专利名称：精氨酸裂解酶模型化合物制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及精氨酸模型化物的制备和作为农药、医药和兽药及生物发酵催化剂的应用，属于生物无机化学的仿生技术领域。
背景技术：
精氨酸裂解酶包括水解胍基的精氨酸酶，精氨酸脱羧酶、精氨酸脱亚胺酶、NO合成酶、精氨酸脱胺酶等，它们各自具有不同的结构和辅因子及底物特异性，自然界尚未发现一酶多功能者。而我们在研究精氨酸模型化合物中，发现有的配合物都具有多功能，可以在外界无能量输入和无辅因子的情况下催化多部位C-N(C＝N)和C-C键裂解；同时发现这些配合物对其他氨基酸、脂肪酸等有机酸有脱羧、脱氨作用。它们在动、植物体内信号传递、细胞凋亡、生理和病理调节中有重要作用，或许可用作医药、农药、兽药和生物发酵催化剂。
发明内容
本发明目的是根据精氨酸酶活性部位结构，提供一类能够在温和条件下裂解C-N(C＝N)和C-C(C＝C)键的纳米级工具。这类配合物在无需外界提供能量和辅因子的情况下，通过水解和自由基途径，切断精氨酸的C-N(C＝N)和C-C键，并具有位置和官能团特异性；产生鸟氨酸、NO、胍氨酸、多胺合成前体、谷氨酸、脯氨酸等次级产物；在动、植物体内传递信号，调节生理和病理活动，引导细胞凋亡，可望成为医药、农药、兽药的有效成分和生物发酵催化剂。
达到本发明目的的精氨酸裂解酶模型化合物具有如下通式MmLXn·qS式中M代表金属离子Mn(II、III、IV)，或Fe(II)，或Zn(II)；L代表配体N，N，N-三(2’苯并咪唑甲基)胺(NTB)，或N，N，N’，N’-四(苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚(EGTB)，或N，N，N’，N’-四(苯并咪唑甲基)-反式-环己烷邻二胺(CTB)，或N，N，N’，N’，N”，N”-三乙四胺六乙酸(TTHA)；S代表H2O，或甲醇，或乙醇；m＝1，2或3；n＝2，3或4；0＜q≤12。
含苯并咪唑的配体NTB、EGTB、CTB是以乙二醇为溶剂，多元氨羧酸与邻苯二胺按摩尔比1∶3或1∶4在140～200℃共热缩合2～8小时，然后脱色、重结晶得到白色粉末或无色晶体。收率80％以上，元素分析合格，X-单晶衍射分析表明苯并咪唑基3-位氮原子和烷胺氮在pH≤4易质子化，影响与金属离子配位，同时也是一个很好的递氢体。
符合上述通式的模型化合物的制备方法，其特征是配体微热溶于乙醇、甲醇或乙二醇中，按配体与金属1∶1，或1∶2，或1∶3的物质的量之比加入金属盐或ZnO，在室温或微热下反应生成沉淀，过滤、洗涤、干燥得到产品；用自然挥发或扩散法得到单晶。其中所述的金属盐包括锌(II)、锰(II)、铁(II)的盐酸盐、醋酸盐、硝酸盐和高氯酸盐。
本发明的化合物可模拟脲基水解酶水解精氨酸及其次生产物胍氨酸、胍基丁胺、腐肉胺(丁二胺)等重要而特殊的氨基酸和多胺合成前体，它们是动、植物体内信号分子，调节一系列生理和病理功能，可用作调节生理和病理功能医药的有效成分。
本发明的精氨酸裂解酶模型化合物可以使精氨酸等氨基酸和脂肪酸等有机酸脱羧产生有重要生理功能的单胺或多胺，对植物生长有调节作用，可用作植物生长调节剂。
本发明的精氨酸裂解酶模型化合物可以使精氨酸等氨基酸、核苷碱基脱氨，可促进蛋白质、氨基酸、核苷向酮式转化。可用作发酵促进剂。
本发明的精氨酸裂解酶模型化合物，它们有的低价配合物如Fe(II)和Mn(II)可以活化O2，通过自由基机理使精氨酸碳链断裂，可作发酵工业生产生物燃油的催化剂。
具体实施例方式
实施例1Mn(CTB)(ClO4)2·2H2O合成、性质和应用配体CTB和Mn(ClO4)2·6H2O按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中，反应2小时后过滤，滤液静置，得到淡黄色晶体，即为MnC38H42N10Cl2O8(分子量Mr＝924)。
晶体为单斜晶系，C2/C空间群，a＝15.745(2)，b＝13.3315(2)，c＝19.217(2)，β＝98.838deg，V＝39853，Z＝4，I＞2σ(I)，R1＝0.0560，wR＝0.1487；对所有数据R1＝0.0673，wR＝0.1561。Mn是于四方锥配位。
元素分析％实测值C49.50，H4.65，N15.05；理论值 C49.35，H4.55，N15.15。
循环伏安(CV)谱Ec＝0.810V(ic＝1.5μA)；Ea＝0.930V(ia＝2.56μA)。ESRgi＝2.0101，A||＝9.4mT。
应用可通过水解和自由基机理使精氨酸脱羧、脱氨、脱胍和逐一断裂精氨酸碳键，尤其是β-C键。亦可断裂脂肪酸及其他有机酸C-C键。可望作医药、农药、兽药的有效成分和生物发酵催化剂。
