还原氨基酸Schiff碱金属配合物的合成及其酯酶活性研究

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还原氨基酸Schiff碱配体中含有的-NH及-COOH等功能基团,赋予它重要的化学与生物学意义。并且鉴于-COOH在不同酸度条件下得失质子能力的差异,其可以与金属离子以多样化的方式配位,得到的金属配合物往往具有新颖的结构。通过将此类金属配合物作为人工水解酶模型,研究其结构与功能之间的关系,有助于认识金属水解酶的作用机理,用以设计合成既能表现酶功能又比酶结构简单、稳定的人工金属水解酶。通过对天然水解金属酶的人工模拟,可为分子基因工具,药物分子设计,功能材料,环境污染物消解等领域提供广泛的应用。本文通过5-取代水杨醛分别与三类氨基酸发生还原胺化后得到结构更具柔性的配体,进而合成了8个不同结构的铜(Ⅱ)配合物,通过X-射线单晶衍射技术、核磁氢谱、热重、XRD、紫外等表征确定了其结构。并将这八个铜(Ⅱ)配合物作为羧酸酯酶模型,考察了它们催化羧酸酯底物PNPA(乙酸对硝基苯酯)及PNPP(α-吡啶甲酸对硝基苯酯)的水解反应性。此外,引入了不同的胶束体系去模拟天然水解酶的疏水微环境,以探讨胶束结构对底物水解的影响。(1)从晶体结构看,还原丝氨酸Schiff碱配合物Cu2L2~1,Cu2L2~2,Cu2L2~3均为‘ONO’三齿酚氧桥的双核铜(Ⅱ)配合物。并且三个配合物中两个铜(Ⅱ)中心具有不对称的配位环境,中心金属Cu(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)间距约为3.0(?)。还原苏氨酸Schiff碱铜(Ⅱ)配合物5和6的单晶结构中存在四核及双核两种形式的结构单元,四核铜结构单元中通过羧基桥连的Cu(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)之间的距离约为6.0(?),双核结构中双金属之间的间距约为3.0(?)。在水溶液中,四核结构单元由于羧基桥连的弱作用力被破坏,其解离成两个双核铜(Ⅱ)结构单元。而对于还原组氨酸Schiff碱铜(Ⅱ)配合物7和8而言,单晶结构表明其分别为‘ONNO’四齿酚桥双核铜(Ⅱ)结构及金属有机分子笼(MOCs)结构。(2)将所合成的铜(Ⅱ)配合物作为金属水解酶模型,去催化小分子羧酸酯底物PNPA及PNPP的水解。研究表明,本文所合成铜(Ⅱ)配合物是催化PNPP及PNPA水解的有效催化剂。并且配体结构、金属离子的个数及其配位环境会影响底物水解的速率。总体上,这些配合物的活性顺序为:苏氨酸系列>丝氨酸系列>组氨酸系列。相对于底物的自水解速率,这些还原氨基酸Schiff碱铜(Ⅱ)配合物可使PNPA水解速率提升两个数量级、PNPP水解速率提升三个数量级。引入阳离子表面活性剂对底物的水解起促进作用,可能源于其为反应中的负性过渡态提供了额外的稳定作用。引入两性离子表面活性剂对反应没有促进作用甚至抑制了反应。
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