（物理化学专业论文）有机双过氧钒化合物的合成及其与几种小分子相互作用研究.pdf

作者姓名：黄婷 论文题目：有机双过氧钒化合物的合成及其与几种小分子相互作用 研究 作者简介：黄婷，女，1 9 8 1 年6 月出生，2 0 0 3 年9 月师从于厦 门大学陈忠教授，于2 0 0 6 年月获硕士学位。 中文摘要 在过去的2 0 年里，双过氧钒化合物的合成及其与小分子相互作用一直是化 学和生物学研究的热点之一。本文在合成双过氧钒化合物的基础上，利用多核 ( 1 h 、”c 、1 4 n 和5 1 v ) 、多维( 1 h 1 hc o s y 、1 3 c 1 hc o s y 和d o s y ) 和变温n m r 等谱学手段系统研究了相互作用前后体系中各物种的溶液结构，对一些实验现象 进行了解释，探讨了相互作用的模式和规律。主要结果总结如下： 一、在溶液中原位合成双过氧钒物种( 配体为h z o 或d 2 0 ) 的基础上，利用多 种n m r 技术结合系统研究了双过氧钒和邻菲咯啉衍生物以及恶唑等有机配体的 相互作用。通过核磁共振谱图分析得到了溶液结构的直接信息，对过氧钒化合物 有机配体的所有碳氢信号进行了全归属，并在此基础上对它们的溶液立体结构进 行了探讨。 ， 二、在合成草酸双过氧钒的基础上，利用多种n m r 谱学手段研究了双过氧 钒和组氨酸类化合物的相互作用，在溶液中观察到g l y - h i s 和g l y h i s g l y 有机 配体主要以其咪唑环上的- n 与中心金属钒配位，这和从海洋生物c u r v u l a r i a i n a e q u a l i s 分离出来的氯过氧化物酶( c h l o r o p e r o x i d a s e ) 的活性中心h i s 4 9 6 有着相 同的配位方式。利用核磁共振中扩散排序( d o s y ) 技术，实现了混合物中各组分 在样品管中的“虚”分离。由于d o s y 的使用避免了繁琐的分离，因此它是一 种非常有应用前景的研究混合物的谱学方法。 关键词：双过氧钒化合物；核磁共振：相互作用 s y n t h e s e so fo r g a n i cd i p e r o x o v a n a d a t e sa n d i n t e r a c t i o n sw i t hs o m es m a l lm o l e c u l e s t i n gh u a n g a b s t r a c t i nt h ep a s tt w od e c a d e s ，t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e np e r o x o v a n a d a t e sa n d o r g a n i cl i g a n d sh a v ea t t r a c t e dg r e a ti n t e r e s t i nb o t hc h e m i s t r ya n db i o l o g y i n t h i sw o r k ，m u l t i n u c l e a rn m r ( 1 h ，b c ，1 4 na n d5 1 v ) ，m u l t i d i m e n s i o n a l ( d o s y , 1 h _ l hc o s y , a n d ”c ) hc o s y ) ，a n dv a r i a b l et e m p e r a t u r en m rw e r eu t i l i z e d t o s t u d yt h ea b o v ei n t e r a c t i o ns y s t e m s t h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no ft h e s e m e t h o d s ，s t r u c t u r e so fa l ls p e c i e si ni n t e r a c t i o ns y s t e m sw e r eo b t a i n e da n da b e t t e ru n d e r s t a n d i n go f t h ee x p e r i m e n t a lp h e n o m e n aw a sa c h i e v e d t h e s es t u d i e s s h e ds o m el i g h to nt h ee s s e n c eo ft h ev a n a d i u m c o n t a i n e de n z y m es u c ha s c h l o r o p e r o x i d a s e t h em a i nc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 m u l t i n u c l e a rn m r , m u l t i d