（应用化学专业论文）冠醚卟啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相互作用的研究.pdf

济南大学硕士学位论文 摘要 冠醚卟啉因其同时包含具有分子识别能力的冠醚环与卟啉大环而引起化学工作 者极大的研究兴趣，目前已将其应用于金属离子、有机小分子的识别及与高分子富勒 烯之间相互作用的研究中。氨基酸类药物是一类应用最为广泛的生化药物，目前世界 上用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物品种己达l o o 多种。研究生物活性分子卟啉与药 物分子的作用，对揭示药物分子在体内的作用机制有重要的指导作用。本文合成了对 称型冠醚卟啉及其金属配合物，系统地研究了它们的光物理性质，并成功地将冠醚卟 啉作为光谱探针用于氨基酸类药物分子的分析测定中。 本文前言首先详细论述了冠醚卟啉的结构、合成及应用现状与发展趋势，卟啉聚 集体以及氨基酸类药物分子的研究现状和意义。论文的研究主要包括以下几个方面的 内容： 一、对称型冠醚卟啉及其金属配合物的合成与表征。采用经典的a l d e r 合成法合 成了对称型的四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉及其锌金属配合物四( 苯并1 5 冠5 ) 锌卟啉。使用 中性氧化铝柱进行提纯，并分别采用红外光谱、核磁共振、紫外可见吸收光谱和荧 光光谱的方法对产物进行了表征，证明我们得到了目标产物。 二、采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱的方法首次系统地研 究了四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉的光物理性质。分别探讨了该种冠醚卟啉在不同有机溶剂、 不同比例醇水溶液、不同酸度条件溶液以及不同表面活性剂存在下的光谱性质，为 进一步将该种冠醚卟啉用于光谱分析提供了完整的数据参考。 三、研究四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉在氯仿溶剂及阴离子型表面活性剂中的聚集行为。 分别通过吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱的表征手段证明，该种冠醚卟啉在氯 仿及阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠( l a s ) 中，均能形成规则的乒型聚集体。 对其在l a s 中聚集行为的研究，分别探讨了酸度、离子强度等条件对聚集体形态的 影响，并初步探讨卟啉表面活性剂乒型聚集体的形成机理和模型。 四、采用瑞利散射光谱法研究四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉与氨基酸类药物三谷氨酰胺 的相互作用，建立了测定药物一谷氨酰胺的新方法。通过酸度及缓冲液用量的选择、 显色剂用量选择、介质及其用量的选择、试剂加入顺序的选择、离子强度和有机小分 子的影响、稳定时间的影响以及干扰离子的影响等条件实验的进行，确立了反应进行 的最佳条件。在最佳的实验条件下，绘制体系的工作曲线，并对实际药品进行了样品 t 冠醚卟啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相互作用的研究 测定，证明了该方法准确度高、精密度好，是一种测定药物三一谷氨酰胺的灵敏准确 的方法。 关键词：四( 苯并- 1 5 - 冠5 ) 卟啉；光物理性质；聚集体；谷氨酰胺 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t b e c a u s ec r o w np o 叩h 徊nc o n t a i nb o t i lc r o 、ne t h e rc y c l e 锄dp o 印h y r i nl a 唱er i n gt h a t a 1 1p o s s e s sm 0 1 e c u l a rr e c o g m t i o na b i l i t y ，t l l i st ) r p eo fm a c r o m o l e c u l eh a sa t t i a c t e dm u c h 龇e n t i o no fc h e m i s ta no v e rt 1 1 e 、v o r l d a tp r e s