基本信息
- 项目名称：
- HP-Beta-环糊精对三种嘌呤分子的识别作用的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 嘌呤广泛分布于人体及其他生物体的器官及体液内,有关嘌呤的研究已成为热门，我于2010年暑假研究了三种环糊精对三种嘌呤类化合物的识别，着重研究了 HP-Beta-环糊精体系中不同pH、温度对三种嘌呤分子荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面进行了讨论。
- 详细介绍：
- 环糊精是一组环状低聚糖，分别将含有6、7、8个葡萄糖单元的称之为Alph-CD、Beta-CD、Gamma-CD。CD是以-1、4糖苷键相连而成的筒状分子，高约0.78-0.79nm，但孔径大小因含葡萄糖单元多少而异，伯羟基都在细孔口一端，仲羟基在粗端[2]。每个葡萄糖残基的2-，3-，6-位羟基中的氢原子可被取代，羟乙基取代Beta-CD中羟基氢原子的是羟乙基-Beta-CD，羟丙基取代Beta-CD中羟基氢原子的是羟丙基-Beta-CD。由于环糊精分子腔内疏水腔外亲水的特殊结构使其作为一类重要的分子受体，选择性包合客体分子。环糊精的分子识别过程涉及范德华力、疏水、静电作用及氢键等多种非共价键力的协同作用以及它们之间的诱导契合、空间匹配效应和分子间的相互选择性[2,3]。 目前，文献报道嘌呤类化合物的识别方法较少。本文研究了Beta-CD、羟丙基-Beta-CD、羟乙基-Beta-CD与6-糠基氨基嘌呤、6-甲基氨基嘌呤、黄嘌呤的包合作用，并着重研究了羟丙基-Beta-CD体系中的pH、温度对三种嘌呤分子荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面进行了讨论。 1、仪器和试剂 Hitachi F-4500荧光光度计（日本日立公司）；501型超级恒温箱（上海实验仪器厂）；精密数显酸度计批pH-3TC（上海天达仪器有限公司）；6-糠基氨基嘌呤（中国科学院上海生化研究所）；6-甲基氨基嘌呤（SIGMA CHEMICAL COMPANY）；黄嘌呤（SOLARBIO）;氢氧化钠（天津市北辰方正试剂厂 ，分析纯）；盐酸（分析纯）；实验用水均为二次蒸馏水。 2、实验方法 准确移取1mL、1mol/L 的6-糠基氨基嘌呤（或6-甲基氨基嘌呤，或黄嘌呤）于一系列10ml比色皿中依次加入0，1ml，2ml，3ml，4ml，5ml，6ml的0.01 mol/L的羟丙基-Beta-CD（或Beta-CD，或羟乙基-Beta-CD）溶液，酸度由0.2 mol/L的NaOH溶液或0.2 mol/L 的HCl溶液控制，二次水定容到10ml，摇匀，静置1小时，移入比色皿中测定荧光值强度，激发和发射狭缝均为5nm 上述三种嘌呤均用少量0.2 mol/L的NaOH溶液溶解。 3、结论 三种嘌呤均在三种环糊精中的荧光增敏作用强弱顺序：羟丙基-Beta-CD>羟乙基-Beta-CD>Beta-CD，可能是因为羟丙基基团可能增加空腔体积，或与客体分子形成新的氢键，增加复合物稳定性，使羟丙基环糊精形成复合物能力上升。通过选择性修饰使空腔端羟基中的一部分或全部被转变为羟丙基或羟乙基，通常能加强主体与客体的结合[4]。同时该体腔正好与嘌呤分子最匹配，因此与它形成的包合物荧光强度增加程度最大 pH对三种嘌呤荧光特性的影响。从表1中可以看出随着pH的增大，发射波长略向长波方向移动，对于6-糠基氨基嘌呤和6-甲基氨基嘌呤来说，在不同pH值下其荧光强度遵循以下顺序：f（1.8）> f(7.41)>f(12.21).对于黄嘌呤来说，f(1.8) >f(12.27)>f(7.41).但可看出三种嘌呤均是在酸性介质中荧光增加程度最大，这可能与嘌呤类化合物在酸碱介质中形体有关，酸性条件下黄嘌呤完成了酮向烯醇式的异构转变，由非环状平面共轭体系转变为环状共轭体系，荧光强度增强，碱条件也可以异构为烯醇，故碱条件下荧光也较强，中性条件下最弱,而其他两种随着酸性的增强共轭程度增加故荧光强度也增强。 HP-Beta-CD与嘌呤客体分子在不同pH不同温度时形成超分子非包合常数合热力学参数，从表3数据中可以看出：对于6-糠基氨基嘌呤来说，在酸性、中性、碱性介质中都是热焓驱动反应[7]，很可能是因为6-糠基氨基嘌呤分子中的呋喃环恰好被卡在环糊精空腔外，空间位阻效应使得疏水困难；对于6-甲基氨基嘌呤来说，在酸性和碱性介质中发生的是热焓驱动反应，而在中性介质中熵、焓共同作用，这是由于空间位阻效应使得疏水困难，但中性分子型体叫离子型体更具疏水性且尺寸匹配最为适合，因此中性介质中焓变和熵变均有利与包合反应；对于黄嘌呤来说，在酸性和中性介质中都是熵驱动反应，而在碱性介质中是焓驱动反应，可能是由于对于黄嘌呤 来说，HP-Beta-CD的空腔体积较大，空间位阻小，疏水容易，质子型体和中性型体都发生熵驱动反应，但碱性介质中的离子型体疏水能力要比中性型体和质子型体弱，发生热焓驱动反应。