i m e n s i o n a la n dv a r i a b l et e m p e r a t u r en m r t e c h n i q u e sw e r eu s e dt os t u d yt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nd i p e r o x o v a n a d a t e sa n d s m a l lo r g a n i cm o l e c u l e ss u c ha ss u b s t i t u t ep h e n a n t h r o l i n ea n do x a z o l e t h e i r s t e r e o c h e m i c a ls t r u c t u r e si ns o l u t i o nw e r ed i s c u s s e da c c o r d i n gt ot h en m r s i g n a l so ft h eo r g a n i cl i g a n d s a l l1 ha n d1 3 cp e a k sw e r ec o m p l e t e l ya s s i g n e d a n dt h ep r e d o m i n a n ti n t e r a c t i o np a t t e mo f t h e s ec o m p l e x e sw a s p r o p o s e d 2 n m r s t u d y o nt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e n d i p e r o x o v a n a d a t e s a n d h i s t i d i n e - l i k e l i g a n d ss h o w st h a tg l y - h i sa n dg l y h i s - g l y c o o r d i n a t e st o v a n a d a t e ( v ) b yi t s n w h i c hi s t h es a m ea sh i s 4 9 6i nt h e a c t i v es i t eo f c h l o r o p e r o x i d a s ef r o mt h ef u n g u sc u r v u l a r mi n a e q u a l i s i ti sw o r t hm e n t i o n i n g t h a td o s yc a nb eu s e dt oa n a l y z et h ec h e m i c a ls t r u c t u r e sa n dc o m p o n e n t so f m i x t u r e sw i t h o u tc h e m i c a l s e p a r a t i o n t h i sm a k e s i t i m p o r t a n t f o rt h e i n v e s t i g a t i o no fc o m p l i c a t e dm i x t u r e sa v o i d i n gt i m e - c o n s u m i n gs e p a r a t i o na n d p u r i f i c a t i o nt h a tm a yd e s t r o yt h ei n s p e c t e ds y s t e m k e y w o r d s ：d i p e r o x o v a n d a t e s ； n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e ； i n t e r a c t i o n s 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：专戏 曲年碉1 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子 版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有 权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用 本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名：黼日期：沁年f 月日 导师签名： 炒芝， 日期：山“年6 月1 日 第一章绪论 1 8 3 0 年，瑞典科学家s e f s t r o m 发现了化学元素钒( v a n a d i u m ) 。钒是元素周 期表第四周期、第v b 族过渡金属元素( 原子量5 0 9 4 ，价电子3 d 3 4 s 2 ) 。