e n t ，c r 0 、v l lp o 叩h 河nh a sb e e nw i d e l yu s e d i nt l l er e c o 鲥t i o no fm e t a li o n sa l l do 唱a i l i cm i c r o - m o l e c u l a ra n di nt 1 1 ei n t e r a c t i o n b e t v v e e nc r o w np o 叩h ) r r i na n df h l l e r e n e a m i n oa c i dd r u gi sak i n do fm o s t 谢d e l yu s e d b i o c h e l l l i c 甜d r u g ，a n dm o r e 廿1 a i lah u n d r e db n d so fa m i n oa c i d sa n da m i n 0a c i d d 面v a t i v e sa r eu s 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h es t u d y a r ep r o v i d e d 硒f o l l o w s ： 1 t h es y n t h e s i sa i l dc h a r a c t e r i z a t i o no fs y m m e t r i c a lc r o 、lp o 叩h y r i na n di t sm e t m c o m p l e x c l a s s i c a la l d e rs y n t h e s i sm e t h o dw a su s e di n t l l e s y n t l l e s i so fs y m m e t r i c a l h 2 5 ，l o ，1 5 ，2 0 - t e 舡a - ( b e i 屹。一【1 5 】c r o w n - 5 ) - p o 叩h y r i i l a n di t sz i n cm e t a l c o m p l e x 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 一t e 仃a ( b e n z o 一【l5 】c r o v m 一5 ) - p o 叩h y r i n a t o z i n c ( i i ) p 面f i c a t i o nw a sc o n d u c t e d u s i n gn e u t r ma h l i i l i n ac o l u n m 凸m dp r o d u c t s 、e r ec h a r a c t e d z e du s i n gi n n 骶ds p e c n l l i l l ， n u c l e a rm a g l l e t i cr e s o n a n c e ，u l t r a v i o l e t v i s i b l e a b s o 叩t i o ns p e c t m ma n dn u o r e s c e n c e s p e c 眦n t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e d t h a tw eh a v eo b t a i n e dt l l ed e s i r e dp r o d u c t i o n 2 p h o t o p h y s i c a lp r i 删i e so fh 2 5 ，10 ，15 ，2 0 - t 爸t r a 一( b e n z o 一【15 】c r o 、 m - 5 ) 一p o 印h y 血 w a sf i r s t l ys t u d i e du s i n gu l 帆i o l e t - v i s i b l ea b s o l l p t i o ns p e c t n l i l l ，f l u o r e s c e n c es p e c t n l l l l a n dr e s o n a n c el i g h ts c a t t e 血g t h es p e c t i a lp r o p e r t i e so ft 1 1 ec r o 、 ，np o r p h 卵ni 1 1d i f f e r e n t h n d