苯乙酮基-β-糖碳苷衍生物的合成及其在荧光探针中的应用

摘要

碳苷作为一类非常重要的合成砌块,常被用于一些具有重要生物学意义的天然产物或者药物的合成。由于其具有较好的化学与生物学稳定性,即耐酸碱及对糖苷酶的稳定性,而倍受人们的关注。本论文针对葡萄糖与1,3-二酮化合物为底物合成的碳苷,在碳苷的方法学、碳苷衍生物的合成,及其荧光探针应用方面进行了研究,主要内容如下:
　　1.4O,6O-亚苄基-1-β-D-吡喃葡萄糖基-苯乙酮的2,3位羟基的活性研究。以D-葡萄糖为原料,两步合成4O,6O-亚苄基-1-β-D-吡喃葡萄糖基-苯乙酮,总产率为62％,从亲电试剂和选择性反应条件两个角度出发,提出了碳苷底物的2,3位羟基选择性的基础方法学。得出结论:吸电性越强且立体位阻越大的酯化试剂更趋向于3位取代产物的生成,而空间位阻越大的磺化试剂,越有利于2位取代产物的生成。
　　2.苯乙酮基-β-糖碳苷的肟、肟醚及苯腙衍生物的合成。以2,3,4,6-O-四乙酰基-1-β-D-吡喃葡萄糖基-苯乙酮为模型反应底物,探究其合成肟、肟醚和苯腙的一般方法,并将其应用于不同糖类和不同基团保护的苯乙酮基-β-糖碳苷的衍生物中,合成了15种新型的具有潜在应用前景的碳苷席夫碱类衍生物,并通过NMR、HRMS等手段对目标化合物的结构进行表征。
　　3.碳苷与活泼亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应。以合成的新型碳苷2,3,4,6-O-四乙酰基-1-脱氧-1-(4-甲酰基)-苯乙基-β-D-吡喃葡萄糖为原料,探究其与5种具有潜在活性的活泼亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应,合成了5种具有潜在生物活性的新型碳苷衍生物,获得了较高产率(76-92％)。
　　4.基于碳苷的罗丹明B和荧光素衍生物的合成及光谱特性。从罗丹明B出发,合成了两种糖基罗丹明探针,并将这两种探针应用于水中金属阳离子的检测,其中,罗丹明B硫代酰腙的碳苷探针分子对水中Hg2+有明显的荧光和紫外吸收增强作用以及显著的颜色变化。离子抗干扰实验证明该探针能检测复杂环境中的Hg2+而不被大多数被测金属离子干扰。其次,合成了另一种新型的糖基荧光素探针,并对其光谱性能进行初步研究,探究了pH值和浓度对探针的影响,该物质在生物医药的荧光标记方面具有潜在的应用前景。
　　5.碳苷小分子荧光探针的合成及对牛血清蛋白的定量检测。将葡萄糖分别经过酸、碱催化并通过aldol反应合成了两种碳苷小分子荧光探针。研究不同溶剂中的荧光和紫外光谱特性,发现两种探针分子在水溶液中均具有较大的stokes位移和较小的荧光量子产率。从探针结构出发,对极性溶剂中的荧光淬灭效应进行解释。与C-吡喃型探针相比,C-呋喃型探针对牛血清蛋白(BSA)具有较高灵敏度,产生绿色荧光,可用于定量检测BSA,其对BSA的线性检测范围为0-2.0mg/mL。探讨了不同酸碱体系对探针与BSA结合前后的荧光变化,发现探针在pH=2-9范围内,有较强的pH耐受性。同时在生物体内常见的离子和氨基酸的干扰下,C-呋喃型探针对BSA仍有较强的竞争性。以上结果,为该探针在实际生物样品中的应用提供了实验依据。

目录

声明

摘要

缩略语

1 绪论

1．1 碳水化合物

1．2 碳苷

1．2．1 碳苷的稳定性及生物学特性

1．2．2 碳苷的合成方法

1．3 糖类的区域选择性

1．4 β—碳苷酮衍生物的合成及应用

1．5 糖类小分子在荧光探针方面的应用

1．6 疏水性蛋白的检测

1．6．1 蛋白质的疏水作甩

1．6．2 极性探针检测疏水蛋白的研究现状

1．7 本论文研究的目的和意义

1．8 本论文研究的主要内容

2 4O，6O一亚苄基—1—β—D一吡喃葡萄糖基—苯乙酮的2，3位羟基的活性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 实验操作

2．3 结果与讨论

2．3．1 4O，6O—亚苄基—1—β—D—吡喃葡萄糖基—苯乙酮的合成

2．3．2 反应的条件优化

2．3．3 不同亲电试剂对选择性的影响

2．3．4 产物的结构归属

2．4 本章小结

3 苯乙酮基中—β—糖碳苷的肟、肟醚及苯腙类衍生物的合成

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 实验操作

3．3 结果与讨论

3．3．1 反应的条件优化

3．3．2 反应的普适性研究

3．3．3 苯腙衍生物的合成

3．3．4 反应的底物拓展

3．3．5 肟的贝克曼重排

3．4 本章小结

4 碳苷与活泼亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 实验操作

4．3 结果与讨论

4．3．1 反应的条件优化

4．3．2 反应的普适性研究

4．3．3 1—苯基—3一甲基—5一吡唑啉酮作为底物的缩合反应

4．4 本章小结

5 基于碳苷的罗丹明B和荧光素衍生物的合成及光谱特性

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 样品准备

5．2．3 化合物的合成

5．3 结果与讨论

5．3．1 罗丹明荧光探针的荧光和紫外检测

5．3．2 pH值对荧光探针5．6 检测汞离子的影响

5．3．3 探针的荧光和紫外滴定实验

5．3．4 Job'plot曲线

5．3．5 探针的荧光和紫外竞争实验

5．3．6 荧光素探针的光谱特性

5．4 本章小结

6 碳苷小分子荧光探针的合成及对牛血清蛋白的定量检测

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 仪器与试剂

6．2．2 化合物的合成

6．2．3 光谱测试

6．2．4 荧光量子产率的计算

6．2．5 BSA滴定实验

6．2．6 干扰实验

6．3 结果与讨论

6．3．1 探针在不同溶剂中的光物理性质

6．3．2 BSA滴定实验

6．3．3 pH对探针与BSA结合前后的荧光强度的影响

6．3．4 动态光散射(DLS)粒度分析

6．3．5 探针的竞争性

6．4 本章小结

7 结论

7．1 结论

7．2 本论文创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

博士期间发表的学术论文和研究成果

附录