自然界 中的钒有两种同位素，即5 ( 丰度o 2 4 ) 和5 1 v ( 丰度9 9 7 6 ) 。钒在自然界 广泛存在，主要以钒硫矿、铅钒矿、钒酸钾磷铀矿、钒钛磁铁矿等形式存在于 地壳，但钒的分布比较分散，因而提取和分离都较困难。钒有+ 2 、+ 3 、+ 4 、+ 5 氧化价态，以+ 4 、+ 5 价为常见价态。常见存在形式有氧化物和钒酸盐。氧化 物中最重要也最稳定的是v 2 0 5 。钒酸盐主要以+ 5 价形式存在，如钒酸钠 ( n a 3 v 0 4 ) 、偏钒酸钠( n a v 0 3 ) 等。 金属钒有灵活的配位能力，易与含n 、0 、s 的化学基团配位形成种类繁多 的各种含钒化合物( 如钒的酯、酸酐、羧酸等配合物) 。钒和钒化合物还可聚合 形成多种多聚物。许多高价态钒化合物也用来选择性氧化碳氢化合物，现作为 一类重要的工业催化剂在工业和不对称合成中广泛应用，一些钒化合物还可作 为高温超导新材料【1 ，孙。 迄今为止钒的最引人注目的作用是降血糖作用。在1 0 0 多年前，l y o n n t 等就发现了钒的降血糖作用，他们给一些糖尿病患者每人口服4 5 m g 偏钒酸钠 ( s m v ) 溶液，结果发现有三分之二的患者血糖降低了。1 9 7 9 年在脂肪细胞中 发现钒酸盐能增加葡萄糖的转运和氧化等胰岛素样作用后，加速了对钒降血糖 作用的研究。h e y l i g e r 等于1 9 8 5 年首先实验证明了钒衍生物对i 型和i i 型糖 尿病动物都有降血糖作用。对i 型糖尿病动物，口服钒酸盐后，可观察到血糖和 尿糖的下降，且不伴有血清胰岛素水平增加。对i i 型糖尿病动物，钒化合物作 用有二：一方面降低血糖，另一方面可明显降低血浆胰岛素水平并提高葡萄糖 耐受量。此外，人们还发现钒是海藻中卤素过氧化酶( h a 】o p e r o x i d a s e ) 【3 _ 6 l 和细菌 中固氮酣7 】的活性中心或辅基的必需组分。这些里程碑式的发现，使得人们对 钒化合物生物效应的基础和应用研究激增。一方面不断加深对钒化合物生理药 厦门大学理学硕士学位论文 理作用本质的认识，另一方面又陆续发现钒化合物具有其它药用价值，如它在 血糖代谢、心血管”1 、泌尿代谢 9 1 、脂类代谢w l 、抗肿瘤和抑郁症疾病等 方面的生物活性也逐渐得到认识。目前学术界己逐渐公认钒是生命体的一种必 需微量元素。因此，自八十年代以来钒化合物及其相关的钒化学已成为化学和 生命科学领域的研究重点和热点之- - 1 ，1 4 l 。 1 1 钒化合物的基本化学性质和生物效应 1 1 1 钒化合物的基本化学性质 金属钒是一种银灰色金属，纯钒具有延展性( 不纯时质地较硬而脆) 。钒的熔 沸点较钛为高( 熔点1 8 9 0 4 - 1 0 。c ，沸点3 3 8 0 ) ，密度5 9 6 9 c m 3 ，电负性1 6 3 。 常温下，钒化学活泼性较低，不易氧化。也不与盐酸和苛性碱作用，但溶于氢 氟酸、浓硫酸和硝酸。高温下，钒可与大多数非金属元素反应，也与熔融苛性 碱发生反应：2v + 50 2 一v 2 0 5 。钒的溶液化学性质极为复杂。钒的价态可从 _ 3 变n + 5 ，它在水溶液中的存在形式与溶液是否为敞开体系、酸碱度、共存的 配体和浓度等因素有关。在标准生理条件下( p h = 3 7 、有氧环境、水溶液和室 温) ，只有+ 3 、+ 4 和+ 5 三种氧化态在动力学和热力学上可能存在，见图1 1 1 1 s o 在生理条件下+ 3 价的v ( u i ) 很不稳定，可被空气中的0 2 氧化成高价钒；+ 4 价 的v ( i v ) 相对于v ( v ) 也较不稳定，但在含还原剂的溶液中( 如含n a d h 的细胞 内) 或在强酸性溶液中( 如p h 1 0 时，则为阴离子单f f - ( v 0 4 3 _ ) ，见图1 1 4 。 4 第章绪论 辩 堵吩 图1 1 4 钒酸根单体、二聚体、四聚体、五聚体和十聚体的结构 1 1 2 含钒化合物的生物效应 糖尿病系一组由于胰岛素分泌缺陷及其生物学作用障碍引起的以高血糖为 特征的代谢性疾病，按是否依赖胰岛素分为两型，即：胰岛素依赖型，简称i 型：非胰岛素依赖型，简称i i 型，i i 型主要是由胰岛素抵抗和分泌缺陷引起， 占发病率的9 0 以上。它能引起一系列严重的并发症丽导致各种脏器，尤其是 眼、肾、神经及心血管系统的长期损害、功能= 1 i 全和衰竭。目前我国糖尿病的 患病率和病死率正在呈快速上丹趋势，成为继心脑血管疾病、肿瘤之后的另一 个严重危害人民健康的慢性非传染性疾病。但经典的治疗方法不尽如人意，如： i 型糖尿病用胰岛素注射治疗增加了患者精神与身体上的痛苦：i i 型糖尿病所 用的合成药，长期使用有一定的毒副反应。因此寻找高效、低毒、价廉的防治 糖尿病药物一直是医药工作者关注的热点。 八十年代以来，不少学者发现许多金属钒化合物具有类胰岛素活性2 0 - 2 3 】， 如能像胰岛素一样促进血糖被肝脏和外周组织利用和促进肝糖原的合成，在血 糖调节等方面能起到类似胰岛素的作用，口服给药实验也证明它对i 型和i i 型 糖尿病均有明显疗效。