葫蘆脲的分子識別在色譜及其相關(guān)應(yīng)用中的研究.pdf

1、分子識別是超分子體系的核心,也是超分子結(jié)構(gòu)形成的基礎(chǔ)。它指主體客體之間通過空間匹配下的分子間相互作用,選擇性地相互結(jié)合并產(chǎn)生特定功能的過程。由于分子識別在分離材料、藥物載體和環(huán)境污染治理等方面存在巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景,日益受到分析化學(xué)家、藥物化學(xué)家和環(huán)境化學(xué)家的高度重視。葫蘆脲(cucurbit[n]uril,CB[n],n=5～8)是繼冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴之后的第四代新型超分子化合物,它具有獨特的空腔結(jié)構(gòu),同時端口環(huán)繞著眾多羰基

2、。實驗證實葫蘆脲對許多有機陽離子和中性分子客體表現(xiàn)出較強的分子識別能力。本學(xué)位論文利用葫蘆[7]脲做配體,首次制備了葫蘆[7]脲氣相色譜固定相,較系統(tǒng)地研究了該固定相的色譜性能。以熒光光譜法和紫外可見光譜為手段,較系統(tǒng)地研究了葫蘆[7]脲與牛血清白蛋白(BSA)、嘌呤、染料的相互作用,為其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、較全面地綜述了葫蘆脲家族的結(jié)構(gòu)特征、合成方法；重點概括了葫蘆脲分子識別作用的研究現(xiàn)

3、狀,并展望了其在分析化學(xué)中的應(yīng)用前景。以此作為本論文的選題依據(jù)和實驗設(shè)計的出發(fā)點。
　　 2、目前,有關(guān)葫蘆脲的合成與分離純化研究較少。本論文在參考前人工作的基礎(chǔ)上,采用多聚甲醛代替40％甲醛溶液及先水分后酸分的方法來簡化制備分離過程,提高葫蘆[7]脲產(chǎn)量,同時降低鹽酸用量,保護環(huán)境,降低生產(chǎn)成本,為制備葫蘆脲氣相固定相以及研究葫蘆脲的分子識別作用提供原材料。
　　 3、首次制備葫蘆[7]脲氣相色譜填充柱(3.2mm×2

4、.1m),采用不同溶質(zhì)探針,評價了新固定相的基本色譜性能,并探討了其色譜分離機理。結(jié)果表明:CB[7]固定相對芳香烴、鹵代烴、醇類、酮類、酯類、硅氧烷等廣泛的分離對象顯示較高的分離選擇性,例如對難分離的醇類位置異構(gòu)體也有較好的分離能力,尤其在高柱溫下能快速分離高沸點的酯類和硅氧烷類化合物(<7min),當(dāng)升溫速率高達到150℃min-l仍能保持平穩(wěn)的基線。這歸因葫蘆脲結(jié)構(gòu)高度的穩(wěn)定性和多種超分子作用,包括對氣態(tài)溶質(zhì)的包結(jié)作用。因此,CB

5、[7]固定相更適用于分離高沸點的化合物,是一種良好的氣相色譜固定相。
　　 4、葫蘆[7]脲除做分離材料外,也是一種新型藥物載體。采用熒光光譜法研究了水溶性較好的CB[7]與牛血清白蛋白(BSA)的相互作用,目前尚未見報道。實驗發(fā)現(xiàn),在人體生理pH7.4時,BSA的內(nèi)源熒光強度隨著CB[7]濃度的增大而明顯降低,熒光峰發(fā)生一定的紅移,且猝滅常數(shù)隨溫度升高而逐漸降低。分別采用Stern-Volmer方程和Lineweaver-Bu

6、rk雙倒數(shù)方程等處理實驗數(shù)據(jù),獲得了不同溫度下的反應(yīng)結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位點數(shù)以及相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)。在298K時,測得CB[7]與BSA的表觀結(jié)合常數(shù)(KA)為2.3367×105Lmol-1,結(jié)合位點數(shù)為1.078?；跓崃W(xué)參數(shù)判定疏水作用和靜電作用兩者是它們之間的主要協(xié)同作用力。疏水作用來自于葫蘆脲疏水空腔對BSA氨基酸殘基的部分包結(jié)作用,與靜電作用一起維系CB[7]-BSA的穩(wěn)定性。同步熒光技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)CB[7]沒有引起B(yǎng)SA構(gòu)象的變化

7、,為葫蘆脲在藥物載體和生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供有用的信息。
　　 5、采用熒光光譜法研究了CB[7]對巰嘌呤(6-MP)和腺嘌呤(ADP)的包結(jié)作用,考察了時間、pH以及溫度對熒光強度和包結(jié)作用的影響,利用Benesi-Hildebrand方程分別計算出巰嘌呤和腺嘌呤與CB[7]的包結(jié)常數(shù)。實驗表明:酸度對體系的包結(jié)有明顯的影響。巰嘌呤在pH=8.0和腺嘌呤在pH=2.0左右時,分別具有穩(wěn)定和最佳激發(fā)和發(fā)射波長,隨著CB[7]濃度

8、的增大,體系的熒光強度都有明顯增強,包結(jié)作用迅速(小于5min)。實驗得出CB[7]與巰嘌呤和腺嘌呤的包結(jié)比均為1:1,在298K時的包結(jié)常數(shù)分別為3.6797×102 Lmol-1和2.2033×102Lmol-1。通過熱力學(xué)參數(shù)的變化,探討了維系包結(jié)物穩(wěn)定性的主要作用力。CB[7]是葫蘆脲家族中水溶性最強的主體分子,作為一種安全低毒的藥物載體極具潛力。
　　 6、采用紫外可見光譜法研究CB[7]分別與直接大紅、直接桃紅、直接

9、耐酸性棗紅等三種常用的水溶性直接染料的相互作用。實驗發(fā)現(xiàn),隨著CB[7]濃度的增大三種染料的吸光度顯著降低,均出現(xiàn)等吸點,并考察了主體分子的濃度、緩沖液的pH、溫度、有機溶劑、表面活性劑等因素對光譜變化的影響。結(jié)果表明,CB[7]能分別與三種染料形成較穩(wěn)定的配合物,這類配合物的形成與其對染料結(jié)構(gòu)基團的部分包結(jié)作用相關(guān)。運用等摩爾比法和Job法確定它們均形成1:1型的包結(jié)配合物。同時,通過測得的包結(jié)反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)可知:它們的包結(jié)反應(yīng)均為放