以磺化杯[n]芳烃为超分子主体的分子光谱学研究

【摘要】杯芳烃是继冠醚和环糊精之后的第三代超分子主体化合物，以杯芳烃为主体的超分子化学是目前超分子化学中最活跃的研究领域之一，杯芳烃具有空腔可调节、构象可变化、易化学修饰等优点而使之在生命科学、材料科学、药物学及超分子化学研究领域中展现出广泛的应用前景。本论文以超分子化学、药物分析学及化学热力学为研究背景，采用荧光分光光度法、紫外分光光度法、核磁共振光谱和密度泛函理论计算等手段从实验和理论两方面研究了以水溶性磺化杯[n]芳烃为超分子主体与某些客体分子之间的相互作用，建立了包合物的分子模型，并阐述了包合物的形成机理，为提高药物的生物利用率和荧光传感器的研制提供了理论基础。具体研究内容如下：1.简要阐述了超分子化学的概况，回顾了杯芳烃的发展进程并介绍了杯芳烃及其衍生物的结构特点及与客体分子相互作用的机理，综述了以磺化杯芳烃为主体的识别作用及在生物医药学领域中应用研究进展，评述了杯芳烃及其衍生物为主体的分子识别、分子组装及热力学研究所取得的重要成果和研究现状。2.通过荧光滴定法和核磁共振法研究了超分子化合物磺化杯[n]芳烃(SCnA,n=4,6,8)与洛美沙星分子(LFLX)之间的相互作用。发现SCnA与LFLX分子作用形成了化学计量比为1:1的主客体包合物，并且产生强大的荧光猝灭现象。从pH和温度等方面探讨了影响包合过程的因素及作用力，证实静电作用和结构的匹配效应占据着主导地位。结果表明，在不同的pH值和温度条件下，包合物有不同的结合常数，而且在相同条件下，结合常数是随着杯芳烃环中酚单元数目的增加而增大的。在温度为298K时，pH=6的Britton–Robinson缓冲溶液中，SC4A、SC6A和SC8A分别与LFLX分子形成的包合物的结合常数为7.49×104、2.38×105和3.96×105L/mol。同时，根据Van′tHoff方程测定了包合物的焓值(ΔH)和熵值(ΔS)，从而获得相应的吉布斯自由能(ΔG)。负的自由能说明了包合物的包合过程是自发的。此外，1HNMR研究和密度泛函理论(DFT)计算解释了主客体之间相互作用的机理，建立了主客体包合物的分子模型。3.采用荧光滴定法和核磁共振法研究了磺化杯[6]芳烃(SC6A)与普鲁卡因(PC)之间的超分子作用。并详细探讨了pH、温度、离子强度和SC6A浓度对包合过程的影响。在pH=7.5的Britton–Robinson溶液中，随着SC6A溶液的逐渐滴加，PC溶液的荧光强度发生了明显的猝灭现象，这说明PC与SC6A形成了稳定的包合物。通过线性双倒数法确立了包合物的结合比为1:1，且计算出包合物的结合常数为1.29×104L/mol。1HNMR光谱证实了PC分子的脂肪族链部分进入SC6A的疏水空腔内，密度泛函理论计算验证了这一说法。4.采用一种新型的荧光探针滴定法研究了磺化杯[4]芳烃（SC4A）与三种不同的离子液体之间的包合作用。发现在pH=2的水溶液中，黄连碱（COP）仅有微弱的荧光发射，然而在该溶液中加入SC4A溶液后荧光发射显著增强。据此形成了一种新的荧光探针体系—磺化杯[4]芳烃-黄连碱（SC4A-COP），实验结果表明，分别将三种不同的1-丁基-3-甲基咪唑鎓离子液体（C4MIm+）逐渐加入到该荧光探针体系中时，即可观察到荧光探针体系的荧光强度剧烈降低。这就说明了通过竞争反应这三种离子液体都能与SC4A发生包合作用。本文还通过线性方程计算出了三种包合物的包合常数。密度泛函理论计算确立了以上包合物的分子模型。1HNMR光谱证实了这些分子模型的存在。证实了离子液体的1-丁基-3-甲基咪唑鎓部分进入了SC4A的空腔。
【作者】刘海龙；
【导师】杜黎明；
【作者基本信息】山西师范大学，药物分析学，2014，硕士
【关键词】荧光滴定法；密度泛函理论；磺化杯[n]芳烃；洛美沙星；普鲁卡因；离子液体；

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