so fo 唱撕cs o l v e n t ，i nd i 髓r e n tp r o p o n i o n so fe t l l a n o 扒v a t e rs o l u t i o n s ，i i ld i 毹r e n t a c i d i 够c o n d i t i o n sa i l di i lv a r i o u ss m f a c t 如t ss o l u t i o n sw e r er e s e a r c h e d t h ec o m p l e t ed a t a u l 冠醚r 啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相互作用的研究 p r 0 v i d e dr e f l e r e n c ef o rt h ea p p l i c a t i o no fc r 0 、np o 印h 徊ni ns p e c 勺n a la n a j y s i s 3 1 1 1 ea g 伊e g a t i o nb e h a v i o ro fh 2 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 一t e 胁( b e n z 0 一【1 5 】c r o w n - 5 ) 一p o 叩h 奶n i i lc h i o r o f i o n ns o l v e n ta n d 砌o m cs u r f h c t a mw a ss 1 1 l d i e d c h 纠旧| c t e r i z a t i o nm e a i l so f a _ b s o r p t i o ns p e c t m i i l ，f l u o r e s c e n c es p e c 仇l i i la i l dr e s o n a n c el i g h ts c a n e r i n gw e r eu s e da n d t l l er e s u l t si n d i c a t e dt l l a tt l l ec r o w np o 叩h ”i l lc 锄f 0 珊r e g u l a r 乒a g g r e g a t e sb o t l li i l c 1 1 l o r o f o n l ls o l v e m 锄di na i l i o n i c 眺t 锄ts 0 d i 啪d o d e c y l b e n z e n es u l f o n a t e ( l a s ) i i l 廿l es t u d yo fi t sa g g r e g a t i o nb e h a v i o ri i ll a ss o l u t i o n ，t l l e 硼u e n c e so fa c i d 时锄di o l l i c s t r e n g t l l w e r e d i s c u s s e d ， 锄dt l l ef o 册a t i o nm e c h a l l i s mo fp o 印h 徊n s l l r f a c t a n t 乒a g 铲e g a t e sw 弱p r e l i m i n a 巧i i e s t i g a t e d 4 r a y l e i 曲s c 甜e 咖g m e t i l o d 、v 鹊u s e dt o s t u d ym ei i l t e r a c t i o nb e 似e e n h 2 - 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 - t e t r a 一( b e n z o 【1 5 】c r 0 、 ，i l - 5 ) p o 印h y r i na n d 锄i i l o 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用卟啉进行功能分子设计、合成及应用的研究在生物掣4 卅、药物化学7 1 、电化掣8 9 】、 光物理化学【l o 】、分析化学1 2 】等领域备受关注。 冠醚为大环多元醚，其最早的产物是p e d e r s o n 等人于1 9 6 7 年合成出来的二苯并 18 一冠6 ，冠醚化合物最诱人的性质是其在一定条件下，可以和某些金属离子结合成 稳定的络合物而作为离子载体应用于农业和医学等科学领域【1 3 1 。