水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物、探针及制备方法和应用

1.本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物、探针及制备方法和应用。


背景技术：

2.氨基酸是构成蛋白质的基本物质，是生物体内不可缺少的营养成分。现已被人们所发现的天然氨基酸大概300多种，而组成生物体蛋白质的常见氨基酸有20种，除甘氨酸外，其余氨基酸均具有手性，即l和d型对映异构体。手性氨基酸的两种对映异构体基于不同方式与转运蛋白、受体或酶等发生作用，从而导致不同的生理、药理和毒理活性。而精氨酸作为一种重要的天然氨基酸，在食品方面可用于防腐剂、发色剂、抗菌剂和食品补充剂等；在生物医药方面可用于治疗肝昏迷、抗炎、调控脂质代谢等；在饲料行业方面可促进动物生长发育、提高幼崽的存活率，增加产雌率等。此外，精氨酸还可用作表面活性剂、化妆品添加剂等。因此对精氨酸的手性识别具有重要意义。
3.赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用，因此，对赖氨酸的手性识别同样具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物、探针及制备方法和应用。
5.一种水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法，包括如下步骤：
6.s1：称取联萘酚和氢化钠分别溶于适量超干四氢呋喃中，在合适温度条件下，将两个溶液混合均匀，后恢复至室温反应；一定时间后，将反应体系降温至合适温度，再逐滴加入溴甲基甲醚，随后恢复至室温反应过夜；在冰水浴条件下加入超纯水淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到淡黄色固体产物，重结晶溶剂提纯得到白色中间体化合物2；
7.s2：称取化合物2溶于适量超干四氢呋喃中，在合适温度条件下，逐滴加入正丁基锂，反应体系由无色变为棕色，恢复至室温反应；一定时间后，将反应体系降温至合适温度，再逐渐加入超干n-n二甲基甲酰胺，反应体系变为浑浊的淡蓝色，恢复至室温反应；一定时间后，在冰水浴条件下加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色固体产物，柱层析提纯，真空干燥得到化合物3；
8.s3：称取化合物3溶于适量甲醇和四氢呋喃混合溶剂中，逐渐加入三乙酰氧基硼氢化钠；一定时间后，加入超纯水淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色油状产物，柱层析提纯，真空干燥得到化合物4；
9.s4：将化合物4溶于适量二氯甲烷和无水乙醇混合溶剂中，逐滴加入浓盐酸；一定
时间后，加入碳酸氢钠淬灭反应，再用二氯甲烷萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色固体化合物5；
10.s5：称量化合物5溶于适量超干乙腈中，在合适温度条件下，逐滴加入二异丙基乙胺，完成后恢复至室温反应；一定时间后，将反应体系降温至合适温度，再逐滴加入丙烯酰氯，恢复至室温反应过夜；在冰水浴条件下加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色固体产物，柱层析提纯，真空干燥得到目标化合物。
11.进一步地，如上所述的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法，所述步骤s1中，所述合适温度为-5～5℃；所述一定时间为1.5～2.5h；所述重结晶溶剂为甲醇，温度设为70～90℃；
12.所述步骤s2中，所述合适温度为-5～5℃；
13.在反应体系由无色变为棕色并恢复室温反应，反应时间为0.5h～1.5h；
14.在反应体系变为浑浊的淡蓝色并恢复至室温反应，反应时间为2.5～3.5h；
15.所述柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝10：1；
16.所述(r)-3：正丁基锂：n-n二甲基甲酰胺的摩尔比为1：2.5：2.4。
17.进一步地，如上所述的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法，所述步骤s3中，所述一定时间为过夜；
18.所述甲醇：四氢呋喃的体积比为1：2；
19.所述柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝2：1；