各国学者对血浆胰岛素水平、胰岛素受体功能和一些胰 s 吖么垤蜒p 岭 ， 厦门大学理学硕士学位论文 岛素作用后的受体效应进行深入的研究，大量实验结果表明高血糖动物口服钒 化合物后，血糖浓度明显降低但血浆胰岛素水平未变，这也同时表明钒化合物 的降血糖功效并不是通过刺激b 细胞分泌胰岛素而发挥作用的【2 t ”1 。另一方面， 有机钒化合物的出现降低了毒性、提高了作用效力，使得钒化合物作为一种新 型降糖药应用于临床成为可能。研究表明1 i 论是+ 4 价还是+ 5 价，不论是简单 离子还是稳定的配合物，从最简单的钒酸钠和硫酸氧钒到各种含钒配合物( 包括 单核和多核配合物) 都有一定的降糖作用 2 5 _ 4 7 】，但是活性差别明显，从这些化 合物的结构中尚不能得出结构与活性的关系【4 8 1 。 在具有类胰岛素作用的含钒化合物中，有三类化合物受到较多的注意：简 单的钒酸盐、四价钒的螯合物和五价钒的过氧化物。最早发现的类胰岛素钒化 合物是简单的钒酸盐，如+ 5 价的n a v 0 3 和n a v 0 4 ，+ 4 价的v o s 0 4 等。用目 前通用s t r e p t o z o t o c i n ( 链尿佐霉素s t z ) 和b i o b r e e d i n g ( b b ) 糖尿病模型做动物实 验，结果显示这些含钒化合物都具有降血糖作用，一些临床实验也给出肯定的 结果，但这些化合物在体内吸收度较差且毒副作用大，因此人们转向合成其它 活性强、易吸收、水溶性好、低毒性和稳定的含钒化合物。目前，研究最多、 最引起兴趣的此类化合物有：b m o v 【b i s ( m a t o l a t o ) o x o v a n a d i u m ( i v ) ，v o ( m a ) 2 】 i4 9 1 、v p a o x o b i s ( p i c o l i n a t o ) v a n a d i u m 、v o m p a b i s ( m e t h y l p i c o l i n a t o ) o x o v a n a d i u m 5 0 ，5 i 】、v c m e v a n a d y l b i s 一( c y s t e i n em e t h y le s t e r ) 【川、v - p o x o b i s ( p y r r o l i d i n e - n c a r b o d i t h i o a t o ) v a n a d i u m 】1 ”1 和v o s a l e ni n ，n - d i s a l i c y l i d i n e e t h y l e n e d i a m i n e 】o x o v a n a d i u m 【5 4 】等等，见图1 1 5 。 过氧钒化合物【5 5 , 5 6 是一类主要以钒酸盐【v ( v ) 】和过氧化氢为原料合成并带 有过氧键的含钒化合物，中心金属钒上常带1 个或2 个过氧根，即形成 m o n o p e r o x o 一和d i p e r o x o - 含钒物种( 见图1 1 6 ) ；在合适条件下，中心金属钒甚 至可带3 或4 个过氧根，所以过氧钒物种的结构通式可表示为 o v ( 0 2 ) l 一4 l ”， 其中心金属钒特别喜欢与含富电子的n 和o 等原子形成配键，目前报道的双过 氧钒化合物晶体约有十个。 6 第一章绪论 c n 蛉0 o o m 。且y o 嘲s 少s - p - a v c m e v p v o - s a l e n 图1 1 5 一些具有类胰岛素功能的钒化合物结构 o o h 2 7 - = u 群- t - - r 、u o h z l ! m o n o p e r o x ov a n a d a t e 图1 1 6 单、双过氧钒物种， z l o , v 坦o 。 开发金属钒化合物为口服降血糖药物时，一个不可忽视的事实是要考虑此 类化合物对人体的毒副作用5 7 ，5 引。一般来说，通过呼吸作用吸入的含钒物种对 人的毒副作用很大，口服含钒化合物的毒副作用则依动物种属和给药途径等的 不同而不同。研究表明：对某些低等动物来说，金属钒化合物的毒性反应很强： 但对人类等哺乳动物而言，此类化合物1 ：3 服时的毒性相对较低，主要症状表现 7 吣。 厦门大学理学硕士学位论文 在胃肠道不适上。有关金属钒化合物毒性作用可参考t h o m p s o n 5 9 1 和k u b e n a 6 0 】 等人的综述。此外，钒化合物口服后在体组织中的清除和残留等体内代谢转化 的问题也有待于进一步的研究。 1 1 3 钒化合物的核磁共振钒谱 ”v 的自然丰度为9 9 7 6 ，i = 7 2 ，v = 7 0 4 9 2 1 0 7t a ds - i t - 1 ，在溶液中具 有快速的四级矩弛豫、较高的灵敏度和较低的q 值( _ o 0 5 2 1 0 - 2 8m 2 ) ，是个非 常适合于核磁共振研究的核。