作为第一代主体化合 物，冠醚不仅在分子识别的研究领域内占有重要地位，而且也是目前世界上分子组装 领域内的热点研究课题【l4 1 。 将冠醚与具有生物活性的基团结合设计合成一些具有多个配位中心的金属配合 物，将有可能使该类仿生催化剂更加接近于生物体内酶的特点。同时，冠醚与具有生 物活性的基团结合，将有可能改善、活化基团的催化活性，对于揭示生物体内氧的可 逆键合、活化和氧化机制同样具有一定的理论意义1 1 5 】。因此，化学家们尝试将冠醚与 卟啉化合物相结合，合成出不同结构的冠醚卟啉化合物，并使用光物理学、配位化学、 量子化学计算等手段对其进行表征和应用。 1 1 冠醚卟啉的种类 e v e n 等【1 q 认为冠醚卟啉能与金属离子或有机分子络合而显示出特殊的性质，引 起了化学工作者广泛的研究兴趣。由于冠醚卟啉结构多种多样，因此e v e n 根据不同 的空间排列对冠醚卟啉进行了分类，讨论了不同类型冠醚卟啉的性质。将冠醚卟啉分 为6 类，并将他们生动的称为：s i d e a n t l e d 型、锄u l a t e 型、a p p e n d e d 型、i l l t e r l o c k e d 冠醚卟啉光物理性质及与氨幕酸类药物分子相互作用的研究 型、c a p p e d 型和伽e e z e r s 型冠醚卟啉。 冠醚卟啉已成为近年来的研究热点，对上述六种冠醚卟啉的研究报道也有许多。 g 硼t e r 等【1 刀将s i d e 锄e d 型冠醚卟啉用作受体，进行联吡啶客体的分子识别：s m 砌o r i 等【1 8 1 研究了a p p e n d e d 型冠醚卟啉的两种不同的聚集方式；l 皿等【1 9 1 使用c a p p e d 型金 属冠醚卟啉作为受体，在极性溶剂中对氰化钠和氰化钾进行了选择性识别。对其他种 类的冠醚卟啉也各有报道【2 0 。2 5 1 。 在本论文的实验中，我们选择合成一种对称型的a p p e n d e d 型冠醚卟啉，并对其 进行光物理性质以及与药物小分子之间相互作用的研究。在以后的讨论中，主要介绍 该种类型冠醚卟啉，简称冠醚卟啉。 1 2 冠醚卟啉的合成 舯+ 9 9 的旦 9 c h o 图1 1 卟啉化合物反应历程 f i g 1 1r e a c t i o nm e c h 柚i s mo fp o r p h y 血c o m p 0 岫d 2 0 世纪3 0 年代r o t l l e m 吼d 首先采用苯甲醛和吡咯，以吡啶为溶剂在密封管1 5 0 下反应2 4 4 8h 合成了四苯基卟啉( 1 劭印h e n y l p o 叩h 如n s ，t p p h 2 ) ，但所得产率很低 【2 6 】。近年来，卟啉化合物的合成方法不断改进，产率也有所提高。其中最为经典的是 舢d e r - l o n g o 合成法和l i n d s e y 合成法。在冠醚卟啉的合成中，最常用的也是这两种 经典合成方法。 1 2 1ald e r l o n g o 合成法 1 9 6 7 年a l d e r 提出将等物质的量的吡咯和( 取代) 苯甲醛在丙酸溶液中回流，在 2 济南大学硕士学位论文 1 4 1 下反应3 0m i n 制得( 取代) 四苯基卟啉2 7 1 ，产率可达2 0 左右。应用a d l e r - l o n g o 法( a d l e r 法) ，人们已经合成了大量的取代苯基卟啉【2 8 。2 9 1 。 t h 锄a b a l 等3 0 1 采用此法，将定量的47 醛基苯并1 5 冠5 、苯甲醛和吡咯在丙酸 中回流，反应4 5i l l i n 后，静置过夜。减压抽滤，将得到粗产物经柱层析分离，得到5 种类型取代冠醚卟啉产物。 1 2 2ljn d s e y 合成法 1 9 8 6 年l i n d s e y 等模拟生物体内卟啉辅基的合成过程，采用c h 2 c 1 2 作溶剂，以 b f 3 乙醚或三氟乙酸作催化剂，先在室温下合成四氢卟啉中间体，再氧化生成卟啉， 产率高达5 0 左右，反应条件温和，能用于含有敏感基团卟啉的合成，难用于用量较 大或中间物不溶于c h 2 c 1 2 卟啉的合成，如聊p 舳一四( 4 硝基苯基) 卟啉【3 1 】。 由于l 砌s e y 方法的成功，人工合成的卟啉类化合物大大扩充，功能也越来越多， 是卟啉合成的重大进步【3 2 1 。目前该法与a d l e r - l o n g o 法一样，广泛应用于卟啉类化合 物的合成【3 3 3 4 1 。s o l l a d 诺等3 5 1 采用l i n d s e y 方法合成冠醚卟啉，在经过复杂的纯化以 后，得到产率为1 3 的样品。 