两亲性鸟苷衍生物及其制备方法和在三磷酸胞苷传感识别中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于超分子传感材料技术领域，具体涉及一种两亲性鸟苷衍生物及其制备 方法，以及采用该两亲性鸟苷衍生物制备的囊泡型荧光超分子传感器在传感识别三磷酸胞 苷中的应用。
【背景技术】
[0002] 生物阴离子在生命体的正常运转中发挥必不可少的作用，因此对它们的识别与检 测具有非常重要的意义。在生命细胞中绝大多数生命过程都有磷酸阴离子及其衍生物的参 与。例如：蛋白质的可逆磷酸化反应可作为分子开关来调节蛋白质的活性，蛋白质结构中的 丝氨酸，苏氨酸以及酪氨酸磷酸化过程是蛋白质传递信息的基础；三磷酸腺苷（ATP)是活 细胞内的能量载体，广泛存在于细胞核，线粒体、叶绿体以及细胞质基质中，并不断与二磷 酸腺苷（ADP)相互转化形成三磷酸腺苷系统，ATP分子中的磷酸酯键断裂后可释放出大量 的能量，这些能量可启动细胞中成千上万个反应并驱动细胞运动；三磷酸鸟苷（GTP)参与 了 RNA的合成和梓檬酸循环；三磷酸胞苷（CTP)可以修复脑细胞和神经细胞，帮助治疗神 经系统的某些疾病，能够促进胆固醇和脂肪的运输，并且在核酸和蛋白质的合成中发挥重 要作用。鉴于磷酸衍生物在生命活动中的重要作用，创制能高效传感并识别磷酸阴离子的 传感体系将会极大促进对生命体中很多分子识别过程的理解。而生命体中很多分子识别过 程均发生在界面上，例如：细胞识别过程、酶催化过程、外部刺激信号传递等。因此，构建功 能纳米界面、实现生物界面功能、厘清界面上的作用机理对深入理解生命过程并模拟生物 功能至关重要。
[0003] -般用于检测阴离子会用到氢键作用、静电作用和配位作用。目前所报道的基于 氢键作用和静电作用的传感器多数仅能在有机溶剂中工作，而不能在生理环境下工作，因 此在很大程度上限制了基于氢键作用和静电作用的化学传感器的实际应用。与氢键作用 和静电作用相比，配位作用的突出优点在于基于配位作用的化学传感器可在生理环境下工 作。因为配位键具有高的键能，能克服水合作用的干扰，而且金属配合物具有相对刚性的空 间构型，有利于选择性识别阴离子。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种两亲性鸟苷衍生物及其制备方法和在 三磷酸胞苷传感识别中的应用。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是该两亲性鸟苷衍生物的结构式如下所 示：
[0006]
[0007] 上述两亲性鸟苷衍生物的制备方法由下述步骤组成：
[0008] 1、合成式I化合物
[0009] 以丙酮为溶剂，将鸟苷与对甲基苯磺酸、2,2_甲氧基丙烷按摩尔比为1:1~ 3:23~25,常温搅拌反应24小时，分离纯化产物，得到式I化合物。
[0011] 2、合成式II化合物
[0012] 以N，N-二甲基甲酰胺（DMF)为溶剂，在氮气保护下，将式I化合物、4-二甲氨基吡 啶、棕榈酸酐按摩尔比为1: 〇. 2~0. 6:1~2,常温反应24~48小时，分离纯化产物，得到 式II化合物。
[0015] 3、合成式III化合物
[0016] 将式II化合物溶于质量分数为50%的甲酸水溶液中，式II化合物与甲酸的摩尔比 为1:1. 5~3,60~70°C加热搅拌2~3小时，加入NaOH水溶液中和反应液，分离纯化产 物，得到式III化合物。
[0017]
[0018] 4、合成两亲性鸟苷衍生物
[0019] 以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，在氮气保护下，将式III化合物、丁二酸酐、4-二甲氨 基吡啶按摩尔比为1:3~5:0. 2~0. 6,常温反应24~48小时，分离纯化产物，得到两亲性 鸟苷衍生物。
[0020] 上述步骤2中，优选式I化合物与4-二甲氨基吡啶、棕榈酸酐的摩尔比为 1: 0· 5:1 〇
[0021] 上述步骤3中，优选式II化合物与甲酸的摩尔比为1:2。
[0022] 上述步骤4中，优选式III化合物与丁二酸酐、4-二甲氨基吡啶的摩尔比为 1:4:0. 5。
[0023] 本发明两亲性鸟苷衍生物在传感识别三磷酸胞苷中的用途，具体方法如下：
[0024] 1、将两亲性Tb (III)配合物加入lOmmol/L pH值为7. 4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸 缓冲溶液中，在50~60°C下保温1~3小时，自然冷却至常温，常温静置8~12小时，得到 100 μ mol/L两亲性Tb (III)配合物溶液。
[0025] 上述两亲性Tb (III)配合物的结构式如下所示：
[0027] 2、将两亲性鸟苷衍生物加入lOmmol/L pH值为7. 4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓 冲溶液中，在50~60°C下保温1~3小时，自然冷却至常温，常温静置8~12小时，得到 200 μ mol/L两亲性鸟苷衍生物溶液。
