铜、钴、镍、锰电活性金属配合物的合成、表征及其与脱氧核糖核酸相互作用机理的研究

摘要

脱氧核糖核酸(DNA)是生物最重要的遗传物质，它在遗传信息的储存、复制及转录中都具有非常重要的作用，是基因表达的基础。DNA作为目标分子用于识别在抑制细胞功能紊乱和治疗某些疾病中的天然和人工分子，这在无机生物化学中是极其重要的。小分子特别是过渡金属配合物与DNA的键合和分子识别特性是生命科学中重要的研究课题。通常小分子与DNA作用有三种结合方式：嵌插作用、沟结合和静电作用。在这三种方式中，嵌插作用是最强的一种，因为嵌插分子的平面插入芳香杂环和DNA的碱基对之间。对于小分子来说，分子的哪一部分插入DNA是很重要的，因为它将为设计合成具有应用前景的高效的疾病诊断和化疗药物提供有用信息。同时为DNA电化学传感器中新型杂交指示剂的选择提供理论依据。 本论文对以5，7，7，12,14,14-六甲基-1，4，8，11-四氮杂环十四-4,11-二烯二碘化氢、咪唑、邻菲咯啉为配体，以Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)等为中心离子的金属配合物进行了合成，设计合成了三种结构类型共9个金属配合物，通过晶体结构测定及部分化合物的红外(IR)、元素分析(EA)、热重(TG)测定，确定了化合物的结构。利用电化学和光谱的方法研究了这些金属配合物与DNA的作用，确定了反应的条件，作用方式，测定了结合比和结合常数。并分别以[Co(phen)2(Cl)(H2O)]Cl和[Mn(Im)6](teph)·2H2O为杂交指示剂制备了巯基自组装修饰金电极DNA电化学传感器和共价键合DNA修饰玻碳电极DNA电化学传感器。 (1)设计合成了四氮大环铜、四氮大环钴和四氮大环镍三种新化合物，通过晶体结构测定及部分化合物的红外(IR)、元素分析(EA)、热重(TG)测定，确定了化合物的结构，并利用电化学和光谱的方法研究了这些金属配合物与DNA的作用。结果表明，三种配合物分子式分别为Cu(C16H32N4)I2·2H2O、Co(C16H32N4)·(CH3COO)2·I3、Ni(C16H32N4)·I2。三种金属配合物与DNA作用的方式均为静电作用；结合比为1：1，结合常数分别为1.02×104L·mol-1、4.00×104L·mol-1和3.64×102L·mol-1。 (2)设计合成了四咪唑铜、六咪唑钴、六咪唑镍和六咪唑锰四种新化合物，通过晶体结构测定及部分化合物的红外(IR)、元素分析(EA)、热重(TG)测定，确定了化合物的结构，并利用电化学和光谱的方法研究了这些金属配合物与DNA的作用。结果表明，四种配合物分子式分别为[C12H16N8Cu](teph)、[C18H24N12Co]Cl2·2H2O·2HCl、[C18H24N12Ni]Cl2.4H2O和[C18H24N12Mn](teph)·2H2O(teph，对苯二甲酸根)。四种金属配合物与DNA作用的方式均为嵌插作用；测得四咪唑铜、六咪唑钴和六咪唑锰与DNA的结合比为1：1，六咪唑钴和六咪唑锰与DNA的结合常数分别为5.94×105L·mol-1和4.44×103L·mol-1。 (3)合成了邻菲咯啉钴和邻菲咯啉镍两种化合物，通过晶体结构测定及部分化合物的红外(IR)、元素分析(EA)测定，确定了化合物的结构，并利用电化学和光谱的方法研究了这些金属配合物与DNA的作用。结果表明，两种配合物分子式分别为[Co(phen)2(Cl)(H2O)]Cl·2H2O、[Ni(C12H8N2)(C8H4O4)(H2O)3]·H2O。两种金属配合物与DNA作用的方式均为嵌插作用；结合比为1：1，结合常数分别为6.35×105L·mol-1和8.28×102L·mol-1。 (4)用自组装法制备了DNA修饰金电极，用电化学方法对电极的修饰效果进行表征，并以[Co(phen)2(Cl)(H2O)]Cl·2H2O作为杂交指示剂制成了DNA电化学传感器，通过对裸金电极、ss-DNA修饰金电极、与互补ss-DNA杂交后的ss-DNA修饰金电极(即ds-DNA修饰金电极)、与非互补ss-DNA杂交后的ss-DNA修饰金电极在分别嵌合杂交指示剂后微分脉冲伏安曲线的比较，说明这种基于[Co(phen)2(Cl)(H2O)]Cl·2H2O在DNA探针修饰金电极上电化学反应的DNA电化学传感器有良好的选择性，并用于检测特定序列的DNA片段。以[Mn(Im)6](teph)·2H2O作为杂交指示剂用共价键合法制备了DNA修饰玻碳电极，并对电极的修饰效果用电化学方法进行表征，制成了DNA电化学传感器。通过裸玻碳电极、ssDNA修饰玻碳电极、与互补ssDNA杂交后的ssDNA修饰玻碳电极(即dsDNA修饰玻碳电极)、与非互补ssDNA杂交后的ssDNA修饰玻碳电极在分别嵌合杂交指示剂后微分脉冲伏安曲线的比较，说明基于[Mn(Im)6](teph)·2H2O在DNA修饰玻碳电极上电化学反应的DNA电化学传感器有良好的选择性，能有效的识别互补的ssDNA片断，可用于实际样品的分析。

目录

文摘

英文文摘

0前言

1历史回顾与研究现状

1.1 DNA的结构及其电活性

1.2 DNA传感器设计原理

1.3 DNA修饰电极的制备及其特点

1.4杂交指示剂的研究

2存在的问题、建议

2.1存在的问题

2.2建议

3课题的提出及研究内容

参考文献

第一部分四氮大环配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

第一章四氮大环铜配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第二章四氮大环钴配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第三章四氮大环镍配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

参考文献

第二部分咪唑金属配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

第一章四咪唑铜配合物的合成及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第二章咪唑钴金属配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第三章咪唑镍金属配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第四章六咪唑锰配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

参考文献

第三部分邻菲咯啉金属配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

第一章邻菲咯啉钴配合物的合成及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

第二章邻菲咯啉镍配合物的合成、晶体结构表征及其与DNA作用机理的研究

1实验部分

2结果与讨论

参考文献

第四部分新型杂交指示剂的选择及DNA电化学传感器的研究

第一章巯基自组装修饰金电极的DNA电化学传感器的研究

1实验部分

2结果与讨论

第二章共价键合法修饰金电极DNA电化学传感器的研究

1实验部分

2结果与讨论

参考文献

结论

攻读博士学位期间发表的论文目录

致谢