多数生物体系的金属钒化合物( + 5 价，d o 态) 都是 抗磁性的，可观察到”vn m r 信号：其次钒核的化学位移范围较宽 ( _ 1 5 0 0 - - + 1 5 0 0p p m ) ，对周围化学环境的变化十分敏感，所以”vn m r 是研究 含钒化学体系( 包括钒酸根在内的含钒物种) 或生物体系溶液结构的有力工具； 根据物种5 1 v 化学位移大小同时结合”cn m r 谱r 中心金属钒参与配位后可引 起配位点邻近碳的化学位移发生变化) 可推导钒与配体的配位方式1 6 1 - 6 2 】，从而得 到含钒物种溶液结构和配位环境的直接信息。但由于钒核具有一定的q 值，在 某些条件下( 特别是在生物大分子体系中) 有谱线加宽现象，这不利于图谱的归 属。钒很强的配位能力使它形成种类繁多的化合物，因此文献中报道关于含钒 化合物化学位移的数据也较多，而h o w a r t h 的“v a n a d i u m - 5 1n m r ”【6 3 】就是关 于引vn m r 的详细论述。需要注意的是，钒化学位移对p h 等溶剂测定条件较 为敏感，对照文献数据时要尽量在近似的测定条件下比较。 ”vn m r 的化学位移一般以v o c l 3 为内标或外标参照( 化学位移为0p p r n ) ， 也可用p h = 7 0 的n h 4 v 0 3 溶液或p h 1 2 的n a 3 v 0 4 溶液为外标参照( 化学 位移分别为一5 7 3 和- 5 4 1p p m ) 。 8 第一章绪论 1 2 过氧钒化合物与小分子的相互作用 如前所述，金属钒有很强的配位能力，可与许多生物靶酶分子中的功能基 团发生配位作用( 含钒化合物可抑制许多靶酶的生物活性多与此有关) 。钒酸盐 与磷酸盐结构非常类似，因此它可作为磷酸酶作用底物的类似物，竞争性地抑 制磷酸酶的生物活性。某些钒化合物( 如过氧钒化合物) 还具有较强的氧化能力， 它们与生物体靶分子相互作用时，其氧化作用不可忽略，有时甚至起重要的主 导作用。 含钒化合物与生命体系或生物体系中许多常见的无机、有机小分子以及生 物大分子都可发生较强相互作用，研究这些相互作用对于了解钒化合物在生命 体系的功能、代谢和生化反应历程等均有重要作用。在一定条件下，可与金属 钒化合物有配位相互作用的小分子主要有酚、乙醇、乙二醇“8 1 、羧酸【6 虮、胺 类其它杂环含氮化合物7 2 1 、儿茶酚( 邻苯二酚) 【7 3 】、羟胺和羟胺盐1 7 4 1 、草酸等， 甚至许多生物缓冲液在一定条件下也能与钒配位【7 5 l 。糖类【7 6 l 、核酸等也能与金 属钒发生配位相互作用，如钒酸盐与尿苷酸中的核糖形成五环配合物，该配合 物是核糖核酸酶的中问态类似物，因而能够抑制核糖核酸酶的活性【7 7 】。此外， 许多蛋白质( 酶) 上的活性功能基团在某些条件下也能与金属钒发生配位作用 7 8 - 8 3 ：如组氨酸的咪唑基、半胱氨酸的巯基、酪氨酸或丝氨酸侧链上的羟基和 某些侧链或末端的氨基和羧基等。这些相互作用是钒化合物在体内参与靶蛋白 ( 酶) 调控生化反应的物质基础和化学本质，因此具有特别重要的意义。 1 2 1 四元体系h + h v 0 4 - - h 2 0 2 l i g a n d s 的电位分析和5 1 vn m r 研究 p e t t e r s s o n 研究小组提出用电位分析结合5 1 vn m r 谱的方法研究复杂 的相互作用体系：h + h v 0 4 - - h 2 0 2 l i g a n d s 8 4 - 8 8 其中l i g a n d s 为有机小 分子，对于上述四元体系，反应方程式可写成式( 1 8 ) 【8 9 】。 p w + gh v 0 4 一+ r h 2 0 2 + s l 。- ( h + ) p ( h v 0 4 - ) 口( h 2 0 2 ) r ( l ) f q 一“( 1 - 8 ) 9 厦门大学理学硕士学位论文 为讨论方便，产物简写为x ，i 拿，其中x 指代过氧根。从式( 1 8 ) 可 以看出在四元体系中，反应平衡后所生成的物种和各物种的分布受p h 值 变化的影响较大，因此通过改变体系的p h 值，可得到不同酸碱度下的体 系各物种的分布( 体系的p h 值可通过测量电位得出) ，各个物种的比例可从 5 1 vn m r 谱图中定量地求得，最后含钒物种的分布和p h 值之间的关系图 可由l a k e 程序得出，如图1 2 3 所示8 9 1 。从图中可以看出，在p h 值处在 6 5 8 5 之间时，体系中的主要物种为v x 2 i m 一；而在较低或者较高的p h 值 条件下，溶液中则以物种v x 2 ( z v x 2 ) 为主。 567 891 0 p h 1 鞫1 2 1 钒物种分布一p h 关系图 p e t t e r s s o n 研究小组系统研究了配体为a 丙组二肽、o 【丙丝二肽、皮考 啉酸和乳酸等四元体系的物种分布，如表1 2 1 所示。从表可以看出：在 所有的相互作用体系中，都生成组成式为v x 2 l 和v x l 的物种，同时 p e t t e r s s o n 等人还发现对于某些过氧物种的质子化过程，比如从v x a s 2 _ 到 v x a s 一，没有观察到它们在“vn m r 谱中对应谱峰的化学位移有任何的变 化，这意味着质子化的位置可能远离中心金属。