升高温度不利于热焓驱动反应的进行，有利于熵驱动反应的进行，这使得高温下热焓驱动反应的包合形成常数减小，熵驱动反应的包合形成常数增大，这与表2中的数据相吻合。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 荧光光度法探究了三种环糊精（Beta-CD、羟丙基-Beta-CD、羟乙基-Beta-CD）对三种嘌呤分子（6-糠基氨基嘌呤、6-甲基氨基嘌呤、黄嘌呤）的识别作用，并着重研究了HP-Beta-CD体系中的pH、温度对三种嘌呤分子荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面讨论了环糊精对嘌呤类物质的识别作用。
科学性、先进性及独特之处
- 嘌呤类化合物室温下荧光很弱,不易识别。环糊精是以-1、4糖苷键相连而成的筒状分子，能与有机分子形成包合物。 目前嘌呤类化合物的测定方法不少，但大多是磷光光度法，利用HP-Beta-CD体系中pH、温度对嘌呤类化合物荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面进行了讨论的尚未见报道。本文从上述几方面研究了环糊精与嘌呤类化合物的识别作用，对它们的分析测定有重要价值。
应用价值和现实意义
- 核酸是重要的生物大分子，测定核酸中各碱基成分含量十分重要。本文用荧光光度法利用HP-Beta-CD体系中的pH、温度对三种嘌呤类化合物荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面进行了讨论，这为核酸中碱基含量的测定提供了一种科学的实验依据。
学术论文摘要
- 本文通过荧光光谱法研究了三种环糊精对6-糠基氨基嘌呤、6-甲基氨基嘌呤、黄嘌呤的分子识别作用，详细讨论了HP-Beta-环糊精体系中介质酸度以及温度对包和过程的影响，测定了它们形成包合物的包合常数，从主客体间分子大小、空间匹配效应、热力学性质等方面讨论了Beta-CD对上述三种嘌呤分子的结合力和分子选择性。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 向晓红，董川，朱若华，晋卫军，魏雁声，刘 长松，12种嘌呤类化合物的滤纸基质室温磷 光法研究，分析化学研究报告，1998,26 （9）1065-1070. [2] 刘雪，曹克玺，骆定法，孙德志，环糊精作为 超分子结构构筑单元，化学世界，2001 ，0 6期, 321-323+329 [3] 杨郁，双少敏，钞建宾，张国梅，丁海云，董 川，Beta-环糊精对氨基苯甲酸同分异构体的 分子识别作用的研究，化学学报，2004，62 （2），176-182 [4] 宋乐新，赵亮，郭子建，环糊精-苯丙氨酸超 分子体系的包合现象与分子识别，无机化学 学报，2002，18（9）,897-901 [5] 陈金娥，孟彩霞，张俊青，张海容，盐酸小檗 碱与Beta-环糊精包合性质及热力学性质，化 学研究与应用，2009，21（1）,92-96 [6] 江云宝，黄贤智，陈国珍,荧光光谱法测定环 糊精包络物的形成常数，化学通报，1990，4 6（9）,46-49+60 [7] 刘育，张毅民，孙世新，张智慧，陈荣悌，超 分子体系中分子识别研究 V.单-〔6（1- 吡 啶）-6-脱氧〕-Alph-和Gamma-环糊精 对氨基酸分子识别的热力学性质，化学学 报，1997，55，779-785
同类课题研究水平概述
- 目前很多测定嘌呤类化合物的方法中，大多以磷光分析法为主,但用荧光光度法对嘌呤类化合物进行分子识别的研究很少。 ⑴低温磷光法测定：Vo-Dinh，Lue-Yen E，WinefordnerJ D.Anal.Chemistry报道了许多嘌呤化合物在77K冷冻玻璃体中能产生强磷光。但该法由于设备昂贵，操作繁琐费时，致使应用不易推广。 ⑵固体基质室温磷光法：嘌呤类化合物能吸附于固体表面上产生强磷光,山西大学董川等人在《分析化学》报道了12种嘌呤类化合物的滤纸基质室温磷光法研究。 ⑶室温磷光特征的比较：晋卫军等人在《分析化学进展》中报道了以醋酸镉作重原子微扰剂对三种嘌呤化合物进行了室温磷光特征的比较。 本文提出了用荧光光度法：用三种环糊精对三种嘌呤类化合物分子进行了识别作用的研究，并着重研究了HP-Beta-CD体系中的pH、温度对三种嘌呤化合物分子荧光特性的影响，从包合常数、热力学性质、空间匹配效应等方面进行了讨论。目前有关这方面的报道尚未发现。
