方俊民臺灣大學：化學研究所呂紹宏Lu, Shao- HungShao- HungLu2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52012摘要 本論文主要對於生物界中的重要受質鳥糞嘌呤設計合成出具多重氫鍵結合的受體：乙炔連接之1,8-口奈啶-苯胺共軛分子APENA、Ac-APENA 和Me-APENA，並對於其光物理性質、結合能力的評估以及相關研究加以討論。化合物Ac-APENA 和Me-APENA 對於嘌呤類的鳥糞嘌呤衍生物，皆具有選擇性的辨識作用。鳥糞嘌呤（G-10）可與Ac-APENA 與Me-APENA 產生結合，造成螢光淬熄，經計算得知結合常數相當高（64200 與90800 M-1），而A-10 無法與Ac-APENA以及Me-APENA 結合造成螢光光譜的變化。我們利用螢光光譜測定，比其他實驗方法靈敏許多，此高效率螢光感測器將有助於生物有機相關研究之應用。Abstract In this thesis we develop the hydrogen-bonding receptors based on the ethynyl-linked aniline−naphthyridene molecules（APENA、Ac-APENA and Me-APENA ） for the biologically important Guanine substrate. We investigate their photophysical properties, binding affinity and the related experiments. The receptors Ac-APENA and Me-APENA show good and selective binding affinity for guanine derivatives. The binding of Ac-APENA and Me-APENA with Guanine（G-10）causes fluorescence quench. The calculation indicates the binding affinity is very high, Ka = 64200 and 90800 M-1 for Ac-APENA and Me-APENA, respectively. These molecules can not bind with A-10, and no fluorescence change was ovserved. These efficient fluorescent chemosensors are potentially useful in bioorganic chemical researches.目錄 目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••I 圖目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••V 表目錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••IX 流程目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••X 簡稱用語對照表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••XI 中文摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••XII 英文摘要 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••XIII 壹、 緒論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 分子辨識•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 鳥糞嘌呤核苷之辨識 ••••••••••••••••••••••••••••••••2 貳、 結果與討論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••15 鳥糞嘌呤核苷酸之分子辨識研究 •••••••••••••••••••••••••15 一、 設計與合成 ••••••••••••••••••••••••••••••••••15 二、 光物理性質 ••••••••••••••••••••••••••••••••••21 三、 結合能力評估 •••••••••••••••••••••••••••••••••31 （一） APENA 受體分子與核苷之結合能力•••••••••••••••••33 （二） Ac-APENA 受體分子與核苷之結合能力••••••••••••••36 （三） Me-APENA 受體分子與核苷之結合能力••••••••••••••41 （四） 結論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45 參、 結論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••49 肆、 實驗部分 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51 一、 一般敘述 ••••••••••••••••••••••••••••••••••51 （一）測試及實驗儀器 ••••••••••••••••••••••••••••51 （二）溶劑與試劑之前處理 •••••••••••••••••••••••••52 （三）實驗前準備要項 ••••••••••••••••••••••••••••53 （四）紫外−可見光及螢光光譜滴定實驗步驟 ••••••••••53 二、 實驗步驟與光譜數據 •••••••••••••••••••••••••••••55 伍、 參考文獻 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••71 陸、 附錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••77 化合物1 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••78 化合物2 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••79 化合物2 之碳譜••••••••••••••••••••••••••••••••••80 化合物3 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••81 化合物4 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••82 化合物5 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••83 化合物5 之碳譜••••••••••••••••••••••••••••••••••84 化合物6 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••85 化合物6 之碳譜••••••••••••••••••••••••••••••••••86 化合物7 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••87 化合物7 之碳譜••••••••••••••••••••••••••••••••••88 化合物8 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••89 化合物8 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••90 化合物9 之氫譜••••••••••••••••••••••••••••••••••91 化合物9 之碳譜••••••••••••••••••••••••••••••••••92 化合物10 之氫譜•••••••••••••••••••••••••••••••••93 化合物10 之碳譜•••••••••••••••••••••••••••••••••94 化合物11 之氫譜•••••••••••••••••••••••••••••••••95 化合物11 之碳譜•••••••••••••••••••••••••••••••••96 化合物12 之氫譜•••••••••••••••••••••••••••••••••97 化合物13 之氫譜•••••••••••••••••••••••••••••••••98 化合物14 之氫譜•••••••••••••••••••••••••••••••••99 化合物14 之碳譜•••••••••••••••••••••••••••••••••100 APENA（上）與G-10（下）個別的ESI-MS 圖••••••••••••101 APENA 與G-10 形成1 : 1 錯合物之ESI-MS 圖••••••••••102 Ac-APENA（上）與G-10（下）個別的ESI-MS 圖••••••••••103 Ac-APENA 與G-10 形成1 : 1 