1 2 3 其他合成方法 除上述经典方法以外，已见报道的卟啉化合物的合成方法还有微波诱导法【3 6 。8 】 和m a c d o n a l d 合成法( 【2 + 2 】合成法) 。 s h i l l n l o r i 掣1 8 1 使用m a c d o n a l d 合成法，合成了对位二取代冠醚卟啉，利用这种方 法，可有效防止邻位二取代冠醚卟啉的生成，解决分离纯化难的问题。 1 2 4 金属卟啉的合成 金属离子的引入常引起卟啉化合物性质的显著变化，金属卟啉作为主体分子有其 独特的特点，首先卟啉分子有较大的表面，对金属卟啉分子轴向配体周围的空间容积 和相互作用的控制余地较大：其次金属卟啉配合物具有其多样性【捌。因此，金属卟啉 配合物可对多种有机物分子进行识别，对金属卟啉配合物分子识别的研究将有广阔的 前景，多种不同结构和种类的金属卟啉化合物都已被合成和研究【4 0 4 3 1 。 金属卟啉多是将卟啉化合物与相应金属的醋酸盐回流制得的。如四( 对烷氧基苯 基1 锌卟啉的合成1 4 4 1 ，即是将自由卟啉与d m f 、醋酸锌的饱和甲醇溶液一同回流，之 3 冠醚卟啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相互作用的研究 后经过冷却结晶、抽滤、干燥，纯化，最终得到紫色晶体。 1 3 冠醚卟啉的应用 1 3 1 与金属离子的作用 1 3 1 1 冠醚卟啉与金属离子的相互作用 冠醚修饰的卟啉和金属卟啉都是非常好的多点络合剂和非共价键相互作用的构 筑单元，也是分子组装的工具。j a h a i l 等【4 5 】合成了四( 苯并9 冠3 ) 卟啉( t c 3 p h 2 ) 和四( 苯 并1 2 冠4 ) 卟啉( t c 4 p h 2 ) ，使用紫外可见吸收光谱、核磁共振和红外光谱手段进行 表征，再利用z i l 2 + 和f e 3 + 对其进行金属化。并研究合成卟啉化合物与金属离子的相互 作用，研究证明，a l ”和m f + 与卟啉的相互作用同时发生在卟啉大环与冠醚环上。 1 3 1 2 冠醚卟啉通过金属离子的二聚作用 卟啉化合物的二聚作用是近年来的研究热点之一，有研究证明，通过氢键可形成 横向二聚体【4 6 1 ，而通过卟啉中心金属离子与有机小分子的作用可以形成轴向二聚体 【4 7 1 。冠醚卟啉同样可以形成二聚体，这种二聚体的形成多由金属离子与冠醚的配位作 用弓i 起【4 8 4 9 1 。 ( a )( b ) 图1 2k + 诱导的冠醚卟啉二聚体可能结构 f i g 1 2p o s s i b l es 仃u c t u r eo fc m 、v i lp o 呻如nd i m e ri n d u c e db yk + ( m = 2 h 、c o 、c u 和z n ) 早在1 9 8 2 年，t h 趾a b a l 等1 5 0 5 1 1 就在冠醚卟啉二聚体的形成方面做了大量的研究。 t h a n a b a l 合成了苯并1 5 冠5 完全和部分取代的冠醚卟啉化合物，使用金属c o 、c u 4 济南大学硕士学位论文 和z n 对其进行金属化，最后利用吸收光谱、核磁共振、电子自旋共振和发射光谱手 段研究金属冠醚卟啉与其他金属阳离子的配位作用。研究发现四取代冠醚卟啉化合物 对k + 有很高的选择性，阳离子k + 和b a 2 + 都可以同时与两个冠醚环进行配位，从而导 致卟啉二聚体的形成。这种二聚体可能的结构如图1 2 所示。 s h i 姗嘶等【1 8 j 合成了在对位二取代的冠醚卟啉，将锌金属化后的冠醚卟啉在 a 妒f 6 中进行氧化偶联反应，形成了中位中位横向连接的二聚卟啉。而在金属冠醚 卟啉的溶液中加入k + 或r b + ，能够产生面对面的卟啉二聚物。 当然，冠醚卟啉的二聚作用并不完全都是由金属离子的络合引起的，也有其他的 二聚方式【5 2 - 5 3 1 。 1 3 2 与富勒烯( c ) 的作用 c 6 0 作为一种三维的电子受体，由于其在电子转移反应中重组能小，以及能够在 光诱导电荷分离效应中产生显著的影响，使其在设计完整的、多组分的模型体系中发 挥着不可替代的作用。近年来，以卟啉与c 6 0 为建筑模块进行超分子体系构筑，并对 其进行光物理性质等方面的研究十分活跃【5 引。a m a r o l i 等【5 5 】合成了一种带有吡啶基 的富勒烯衍生物，并通过毗啶环与金属锌离子的结合，使其与7 ，z 嚣d 四苯基锌卟啉 ( z n t p p ) 形成二联体，并利用1 hn m r 与荧光光谱滴定法计算它们之间的结合常数。 