一種反式七元瓜環iQ[7]的應用及制備方法與流程

本發明涉及超分子化學領域，尤其涉及一種反式七元瓜環iq[7]的應用及制備方法。

背景技術：

瓜環作為一類大環化合物，是由苷脲單元通過亞甲基橋聯起來的大環籠狀化合物，其結構特征為具有兩端開口的空腔，其兩端口大小相同，端口直徑小于空腔直徑。瓜環兩端口分別分布著與其結構單元數相同的羰基氧原子，形成了陽離子鍵結合位點，所以能與親水性的物質、金屬離子等相互作用；而其空腔是疏水性的，不僅可以包結有機分子，還可以包結無機小分子，無機陰離子。與冠醚、環糊精、杯芳烴等大環分子相比，瓜環具有更強的結構剛性，不容易改變自身形狀以適合客體分子，所以能根據自身空腔的大小，選擇性的容納尺寸、形狀相匹配的客體分子。早在2005年,isaacs和kim研究組從混合瓜環中通過硅膠色譜柱分離出來了反式六元瓜環(iq[6])以及反式七元瓜環(iq[7])。但產率非常低，僅獲得2.0％(iq[6])以及0.4％(iq[7])的產率。正是由于低的產率以及很難分離純化，抑制了反式瓜環的發展。

氨基酸(aminoacid)是生物功能大分子蛋白質的基本組成單位，構成動物營養所需蛋白質的基本物質，其分子結構(例如手性和側鏈結構)是生命中最基本的分子信息。人體缺乏任何一種必需氨基酸和某些非必需氨基酸就可導致生理功能異常，影響機體代謝的正常進行，最后導致疾病。氨基酸中與羧基直接相連的碳原子上有個氨基，這個碳原子上連的基團或原子都不一樣，稱手性碳原子，當一束偏振光通過它們時，光的偏振方向將被旋轉，根據旋光性的不同，分為左旋和右旋，即l系和d系，如d-丙氨酸是右旋的和丙氨酸是左旋的，恰似左、右手，互為鏡像。而構成天然蛋白質的氨基酸都是l系。注意，一般稱d型、l型。生物界各種蛋白質(除一些細菌的細胞壁中的短肽和個別抗生素外)幾乎都是由氨基酸所構成的，含d-氨基酸的極少。

分子識別最初是被用來在分子研究生物體系中的化學問題而提出的。分子識別通過變換和易位過程產生催化作用,在生物體系中,是理解酶反應、信息傳遞和不同介質間物種能量轉移現象的信息來源,在分析化學領域則是構成分離、檢測和定量測定的基礎超分子包結物的形成則是建立在分子識別的基礎之上。

基于氨基酸在生物界的重要作用，iq[7]這一新型大環化合物的特性，以及杯芳烴，柱芳烴，冠醚等與氨基酸的超分子自組裝，我們探索了iq[7]與氨基酸之間的超分子自組裝，及其分子識別性能的研究。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種反式七元瓜環iq[7]的應用及制備方法，本發明能夠有效識別人體必需的10種氨基酸中的精氨酸、賴氨酸、組氨酸，對揭示生命現象和過程意義重大,具有廣泛的應用前景。

本發明是這樣實現的：一種反式七元瓜環iq[7]，用于識別賴氨酸、精氨酸或組氨酸，識別方法如下：

a.將iq[7]放入核磁管中，加入d2o溶解，得a品；

b.將賴氨酸、精氨酸或組氨酸放于凍存管中，加入d2o溶解，得b品；

c.將b品逐次加入a品中，每滴加一次就會出現一張相對應的核磁譜圖，隨著核磁管中的氨基酸量的增加：

若圖譜中出現5組信號峰h1、h2、h3、h4和h5，與對應識別的賴氨酸核磁譜圖比較，5組信號峰均往低場移動、h2和h4信號峰裂分為兩組峰且也往低場移動，則對應識別的氨基酸為賴氨酸；

