【摘 要】
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重要生物分子（如糖、氨基酸）和药物（如多巴）等的手性识别传感具有重要意义。虽然手性识别研究已经取得诸多进展,设计高效的手性识别受体分子仍具极大的挑战。脯氨酸作为天然氨基酸,由五元吡咯环形成天然折叠结构且具有一定刚性,可作为潜在的手性骨架结构;脯氨酸残基的氨基和羧基端便于修饰至少两种不同的官能团。因此,我们提出以脯氨酸残基为手性骨架并于其氨基和羧基端分别修饰以结合位点,实现对重要生物分子的手性识别。
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重要生物分子（如糖、氨基酸）和药物（如多巴）等的手性识别传感具有重要意义。虽然手性识别研究已经取得诸多进展,设计高效的手性识别受体分子仍具极大的挑战。脯氨酸作为天然氨基酸,由五元吡咯环形成天然折叠结构且具有一定刚性,可作为潜在的手性骨架结构;脯氨酸残基的氨基和羧基端便于修饰至少两种不同的官能团。因此,我们提出以脯氨酸残基为手性骨架并于其氨基和羧基端分别修饰以结合位点,实现对重要生物分子的手性识别。本论文以脯氨酸残基为结构骨架,通过引入苯硼酸和苯甲醛基团,设计合成了一系列不同位置取代的手性传感分子,成功实现对L-/D-Dopa的手性识别;硼酸修饰半花菁染料分子,于水溶液中自聚集形成纳米聚集体,能够选择识别NAD+和NADH并应用于细胞成像。论文共分为四章,包括如下内容:第一章为前言。首先简介生命和生理过程中重要生物小分子。继概述硼酸与邻二醇结合的基本原理、结合的影响因素,例举硼酸基传感体系对生物分子的传感和手性识别的原理及传感器设计。之后对脯氨酸和花菁染料的结构和应用简介后,提出本论文的设计思路和研究内容。第二章设计合成了脯氨酸为骨架结构的手性传感分子L-/D-1,L-/D-2,L-3和L-4,以L-/D-Dopa为模型分子,藉由双重动态共价作用实现对L-/D-Dopa的手性识别。改变脯氨酸两端苯硼酸和苯甲醛芳环上硼酸基和醛基的取代位置,选择空间结构与客体分子结构相匹配的传感分子,两者结合后形成硼酸酯键和亚胺键引起吸收和CD光谱的响应。发现硼酸和醛基均为间位取代的分子L-1能够手性识别D-Dopa,L-2能够手性识别L-Dopa。该实验证实了脯氨酸折叠骨架结构用于设计手性传感分子的可行性,为手性传感分子设计提供新的思路。第三章提出了 F原子取代调控脯氨酸两端弱共价作用的策略,实现对L-/D-Dopa的最佳手性选择。利用F原子的拉电子效应和19FNMR谱的简洁特征,在分子L-1（第二章）的基础上设计合成了芳环F取代的手性受体分子F-L-1,F-L-2和FF-L-3。分子L-1与D-Dopa结合后形成“一强一弱”不均衡作用力,硼酸与cis-二醇的作用力远强于醛基与氨基亚胺键反应。于苯甲醛芳环上引入F原子后的手性受体分子F-L-1对L-/D-Dopa表现出最佳手性选择性。实验表明,手性受体分子L-1、F-L-2和FF-L-3两端作用差异较大,对L-/D-Dopa的手性区分度均较差,当两端作用平衡时才表现出最佳手性区分度。第四章介绍了一种通过分子自组装过程实现对NAD+和NADH选择性识别的新思路。0.05 MpH7.4PBS缓冲溶液中,10 μM的半花菁染料Hcy-BA通过自身π-π堆积和亲疏水作用形成粒径约100 nm的聚集体。因NAD+和NADH分子自身荷电不同,与Hcy-BA通过硼酸基和cis-邻二醇结合形成硼酸酯键,形成的结合物所带电荷不同引起不同光谱响应。NADH与Hcy-BA结合后呈电中性,且因分子间结合交联作用促进Hcy-BA聚集,吸收下降并伴随着肉眼可见颜色变化,荧光猝灭;NAD+与Hcy-BA结合后荷正电,因分子间电荷排斥作用促使聚集的Hcy-BA解聚,荧光增强。从而利用客体分子间的微小电荷差异实现对NAD+和NADH的选择识别。
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