冠醚卟啉由于其卟啉环外连接有较大的冠醚分子，而冠醚可以与碱金属离子、铵 等相互作用，形成稳定的配合物，所以将吡啶或者季铵盐修饰的富勒烯衍生物与冠醚 卟啉作用，构筑超分子化合物成为近些年的研究热点【5 9 】。 c 图1 3 铵盐修饰富勒烯与冠醚卟啉作用方式 f i g 1 3i n t e r a c t i o nm o d eb e m e e nc r o 、；v i lp o 叩h y 血锄d 如l i e r e n em o d i f i e db y 锄m o n i n l us a l t 冠醚n 啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相瓦作用的研究 s o l l a d i 6 等吲进行了c 6 0 卟啉共轭体系的研究，将铵盐连接到亚甲基富勒烯上， 使其与一取代的冠醚卟啉相互作用。研究证明，除了铵一冠醚间的相互作用外，该超 分子体系间还存在富勒烯与卟啉亚基间作用于分子内的堆积作用。因此，配合物的结 合常数( 鳓比已报道的其他类型冠醚化合物与富勒烯的结合常数【删高出2 个数量级。 冠醚卟啉与富勒烯配合物结构如图1 3 所示。s o l l a d i 6 提出通过调节溶液的p h ，可以 控制冠醚卟啉和富勒烯的识别进程，从而有可能将该超分子配合物作为一种良好的分 子开关加以应用。 d s o 呦等【6 l l 同样设计合成了超分子卟啉富勒烯结合物，使用2 个1 8 冠6 的冠 醚分子修饰金属卟啉，并使其与吡啶或者季铵烷基功能化后的富勒烯分子络合，通过 吸收和荧光光谱、电喷雾电离质谱( e s i m s ) 、电化学、半经验量子化学( p m 3 ) 计算等 手段证明了该超分子配合物结构的完整性。通过改变与卟啉环中心连接金属离子，研 究电荷分离和电荷重组时自由能变化的影响。经研究得到卟啉与富勒烯形成了1 ：2 的 配合物。 1 3 3 与其他有机物的作用 “a p p e n d e d ”型冠醚卟啉与其他有机物相互作用的报道并不多见。已见报道的 有s i r i s h 等【6 2 彤1 研究冠醚卟啉与缩氨酸的相互作用。s i r i s h 研究发现5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 四( 4 甲基吡啶) 卟啉与未保护的氨基酸和缩氨酸都没有结合反应，而使用苄氧羰基保护的 氨基酸和缩氨酸就可以引起该卟啉s o r e t 带强度的减弱和最大吸收波长的红移。但是， 当用一个苯并1 8 冠6 代替吡啶基连接在卟啉的中位，即形成一取代冠醚卟啉后，即 可直接与未保护的缩氨酸作用，使用紫外滴定的方法得到缩氨酸与冠醚卟啉的结合常 数。通过实验发现，随着缩氨酸的长度以及氨基酸侧链上芳香单元个数的增加，冠醚 卟啉与缩氨酸的结合强度也越来越大。 1 4 卟啉化合物的聚集作用 近年来，分子聚集体因其独特的结构和光学性质及其大小介于分子和固体之间而 备受人们关注，特别是那些分子排列非常有序的聚集体，即乒聚体或厚聚体，被发 现或预测具有独特的电子和光谱性质【6 4 1 。而聚集正是卟啉化合物的一类重要性质，因 此对卟啉类化合物聚集行为的研究引起了广大化学家的研究兴趣。 6 济南大学硕十学位论文 1 4 1 卟啉化合物聚集现象的研究意义 聚集是卟啉化合物的一类重要性质。研究表明，细菌叶绿素和叶绿素以二聚形式 存在，因此为模拟光合作用，有人合成了一些二聚或多聚的卟啉叠层衍生物，并且发 现对于不同的聚集叠层衍生物卟啉片层之间的联接方式不尽相同。卟啉化合物聚集作 用的结合方式有静电作用、氧配位、边基配位、驴，r 键合等【6 5 1 。 由于卟啉衍生物在生物体内均是以聚集体的形式发挥作用，如光合作用中光能的 转化、氧的传递、生物催化及光动力治疗等。卟啉在生物的生命运动中占有重要地位， 生物体内的环境是溶有许多有机物、无机盐的水溶液，因此研究卟啉在不同环境中的 聚集状态对于仿生学、光学均具有重要意义1 6 0 j 。 1 4 2 卟啉化合物的聚集状态研究 1 4 2 1 水溶性卟啉聚集状态的研究 对水溶性卟啉聚集行为的研究较为广泛，研究比较多的有磺酸基苯基卟啉【6 】 和吡啶基卟啉【7 0 1 。