含双侧臂配体的钌(Ⅱ)多吡啶配合物与核酸作用的性质研究

摘要

核酸是生命体内重要的生物大分子，是生物承载和传递信息的载体。小分子过渡金属配合物在探索核酸的结构、作用机制及其功能方面起着极其重要的作用。其中，钌多吡啶配合物与核酸及核苷酸相互作用研究引起了人们很大的兴趣，由于这类配合物的几何构型在与DNA的相互作用过程中起着至关重要的作用，因此对配体进行合理的修饰能够对配合物的空间构型以及电子结构产生很多变化，对进一步研究它们与DNA的作用机理和生物功能，从而寻找既有对DNA的构象识别，位点识别能力并且与DNA发生独特作用的多功能试剂发挥着重要作用。 本论文合成了一系列含三甲铵基、三乙铵基、三正丁铵基、腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶等碱基的配合物，系统地研究了该系列配合物由于功能基团的位置、空间位阻、氢键等因素对DNA性质的影响，主要研究工作包括如下几个方面： 1.对5，5’—二甲基—2,2'—联吡啶的甲基进行修饰，合成了两个含三甲铵基和三正丁铵基的联吡啶衍生物L1，L2(L1＝二(三乙铵基甲基)—2，2'—联吡啶阳离子，L2=二(三正丁铵基甲基)—2,2'—联吡啶阳离子，bpy=2,2'—联吡啶)以及它们的钌(Ⅱ)配合物[Ru(phen)2(L1)](PF6)4(1)和[Ru(phen)2(L2)](PF6)4(2)(phen=1，10-邻菲咯啉)，并测定了两个配合物的晶体结构。在这两个配合物中Ru(Ⅱ)均形成六配位的畸变八面体构型。通过紫外吸收光谱、荧光光谱及CD光谱等光谱手段、粘度测定等实验研究了这些配合物与小牛胸腺DNA(CT—DNA)之间的作用模式。实验结果表明：当主配体带双阳离子时，可以对配合物与DNA作用产生很明显的影响。配合物1对DNA的结合力要比2大，这与配合物的结构有关，因为配体L2中的三正丁基比L1中的三乙基具有更大的空间位阻，使得2与DNA的作用力减弱。另一个发现是，当两个配合物在与DNA结合时，都表现出了很好的立体选择性。粘度实验表明，尽管两个配合物的结构相似，但与DNA作用的模式却并不相同，1主要通过半插入结合，而2则通过静电结合，其主要原因仍然是2中较大的空间位阻所致。 2.考虑到季胺盐的空间位阻，合成了具有更小空间结构的配体L3(二(三甲铵基甲基)—2,2'—联吡啶阳离子)，同时考虑到phen配体的插入平面较小，我们引入具有更大平面的dppz(dipyrido[3，2-a：2’，3’—c]phenazine)配体取代phen，同时为了与前边合成的两个配体做比较，合成了三个新的配合物[Ru(dppz)2(L3)](PF6)4(3)、[Ru(dppz)2(L1)](PF6)4(4)和[Ru(dppz)2(L2)](PF6)4(5)，并测定了配合物3和4的晶体结构。用紫外吸收光谱、荧光光谱及CD光谱等光谱手段、粘度测定和DNA断裂等方法系统的研究了三个配合物不同的DNA键合性质。实验结果表明：配合物3和4都能与DNA发生强烈的结合作用，而5的结合稍弱，与DNA结合能力的大小顺序是：3>4>>5，这与它们的空间构型有关；同时3和4也表现出了比5强的pBR322 DNA的断裂能力。配合物5与DNA的作用表现出了比其他两个配合物更大的CD信号，说明它具有更好的空间立体选择性。 3.考虑到碱基对DNA可能存在的识别作用，我们对4，4'/5，5’—二甲基—2,2'—联吡啶的甲基进行修饰，并在上边引入腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基，合成了4，4’—二(N9-腺嘌呤甲基)—2,2'—联吡啶(L4)，5，5’—二(N9-腺嘌呤甲基)—2'2’—联吡啶(L5)，4，4'—二(N1-胸腺嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L6)和5，5’—二(N1-胸腺嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L7)四个配体，及相对应的配合物[Ru(bpy)2(L)](PF6)2(6-9)。CD光谱变化和热变数据等实验结果表明，四个配合物与双螺旋DNA的相互作用模式可能通过沟面、静电或者氢键等弱的结合方式结合，并且在光照时间充足的情况下，也可以引起pBR322 DNA的断裂，配合物6和9表现出了比较好的断裂活性。对配合物与小牛胸腺DNA作用方式进行模拟发现，四个配合物与DNA发生作用的位点都在碱基上，配合物6作用在DNA的大沟的碱基上，7，8和9则作用在小沟的碱基上，作用的模式为氢键结合，这与实验所得的结果是一致的。 4.为了进一步探讨含碱基的配合物对DNA作用的影响，在第三部分的基础上，引入胞嘧啶和尿嘧啶碱基，合成了4，4’—二(4-胞嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L8)，5，5’—二(4-胞嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L9)，4，4’—二(N1-尿嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L10)和5，5’—二(N1-尿嘧啶甲基)—2,2'—联吡啶(L11)四个配体，及相对应的配合物[Ru(bpy)2(L)](PF6)2(10-13)。CD光谱变化和热变数据等实验结果表明，这四个配合物与双螺旋DNA的相互作用模式也可能为沟面、静电或者氢键等弱的结合方式，并且在光照时间充足的情况下，同样可以引起pBR322 DNA的断裂。在完全相同的实验条件下，配合物10和12展现了比11和13更好的断裂DNA的能力。这表明配体取代基位置的变化和配合物尺寸的变化会很明显的影响到其与DNA作用的性质。对配合物与小牛胸腺DNA作用方式进行模拟发现，四个配合物与DNA发生作用的位点同样都在碱基上，配合物10作用在DNA的大沟的碱基上，11，12和13则作用在小沟的碱基上，作用的模式为氢键结合.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1引言