若圖譜中出現一組信號峰h1和h4，與對應識別的精氨酸核磁譜圖比較，h1、h4往低場移動、h2和h3信號峰裂分為兩組峰且也往低場移動，則對應識別的氨基酸為精氨酸；

若圖譜中出現5組信號峰h1、h2、h3、h4和h5，與對應識別的組氨酸核磁譜圖比較，5組信號峰均往低場移動，則對應識別的氨基酸為組氨酸。

前述的反式七元瓜環iq[7]按下述步驟制備：

a.將苷脲和多聚甲醛按重量比2～3:1～1.5混合加入冰鎮的濃鹽酸介質中，在100～120℃加熱回流5～6小時，冷卻，得a品；

b.將a品冷卻到室溫，向a品中邊加少量蒸餾水邊攪拌，然后靜置沉淀，靜置時間18～24h，得淡黃色沉淀，然后抽濾，濾渣為多種瓜環的混合物，然后再向濾液中加入少量蒸餾水，重復上述步驟，直至加蒸餾水無沉淀析出，濾液為淡黃色透明液體，即b品；

c.將b品濃縮，后再加蒸餾水，過濾除去白色沉淀，多次重復此操作，最終得到濃縮液，即c品；

d.將c品裝填到dowex陽離子型交換樹脂柱上，再用水:乙酸體積比為1～2:1～1.5的淋洗液淋洗，并不斷向淋洗液中加入鹽酸調節淋洗液的酸度，使淋洗液的酸度在≤4m；

e.將從柱子里流出的淋洗液，通過選裝蒸發儀蒸干，得固體為反式七元瓜環iq[7]純品。

有益效果

與現有技術相比，本發明能夠有效識別人體必需的10種氨基酸中的精氨酸、賴氨酸、組氨酸，對揭示生命現象和過程意義重大,具有廣泛的應用前景。

為了進一步驗證本發明具有該識別功能，發明人做了等溫滴定量熱實驗。

反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的等溫滴定量熱：

賴氨酸配成1.00×10^-3mol/l的溶液,iq[7]配成1.00×10^-4mol/l的溶液.在水溶液中用賴氨酸滴定iq[7],采用nanoitc等溫滴定量熱議測定iq[7]與賴氨酸在25℃時的平衡常數及熱力學參數.樣品池中加入1.3ml(0.1mmol/l)的iq[7]水溶液,賴氨酸(1.0mmol/l)4μl/滴,間隔時間為250s,攪拌速度為250r/min,以水為參比滴定20次.實驗數據由nanoitc儀器所配置軟件launchnanoanalyze進行擬合分析。實驗結果如圖5及表1所示，其中，反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的結合常數為(5.49±0.15)×10⁴m^-1，焓變-31.22±14.00(kj/mol)，吉布斯自由能為-27.05(kj/mol)，說明反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸可以行成穩定的超分子配合物。

反式七元瓜環iq[7]與精氨酸的等溫滴定量熱：精氨酸配成1.00×10^-3mol/l的溶液,iq[7]配成1.00×10^-4mol/l的溶液.在水溶液中用精氨酸滴定iq[7],采用nanoitc等溫滴定量熱議測定iq[7]與精氨酸在25℃時的平衡常數及熱力學參數.樣品池中加入1.3ml(0.1mmol/l)的iq[7]水溶液,精氨酸(1.0mmol/l)4μl/滴,間隔時間為250s,攪拌速度為250r/min,以水為參比滴定20次.實驗數據由nanoitc儀器所配置軟件launchnanoanalyze進行擬合分析。實驗結果如圖6及表1所示，其中，反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的結合常數為(8.60±0.97)×10⁴m^-1，焓變-32.40±9.55(kj/mol)，吉布斯自由能為-28.17(kj/mol)，說明反式七元瓜環iq[7]與精氨酸可以行成穩定的超分子配合物。

反式七元瓜環iq[7]與組氨酸的等溫滴定量熱：

組氨酸配成1.00×10^-3mol/l的溶液,iq[7]配成1.00×10^-4mol/l的溶液.在水溶液中用組氨酸滴定iq[7],采用nanoitc等溫滴定量熱議測定iq[7]與組氨酸在25℃時的平衡常數及熱力學參數.樣品池中加入1.3ml(0.1mmol/l)的iq[7]水溶液,組氨酸(1.0mmol/l)4μl/滴,間隔時間為250s,攪拌速度為250r/min,以水為參比滴定20次.實驗數據由nanoitc儀器所配置軟件launchnanoanalyze進行擬合分析。實驗結果如圖7及表1所示，其中，反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的結合常數為(3.46±0.16)×10⁴m^-1，焓變-33.84±10.98(kj/mol)，吉布斯自由能為-25.91(kj/mol)，說明反式七元瓜環iq[7]與組氨酸可以行成穩定的超分子配合物。