为此，他们研究了不同 1 0 第一章绪论 p h 值条件下相互作用体系h + h v 0 4 - - h 2 0 2 一i m 各过氧物种的化学位移，见 图1 2 2 ，从图中可以看出：除物种v x 2 外( h 2 0 配位的双过氧钒) ，其它物 种的化学位移受p h 值变化的影响甚小，有的几乎不变。 表1 2 1 体系h + h v 0 4 - - h 2 0 2 l i g a n d s 可生成的过氧物种1 7 引。 s t r u c t u r e l i g a n d c o m p o s i t i o n f 塑旦! 堕! 型 i m i d a z o l e ( i m ) l - a a l a n y l l h i s t i d i n e ( a h ) l a a 1 a n y l l s e r i n e ( a s ) p i c o l i n i ca c i d ( p i ) l - ( + ) - l a c t i ca c i d l a v x i m v x 2 i m v 2 x 4 i m 一 v x a h 一v x a h v x 2 a h 2 。v x 2 a h v x a s 2 一v x a s v x 2 a s 2 - v x 2 a s v x p i 2 - v x p i 一v x p i v x p i 2 一 v x 2 p i 2 一 v x 2 l a 2 一 v 2 x l a 2 2 一 v 2 x 2 l a 2 2 一 通过比较过氧钒和这5 种配体形成新过氧物种的难易程度，可以看 出：含芳香氮的配体( i m ，p i 和a h ) 含脂肪氮和氧原子的配体( a s ) 含 氧原子的配体( l a ) 。因此，就过氧钒金属中心的电子结构而言，它更喜欢 制吣 一 n u 几 ( 时 h 时 丫洲怡 厦门大学理学硕士学位论文 和含氮( 特别是芳香氮) 而不是和含氧的配体配位，该结论支持了上一节中 关于过氧钒和组氨酸相互作用的生成常数较其它氨基酸大的实验事实。 5 0 - r o24681 0 p h 图1 2 2体系h + h v 0 4 - h 2 0 2 一i m 中过氧物种的化学位移一p h 相关图 1 2 2双过氧钒和组氨酸衍生物相互作用的e s i m s 和5 1 vn m r 研究 c o n t e 及其合作者采用e s i m s 结合”v n m r 等谱学方法，以1 ：1 的甲醇 或乙醇水溶液为溶剂，来研究过氧钒和组氨酸衍生物的相互作用。电喷 雾对过渡金属而言是种温和的电离技术，已成功地应用于许多有机、无 机体系”“1 ，可获得物质溶液结构的直接信息。 物种 o v ( 0 2 ) 2 ( h 2 0 ) 一在中性的乙醇水溶液( 1 ：1 ) 中的化学位移一般位 于一6 8 9p p m 附近，这和溶剂为纯重水或水时不大一样，倘若对此溶液在 1 2 枷 吣错 p 6 第章绪论 负离子模式下进行e s i m s 研究，见图1 2 3 ，则观察到的物种既有裸露的 双过氧物种【o v ( 0 2 ) 2 】( m z1 3 l ，1 0 0 ) 也有和与溶剂发生配位的物种 【o v ( 0 2 ) 2 ( e t 0 h ) 一( m z 17 7 ，5 5 ) 以及【o v ( 0 2 ) 2 ( e t o h ，h 2 0 ) 一( m z19 5 ， 5 ) ，此外还有其它的过氧钒物种比如( o v ( 0 2 ) 2 】2 ( h ) 一( m z2 6 3 ，5 ) 和 【o v ( 0 2 ) 2 1 2 ( h ，h 2 0 ) 一( m z2 8 1 ，5 ) 等也可在谱图中观察到。 图1 2 3 双过氧钒的e s i m s 谱 图1 2 4 双过氧钒物种 o v ( 0 2 ) f l 一的m s m s 谱 1 3 翟置量青耋曹_世 厦门大学理学硕士学位论文 另一方面，多级质谱( m s “) 也可用来推断上述提及的一些物种的组成，比如 对m z 为1 3 1 的物种 o v ( 0 2 ) 2 一做二级质谱，除了原有的谱峰强度降低外，还得 到m z 为9 9 的物种【v 0 3 】一，而后者可和溶剂分子发生配位作用而生成m z 为 1 1 7 ( 和h 2 0 配位) 和1 4 5 ( ；f f le t o h 配位) 的物种，见图1 2 4 。 在双过氧钒与组氨酸相互作用体系的e s i m s 谱中，除了上述已出现的物 一 i 烈洱 h i 毫- 町 1 5 4 i ! 竺wt 扣：嘲 ：新d 2 i ：川。4 卜 图1 2 5 双过氧钒与组氨酸相互作用体系的e s i m s 谱 种 o v ( 0 2 ) 】_ 和【o v ( 0 2 h 一及其和溶剂分子发生配位的物种外，还观察到组氨酸 和含钒物种配位的现象，如出现物种 o v ( 0 2 ) 2 ( h i s ) 一( m z2 8 6 ，1 0 0 ) 和 【o v ( 0 2 ) z ( h i s ) 2 一( m z “1 ，2 5 ) 的谱峰，如图1 2 5 所示。