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通过多重氢键作用形成的分子识别在生物功能中显示出极为重要的作用，因为Watson-Crick互补碱基的相互识别是DNA形成稳定双螺旋结构的基础，同时也是基因遗传信息存储和复制的高效机制之一。并且许多核苷衍生物(包括核脂双亲分子)具有抗癌和抗病毒特性。因此，分子识别的模拟不仅有助于更好地理解相应的生物功能和生物进程，而且有助于新药和生物传感器的开发。Langmuir单分子膜为在水相体系中借助于化学方法模拟研究互补碱基的识别行为提供一个良好的模拟研究体系。
本文设计两个新的合成路线，成功地合成六个全新的含鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)头基的核脂双亲分子。利用LB技术，同时借助于已有的谱学技术—紫外光谱(UV)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)，系统地研究所合成的核脂双亲分子与互补碱基的分子识别及识别前后核酸碱基头基和烷基尾链的取向变化。全方位地揭示核脂单分子膜与互补碱基分子的氢键转化过程。并且在此基础上发展新的分子光谱手段，首次将红外反射吸收光谱(IRRAS)技术用于原位研究气/液界面核脂双亲分子与互补碱基的分子识别，确证互补碱基对胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)之间的三重氧键键合方式以及识别前后核酸碱基头基和烷基尾链的取向变化。同时结合偏振光谱，通过理论计算与实验结果拟合，给出识别前后核脂双亲分子烷基尾链取向角的变化。由于原位研究能够在最大程度上保证模拟体系的微环境与生物体系中DNA和RNA的真实环境相接近。因此IRRAS技术的引入对于单分子膜模拟核酸碱基识别研究十分必要。
一.核脂双亲分子的合成和表征到目前为止，模拟碱基对的分子识别研究主要集中在以腺嘌呤(A)，胸腺嘧啶(T)/尿嘧啶(U)为头基的核脂双亲分子，有关鸟嘌呤(G)，胞嘧啶(C)为头基的双亲分子的识别研究相对较少，只限于表面压—单分子面积(π-A)等温线的研究。其主要原因在于：腺嘌呤，胸腺嘧啶/尿嘧分子中均只有单一活性基团(含氨基或羰基中的一个)。而鸟嘌呤，胞嘧啶分子中同时具有氨基和羰基，因此其双亲分子衍生物的合成相对较困难些。本文设计两条新的反应路线，成功地合成六个含C，G头基的核脂双亲分子，用于互补碱基对G和C的模拟识别研究。两条合成路线如下：合成路线1BCH2CH2COOH+MsO(CH2)17CH3KOH,DMSO→BCH2CH2COO(CH2)17CH3核脂双亲分子BYield(％)NLA1Cyt(N-1)62NLA2Gaun(N-7)67合成路线2RCOOH+ROHDCC,DMAP→CH2Cl2→RCOOR核脂双亲分子RRYield(％)NLA3CH3(CH2)16Cytidine(C-5)74NLA4CH3(CH2)16Guanosine(C-5)77NLA5CH3(CH2)17OCH2-OCO(CH2)2Cytidine(C-5’)80CH3(CH2)17OCH2CH3(CH2)17OCH2NLA6CH3(CH2)17OCH2-OCO(CH2)2Guanosine(C-5)69所合成的六个核脂双亲分子化合物均经TLC，元素分析，IR，1HNMR和UV光谱表征。
二.核脂双亲分子单分子膜的表面识别行为及LB膜的UV光谱研究π-A等温曲线的研究结果表明，所有核脂双亲分子均能在空气/水界面形成稳定的单分子膜。并且头基为胞嘧啶碱基的核脂双亲分子单分子膜都能和亚相中的互补碱基发生识别作用，从而引起单分子膜内分子重新排列，烷基尾链排列更加紧密有序，头基胞嘧啶环由识别前的近乎“平躺”状态转变为识别后的近乎“站立”状态，表现出更大的单分子面积和更高的表面压。紫外结果表明，识别作用导致胞嘧啶环平面由识别前的无芳环堆积变为识别后以J—聚体形式存在。头基为鸟嘌呤碱基的核脂双亲分子则表现出两种情况，由于化学结构的影响而能够形成更为稳定四聚体结构的NLA4和NLA6单分子膜基本不发生识别作用，而由于位阻效应的影响，NLA2单分子膜则能够与亚相中互补胞苷碱基发生识别作用。从而揭示DNA和RNA分子内鸟嘌呤碱基只能和胞嘧啶碱基发生专一识别而不形成四聚体的主要原因。
三.核脂双亲分子LB膜的傅立叶变换红外光谱研究本文利用傅立叶变换红外光谱研究核脂双亲分子多层LB膜的分子结构和界面单分子膜与亚相底物的识别作用，同时结合偏振和变温光谱技术从分子水平上给出识别前后LB膜内分子取向特征。相互作用方式及其最基本物理化学性质有序—无序相变行为。结果表明，除NLA3只能形成单层LB膜而不易得到相应的红外信息之外，NLA1，NLA2和NLA5均能和亚相中的互补碱基发生识别作用，而NLA4和NLA6由于自身的强自聚集作用不能与互补碱基发生识别作用。同时研究结果进一步表明，互补碱基之间的识别作用不仅影响核脂双亲分子头基的取向和堆积作用—头基环平面由识别前的“平躺”取向和无π-π堆积作用转变为识别后“站立”取向和发生π-π堆积作用，还强烈影响LB膜内脂链之间的相互作用—识别后LB膜内脂链的取向相对膜法线更为倾斜。
四.核脂双亲分子在气/液界面的原位红外反射吸收光谱研究原位IRRAS光谱研究结果进一步证实NLA1单分子膜在空气水界面与亚相中的互补鸟苷碱基的识别作用，并且首次获得有关胞嘧啶—鸟嘌呤碱基之间三重氢键形成的确切位点的重要信息。模拟计算定量计算出烷基尾链在识别前后的倾斜角分别为20°和30°。结果表明，NLA1单分子膜不仅能够通过胞嘧啶头基和亚相中的鸟苷发生氢键识别作用，而且识别作用强烈影响烷基尾链的堆积方式，导致识别后单分子膜的流动性大为增加，为核脂单层潜在功能的进一步研究奠定基础。