【正文】 取代反應(yīng)獲得化合物 5。 芳酰肼大環(huán)分子 M1至 M3的嵌膜能力研究 在 確證了環(huán)狀分子 M1至 M3的結(jié)構(gòu)以后，我們進(jìn)一步研究了它們的跨膜輸送性質(zhì) ，主要是 跨膜輸送質(zhì)子熒光實(shí)驗(yàn) [37]，看此類分 子能否嵌入磷脂雙層 并 實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的跨膜輸送。此實(shí)驗(yàn)證明環(huán)狀分子 M1至 M3具有良好的嵌膜能 力，可以加快質(zhì)子通過脂雙層的速率。 打開滴液漏斗旋鈕 向反應(yīng)體系中滴加氯乙酰氯，控制 在 20分鐘 左右 滴完。 加入水合肼 (85%, mL, 200 mmol)后置換氮?dú)?， 置于油浴 50度反應(yīng) 24小時(shí)。所得有機(jī)相經(jīng)無水硫酸鈉干燥后旋干。 反應(yīng)結(jié)束后減壓除去溶劑，固體殘?jiān)靡颐逊磸?fù) 抽濾洗滌 ，最后用乙醇重結(jié)晶 得到 淺黃色固體 (73 mg, 88%)。 RomeroSalguero, F. J.。 Wasserman, Z. R.。 Maddock, S. W.。 Som, A.。 Sureshan, K. M.。 J. Am. Chem. Soc., 2022, 127(2): 636642. [26] Madhavan, N.。 Noji, H.。 Hu, .。 Hennig, A., Wiley, New York, 2022. [32] (a) Takeuchi,T.。 Si, W.。 Li, ., J. Am. Chem. Soc., 2022, 136(38): 1307813081. [36] Yuan, L.。 Jon, S.。黎老師無論是在工作和學(xué)習(xí)上，還是在生活上都給了我無微不至的關(guān)懷。 最后， 感謝 一直關(guān)心、鼓勵(lì)和支持我的 父母 ，感謝他們對我的養(yǎng)育之恩。 Koh, .。 Gong, B., Highly Efficient, J. Am. Chem. Soc., 2022, 126(36): 1112011121. [37] Jeon, Y. J.。 Su, P.。 Hou, .。 Hou, ., Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 53(18): 45784581. [31] Matile, S.。 Li, ., Chem. Commun., 2022, 48, 1099911001. [29] Si, W.。 Takagi, M。 Li, R.。 Tewari, D.。 Kuroda, Y.。 Mayers, D. F., Proc. Natl. acad. Sci., 1971, 68(8): 19071911. [13] Bolard, J., Biochimica et Biophysica Acta (BBA) Reviews on Biomembranes, 1986, 864(3): 257304. [14] Mueller, P.。 Quesada, R., Chem. Sci., 2022, 4(8): 30093019. [11] (a) Akerfeldt, K. S.。 Storddart, J. F. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996, 35, 1154. b) Ruben, M.。 1H NMR (400 MHz, DMSOd6) δ (s, 5H), (s, 5H), (m, 41H), (m, 90H), (br, 3H), (m, 30H), (br, 24H), (br, 12H), (s, 54H). Figure 212. 1H NMR spectrum of 10 in DMSOd6. 化合物 M1 的合成 在 烘干的 圓底燒瓶中加入 11(90 mg, mmol)， DCM(10 mL)， TFA(1 mL)。待反應(yīng)體系自然回至室溫后，移入油浴回流反應(yīng) 24小時(shí)。柱層析得白色固體，收率 95%。向三頸瓶中加入 15mL無水 DCM， 向 恒壓滴液漏斗 中加入 5mL。