1.2核酸的组成和结构

1.2.1 DNA的结构

1.2.2 DNA双螺旋结构

1.3金属配合物与核酸的结合方式

1.3.1配位结合

1.3.2插入结合

1.3.3沟面结合

1.3.4静电结合

1.4金属Ru配合物作为抗肿瘤药物的研究

1.4.1三价Ru配合物

1.4.2二价Ru配合物

1.5金属配合物与DNA相互作用的研究方法

1.5.1 UV-Vis光谱法

1.5.2圆二色谱法

1.5.3单晶X-射线衍射

1.5.4 ITC法(Isothermal Titration Calorimetry Method，等温滴定微量量热法)

1.5.5分子模拟法

1.6选题意义

参考文献

第二章含双阳离子侧臂修饰的2，2'-联吡啶为配体的钌(Ⅱ)配合物与CT-DNA的键合性质研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验试剂

2.2.2实验仪器和方法

2.2.3实验测试方法

2.2.4配合物1和2的合成和表征

2.3结果与讨论

2.3.1配合物的结构描述

2.3.2配合物与双螺旋DNA作用的电子吸收光谱研究

2.3.3配合物与双螺旋DNA作用的稳态荧光光谱研究

2.3.4配合物与CT-DNA作用的旋光选择性结合

2.3.5配合物与CT-DNA作用的粘度法研究

2.4结论

参考文献

第三章含双插入配体的钌(Ⅱ)配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2实验仪器

3.2.3实验方法

3.3配合物3、4和5的合成和表征

3.3.1配体的合成

3.3.2配合物的合成

3.4配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

3.4.1配合物的结构描述

3.4.2配合物与DNA相互作用的电子吸收光谱研究

3.4.3配合物与DNA相互作用的稳态荧光研究

3.4.4配合物与DNA相互作用的圆二色谱研究

3.4.4配合物与DNA作用的粘度法研究

3.4.5凝胶电泳法研究配合物对质粒DNA的断裂反应

3.5结论

参考文献

第四章含腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基功能团2'2-联吡啶配体的钌(Ⅱ)配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂

4.2.2实验仪器

4.2.3实验方法

4.3配合物6、7、8和9的合成与表征

4.3.1配体的合成

4.3.2配合物6、7、8和9的合成

4.4配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

4.4.1配合物与DNA相互作用的CD光谱研究

4.4.2配合物与双螺旋DNA作用的热变性研究

4.4.3凝胶电泳法研究配合物对质粒DNA的断裂反应

4.4.4分子模拟法研究配合物与B-DNA的作用模式

4.5结论

参考文献

第五章含胞嘧啶和尿嘧啶碱基功能团2'2-联吡啶配体的钌(Ⅱ)配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验试剂

5.2.2实验仪器

5.2.3实验方法

5.3配合物10、11、12和13的合成与表征

5.3.1配体的合成

5.3.2配合物10、11、12和13的合成

5.4配合物与双螺旋DNA的键合性质研究

5.4.1配合物与DNA相互作用的CD光谱研究

5.4.2配合物与双螺旋DNA作用的热变性研究

5.4.3凝胶电泳法研究配合物对质粒DNA的断裂反应

5.4.4分子模拟法研究四个配合物与B-DNA的作用模式

5.5结论

参考文献

总结

博士期间已发表的论文：

致谢