如m a 等川分别采用吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱的手段 研究了不同金属离子k _ ，c a 2 + ，b a 2 + ，c u 2 + ，c 0 2 + ，n i 2 + ，z n 2 + 和f e 3 + 在酸性介质中 对t p p s 4 聚集行为的影响；c a s t r i c i a i l o 等倒研究了t p p s 4 在a o t 水癸烷微乳液体系 中的聚集行为，考察了不同的实验条件( 溶液p h 、卟啉浓度、o 值) 对体系光谱行为 的影响，证明了t p p s 4 在该体系中厚型二聚体的形成；a g g a n v a l 等【7 3 】研究了n a c l 存在条件下，t p p s 4 在溶液中乒型聚集体的形成，探讨了不同浓度、酸度和离子强度 时卟啉聚集的动力学过程。 对水溶性卟啉聚集行为的研究手段包括：吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱， 同时也可以采用拉曼光谱、园二色谱和荧光偏振的方法作为辅助手段，研究聚集体的 形态。其中吸收光谱是判断卟啉聚集体形态的最直观手段，当卟啉化合物特征s o r e t 带发生蓝移为肛型聚集体，分子间呈“面对面”排列；当s o r e t 带发生红移则为乒 型聚集体，分子间呈“端对端 排列。理论认为：当卟啉分子的水平轴线与两卟啉中 心连线的夹角( 锐角) as5 4 7 0 时，形成的是体型聚集体；仅 5 4 7 0 时，形成的是乒 型聚集体。因所处微环境的浓度、酸度和离子强度等因素的不同，这两种聚集型体之 间是可以相互转化的。 7 冠醚卟啉光物理性质及与氨基酸类药物分子相互作用的研究 1 4 2 2 非水溶性卟啉聚集状态的研究 对非水溶性卟啉聚集状态的研究相对较少。已见报道的有张韫宏等1 7 4 】研究了双亲 卟啉分子单链四苯酚基卟啉在水、氯仿和环己烷三种溶剂环境中的吸收光谱。实验证 明溶剂分子与卟啉的亲水基、疏水链和卟啉环三者之间的作用控制着卟啉的聚集行 为。章应辉等研究了不同溶液中肌p s d 四( 4 羟基苯基) 卟啉( h 2 t h p p ) 及其二酸离子 ( h 4 t h p p 2 + ) 的聚集行为，采用分子激子模型分析了聚集体的结构，证明卟啉环之间的 驴盯作用是形成聚集体的作用方式。 1 5 卟啉化合物与药物分子间相互作用 1 5 1 卟啉化合物与药物分子间相互作用的研究现状和意义 卟啉化合物广泛地存在于生物体中，人体中也含有多种卟啉类化合物，如血红蛋 白、血红素、原卟啉、粪卟啉和尿卟啉等，而药物是人体必须摄入的一种特殊物质； 同时由于卟啉本身即可作为光敏药物对癌症进行光动力学治疗，并且利用卟啉易在癌 细胞周围聚集的特点，可将其作为药物载体，实现抗癌药物的靶向给药【7 6 】。因此，研 究各种带有不同取代基的卟啉化合物与药物分子之间的相互作用，对于新型抗癌药物 的开发和研究药物在体内的药代动力学都具有十分重要的意义。 目前，关于光谱法研究卟啉与药物相互作用的报道并不多见。已见报道的有g o n g 等【7 7 】使用糖基化金属卟啉作为荧光探针进行药物左旋咪唑的识别。相信伴随着各种新 的分析测试技术和新型卟啉化合物的出现，对卟啉化合物与药物分子间相互作用的研 究一定会引起化学工作者广泛的关注。 1 5 2 氨基酸类药物 1 5 2 1 氨基酸类药物发展和应用现状 氨基酸是一类广泛存在于自然界中的有机小分子化合物，其结构上均含有氨基和 羧基。氨基酸可分为两大类：一类是蛋白质氨基酸，是自然界几乎所有蛋白质的组成 成分，有2 0 种；另一类是非蛋白质氨基酸，不参与蛋白质的构成，目前自然界已发 现的有7 0 0 多种。非蛋白氨基酸在自然界含量极少，但近年来人们发现许多种非蛋白 氨基酸却具有独特的生物学功能，如参与激素、抗生素等含氮物质的合成等，有些还 具有一定的抗癌、抗菌、抗结核、护肝、降血压、升血压的作用【7 8 】。因此，氨基酸是 8 济南大学硕士学位论文 一类重要的生化药物。 我国氨基酸类药物的发展历程为【7 9 】： ( 1 ) 解放初期，我国氨基酸工业只能生产调味用谷氨酸钠，其它品种基本没有； ( 2 ) 7 0 年代开始，武汉大学以水解法制备胱氨酸为起点，还开发了精氨酸、酪氨 酸、亮氨酸和半胱氨酸等产品，为我国氨基酸工业做出了突出的贡献。1 9 7 8 年，医 药生产主管部门召开了第一次全国氨基酸科研生产座谈会，促进了氨基酸科研和生产 的发展； ( 3 ) 改革开放以来，我国氨基酸制药工业得到了飞速发展。新版药典己收藏全部 氨基酸原料药标准，虽然与国外相比，我国的氨基酸制剂偏少，许多来自进口，但是 这也说明我国的发展潜力很大，相信不久的将来会有更多有特色的氨基酸制剂问世。 作为机体合成蛋白质和其他含氮生物分子的原料，氨基酸可以被用作营养剂，用 作手术前后、创伤、烧伤或其他原因造成的营养不良和氮平衡失调等情况【8 0 1 。