當(dāng)在 裝有同樣量囊泡儲(chǔ)備液和緩沖液 的 熒光比色皿中加入環(huán)狀分子 M1至 M3(%, molar ratio relative to lipid, represented by x)后， 我們發(fā)現(xiàn) HPTS熒光強(qiáng)度發(fā)生明顯的猝滅。 Figure 25. Synthetic protocols for M1, M2 and M3. 得到目標(biāo)分子 M1至 M3后，我們通過 1H NMR對目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并結(jié)合組內(nèi)已有數(shù)據(jù)， 表征結(jié)果均與目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)相 符合 。 Figure 23. OneStep macrocyclizations mssisted by the folding and preanization of precursor oligomers 按照 設(shè)計(jì)的合成路線，在合成過程中我們對個(gè)別反應(yīng)的條件進(jìn)行了微調(diào)，最終獲得了較成熟的、產(chǎn)率較高的合成路線。 近幾年來，我們課題組發(fā)展了幾種 管狀 單分子 人工跨膜通道，實(shí)現(xiàn)了水、離子 及小分子生物活性物質(zhì) (如 氨基酸 )的跨膜輸送 (Figure 21)[28, 30, 3335]， 其中 包括一類以芳酰肼為骨架，成螺旋管狀構(gòu)象的 單分子人工離子通道， 通過 分子內(nèi)氫鍵 其骨架螺旋結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定 。 通過公式：(ItI0)/(I∞I0)進(jìn)行 歸一化 處理 后， 即可得到相對熒光強(qiáng)度曲線。 Figure 120. A schematic diagram for liposome. 在人工跨膜輸送體系中基于囊泡的熒光實(shí)驗(yàn)占有重要地位，這是由于囊泡的制備方法較為成熟 ，具有高度可重復(fù)性 ， 以普通熒光分光光度計(jì)即可測定，且具有普適性 。 由于精氨酸上的胍基的 pKa為 ，所以在在中性、酸性或堿性的環(huán)境下都是帶正電荷的。 柱芳烴兩端 也 有多個(gè)易于修飾的基團(tuán) 位點(diǎn) [28]。 他們在環(huán)糊精分子的一側(cè)引入多條低聚乙醚側(cè)鏈，此側(cè)鏈 疏水且長度足以穿過磷脂雙分子層 ，每條側(cè)鏈上靠近環(huán)糊精骨架的位置有一個(gè)胺基 (Figure 115)。 Figure 113. A micellar channel formed by doublechain amphiphiles. 單分子人工跨膜通道 前文所提到的 超分子自組裝人工跨膜通道是通過 結(jié)構(gòu) 簡單的單體分子自 組裝形成 ，過程具有 較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)可逆性和濃度依賴性， 穩(wěn)定性不高， 因此 傳輸過程中 輸送效率和 選擇性 都不夠理想 。 ( a ) Figure 111. Selfassembly of artificial ion channel from cyclic peptide. 桶 花 環(huán)模型 (BarrelRosette)：桶 花環(huán)模型中的單體分子 相對前兩種 更小。由有機(jī)合成得到結(jié)構(gòu)相對簡單的單體分子，然后通過自組裝形成超分子體系，這樣的過程在人工組建跨膜通道的過程中是可行的。 天然通道蛋白的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難于表征， 且天然通道蛋白 脫離生物體系易 失活 ，不便于研究 ，故在科研工作中往往選用與其功能類似，且 結(jié)構(gòu)簡單、性質(zhì)穩(wěn)定的天然小分子通道 。目前，人工離子載體的研究主要集中在陰離子的跨膜輸送上 [16]。 這些膜蛋白 在跨膜輸送的過程中表現(xiàn)出極高的選擇性與效率，而且在保持細(xì)胞內(nèi)部正常的生理環(huán)境、生理信號(hào)的傳導(dǎo)和活性物質(zhì)的合成等方面有極其重要的 作用 。 