从图可以看出物种 【o v ( 0 2 ) 2 ( h i s ) 】- 和 o v ( 0 2 h ( h i 啦】_ 的裂分规律不大相同，【o v ( o z ) 2 ( i - i i s ) 一失去一 个3 2 d a 碎片形成m z 为2 5 4 的谱峰，这对应于中心金属失去一个过氧根而形 成一个含3 个端氧且和组氨酸配位的含钒物种；而对于 o v ( 0 2 ) 2 ( h i s ) 2 一即可失 去3 4 d a 的碎片( h 2 0 2 ) 而生成m z 为4 0 7 的碎片峰，也可失去一分子的中性配体 ( h i s ) 而得到m z 为2 8 6 的碎片峰 o v ( 0 2 ) 2 ( h i s ) 一) 。c o n t c 等人认为之所以在碎 片中产生中性的h 2 0 2 与h i s 中存在可提供质子的羧基有关。 除了用e s i m s 研究上述相互作用体系外，5 1 vn m r 的研究也是必要的， 相互作用体系的5 1 vn m r 谱中( 以水为溶剂) ，在_ 6 9 5 、_ 7 3 5 和一7 4 6p p m 位置 1 4 柏i 俦 o ipt亭日罂毒ia芷 第一章绪论 出现谱峰，这和t r a c e y 等人的研究结果相一致；当溶剂换成1 ：l 的乙醇水溶液 时，它们的化学位移则分别为- 6 8 5 、_ 7 2 9 和- 7 4 2 p p m ，这些实验事实说明除了 原有的过氧钒外，都有新的过氧物种生成。c o n t e 及其合作者用e s i m s 和”v n m r 系统研究了双过氧钒和组氨酸衍生物的相互作用，结果见表1 2 2 和1 2 3 ， 从表可以看出它们的e s i - m s 谱的裂分规律和5 1 vn m r 谱的出峰位置都很类 似。 表1 2 2 双过氧钒与组氨酸衍生物相互作用体系的e s i m s 谱中物种 o v ( 0 2 ) 2 皿) 】_ 和i o v ( 0 2 ) 2 ( l ) 2 l 一的相对丰度【舯l 1 5 厦门大学理学硕士学位论文 表1 2 3 双过氧钒与组氨酸衍生物相互作用体系中各物种的在不同溶剂中的 5 1 v 化学位移1 9 如。 his695“8 5 z h i s g l y h i s h i s o m e h i s g l v h i s s e r 7 3 5 - 7 4 6 6 9 6 7 3 9 7 4 8 6 9 6 7 3 8 - 7 4 9 6 9 5 - 7 4 1 - 7 4 6 6 9 6 _ 7 3 8 - 7 4 7 - 6 9 4 - 7 4 0 - 7 4 6 - 7 2 9 7 4 2 - 6 8 2 - 7 4 1 - 6 7 9 7 2 8 7 4 l - 6 8 4 7 3 3 - 7 4 l 6 8 l - 7 2 6 - 7 3 9 6 8 1 7 3 9 第章绪论 1 3 本论文工作的立题思路 在过去的2 0 年里，过氧钒和小分子的相互作用一直是化学和生物学科的研 究热点之一，多个研究小组也得到了相互作用体系许多有用的信息，比如生成 常数、物种的分布等等，但是过氧钒和小分子的相互作用仍有许多值得进一步 探讨的地方，主要有以下两个方面： 1 、充分利用多种n m r 技术表征体系的溶液精细结构 n m r 是用来描述物质溶液结构强有力的工具，但以前的研究往往只侧重 用简单的5 1 vn m r 谱来描述含钒物种在相互作用前后的变化，对新生成的物种 一般只作”v n m r 谱表征，缺乏其它n m r 谱学数据的支持，同时对配体与中 心金属钒的配位方式和作用模式描述甚少。因此本文的研究方法之一就是利用 多核( 1 h 、”c 、1 4 n 、1 5 n 和5 1 v ) 、多维( 1 h 1 hc o s y 、1 3 c 2 hc o s y 和d o s y ) 和变温n m r 等谱学手段来对相互作用体系的溶液精细结构进行详细的表征， 以揭示相互作用的模式和规律。 2 、配体上的取代基团对相互作用的影响 诚然影响相互作用的因素较多，如酸碱度、离子强度、反应温度和配体的 配位能力强弱等等，目前这一类的研究已有不少。但对于配体上的取代基对相 互作用产生的影响则几乎未见报道，因此研究取代基如何影响相互作用也是本 文的研究兴趣之一。 