氨基酸 药物也有其他的药用价值，将几种氨基酸的特殊应用列于表1 1 。 表1 1 几种氨基酸的特殊药用价值 t l b l e1 1s d e c i a lm e d i c i n a lv a l u eo fs e v e r a l 锄i n oa c i d s 氨基酸药用价值 门冬氨酸 谷氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 精氨酸 赖氨酸 色氨酸 与细胞亲和力强，有助于钾进入细胞内，其钾盐可用于纠正细胞内缺钾。 与血液中氨结合生成无毒的谷氨酰胺而运出脑外，降低血氨浓度，可用于防治肝 性昏迷。 三种支链氨基酸在肝外分解代谢，补充支链氨基酸，可纠正严重肝病时氨基酸的 紊乱，用于慢性肝硬化。 参与鸟氨酸循环，促进尿素生成，可用于血氨增高引起的肝性脑病； 影响多种激素的分泌，对糖尿病的防治有重要意义： 是精子蛋白重要组成成分，也游离存在于精子中，可用于治疗由于缺精少精所致 的男性不孕症： 具有降压作用，抗动脉粥样硬化和对胃溃疡保护治疗的作用。 具有促进脑组织新陈代谢的作用，可用于颅脑损伤综合症、脑血管病、老年性脑 萎缩及记忆衰退等。 其代谢物具有平衡心态和提高睡眠质量的作用，可用于抑郁、焦虑、失眠等症。 1 5 2 2 氨基酸类药物研究现状 由于氨基酸类药物重要的药用价值，对它的研究也引起了化学工作者广泛的兴 趣。这里主要以本文研究的三谷氨酰胺为例，简要叙述目前氨基酸类药物的研究现 状。 谷氨酰胺是谷氨酸) ，氨基酰化的一种氨基酸，作为2 0 种构成蛋白质的基本氨 冠瞪卟啉光物理性质及与氩基酸类药物分f 相互作用的研究 基酸之一，谷氨酰胺占全部游离氨基酸一半以上，是机体含量最丰富的氨基酸【引】，在 生命活动中起非常重要的作用。目前对于三谷氨酰胺的研究主要集中在以下几个方 面： ( 1 ) 研究其对人体的生理作用 谷氨酰胺在骨骼肌中合成，在全血所有氨基酸中浓度最高，能够在运动中起着各 种各样的作用，因此，在实践中可以通过适当补充谷氨酰胺来改善运动员的运动能力、 免疫功能、情绪状况、运动技能的学习等【8 2 1 。 ( 2 ) 研究其合成制备方法 目前合成法制备谷氨酰胺主要有两种方法【8 3 1 ：一种是由上谷氨酰胺甲酯经缩合、 加成、成盐、水解、经活性炭脱色、重结晶得成品；另一种方法是采用上谷氨酸合 成甲酯后，与水合阱反应得酰阱，再用黜m e y 镍将其还原为谷氨酰胺。 近年来谷氨酰胺生产广泛采用的方法还包括发酵法，选择合适的菌种，控制培养 基成分及浓度给微生物以最佳的生活环境，利用微生物的新陈代谢，可以大幅度提高 三谷氨酰胺的产量【8 4 1 。现在工业生产多采用这种方式。 表1 2 谷氨酰胺的分析测定方法 1 a b l e1 2m e t h o d so fq 啪t i t a t i v ed e t e n n i n a t i o n0 f 三一g l u t 锄i n e l o 济南大学硕士学位论文 ( 3 ) 研究其含量分析方法 谷氨酰胺的分析方法很多，常用的有纸层析法、荧光法、生物传感器【8 5 】和高效液 相色谱法【8 6 1 等。吴健等【8 7 】采用毛细管电泳法建立了适用于发酵液、微生物酶法氨基 酸转化液、食品及血液样品中谷氨酰胺和谷氨酸分离分析的方法，实现了两种氨基酸 良好的分离和分析。汪世华等【8 8 】分别采用纸层析法和荧光法定量测定了发酵液中三 谷氨酰胺的含量。陈奎发等【8 9 1 使用生物传感器，首先验证了谷氨酰胺酸水解产生谷氨 酸的特性，并以此确立了分析发酵液体系中谷氨酰胺浓度的方法，即酸解酶膜联用 法。将目前报道三谷氨酰胺的含量测定方法列于表1 2 。 1 6 本论文研究内容及创新性 1 6 1 本论文的主要研究内容 ( 1 ) 采用经典的a l d e r 合成法合成对称型的冠醚卟啉化合物四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉及其 锌金属配合物四( 苯并1 5 冠5 ) 锌卟啉，分别采用红外光谱、核磁共振、紫外一可见 吸收光谱和荧光光谱的方法对产物进行了表征，证明得到了目标产物；比较四( 苯 并一1 5 一冠5 ) 卟啉与其锌金属配合物的光谱行为差别。 ( 2 ) 系统研究所合成的四( 苯并1 5 冠5 ) 卟啉在有机溶剂及在不同种类溶液中的光物 理行为。采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱作为分析手段。 ( 3 ) 着重研究四( 苯并1