利用此特點(diǎn) ，兩性霉素 B可以用來治療艾滋病、移植后的深度真菌感染。 1. 4. 1 短桿菌肽 A(Gramicidin A) Figure 13. A schematic diagram for the gramicidin A. 短桿菌肽 A(gramicidin A)是從短芽孢桿菌 (Bacillus brevis)的培養(yǎng)物中提取出的一種線狀 多肽 ， 由 15個(gè)氨基酸構(gòu)成，其中 包括交替排列的 8個(gè) L型 氨基酸和 7個(gè) D氨基酸， 這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使短桿菌肽 A形成 β螺旋結(jié)構(gòu) 。從生物體系中得到啟發(fā)，化學(xué)家 通過有機(jī)合成構(gòu)筑特定結(jié)構(gòu)的有 機(jī)小分子來模擬通道蛋白的輸送過程， 這類分子能夠 通過攜帶或控制來 選擇性 跨膜輸送生物活性物質(zhì) 。 通常，這些系統(tǒng)是由復(fù)雜的蛋白構(gòu)成， 也稱為膜蛋白，其中占據(jù)主導(dǎo)地位的是通道蛋白和載體蛋白兩種形態(tài)。 其中在生物體中占絕大多數(shù)的是 甘油磷脂 。現(xiàn)階段我們可以見到三種尺寸的組分可以發(fā)生自組裝：分子水平、納米級(jí)（膠體、納米線和納米微球）以及宏觀物質(zhì)（從微米到厘米大?。?[5]。 分子識(shí)別（ molecular recognition）與自組裝或自組織（ selfassembly or selfanization）一直是超分子化學(xué)的兩個(gè)重要研究領(lǐng)域。 芳香酰肼折疊體 聚合物 的構(gòu)建 及其 跨膜輸送研究 化學(xué)系 化學(xué)專業(yè) 蘇沛 指導(dǎo)教師： 黎占亭 侯軍利 目錄 中文摘要 Abstract 關(guān)鍵詞 Keyword 前言 超分子化學(xué) 生物膜 膜蛋白 天然小分子通道 短桿菌肽 A(Gramicidin A) 兩性霉素 B(Amphotericin B) 丙甲菌素 人工合成跨膜輸送體系 人工載體 人工跨膜通道 超分子 自組裝人工跨膜通道 單分子人工跨膜通道 人工離子通道的表征方法 基于囊泡的熒光實(shí)驗(yàn) 正文 目標(biāo)分子的設(shè)計(jì)與合成 芳酰肼大環(huán)分子 M1 至 M3 的嵌膜能力研究 實(shí)驗(yàn)部分 參考文獻(xiàn) 致謝 摘要 ： 本論文主要是關(guān)于 一類新型的超分子跨膜輸送體系的研究介紹 。 2022 年 ， Lehn 又對超分子化學(xué)重新進(jìn)行了定義：用非共價(jià)鍵的方法使各組份發(fā)生分子間的作用，來發(fā)展高度復(fù)合的體系 [3]。自組裝通常在溶液中或界面上進(jìn)行，這樣可以使各組分自由的移動(dòng)、碰撞和結(jié)合，并且各組分與體系所處環(huán)境間的相互作用也將影響自組裝的結(jié)果。 Figure 11. A schematic diagram for the cell membrane 構(gòu)成生物膜的膜脂 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同 一般 可分為三種 類型：甘油磷脂(glycerophospholipid)、鞘脂 (sphingolipid)以及膽固醇 (cholesterol)。 細(xì)胞維持正常的生理功能需要不斷地從外界獲取營養(yǎng)物質(zhì)、同時(shí)各種生理活動(dòng)代謝產(chǎn)生的物質(zhì)也需要及時(shí) 從細(xì)胞內(nèi)部排除，而且細(xì)胞需要維持內(nèi)外滲透壓等生物環(huán)境的穩(wěn)定，因此 在細(xì)胞膜中 對應(yīng) 有特定的傳輸系統(tǒng)來調(diào)節(jié)細(xì)胞與環(huán)境之間的化學(xué)物質(zhì)與化學(xué)信號(hào)，從而維持生命的穩(wěn)定與信息的傳遞。因?yàn)樵诩?xì)胞膜上有大量具有特殊輸送功能的膜蛋白，才使得這一過程變得高效而且專一。下面就這三類天然小分子通道 進(jìn)行介紹 。 舉例來說， 兩性霉素 B與真菌細(xì)胞膜上的麥角固醇 (Ergosterol)結(jié)合后會(huì)形成板狀結(jié)構(gòu)， 4到 12個(gè)這樣的板