1 7 厦门大学理学硕士学位论文 参考文献 【1 】d r e h d e r , b i o i n o r g a n i cc h e m i s t r yo fv a n a d i u m 【j 】a n g e w c h e m i n t e d e n 9 1 1 9 9 1 ， 3 0 ( 2 ) ：1 4 8 1 6 7 【2 】郑发鲲，中科院福建物质结构所理学博士论文【d 】1 9 9 6 【3 】j a m a n t h e y , l p h a g e f ，c h a r a c t e r i z a t i o no ft h ec a t a l y t i cp m p e r t i e so fb r o m o p e r o - x i d a s e 【j 】b i o c h e m i s t r y , 1 9 8 9 ，2 8 ( 7 ) ：3 0 5 2 - 3 0 5 7 【4 】4j a m a n t h e y , l ，ph a g e r , c h a r a c t e r i z a t i o no f t h eo x i d i z e ds t a t e so f b r o m o p e r o x i d a s e j 】j ， b i 0 1 c h e m ，1 9 8 5 ，2 6 0 ( 1 7 ) ：9 6 5 4 - 9 6 5 9 【5 】m p r o a c h ，yp c h e n ，s a w o o d i n ，d e l i n c o l n ，c r l o v e l l ，j h d a w s o n n o t o m a s t n sl o b a t u sc h l o r o p e r o x i d a s ea n da m p h i t r i t eo m a t ad e h a l o p e r o x i d a s eb o t hc o n t a i n h i s t i d i n ea st h e i rp r o x i m a lh e m ei r o nl i g a n d j 】b i o c h e m i s t r y , 1 9 9 7 ，3 “8 ) ：2 1 9 7 - 2 2 0 2 6 】r w e v e r , hp l a t , e d eb o e ti s o l a t i o np r o c e d u r ea n ds o m ep r o p e r t i e so ft h e b r o m o p e r o x i d a s ef r o mt h es e a w e e da s c o p h y l l u m - n o d o s u m j 1 b i o c h e m ，b i o p h y s a c t a , 1 9 8 5 ，8 3 0 ( 2 ) ：1 8 1 - 1 8 6 【7 】d c 。c r a n s ，s e h e m u n g ，e l a r s e n ，n m r , c da n dm c d s t u d i e so f v a n a d a t en u c l e n s i d e c o m p l e x e s j 】a c t ac h e m s c a n d ，1 9 9 1 ，4 5 ( 5 ) ：4 5 6 - 4 6 2 8 】k w e r d a n ，g b a u r i e d e l ，b f i s c h e r , w k r a w i e t z ，e e r d m a n n ，w s e h m i t z , h s c h o l z s t i m u l a t o r y ( i n s u l i n - m i m e t i c ) a n di n h i b i t o r y ( o u a b a i a - l i k e ) a c t i o no fv a n a d a t e o n p o t a s s i u mu p t a k ea n dc e l l u l a rs o d i u ma n dp o t a s s i u mi nh e a r tc e l l si nc u l t u r e j 】b i o e h e m b i o p h y s a c t a , 1 9 8 2 ，6 8 7 ( 1 ) ：7 9 - 9 3 【9 】c w e s t e n f e l d e r , r k h a m b u r g e r , m e g a r c i a ，e f f e c to fv a n a d a t eo nr e n a lt u b u l a r f u n c t i o ni nr a t s 【j 1 a m j p h y s i 0 1 ，1 9 8 1 ，2 4 0 ( 6 ) ：5 2 2 - 5 2 9 【1 0 】h s a k u r a i ，m n i s h i d a , m k o y a m a j t a k a d a ，o c c u r r e n c eo fv a n a d i u mi o ni ns e r u m a l b u m i n s 【j 】b i o c h e m b i o p h y s a c t a , 1 9 8 7 ，9 2 4 ( 3 ) ：5 6 2 5 6 3 【1 1 】h j t h o m p s o n ，n d c h a s t e e n ，l d m e e k e r ，d i e t a r yv a n a d y l ( 1 v ) s u l f