水杨酰苯胺衍生物激发态质子/电荷转移和阴离子传感

摘要

受启示于生物体中精妙的阴离子识别和传输体系，有机化学家目前已成功设计合成出数以千计的人工阴离子主体，并试图模拟生物过程考察其在位点识别、生物催化和膜传输等方面的应用。水杨酰苯胺衍生物是一类重要的蛋白酪氨酸激酶抑制剂。通过与ATP竞争结合酪氨酸激酶的活性位点，可有效抑制酶的催化活性和酪氨酸的自磷酸化过程，进而抑制肿瘤细胞的生长。同时，水杨酰苯胺衍生物因包含酚OH、酰胺NH等氢键供体基团也是有效的阴离子主体，是否与多聚阴离子ATP相互作用，以及这种作用对水杨酰苯胺衍生物的抑制活性有何影响，至今尚未见报道。本论文以此为出发点，一方面应用荧光光谱法考察水杨酰苯胺衍生物与阴离子的相互作用，另一方面系统研究水杨酰苯胺衍生物的激发态行为，为拓展其在荧光传感等方面的应用提供理论基础。 论文共分六章。 第一章．以主客体间的主要作用模式为主线概述了含水介质中阴离子主体的研究进展。 第二章．详细介绍了研究工作中涉及的主要试剂、仪器和相关化合物的合成和结构鉴定。包括水杨酰苯胺衍生物、N—甲基水杨酰苯胺衍生物、水杨酸苯酯衍生物、邻羟基萘甲酰苯胺衍生物、邻甲氧基萘甲酰苯胺衍生物、邻羟基萘甲酸苯酯衍生物，共约七十种化合物。 第三章．设计合成了取代水杨酰苯胺衍生物SBA—X(X=p—OCH3、p—CH3、m—CH3、H、p—Cl、m—Cl、p—CO2CH3、p—CN)，并借助荧光光谱法考察了乙腈中SBA—X与阴离子的相互作用。结果表明，所有衍生物均可形成强的分子内氢键OH…O=C，以闭环构象形式存在，并发射激发态分子内质子转移荧光。阴离子如H2PO4—的加入，可诱使SBA—X的构象发生翻转，并且该构象翻转依赖于苯胺取代基X的推拉电子能力。X=p—OCH3、p—CH3、m—CH3、H、p—Cl、m—Cl时，H2PO4—诱导SBA—X的构象由闭环形式翻转为开环形式，发射激发态分子间质子转移荧光。强拉电子取代基p—CN的引入，使SBA—p—CN的构象不受H2PO4—的影响，依然保持闭环形式；并且H2PO4—与SBA—p—CN的氢键结合增加OH…O=C强度而导致SBA—p—CN的激发态分子内质子转移荧光逐渐增强。该结果对于理解水杨酰苯胺衍生物的抑制活性与取代基拉电子能力间的正相关性具有指导意义。 第四章．受启示于DMSO溶解蛋白质的生物学意义，提出借助氢键型溶剂的去水合功能实现含水介质中中性主体与阴离子氢键结合的策略，并将该策略成功地应用于苯甲酰胺基苯基硫脲 Tu—X和水杨酰苯胺SBA—H与F—、AcO—和H2PO-4在含水介质中的氢键结合。基于此思路，可寻找其它更为有效的去水合的体系或方法，当可实现含水介质中中性阴离子主体与阴离子的更强结合。 第五章．设计合成了水杨酸苯酯衍生物SBE—X、水杨酰苯胺衍生物5—CH3O—SBA—X、5—CH3—SBA—X、5—Cl—SBA—X和N—甲基水杨酰苯胺衍生物Y—SMBA。通过取代基效应和溶剂效应考察了其在CHX、DEE、THF、ACN和MeOH中的吸收光谱和荧光光谱。将SBE—X的长波长荧光发射能量和荧光量子产率与取代基Hammett常数和溶剂极性分别关联，并与水杨酰苯胺衍生物SBA—X比较发现，SBA—X中确实存在苯甲酰苯胺型激发态分子内电荷转移(ESICT)反应，且对水杨酸型激发态分子内质子转移(ESIPT)反应的取代基效应具有放大作用。取代基效应研究表明，SBA—X中苯甲酰苯胺型 ESICT反应与水杨酸型ESIPT反应之间存在竞争关系，可藉由水杨酰苯环和苯胺取代基的协同作用来调控，其结果是CHX中SBA—p—OCH3发射苯甲酰苯胺型ESICT荧光，SBA—H发射水杨酸型ESIPT荧光，5—Cl—SBA—p—OCH3则同时发射苯甲酰苯胺型ESICT荧光和水杨酸型ESIPT荧光。N—甲基水杨酰苯胺衍生物Y—SMBA中，水杨酸型ESIPT反应诱使其电子受体的激发态结构重排，抑制了苯甲酰苯胺型ESICT反应，使Y—SMBA中ESICT态的电荷分离程度降低。 第六章．将邻羟基萘甲酰甲酯12—NSME、32—NSME和21—NSME与萘甲酰苯胺1—NBA和2—NBA耦合，设计合成了邻羟基萘甲酰苯胺衍生物12—NSBA—X、32—NSBA—X和21—NSBA—X。通过取代基效应和溶剂效应考察了其在CHX、DEE、CH2Cl2、ACN和 MeOH中的吸收光谱和荧光光谱。结果表明，萘甲酰苯胺2—NBA和1—NBA的ESICT能分别开启12—NSME和21—NSME的ESIPT反应，邻羟基萘甲酰苯胺衍生物12—NSBA—X和21—NSBA—X在非质子性溶剂中发射分子内质子转移荧光。CHX中21—NSBA—X的荧光光谱较32—NSBA—X对取代基表现出更强的依赖性，这是由于21—NSBA—X中1—NBAs的ESICT反应较32—NSBA—X中2-NBAs的 ESICT反应强烈之故。21-NSBA-p-OCH3同时发射PT和CT荧光，21-NSBA-p-CO2CH3只能观察到LE荧光，说明萘甲酰苯胺2-NBA的ESICT反应不仅可以开启21-NSME的 ESIPT反应，而且藉其对取代基的敏感性可有效调控21-NSBA-X中ESICT与ESIPT的竞争。21-NSBA-X的PT荧光量子产率高于32-NSBA-X，也说明萘甲酰苯胺型ESICT对ESIPT具有促进作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:本文涉及的符号和缩略语

