荧光识别色氨酸的分子开关的设计

Determination of L - tryptophan is complex, time-consuming and high cost, so to find a sensitive，convenient and specific analytical method for tryptophan is very necessary. This project intends to use supramolecular fluorescent method for specific recognition of tryptophan. Cucurbit[8]uril (CB[8]) is used as a host compound, in which cavity the competition between rich-electron tryptophan (or tyrosine, phenylalanine) and different fluorescent micromolecules with deficient - electron viologen is investigated by the quantum mechanics, and the steric hindrance influence of block groups is also considered to find a suitable fluorescent micromolecule and block group, where tryptophan is just allowed to enter CB[8] cavity binding viologen to form a stable complex, compared to tyrosine and phenylalanine. Subsequently, a intramolecular charge - transfer (CT) compound is designed, where the logical fluorescent micromolecule and block group is linked to two sides of viologen by different length of flexible chain, where the CT compound could form a self-assemble complex with CB[8]. When tryptophan is added to the supramolecular system, it would enter CB[8] cavity instead of fluorescent group of the CT compound by dynamic assemble competition, resulting in the change of fluorescence and electrochemistry which is easy to detect. In this method, fluorescence spectrum is induced to analyze tryptophan, which is easy, sensitive, and no need to pretreat samples, to be fit for detection of deficient - tryptophan disease in regular physical exams.

目前分析L-色氨酸的方法操作复杂，耗时长，成本高。所以能够准确灵敏地分析色氨酸的方法是非常必要的。本项目拟利用超分子体系采用光谱法来特异识别色氨酸。以八元葫芦脲（CB[8]）为大环主体，通过量子力学计算，考察其空腔内部不同的供电荧光体（或色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）与紫菁的结合力以及空腔附近空间位阻的影响，寻找出合适的小分子荧光团和空间阻碍基团，确保只能色氨酸定向进入瓜环内部与紫菁结合，形成稳定的配位化合物。然后，设计合成出分子内电子转移化合物，其小分子荧光体和封端基团通过不同长度的柔性链连接在紫菁的两端。该分子与CB[8] 形成的超分子化合物可以通过与氨基酸的动力学组装过程实现对色氨酸的特异识别，产生的荧光与电位的双重变化。此色氨酸的检测方法在电化学研究的基础上，引入荧光分析法，使之更灵敏、更简单易测，而且不需要对样品进行前处理，适合于在临床检验时对氨基酸浓度检测。

目前分析L-色氨酸的方法操作复杂，耗时长，成本高。所以能够准确灵敏地分析色氨酸的方法是非常必要的。本项目以八元葫芦脲（CB[8]）为大环主体，计算其空腔内部不同的供电荧光体（或色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）与紫菁的结合力以及空腔附近空间位阻的影响，发现当供体与紫菁连接链n=4，5，6，7时，能量变化趋势与n=3时趋势基本相同，所以说紫菁通过连接含有三个或三个以上碳的柔性碳链的结合分子能隙的变化趋势基本稳定。.设计出的2-萘酚紫菁衍生物Ⅳ、Ⅴ可以与CB[8]形成1 : 1(n/n) 的超分子自组装化合物，其中CB[8]与Ⅳ为链式组装，而Ⅴ则自身发生折叠全部进入CB[8]空腔内。色氨酸与两种超分子体系只在CB[8]-Ⅳ的瓜环端口部分形成氢键，其它部分不参与组装；而其芳环部分可进入CB[8]-Ⅴ超分子空腔形成一个新的四元超分子体系。虽然，色氨酸与超分子体系作用时，自身荧光干扰比较严重，导致了荧光检测应用受到限制，但是CB[8]与2-萘酚紫菁衍生物超分子体系与色氨酸相互作用和结合模式的研究以及荧光分析方法，为今后瓜环超分子体系在中医药检测领域的应用奠定了一定的实验基础。另外，改变大环母体结构，设计了一种多功能大环多胺金属配合物，在碱性介质中其衍射峰值为525 nm时发出荧光，在pH为8.0~8.5范围内分子间的构成比例为1∶1时产生的配合物会荧光熄灭，因此可见该配合物对二价铜离子Cu2+的识别度较高，检测度较为灵敏。 荧光分析法灵敏更简、易测，不需要对样品进行前处理，这些实验检测均为下一步的应用及推广提供了理论基础。