1、.瓜環(huán)6與含咪唑基客體分子準輪烷超分子組裝及生物活性研究【摘要】：瓜環(huán)(cucurbitnuril，n=412)，又稱葫蘆脲，是超分子化學中繼環(huán)糊精(cyclodextrin)、冠醚(crownether)及杯芳烴(calixarene)之后發(fā)展起來的一類新型高度對稱的桶狀大環(huán)分子。瓜環(huán)CB6無可爭議是瓜環(huán)家族的代表，它是由六個甘脲組成的大環(huán)分子，具有疏水的內部空腔及由環(huán)繞的羰基氧原子組成的端口。結構上的特征使得瓜環(huán)區(qū)別于其它的超分子主體分子，并使得它能夠通過疏水作用、氫鍵、離子-偶極等鍵合作用鍵合多種有機陽離子，通過與金屬配位形成金屬配合物。隨著超分子化學的興起，瓜環(huán)化學在近年來已成為超分子

2、科學中的一朵奇葩，在超分子催化、超分子組裝、分子識別、離子通道、超分子生物學、納米科學、超分子藥物學等領域展現(xiàn)出廣泛而誘人的應用前景。業(yè)已發(fā)表了許多有關瓜環(huán)識別脂肪胺、末端吡啶基取代的脂肪胺、瓜環(huán)與這些分子作用，形成準輪烷、輪烷、準聚輪烷、聚輪烷、分子機器、分子項鏈等等超分子組裝體的研究，但有瓜環(huán)識別咪唑類的客體分子仍未見報道。本文主要以瓜環(huán)CB6為主體分子，以末端咪唑取代脂肪烷烴為客體分子作為研究對象展開。在水溶液中進行分子組裝制備了系列新型準輪烷分子，對它們的結構進行了表征，并研究了它們的生物活性。本文的研究內容主要如下：1本文合成了一系列的含咪唑基的客體分子，包括1，3二咪唑基丙烷(BI

3、MP3)、1，4二咪唑基丁烷(BIMB)、1，5二咪唑基戊烷(BIMP5)、1，6二咪唑基己烷(BIMH)、N，N二(4-甲基咪唑基)1，6己二胺(BMIMHA)。用元素分析、核磁共振、質譜等對其結構進行了表征。2在水溶液中，通過客體分子與瓜環(huán)CB6反應制備了一系列新型準輪烷分子，包括：CB6BIMP3、CB6BIMB、CB6BIMP5、CB6BIMH、CB6BMIMHA。用元素分析、核磁共振、電噴霧質譜、X單晶衍射等手段進行了表征。為進一步組裝如分子項鏈、金屬配位聚輪烷等更為高級新奇的超分子聚集體打下極好的基礎。并用核磁共振研究了它們溶液中的狀態(tài)。探討了瓜環(huán)對咪唑基客體分子化學位移的影響，科

4、學合理地給出了相應的位移數(shù)據(jù)。3制備了不同無機酸鹽的CB6BIMH準輪烷分子，用X單晶衍射的手段探討了該準輪烷分子的自組裝及不同的無機酸陰離子對準輪烷分子組裝的影響。發(fā)現(xiàn)了由非共價作用連接的準聚輪烷。用電噴霧質譜證明了該類型準輪烷分子在溶液中及氣相中能以雙電荷離子及單電荷離子穩(wěn)定存在。透射電子顯微鏡形貌分析發(fā)現(xiàn)，該結構形成了具有納米結構的直徑為2540nm的納米管和納米線。4對準輪烷分子CB6BIMH的生物活性通過硅膠電泳分析進行了研究。發(fā)現(xiàn)在生理條件下，該準輪烷分子可以高效地斷裂超螺旋雙鏈DNA分子。通過熒光光譜、DNA熱變性、晶體結構、高分辨質譜結構分析、分子模擬以及模型底物BDNPP水解

5、等實驗，探討了DNA斷裂模式，表明其斷裂屬于水解切割機理。在這個機理中，主體瓜環(huán)CB6與客體分子BIMH共同協(xié)作使得DNA切割得以進行，質子化的咪唑基團通過氫鍵靜電作用與DNA的磷酸負陰離子結合，而后瓜環(huán)充當路易斯堿的角色通過氫鍵作用活化水分子，使其親核性變強去進攻DNA的磷原子使DNA得以斷裂。這是首例應用超分子組裝原理，將兩個沒有生物活性的小分子進行組裝，并獲得的水解型核酸切割試劑。需要指出，這同時也是一種極具生物醫(yī)學應用前景的、不含金屬離子的水解型核酸切割試劑?！娟P鍵詞】：瓜環(huán)準輪烷超分子化學自組裝核酸切割試劑切割機理【學位授予單位】：XX大學【學位級別】：博士【學位授予年份】：2007