实施例2Mn111(EGTB)Cl3·H2O·2C2H5OH的合成、性质和应用配体EGTB和MnCl2·4H2O按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中反应，加入NaIO3酸性乙醇溶液，溶液由黄绿色转橙黄色，静置3周后析出淡黄色晶体，即为MnC42H54N10Cl3O5(分子量Mr＝939.5)。
元素分析％ 实测值C53.50，H5.80，N15.10；理论值C53.65，H5.75，N14.90循环伏安(CV)谱Ec＝1.10V(ic＝1.56μA)；Ea＝1.30V(ia＝4.65μA)。ESRgi＝2.030，A||＝8.9mT。
应用水解精氨酸的胍基及其脱羧、脱氨。可望作医药、农药、兽药的有效成分和生物发酵催化剂。
实施例3[Mn2(NTB)2(μ-O)2]·(ClO4)4·2H2O合成、性质和应用配体NTB和Mn(ClO4)2·6H2O按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中反应，加入H2O2氧化，反应溶液逐渐转为墨绿色，静置析出墨绿色微晶，溶于乙腈，得到墨绿色晶体。即为Mn2C48H46N14Cl4O20(分子量Mr＝1390)。
元素分析(％) 实测值C41.37，H3.48，N14.08；理论值C41.44，H3.31，N14.10。
摩尔电导Λm＝230。UV-Vis谱λmax(ε/cm-1·dm-3·mol-1)288(18000)，390(36200)，558(1630)，655(1360)。晶体为单斜晶系C2/C空间群，a＝18.3461，b＝15.4170，c＝21.0141，β＝90.5290deg，Z＝4，I＞2σ(I)，R1＝0.0803，wR＝0.2373；对所有数据R1＝0.1304，wR＝0.2750。
应用水解精氨酸的胍基、羧基和胺基，可望用作医药、农药、兽药及有机磷解毒剂。
实施例4[Mn2(NTB)2(Cl)2]·Cl2·5H2O·2EtOH合成、性质和应用配体NTB和MnCl2·4H2O按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中反应，无沉淀生成，静置析出淡红色晶体，即为Mn2C52H64N14Cl4O7(分子量Mr＝1248)。
元素分析(％) 实测值C49.72，H5.096，N15.71；理论值C50.00，H5.128，N15.71。
晶体为单斜晶系，P2(1)/C空间群，a＝14.3378，b＝24.733，c＝16.9897，β＝92.433deg，Z＝4，I＞2σ(I)，R1＝0.1128，wR＝0.3087；对所有数据R1＝0.1475，wR＝0.3401。
应用水解精氨酸的胍基，脱羧、脱胺，可望用作医药、农药、兽药及有机磷解毒剂。
实施例5[Mn2(NTB)2(μ-Suc)](ClO4)2·3H2O·2MtOH合成、性质和应用将配体NTB和Mn(ClO4)2·6H2O按摩尔比1∶1加入甲醇溶液中反应，加入丁二酸(Suc)固体(1∶0.5)继续反应2小时，静置，有无色透明晶体析出，即为Mn2C54H60N14Cl2O17(分子量Mr＝1347)。
元素分析(％) 实测值C47.75，H4.31，N14.43；理论值C47.75，H4.42，N14.44。
循环伏安(CV)谱Ec＝0.780V，Ea＝0.900V。ESRgi＝2.0101，A||＝9.4mT。
应用可水解精氨酸，使精氨酸脱羧、脱胺，可望用作医药、农药、兽药及有机磷解毒剂。
实施例6[Mn2(EGTB)(μ-OH)(μ-Ac)](ClO4)2·2EtOH合成、性质和应用配体EGTB和Mn(Ac)2·4H2O按摩尔比1∶2加入乙醇溶液中反应，加入NaClO4·H2O反应液逐渐变成棕色，有少量红棕色沉淀。滤去红棕色沉淀，滤液静置，析出浅棕色晶体。将此浅棕色晶体溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，溶液呈淡红色，滴加H2O2水溶液(5M)，有大量氧气泡生成，同时溶液变成红棕色，然后颜色逐渐褪去。溶液静置，析出无色透明晶体。经X-射线单晶衍射仪证实此无色透明晶体为主-客体化合物属菱面体(α＝β＝90deg，γ＝120deg)，R-3c空间群，骨架为8个Mn(II)离子组成的立方晶胞，每个Mn(II)与6个甲酸根形成八面体配位，每个甲酸根桥联两个Mn(II)离子，Mn-Mn距离为6.164。立方晶胞中心空穴中包含一个菱形二聚体[Mn2(μ-HCO2-)2]2+，晶体化学式为{(HCO2-)8/2[Mn118(HCO2)12]4+}[Mn2(HCO2)2]。说明标题配合物可以使醋酸根形成甲酸根(H2O2与配合物协同作用，拟或使甲基氧化为甲酸)，致成上述有趣的主-客包合物。
应用可使醋酸根脱羧，或许亦能使其他有机酸脱羧，形成结构、性质特异的晶体。
