基于N-苯基咔唑三元环的构筑及其对半胱氨酸的识别

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摘要：本论文通过N-苯基咔唑衍生的含有酰胺基团的双三齿配体与过渡金属Co2+离子进行配位自组装，制备了一例荧光金属–有机三元环化合物Co–PBCD，其结构通过质谱表征，并进一步被理论计算证实。探索了Co–PBCD对天然氨基酸的识别研究，荧光和紫外-可见吸收光谱测试表明金属–有机三元环Co–PBCD对半胱氨酸的识别具有专一性。49302

毕业论文关键词：半胱氨酸、检测、金属–有机三元环、识别。

Construction and sensing study of functionalized metal–organic cyclohelicate based on N-Phenylcarbazole

Abstract: In this paper, a new luminescent metal−organic cyclohelicate, Co–PBCD, was achieved via self-assembly of amide-containing N-Phenylcarbazole functionalized ligands and cobalt (II) nitrate, the structure was characterized by mass spectrum and further confirmed through DFT calculation. The host–guest behavior of the metal−organic cyclohelicate Co–PBCD hosts towards 20 kinds of natural amino acids was investigated by spectroscopic titrations. UV-vis absorption titration and fluorescent titrations all demonstrated that Co–PBCD has a high selectivity for cysteine (Cys) sensing, the host–guest interaction modes and revealed the possible 1:1 complexation stoichiometry.

Keyword: Cysteine; Detection; Metal−organic cyclohelicate; Recognition.

1. 前言

半胱氨酸(Cys)，是含有游离巯基基团的重要氨基酸，对于许多生物系统来说，是在生物体内起着至关重要的一种氨基酸。半胱氨酸是蛋白质的组成部分；在铁硫簇中，硫化物的主要组成部分；抗氧化剂谷胱甘肽(GSH)[1,2]组成的一部分。半胱氨酸(Cys)和其只有一个亚甲基差别的同型半胱氨酸(Hcy)在许多生理学过程中都起着至关重要的作用，例如通过自由巯基来实现生物的氧化还原平衡中、在生物系统中使硫化物氧化[3]的过程中，另外还具备多种细胞的功能，例如解毒和代谢[4]。半胱氨酸的缺乏，会引发多种综合症状的发生，如儿童生长缓慢，毛发色素脱失，肝脏损害，皮肤损伤和水肿[5]，所以在健康监测和医疗领域上它一直被认为是重要的。这就引起了很多人的利用及研究。

BODIPY修饰的金纳米粒子[6](pybdp AuNPs)就是研究成果中的其中一项，它被用来检测半胱氨酸。在这个实验中，是以柠檬酸钠为还原剂，pybdp作为封端剂，来制备金纳米粒子的。当加入半胱氨酸时，pybdp分子从金纳米粒子表面，通过在金和巯基间存在的强亲和力作用下，发生配体交换取代，从而释放出来，并由此使得pybdp分子发出绿色荧光[7,8]。从这个实验中我们得出，这个半胱氨酸诱导的pybdp AuNPs取代是由一个1.2 m检测限的荧光光谱检测得出的，半胱氨酸的最佳检测pH范围为5到12。此外，pybdp金纳米粒子可以被当作一个检测活细胞中的半胱氨酸的荧光探针，这也可以被作为检测半胱氨酸的又一种方法。

细胞内硫醇诱导pybdp AuNPs荧光开关示意图。

与它相似的，也是用金纳米颗粒(pybdp AuNPs)做的一个实验。为了更有效的检测Cys(图1)，这个实验用的是新的硼-二吡咯亚甲基官能化[9]的金纳米颗粒(pybdp AuNPs)。在这里，金纳米粒子是被作为一种高效的荧光淬灭剂使用的，虽然也是讲的荧光，但pybdp在这里被作为一种荧光团使用，pybdp AuNPs表现出弱的荧光(< 0.01)。这一新的以金纳米粒子为基础的荧光传感器技术，在有高半胱氨酸Hcy、谷胱甘肽和其它水缓冲溶液中的氨基酸的存在下，显示出对半胱氨酸更高选择性。

另外，采用两个罗丹明化学传感器和一个上转换原理设计了两个Cys传感系统[10]，这种传感系统在其他氨基酸存在下对Cys和Hcy来说表现出良好的选择性。它已成功地应用于有低细胞毒性存在的情况下的活细胞中的Cys和Hcy成像。还有一种新型的荧光材料P-acid已被人工合成，并被醛基改良，通过一个“增强d-PET”机制建立一个off-on的荧光传感器。该传感器对于Cys和Hcy的检测比其他氨基酸的检测表现出了更高的选择性，并且被用于多孔的Cys和Hcy检测的荧光成像[11,12]。