錯合物之ESI-MS 圖••••••••104 Me-APENA（上）與G-10（下）個別的ESI-MS 圖••••••••••105 Me-APENA 與G-10 形成1 : 1 錯合物之ESI-MS 圖•••••••106 圖目錄 圖1 鳥糞嘌呤核苷單磷酸鹽（GMP）結構圖 •••••••••••••••••2 圖2 互補氫鍵鍵結模式•••••••••••••••••••••••••••••••••15 圖3 目標分子APENA、Ac-APENA 和Me-APENA 結構••••••••••16 圖4 化合物APENA 在乙酸乙酯（左）及四氫呋喃（右）的UV-Vis 光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21 圖5 化合物APENA 在二氯甲烷（左）及乙醇（右）的UV-Vis 光譜 圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21 圖6 化合物APENA 在甲醇（左）及氰甲烷（右）的UV-Vis 光譜圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22 圖7 化合物APENA 在二甲基亞碸（左）及不同溶劑（右）的 UV-Vis 光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22 圖8 化合物Ac-APENA 在乙酸乙酯（左）及四氫呋喃（右）的 UV-Vis 光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••24 圖9 化合物Ac-APENA 在二氯甲烷（左）及乙醇（右）的 UV-Vis 光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••24 圖10 化合物Ac-APENA 在甲醇（左）及氰甲烷（右）的 UV-Vis 光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••24 圖11 化合物Ac-APENA 在二甲基亞碸的UV-Vis 光譜圖•••••••25 圖12 化合物Ac-APENA 在各種溶劑中的UV-Vis（左） 及螢光（右）光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••25 圖13 化合物Me-APENA 在EtOAc（左）THF（右）的UV-Vis 光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27 圖14 化合物Me-APENA 在二氯甲烷（左）及乙醇（右）的 UV-Vis 光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••27 圖15 化合物Me-APENA 在甲醇（左）及氰甲烷（右）的 UV-Vis 光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••28 圖16 化合物Me-APENA 在二甲基亞碸的UV-Vis 光譜圖•••••••28 圖17 化合物Me-APENA 在各種溶劑中的UV-Vis（左）及螢光（右）光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28 圖18 化合物7 螢光量子產率UV−Vis 圖（左）和 螢光圖（右）••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30 圖19 化合物11 螢光量子產率UV−Vis 圖（左）和 螢光圖（右）••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31 圖20 受體APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••33 圖21 受體APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的螢光滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 圖22 受體APENA（1 × 10−5 M）以A-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••35 圖23 受體APENA（1 × 10−5 M）以A-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的螢光滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••36 圖24 受體Ac-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••37 圖25 受體Ac-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的螢光滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••38 圖26 Ac-APENA 的Job’s plot 實驗，UV 變化（左）及吸收度 變化（右）•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39 圖27 Ac-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷滴定的結合能力關係圖••••••••••••••••••••••••••••••••••40 圖28 受體Ac-APENA（1 × 10−5 M）以A-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖（左）和螢光滴定光譜圖（右）•••••••40 圖29 受體Me-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••41 圖30 受體Me-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的螢光滴定光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••42 圖31 Me-APENA 的Job’s plot 實驗，UV 變化（左）及 吸收度變化（右）•••••••••••••••••••••••••••••••••43 圖32 Me-APENA（1 × 10−5 M）以G-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷滴定的結合能力關係圖••••••••••••••••••••••••••••••••••44 圖33 受體Me-APENA（1 × 10−5 M）以A-10（1 × 10−2 M）在二氯甲烷的UV−Vis 滴定光譜圖（左）和螢光滴定光譜圖（右）•••••••44 圖34 推測受體分子Me-APENA 與受質G-10 之可能結合模式•••••46 圖35 受體分子Me-APENA 與受質A-10 圖示•••••••••••••••••47 表目錄 表1 APENA在不同溶劑之光物理性質•••••••••••••••••••••••23 表2 Ac-APENA在不同溶劑之光物理性質••••••••••••••••••••26 表3 Me-APENA在不同溶劑之光物理性質••••••••••••••••••••29 表4 受體APENA、Ac-APENA 和Me-APENA對各受質在二氯甲烷 的鍵結能力•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45 流程目錄 流程1 受體分子APENA之逆合成分析•••••••••••••••••••••••17 流程2 化合物2的合成•••••••••••••••••••••••••••••••••18 流程3 化合物6（APENA）的合成•••••••••••••••••••••••••18 流程4 化合物11（Me-APENA）的合成•••••••••••••••••••••20 流程5 鳥糞嘌呤衍生物（G-10）的合成••••••••••••••••••••32 流程6 腺嘌呤衍生物（A-10）的合成••••••••••••••••••••••32 簡稱用語對照表 A adenine 腺嘌呤 DCM Dichloromethane 二氯甲烷 DMF N,N−dimethylformamide N,N−二甲基甲醯胺 DMSO dimethyl sulfoxide 二甲基亞碸 ε molar extinction coefficient 莫耳吸收係數 G guanine 鳥糞嘌呤 GMP guanine monophosphate 鳥糞嘌呤核苷單磷酸鹽 THF tetrahydrofuran 四氫呋喃2485619 bytesapplication/pdfen-US感測器鳥糞嘌呤分子辨識螢光Molecular RecognitionGuanineNaphthyridineSensorFluorescencethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/52012/1/ntu-95-R93223056-1.pdf