[0028] 3、将步骤1得到的100 ymol/L两亲性Tb(III)配合物溶液和步骤2得到的 200 μ mol/L两亲性鸟苷衍生物溶液按体积比为2:1混合，60°C保温1~3小时，自然冷却至 常温，得到动态混合囊泡聚集体。
[0029] 4、向步骤3的动态混合囊泡聚集体中加入三磷酸胞苷标准样品，用荧光光谱仪测 量不同浓度三磷酸胞苷对应体系的荧光强度，绘制l-1/Ic值随三磷酸胞苷浓度变化的标准 曲线。
[0030] 5、按照步骤4的方法用荧光光谱仪测量待测样品的荧光强度，根据待测样品1-1/ I。的值，结合标准曲线的线性方程即可高选择性识别三磷酸胞苷并确定待测样品中三磷酸 胞苷的浓度。
[0031] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0032] 1、本发明两亲性鸟苷衍生物具有无毒性、生物相容性的特点，其可以与两亲性 Tb(III)配合物在水相中自组装形成结构稳定、尺寸均一的囊泡型超分子传感界面。通过超 分子组装的理念，实现二者之间的能量转移，避免了复杂冗长的合成。将这一超分子传感界 面作为传感平台，利用高度有序的超分子传感界面具有预组织结构、界面上的分子浓度远 高于本体相，有利于协同络合具有多个结合位点的阴离子的特点，有望在提高传感器综合 性能方面获得应用。
[0033] 2、本发明利用胞苷系列核苷酸与两亲性鸟苷衍生物氢键配对能力不同，使其表面 的Tb 3+离子荧光猝灭程度不同，当向体系中加入可与鸟苷互补配对的三磷酸胞苷时，则可 大幅阻断鸟苷衍生物与Tb (III)配合物的能量转移过程，从而猝灭Tb (III)配合物的特征 荧光，从而实现了对三磷酸胞苷的选择性识别。
[0034] 3、本发明两亲性鸟苷衍生物的制备方法简单，反应条件温和。
【附图说明】
[0035] 图1是两亲性鸟苷衍生物与两亲性Tb (III)配合物共组装体系的粒径分布图。
[0036] 图2是两亲性鸟苷衍生物与两亲性Tb (III)配合物共组装体系的透射电子显微镜 图。
[0037] 图3是两亲性鸟苷衍生物与两亲性Tb (III)配合物共组装体系的荧光强度随三磷 酸胞苷浓度变化的荧光光谱图。
[0038] 图4是两亲性鸟苷衍生物与两亲性Tb (III)配合物共组装体系的相对荧光强度随 三磷酸胞苷浓度变化的线性曲线图。
[0039] 图5是两亲性鸟苷衍生物与两亲性Tb (III)配合物共组装体系在不同阴离子体系 中的相对荧光强度对比图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于 这些实施例。
[0041] 实施例1
[0042] 1、合成式I化合物
[0043] 将3. 5g(12mmol)鸟苷溶于140mL丙酮中，然后加入2. 34g(12mmol)对甲基苯磺 酸（TsOH)、35mL (284mmol) 2, 2-甲氧基丙烷，常温搅拌反应24小时，反应结束后减压蒸除丙 酮，加入25mL蒸馏水搅拌并分批次加入I. 038g NaHCO3固体，常温搅拌2小时，再逐滴加入 25mL饱和NaHCO3水溶液搅拌2小时，抽滤，再进行水洗，重复2~3次后，将所得固体物质 真空干燥得白色粉末状固体，即式I化合物，反应方程式如下：
[0044]
[0045] 所得式 I 化合物的结构表征数据为=1H-NMR(600MHz，DMSO, Me4Si) :10. 69 (1H， NH)，7· 92 (1H，CHN)，6· 52 (2H，NH2)，5· 93 (1H，CHN)，5· 18 (1H，OCHCH2OH)，5· 04 (1H，CHCHO)， 4· 97 (1Η，CHCHO)，4· 11 (2Η，CHCH2OH)，I. 51 (3Η，CH3)，I. 32 (3Η，CH3)。
[0046] 2、合成式II化合物
[0047] 在氮气保护下，将1.214g(3. 75mmol)式I化合物溶于70mL DMF中，然后加入 0. 092g(0. 75mmol)4-二甲氨基吡啶（DMAP)、1. 856g(3. 75mmol)棕榈酸酐，常温搅拌反应48 小时，减压蒸除DMF，向粗产品中加入30mL石油醚加热回流1小时，抽滤，柱色谱分离（洗脱 剂为二氯甲烷与甲醇的体积比为1:1的混合液），蒸干，将所得固体物质真空干燥得白色粉 末状固体，即式II化合物，反应方程式如下：
[0049] 所得式 II 化合物的结构表征数据为,H-NMR(600MHz，DMSO, Me4Si) :10. 76 (1H， NH)，7. 86 (1H，CHN)，6. 58 (2H，NH2)，6. 02 (1H，CHN)，5. 25 (1H，OCHCH2O)，5. 13 (1H，0CHCH0)， 4. 25 (2H，OCH2CH)，4. 12 (1H，C0CHCH)，2. 26 (2H，OCCH2)，1. 51 (2H，CH2)，1. 22 (24H，（CH2) 12)， 0