熒光探針奠定了良好的基礎。細胞成像實驗

5、顯示QMAE具有很好的細胞滲透能力，可進行雙光子細胞成像并輸出其對生物巰基響應前后不同的熒光信號變化。
　　 第四章合成了兩種喹啉-2-甲撐丙二酸衍生物QMAs（QMA-1和QMA-2），因存在多個酸堿基團，QMAs在不同的pH溶液中以四種或五種的離子形式存在并伴有相應的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜。紫外光譜滴定實驗得到了各個酸堿基團的pKa值，通過選擇合適的離子形式我們分別設計了基于QMA-1的“四狀態(tài)”分子開關和QMAs（QMA-

6、1/QMA-21(∶)2）的“四狀態(tài)”分子開關，在此基礎上進一步實現(xiàn)了基于QMA-1紫外光譜的分子半加器和半減器，并由QMAs的組合熒光光譜得到了更為復雜難得的分子全加器和全減器，這四種運算體系均是用酸堿調控的，因而是完全可逆的，即可以實現(xiàn)重復運算操作。
　　 第五章以咔唑為敏化基團，合成了兩類光解酶模型化合物咔唑—二聚體模型(1)和咔唑—氧雜環(huán)模型(2)，在單色光照射下，激發(fā)態(tài)的咔唑轉移一個電子到二聚體/氧雜環(huán)上，形成自由基正