三环及多环核苷的设计、合成及在荧光标记中的应用

Tricyclic and polycyclic purine nucleosides usually have good fluorescence and biological activities. They have greatly increased the fluorescence intensity via expanding the conjugated system of purine base. They have been used to determine the nucleic acid sequence, detect pathogens and analyze the gene expression so as to play a huge role in the diagnosis of pathogenesis of the genetic diseases. Therefore, the synthesis of these compounds and the study of their fluorescence properties have important theoretical significance and application value. So far, this field have some faults, such as, less report, inadequacy diversity, long process, multi steps and low yields. It is a very important task to synthesize the fluorescence purine nucleoside derivatives which own novel structure and high sensitivity. In recent years, we have been working on modification of nucleosides/nucleotides. We have synthesized more than 400 kinds of novel nucleoside analogues and accumulated valuable experiences. Using 6-Cl/2-Cl-purine nucleoside(deoxyribonucleoside) as material, we plan to introduce the arylamine or enamine group into 6-/2-of pruine, then synthesize tricyclic or polycyclic purine nucleoside compounds with structural diversity via C-H amination reaction, further derive oligomeric nucleoside compounds labeled by polycyclic nucleosides and reserach the application of these compounds.

三环及多环嘌呤核苷通常具有良好的荧光和生物活性，它们可以通过扩大碱基的共轭体系，大大增加化合物的荧光强度。该类化合物通常可以用来测定核酸序列，检测病原体，分析基因的表达，在诊断遗传疾病的发病机理方面发挥着巨大的作用。因此对该类化合物的合成及荧光性质进行研究具有重要的理论意义和应用价值。到目前为止，该类化合物的报道较少、化合物的多样性不足、合成步骤长、收率低，因此设计合成结构新颖、灵敏度高的多环嘌呤核苷衍生物就成为一个不可忽视的课题。本课题组近年来一直从事核苷（酸）类似物的结构修饰，合成了400多种新核苷类化合物，具有丰富的经验积累。本项目拟以6氯及2氯嘌呤核苷（脱氧核苷）为原料，首先在6位或2位引入芳胺或烯胺基团，然后通过C-H活化\分子内胺化反应合成结构多样的具有三环或多环嘌呤核苷类化合物，进一步合成多环核苷标记的寡聚核苷酸，并对所合成的化合物的应用进行研究。

本项目利用腺嘌呤与硝基烯烃串联的Michael加成/氧化偶联反和6-炔丙基氨基嘌呤分子内环化反应，合成了一系列三环嘌呤核苷类化合物，并对其中部分化合物的荧光性能进行了初步研究，为进一步开发具有荧光活性的三环及多环核苷类化合物提供依据。设计合成了基于脱氧腺苷的二芳基乙烯类光控开关分子，研究了其光致变色性质和碱基配对性质。该类化合物能靶向定位溶酶体，应用于细胞荧光成像，有望嵌入寡核苷酸，合成光致变色的核苷酸。该研究为溶酶体成像与监测提供了一种新方法，对许多疾病发展的基础研究具有重要意义。设计合成了嘌呤8-位进行氟硼荧光体修饰的核苷荧光分子，研究了其对网织红细胞的染色功能，实现了目标分子对网织红细胞的分离及其黏度变化的检测，可以应用到医学上对血液病的早期诊断。设计合成了具有金属离子识别功能的核苷荧光分子。以腺嘌呤为原料，在嘌呤的6位引入不同的金属离子识别基团，合成了两种结构新颖的核苷类荧光探针，分别对汞离子和钯离子识别功能。.共发表标注本项目编号（21272059）的论文21篇，均为SCI论文，其中影响因子6.0以上的10篇；在国内外学术会议上交流论文16篇，做会议邀请报告（含口头报告）6次；申请国家发明专利12项，获得发明专利授权6项；获河南省科技进步一等奖1项；参编国际专著1部，撰写中文著作1部并获得2013年国家科学技术学术著作基金资助。由于在国家自然科学基金的促进下科学研究、人才培养及其它工作均取得了很好的成绩，课题负责人郭海明教授入选：享受国务院特殊津贴专家，国家中青年科技创新领军人才，百千万人才工程国家级人选，国家有突出贡献中青年专家。培养研究生26名，其中1名获得博士学位，13名获得硕士学位，获得国家教学成果二等奖1项，河南省教学成果二等奖1项。