肽核酸（PNA）介入DNA杂合催化剂的研究
发布时间：2020-04-10 15:28
【摘要】：不对称催化一直是现代有机化学的研究重点,DNA杂合催化剂由于其高效高选择性的特点从2005年被提出以来便得到了广泛的发展,DNA杂合催化剂由手性支架、催化金属中心以及连接两者的配体三部分组成,通过对这三部分的改造、修饰,人们可以实现对催化剂的性能优化以及催化机理的探索。本论文第一次将肽核酸双链(PNA-PNA)及PNA-DNA杂交链作为手性支架构成新型杂合催化剂应用到不对称反应中,同时与传统DNA杂合催化剂进行对比来探索沟渠大小对催化性能的影响。PNA作为DNA的结构类似物,可通过Watson-Crick键与DNA合成手性双链体。本文合成了三种类型的手性支架,将其与联吡啶铜络合组成杂合催化剂,通过Friedel-Crafts反应来评价催化性能。结果显示三种类型的双链合成的杂合催化剂均能催化反应并且可以得到一定的对映体过量值(enantiomeric excess,ee),通过对比实验数据我们发现随着双链中PNA成分的增加ee值呈下降趋势,这可能是PNA骨架不带电荷双链间无静电斥力进而改变了双链沟渠的大小造成的,离子强度实验从DNA沟渠的角度验证这一结论。重复性实验则证明PNA介入后的杂合催化剂的催化效果比DNA杂合催化剂稳定,可重复利用多次。为了进一步讨论催化结果差异的原因,本论文进行了一系列光谱学的表征方法。圆二色谱实验表明联吡啶铜与三种双链的作用模式有显著差异。紫外滴定实验显示PNA-PNA双链与联吡啶铜的结合常数较大,说明PNA双链的结构与联吡啶铜的亲和能力强,这证明了 PNA催化反应的ee值较低并不是由于游离的联吡啶铜造成的。Tm实验结果显示PNA双链最稳定,表明PNA杂合催化剂有实际应用价值。本文首次将PNA应用到杂合催化领域,拓宽了手性支架的范围,并且讨论了造成DNA-DNA、DNA-PNA和PNA-PNA三种双链做手性支架的杂合催化剂催化效果出现差异的原因,为杂合催化剂手性支架的研究拓宽了思路。
【图文】：
离子结合生成过渡金属配合物，可以引领过渡金属进入或接近ＤＮＡ双螺旋，从而使逡逑催化反应发生的位置在ＤＮＡ手性微环境内，将ＤＮＡ的手性传递给催化中心，进而产逡逑生具有对映体过量值的产物。过渡金属配合物与ＤＮＡ共有两种结合策略（图１－１），超逡逑分子自组装（图１－１Ｂ）和共价锚定（图１－１Ａ）。逡逑超分子自组装主要有小沟结合和插入结合两种作用方式，金属离子配合物主要依逡逑靠氢键、范德华力和静电吸引等相互作用力与ＤＮＡ结合，而共价锚定则是将金属配逡逑合物与ＤＮＡ以共价键的形式连接在一起ｆ１４，邋Ｗ，连接位置可以是化学修饰过的碱基或逡逑磷脂。逡逑Ａ逡逑ｓＳ逦ｈ逦＾非手性底物逡逑ＣＭ＋邋■—自组装一逡逑Ｂ逡逑共价修饰的核苷酸逡逑＿逦ｙ邋ｙ逦ｂ邋，非手性底物逡逑ｉｌｌ逡逑＾＋ＣＭ逦ｓ逦ｐ、手性产物逡逑图１－１邋（Ａ）超分子自组装结合方式；（Ｂ）共价结合方式逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋（Ａ）Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ；邋（Ｂ）Ｃｏｖａｌｅｎｔ邋ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ邋ｓｔｒａｔｅｇｙ．逡逑１．１．１．２配体的发展逡逑配体经过第一代和第二代的发展（图１－２），２００５年首次发现ＤＮＡ杂合催化剂时所逡逑应用的为第一代配体（图１－２Ａ），其组成包括氨甲基吡、一段柔性连和９－氨基吖啶。研逡逑究表明，由第一代配体组成的杂合催化剂的催化性能与取代基Ｒ和柔性连的长度有逡逑关