声明

第一章含水介质中阴离子主体研究进展

1.1 前言

1.2生命体系中的阴离子主体

1.2.1精胺和亚精胺(Spermine and Spermidine)

1.2.2羧肽酶A(Carboxypeptidase A)

1.2.3磷酸根络合蛋白(PBP)和硫酸根络合蛋白(SBP)

1.2.4万古霉素(Vancomycin)

1.2.5 Cl-通道

1.2.6碳酸脱水酶(Carbonic Anhydrase)和细胞色素c氧化酶(Cytochrome c Oxidase)

1.3含水介质中人工阴离子主体

1.3.1基于离子对作用的阴离子主体

1.3.2基于氢键作用的阴离子主体

1.3.3基于金属配位作用的阴离子主体

1.3.4疏水环境中的阴离子主体

1.4本论文研究的意义、目的和内容

第二章实验部分

2.1主要试剂

2.2主要仪器

2.3实验方法

2.4合成与表征

2.4.1水杨酰苯胺衍生物的合成与表征

2.4.2 N-甲基水杨酰苯胺衍生物的合成与表征

2.4.3水杨酸苯酯衍生物的合成与表征

2.4.4邻羟基萘甲酰苯胺衍生物的合成与表征

2.4.5邻甲氧基萘甲酰苯胺衍生物的合成与表征

2.4.6邻羟基萘甲酸苯酯衍生物的合成与表征

第三章水杨酰苯胺衍生物与阴离子的作用模式研究

3.1前言

3.2水杨酰苯胺衍生物的基态构象

3.2.1核磁波谱

3.2.2吸收光谱

3.2.3荧光光谱

3.3阴离子对水杨酰苯胺衍生物构象的影响

3.3.1核磁滴定

3.3.2阴离子对水杨酰苯胺吸收光谱和荧光光谱的影响

3.3.3取代基对阴离子与水杨酰苯胺衍生物结合模式的影响

3.4结论

3.5附图

第四章氢键型溶剂的去水合功能与含水介质中中性主体的阴离子识别与传感

4.1前言

4.2二甲亚砜和乙腈中Tu-X与阴离子的相互作用

4.3二甲亚砜—水和乙腈—水二元溶剂中Tu-X与阴离子的相互作用

4.4机理探讨

4.5二甲亚砜-水和乙腈-水二元溶剂中SBA-H与阴离子的相互作用

4.6结论

4.7附图

第五章取代基调控水杨酰苯胺衍生物激发态分子内质子转移与电荷转移

5.1前言

5.2水杨酸苯酯衍生物SBE-X的吸收光谱和荧光光谱

5.2.1溶剂效应

5.2.2取代基效应

5.3取代水杨酰苯胺衍生物SBA-X的吸收光谱和荧光光谱

5.4 N-甲基水杨酰苯胺衍生物SBE-X的吸收光谱和荧光光谱

5.5结论

5.6附图

第六章邻羟基萘甲酰苯胺衍生物激发态分子内质子转移与电荷转移

6.1前言

6.2 12-NSBA-X衍生物的吸收光谱和荧光光谱

6.3 21-NSBA-X和32-NSBA-X衍生物的吸收光谱和荧光光谱

6.4结论

参考文献

论文创新点

攻读博士学位期间所获奖项

攻读博士学位期间发表与交流的论文

致谢