用于功能手性分子識別的傳感器研究.pdf

1、分子識別是自然界一切生命現(xiàn)象的共同基礎。其中，手性識別是一種特殊的分子識別，它不僅是生物體內分子識別的基本模式，也是生物和化學領域中研究的熱點。對于手性識別有更充分的認識和了解，不僅可以幫助我們了解許多重要的生命過程，手性藥物和生物酶的作用機理，而且對于不對稱合成、對映體的拆分和檢測、新藥研發(fā)等均具有十分重要的科學意義和實際應用價值。 本文主要針對氨基酸手性識別的新方法進行了研究，建立了幾種有效的識別體系，并從定性和定量的角度對

2、不同的體系進行了一系列具有原始創(chuàng)新性的研究工作，并取得了比較有意義的研究成果。全文分四章，主要內容為： 第一章對手性識別的重要性及其在手性識別研究中已報道的體系進行了較為全面和系統(tǒng)的綜述。文獻檢索表明，在自然界以及生命體中蘊藏著大量的手性分子，手性的研究在生命科學、制藥以及材料科學中起著重要的作用。自從人們認識到手性識別的重要性，就已經開始對其進行探索。手性識別按照所研究的體系不同，可以大致分為五種：(1)主客體體系。這些主客體

3、體系的研究主要包括一些大環(huán)狀和籠狀分子(如環(huán)糊精、杯芳烴、冠醚、多糖、胍鹽類受體、甾族類受體等，通常被人們稱為手性選擇劑)與小分子之間的弱相互作用、抗原抗體的特異性識別、人工受體與底物之間的相互作用。在此對環(huán)糊精類、杯芳烴類、冠醚類、卟啉類等人工受體對氨基酸的手性識別研究進行了詳細的綜述，并對分子印跡聚合物用于手性識別也作了較為詳細的論述。(2)超分子體系用于手性的識別與放大。在這一部分中介紹了兩種用于手性識別的受體，一種是誘導類型的受

4、體，它沒有手性，但是易變形，結合特異性的手性客體以后，手性就會傳到受體上。另一種固有手性受體，這種受體的對映體的混合物在手性客體存在的情況下，以對映體混合物存在的平衡狀態(tài)會被打破，而形成以一種對映態(tài)為主的非對映異構體。(3)聚合物用于手性識別與放大。介紹了螺旋聚合物在該領域的最新動態(tài)。(4)利用金屬復合物進行手性識別與分離。介紹了鑭系金屬復合物和過渡金屬復合物用于手性識別的情況。(5)表面手性。通過在金屬表面吸附手性或非手性分子和特殊的

5、金屬表面處理而獲得手性表面，應用高級的顯微技術及相關的表面分析技術來表達。 第二章建立了基于氨基酸一Cu自組裝膜的電化學手性識別新方法。通過金表面自組裝N．乙酰基-L-半胱氨酸，在該自組裝膜上與Cu2+形成三元配合物，然后利用配體交換對手性組氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和青霉胺進行了識別，識別過程中使用方波伏安、交流阻抗、圓二色譜、核磁共振、X-ray光電子能譜和量子化學計算等多種方法對研究內容進行測定、表征和驗證。實驗結果表明，在這

6、些氨基酸的識別過程中，N．乙?；?L-半胱氨酸在電極上與Cu2+形成的三元復合物對側鏈為鏈狀的氨基酸沒有識別作用，所以在識別過程中Cu-Tr弱相互作用起著重要的作用。在進行苯丙氨酸識別的過程中，在電極上形成混合的三元復合物一非對映異構體以后，非對映異構體表現(xiàn)在方波伏安上的電位差異為32mV。同時我們使用量子化學中UB3LYP方法計算了手性底物與表面自組裝膜發(fā)生配體交換的立體效應，用該方法獲得的兩者理論能量差異值為3．5KJ／mol，該能

7、量值與我們實驗所測量得到的電位差所對應的能量差相當。因此該方法為設計新型電化學手性探針提供了理論依據(jù)。此外，我們發(fā)現(xiàn)，當用青霉胺組裝在電極上對含有苯環(huán)的氨基酸進行識別時，沒有發(fā)現(xiàn)手性識別作用，所以N．乙?；?L-半胱氨酸分子中的乙?；谧R別過程中也起著一定的作用。因此，在利用金屬配合物的性質進行手性識別時，分子間或分子內的弱相互作用是進行識別的一個必要條件。 第三章通過制備手性聚苯胺膜傳感器對苯丙氨酸進行了手性識別，并研制了基于

8、不同構型的兩種苯丙氨酸手性傳感器。首先用電化學和化學兩種合成方法合成了光學活性的聚苯胺，并對合成的聚苯胺進行了透射電鏡和圓二色譜的表征。鑒于電化學合成法速度較慢，故使用化學合成法合成的光學活性的聚苯胺修飾玻碳電極。研究發(fā)現(xiàn)，(一)聚苯胺傳感器可以有效地識別L一苯丙氨酸，表現(xiàn)為它對L．苯丙氨酸的響應斜率為59mV／dec，對D．苯丙氨酸的響應斜率為35mV／dec；(+)聚苯胺傳感器可以有效的識別D一苯丙氨酸表現(xiàn)在它對D．苯丙氨酸的響應斜

9、率為61mV／dec，對L一苯丙氨酸的響應斜率為31mV／dec。以(一)聚苯胺傳感器為例，對該傳感器的其它性質進行了詳細的研究。該傳感器的線性范圍為2．0×10。至1．8×10-2M，檢測限為5．0×10-6M，對映選擇性系數(shù)為0．23。對苯丙氨酸異構體混合物響應斜率則介于35～59mV／dec之間，這些斜率與對映體的混合物的比例之間的關系，可以作為對映體混合物純度的一個定性分析指數(shù)。本章還研究了溶液pH、介質、電極表面覆蓋度等因素對

10、該傳感器的影響以及傳感器的選擇性和穩(wěn)定性等。 第四章采用自組裝的方法將牛血清白蛋白(BSA)固定在電極上，使用電位階躍通過測定膜電容直接檢測氨基酸。雖然電位階躍法相對比較靈敏，而且測試速度也比較快，然而氨基酸這樣的小分子結合在BSA上以后相對于BSA這樣的大分子而言，它對膜的厚度的影響是微不足道的，因此也不會使膜電容有很大的變化。實驗結果表明，這種方法直接用來識別氨基酸是不可取的。根據(jù)實驗失敗的原因提出了兩個解決問題的方案：一是