Ｆｉｇｕｒｅ邋１－７邋ＣＤ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋ＤＮＡ邋（Ａ）邋Ｂ－Ａ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ；邋Ｂ）邋Ｂ－Ｚ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑（２）逦Ｇ■四联体ＤＮＡ逡逑中国科学院的李灿课题组在２０１２年发现人工构建的Ｇ四联体ＤＮＡ（图１－８Ａ）也可逡逑以催化不对称Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓ反应，不需要配体，，直接加铜离子就可以进行催化，最高逡逑可得到７５％的ｅｅ值，并且催化产物的绝对构型和对映体选择性受到ＤＮＡ序列的影响。逡逑随后的研究中发现Ｇ４ＤＮＡ催化反应的ｅｅ值可受碱金属的调控［３２］，当加Ｎａ＋时反应逡逑ｅｅ值为正，加Ｋ＋时反应ｅｅ值为负，进一步研究发现加不同的碱金属离子可对Ｇ４ＤＮＡ逡逑的ＣＤ信号产生不同影响，说明碱金属可以造成Ｇ４ＤＮＡ结构的变化，最终表现为对逡逑催化反应中ａ值的影响。逡逑Ａ逦Ｂ逦Ｃ逡逑：媝ｉ：便Ｉ！逦ｃ~栧义希义贤迹保福ǎ粒撬牧澹唬ǎ拢┚迪瘢模危粒唬ǎ茫模危练⒓绣义希疲椋纾酰颍邋澹保稿澹ǎ粒牵瘢酰幔洌颍酰穑欤澹诲澹ǎ拢停椋颍颍铮颍桑恚幔纾邋澹模危粒诲澹ǎ茫模危铃澹龋幔椋颍穑椋铄义希ǎ常
本文编号：2622396
【图文】：
离子结合生成过渡金属配合物，可以引领过渡金属进入或接近ＤＮＡ双螺旋，从而使逡逑催化反应发生的位置在ＤＮＡ手性微环境内，将ＤＮＡ的手性传递给催化中心，进而产逡逑生具有对映体过量值的产物。过渡金属配合物与ＤＮＡ共有两种结合策略（图１－１），超逡逑分子自组装（图１－１Ｂ）和共价锚定（图１－１Ａ）。逡逑超分子自组装主要有小沟结合和插入结合两种作用方式，金属离子配合物主要依逡逑靠氢键、范德华力和静电吸引等相互作用力与ＤＮＡ结合，而共价锚定则是将金属配逡逑合物与ＤＮＡ以共价键的形式连接在一起ｆ１４，邋Ｗ，连接位置可以是化学修饰过的碱基或逡逑磷脂。逡逑Ａ逡逑ｓＳ逦ｈ逦＾非手性底物逡逑ＣＭ＋邋■—自组装一逡逑Ｂ逡逑共价修饰的核苷酸逡逑＿逦ｙ邋ｙ逦ｂ邋，非手性底物逡逑ｉｌｌ逡逑＾＋ＣＭ逦ｓ逦ｐ、手性产物逡逑图１－１邋（Ａ）超分子自组装结合方式；（Ｂ）共价结合方式逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋（Ａ）Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ；邋（Ｂ）Ｃｏｖａｌｅｎｔ邋ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ邋ｓｔｒａｔｅｇｙ．逡逑１．１．１．２配体的发展逡逑配体经过第一代和第二代的发展（图１－２），２００５年首次发现ＤＮＡ杂合催化剂时所逡逑应用的为第一代配体（图１－２Ａ），其组成包括氨甲基吡、一段柔性连和９－氨基吖啶。研逡逑究表明，由第一代配体组成的杂合催化剂的催化性能与取代基Ｒ和柔性连的长度有逡逑关
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