实施例7[Fe(NTB)(H2O)Ac]ClO4·EtOH合成的意义和应用将配体NTB和H2[FeCl4]按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中反应，溶液变成深绿色，加入过量少许的β-丙氨酸和NaClO4·H2O，逐渐有蓝色沉淀出现。此蓝色沉淀分离后溶于乙醇溶液中静置，析出蓝色晶体。经液相色谱和气相色谱证明是络离子[Fe(NTB)(H2O)2+使β-丙氨酸脱羧、脱胺氧化成乙酸，并结合于络合物中。在电喷雾质谱(ESI-MS)中发现基峰m/z＝91.1(羟基丙酸离子)和中间产物羟基丙氨酸(m/z＝107)。
应用[Fe(NTB)Cl]Cl·pH2O和[Fe(NTB)(H2O)]Cl2·(p-1)H2O(水合异构体)亦可象上述化合物一样，使氨基酸脱羧、脱胺，可望用作医药、农药、兽药的有效成分。
实施例8[Fe2(NTB)2(μ-Cl)](ClO4)2·EtOH合成、性质和应用将配体NTB和H2[FeCl4]按摩尔比1∶1加入乙醇溶液中反应，出现蓝色沉淀，滤液为亮绿色，10天后在滤液中析出蓝色晶体。为上述实施例4化合物的异质同晶体，可使氨基酸脱羧、脱胺；亦可水解精氨酸胍基，可望用作医药、农药、兽药的有效成分。
实施例9[Zn(H2O)6]2+[Zn2(TTHA)(H2O)2]2-4H2O合成、性质和应用配体TTHA和ZnO按摩尔比1∶3水溶液中反应至反应液透明。静置，析出无色晶体，即为Zn3C18H48N4O24(分子量Mr＝900)。三斜晶系，P-1空间群，Z＝2，a＝7.3408，b＝8.632，c＝15.0033，α＝73.476deg，β＝92.433deg，γ＝70.288deg，R1＝0.0369，wR＝0.1128。
应用可使精氨酸水解脱羧、脱胺、脱胍及磷酸酯水解，使有机磷农药解毒。
权利要求
1.一类精氨酸裂解酶模型化合物，其特征是具有如下通式表示的化合物MmLXn·qS式中M代表金属离子Mn(II、III、IV)，或Fe(II)，或Zn(II)；L代表配体N，N，N-三(2-苯并咪唑甲基)胺，或N，N，N’，N’-四(苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚，或N，N，N’，N’-四(苯并咪唑甲基)-反式环己烷邻二胺，或N，N，N’，N’，N”，N”-三乙四胺六乙酸；S代表H2O，甲醇或乙醇；m＝1，2或3；n＝2，3或4；0＜q≤12。
2.如权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物，其特征是，其精氨酸裂解酶模型化合物含的苯并咪唑配体，是以乙二醇为溶剂，由相应的多元氨羧酸和邻苯二胺按1∶3或1∶4摩尔比，在140～200℃共热缩合2～8小时，然后脱色、重结晶纯化得到的白色粉末或无色晶体。
3.权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物的制备方法，其特征步骤是，将配体微热溶于乙醇，或甲醇，或乙二醇中，按配体与金属1∶1，或1∶2，或1∶3的物质的量之比加入金属盐或ZnO，在室温或微热下反应生成沉淀，过滤、洗涤、干燥得到产品；用自然挥发或扩散法得到单晶，其中所述的金属盐包括锌(II)、锰(II)、铁(II)的盐酸盐、醋酸盐、硝酸盐和高氯酸盐。
4.权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物的应用，其特征是，模拟脲基水解酶水解精氨酸及其次生产物胍氨酸、胍基丁胺、腐肉胺和多胺合成前体，用作调节生理和病理功能医药的有效成分。
5.权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物的应用，其特征是用作植物生长调节剂的有效成分。
6.权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物的应用，其特征是用于促进蛋白质、氨基酸、核苷向酮式转化，用作发酵促进剂。
7.权利要求1所述的精氨酸裂解酶模型化合物的应用，其特征在于，它们中有Fe(II)和Mn(II)的低价配合物的化合物，用作发酵工业生产生物燃油的催化剂。
全文摘要
本发明涉及精氨酸裂解酶模型化合物的制备和应用。这些模型化合物可以通过水解或自由基历程使精氨酸脱胍、脱羧、脱氨，即C－N(或C＝N)和C－C键断裂。它们在动、植物体内信号传递，细胞凋亡，生理和病理功能调节、发酵工业中有重要的潜在应用价值。
文档编号B01J31/16GK1907991SQ20061001977
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者廖展如, 刘合力, 肖凤萍, 余碧波 申请人:华中师范大学