表1反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸，精氨酸，組氨酸的等溫滴定量熱數據

綜上所述，本發明能夠有效識別精氨酸、賴氨酸和組氨酸。

附圖說明

圖1為主體分子反式七元瓜環iq[7]的結構圖；

圖2為反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的¹hnmr滴定圖(500mhz,d2o)；

圖3為反式七元瓜環iq[7]與精氨酸的¹hnmr滴定圖(500mhz,d2o)；

圖4為反式七元瓜環iq[7]與組氨酸的¹hnmr滴定圖(500mhz,d2o)；

圖5為反式七元瓜環iq[7]與賴氨酸的等溫滴定量熱圖(itc，溶劑為超純水)；

圖6為反式七元瓜環iq[7]與精氨酸的等溫滴定量熱圖(itc，溶劑為超純水)；

圖7為反式七元瓜環iq[7]與組氨酸的等溫滴定量熱圖(itc，溶劑為超純水)。

具體實施方式

實施例1。一種反式七元瓜環iq[7]按下述步驟制備：

a.將苷脲和多聚甲醛按重量比2～3:1～1.5混合加入冰鎮的濃鹽酸介質中，在100～120℃加熱回流5～6小時，冷卻，得a品；

b.將a品冷卻到室溫，向a品中邊加少量蒸餾水邊攪拌，然后靜置沉淀，靜置時間18～24h，得淡黃色沉淀，然后抽濾，濾渣為多種瓜環的混合物，然后再向濾液中加入少量蒸餾水，重復上述步驟，直至加蒸餾水無沉淀析出，濾液為淡黃色透明液體，即b品；

c.將b品濃縮，后再加蒸餾水，過濾除去白色沉淀，多次重復此操作，最終得到濃縮液，即c品；

d.將c品裝填到dowex陽離子型交換樹脂柱上，再用水:乙酸體積比為1～2:1～1.5的淋洗液淋洗，并不斷向淋洗液中加入鹽酸調節淋洗液的酸度，使淋洗液的酸度在≤4m；

e.將從柱子里流出的淋洗液，通過選裝蒸發儀蒸干，得固體為反式七元瓜環iq[7]純品；所述的結構圖如圖1所示。

實施例2。一種反式七元瓜環iq[7]的應用，是用于識別賴氨酸，識別方法如下：

a.稱取反式七元瓜環iq[7]2mg放入核磁管中，加入0.6mld2o震蕩，使其溶解，得反式七元瓜環iq[7]溶液；

b.稱取2mg賴氨酸放于凍存管中，加入1.0mld2o使其溶解，得賴氨酸溶液；

c.將步驟b制備得到的賴氨酸溶液用移液槍逐次加入核磁管中，每滴加一次就會出現一張相對應的核磁譜圖，隨著核磁管中的賴氨酸量的增加，圖譜中出現5組信號峰h1、h2、h3、h4、h5，與賴氨酸核磁譜圖比較，5組信號峰均往低場移動；h2,h4信號峰裂分為兩組峰，且也往低場移動(如圖2所示),則說明該氨基酸為賴氨酸，若為其他情況，則說明該氨基酸不是賴氨酸。

實施例3。一種反式七元瓜環iq[7]的應用，是用于識別精氨酸，識別方法如下：

a.稱取反式七元瓜環iq[7]2mg放入核磁管中，加入0.6mld2o震蕩，使其溶解，得反式七元瓜環iq[7]溶液；

b.稱取2mg精氨酸放于凍存管中，加入1.0mld2o使其溶解，得精氨酸溶液；

c.將步驟b制備得到的精氨酸溶液用移液槍逐次加入核磁管中，每滴加一次就會出現一張相對應的核磁譜圖，隨著核磁管中的精氨酸量的增加，圖譜中出現一組信號峰h1、h4，與精氨酸核磁譜圖比較，h1、h4往低場移動；h2,h3信號峰裂分為兩組峰，且也往低場移動(如圖3所示),則說明該氨基酸為精氨酸，若為其他情況，則說明該氨基酸不是精氨酸。

實施例4。一種反式七元瓜環iq[7]的應用，是用于識別組氨酸，識別方法如下：

a.稱取反式七元瓜環iq[7]2mg放入核磁管中，加入0.6mld2o震蕩，使其溶解，得反式七元瓜環iq[7]溶液；

b.稱取2mg組氨酸放于凍存管中，加入1.0mld2o使其溶解，得組氨酸溶液；

c.將步驟b制備得到的組氨酸溶液用移液槍逐次加入核磁管中，每滴加一次就會出現一張相對應的核磁譜圖，隨著核磁管中的組氨酸量的增加，圖譜中出現5組信號峰h1、h2、h3、h4、h5，與組氨酸核磁譜圖比較，5組信號峰均往低場移動；(如圖4所示),則說明該氨基酸為組氨酸，若為其他情況，則說明該氨基酸不是組氨酸。