6、【分類號】：O641.3;O626.23【目錄】：摘要10-12英文摘要12-15第一章綜述及研究設想15-641.1引言15-161.2瓜環(huán)家族成員的合成、結構及性質16-241.2.1合成16-201.2.2結構及性質201.2.3改性瓜環(huán)的合成20-241.3瓜環(huán)分子識別24-321.3.1金屬離子24-261.3.2有機胺離子26-301.3.3其它客體分子30-321.4超分子組裝研究32-401.4.1準輪烷及輪烷32-341.4.2準聚輪烷及聚輪烷34-361.4.3分子項鏈36-371.4.4分子機器37-391.4.5瓜環(huán)在新型準輪烷形成上的發(fā)展39-401.4.6超級準輪烷

7、401.5瓜環(huán)的生理化學及藥理學40-431.5.1準輪烷分子與DNA的三元絡合物40-411.5.2瓜環(huán)影響(亞)精胺分子對DNA的切割411.5.3基于瓜環(huán)的基因傳輸41-421.5.4瓜環(huán)在藥理學方面的應用42-431.6瓜環(huán)其它用途431.7研究與設想43-45參考文獻45-64第二章瓜環(huán)與含咪唑基客體分子超分子準輪烷分子的合成及其超分子組裝研究64-1082.1引言642.2實驗部分64-792.2.1實驗試劑64-652.2.2實驗儀器65-662.2.3主體分子的合成及表征66-672.2.4客體分子的合成及表征67-732.2.4.11,3二咪唑基丙烷二鹽酸鹽(BIMP3)67

8、-682.2.4.21,4二咪唑基丁烷二鹽酸鹽(BIMB)682.2.4.31,5二咪唑基戊烷二鹽酸鹽(BIMP5)68-692.2.4.41,6二咪唑基己烷二鹽酸鹽(BIMH)69-702.2.4.51,6二咪唑基己烷其它二酸鹽70-712.2.4.6N,N-二(4-甲基咪唑基)1,6己二胺四鹽酸鹽(BMIMHA)71-732.2.5準輪烷分子的合成及表征73-792.2.5.1客體分子(BIMP3)與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征73-742.2.5.2客體分子(BIMB)與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征742.2.5.3客體分子(BIMP5)與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征74-752.

9、2.5.4客體分子(BIMH)與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征75-772.2.5.5BIMH其它二酸鹽與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征77-792.2.5.6客體分子(BMIMHA)與瓜環(huán)CB6準輪烷分子制備及表征792.3結果和討論79-1042.3.11HNMR核磁共振結果分析79-972.3.1.1準輪烷分子CB6/BIMP31HNMR譜分析79-802.3.1.2準輪烷分子CB6/BIMB1HNMR譜分析80-812.3.1.3準輪烷分子CB6/BIMP51HNMR譜分析81-822.3.1.4準輪烷分子CB6/BIMH1HNMR譜分析82-832.3.1.5準輪烷分子CB6/BMI

10、MHA1HNMR譜分析83-842.3.1.6小結84-972.3.2X-單晶衍射分析不同酸對準輪烷分子自組裝的影響97-1032.3.2.1晶體結構分析97-982.3.2.2準輪烷超分子組裝研究98-1032.3.3透射電境分析準輪烷微觀結構103-1042.4小結104-105參考文獻105-108第三章基于瓜環(huán)的核酸切割試劑108-1363.1引言108-1113.1.1DNA的結構及特點1093.1.2人工核酸切割試劑109-1103.1.2.1自由基機理1093.1.2.2消除機理1093.1.2.3水解機理109-1103.1.3本章研究內容110-1113.22準輪烷分子對雙鏈

11、DNA的切割研究111-1163.2.1實驗試劑1113.2.2實驗儀器111-1123.2.3溶液的配制112-1133.2.4切割實驗1133.2.5實驗結果與討論113-1163.2.6其它準輪烷分子切割DNA結果1163.32準輪烷分子切割雙鏈DNA機理研究116-1283.3.1熒光光譜研究準輪烷分子與CTDNA的作用116-1193.3.1.1實驗原理1173.3.1.2儀器與試劑117-1183.3.1.3實驗方法1183.3.1.4結果與討論118-1193.3.2DNA熱變性實驗119-1203.3.3準輪烷分子與磷酸二酯鍵模型化合物BDNPP的水解作用研究120-1253.3.3.1實驗試劑預處理1213.3.3.2合成方法121-1223.3.3.3紫外光譜法研究準輪烷分子與BDNPP的水解作用122-1243.3.3.4核磁共振(31)PNMR證明準輪烷分子與BDNPP間的氫鍵作用124-1253.3.4客體分子對比實驗125-1263.3.5從結構特性分析準輪烷分子水解DNA的事實126-1273.3.5.1高