20.所述化合物3：三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比为1：1；
21.所述步骤s4中，所述一定时间为过夜；
22.所述二氯甲烷：无水乙醇的体积比为1：1。
23.进一步地，如上所述的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法，所述步骤s5中，
24.所述合适温度为-5～5℃；
25.所述一定时间为2.5～3.5h；
26.所述柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝20：1；
27.所述化合物5：二异丙基乙胺：丙烯酰氯的摩尔比为1：2.5：1.2。
28.进一步地，如上所述的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法，所述联萘酚为(r)-binol或者(s)-binol；所述联萘酚：氢化钠：溴甲基甲醚的摩尔比为1：6：3。
29.如上所述的制备方法制备得到的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物。
30.一种水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的荧光探针，包括如上所述的化合物。
31.一种利用如上所述的化合物在水相中检测手性精氨酸或者手性赖氨酸的应用。
32.如上所述的应用，包括：
33.制备探针溶液：将所述化合物溶于适量色谱级二甲基亚砜中得到所述探针溶液；
34.将醋酸锌和氨基酸分别溶于超纯水中，分别制备得到1eq醋酸锌溶液和2-40eq氨
基酸溶液；
35.在离心管中依次加入氨基酸溶液、醋酸锌溶液、探针溶液，再加入超纯水稀释；反应1min后进行荧光测试，其中荧光测试参数为：激发光狭缝为5nm，发射光狭缝为5nm，激发光波长为440nm；
36.通过荧光测试结果来识别精氨酸或者赖氨酸。
37.如上所述的应用，包括：
38.制备探针溶液：将所述化合物溶于适量二氯甲烷中得到所述探针溶液；
39.将滤纸用探针溶液浸泡后，自然晾干得到白色均匀检测试纸；
40.将检测试纸浸泡在20eq氨基酸和1eq醋酸锌混合溶液1min；
41.通过检测试纸在自然光下的颜色来识别精氨酸或者赖氨酸。
42.有益效果：
43.本发明提供的水相中识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物、探针及制备方法和应用，制备方法合成简单，成本低、反应条件温和。识别灵敏度高、后处理便捷、对环境十分友好。利用该化合物制备的荧光探针、以及检测试纸响应时间短、选择性好、可视化程度高，满足了快速检测手性精氨酸或者手性赖氨酸的需求，在许多领域都具有重要的应用价值。
附图说明
44.图1为本发明实施例1化合物合成路线；
45.图2为本发明的化合物与不同浓度的d型精氨酸作用的荧光光谱图；
46.图3为本发明的化合物与不同浓度的l型精氨酸作用的荧光光谱图；
47.图4为560nm处体系荧光强度与精氨酸浓度关系曲线；
48.图5为本发明的化合物与20eqd和l型精氨酸作用的荧光光谱图；
49.图6为本发明的化合物与39种氨基酸(20eq)作用的荧光光谱图；
50.图7为本发明的化合物对映体(s)-6与20eqd和l型精氨酸作用的荧光光谱图；
51.图8为自然光下检测试纸和不同氨基酸作用的颜色变化图；
52.图9为254nm紫外光下检测试纸和不同氨基酸作用的颜色变化图。
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.实施例1
55.图1为本发明实施例1化合物合成路线,如图1所示，本实施例提供识别手性精氨酸或者手性赖氨酸的化合物的制备方法包括以下步骤：
56.s1、称取(r)-binol(26.25mmol,7.5g)和氢化钠(157mmol,6.3g)分别溶于45ml超干四氢呋喃中，在0℃条件下，将两个溶液混合，完成后恢复至室温反应。2h后，将反应体系降温至0℃，再逐滴加入溴甲基甲醚(78.3mmol,6.5ml)，随后恢复至室温反应过夜。在冰水
浴条件下加入超纯水淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到淡黄色固体粗产物，甲醇提纯，温度设置为80℃，真空干燥得到白色固体(r)-2。
[0057][0058]
s2、称取(r)-2(10.68mmol,4g)溶于45ml超干四氢呋喃中，在0℃条件下，逐滴加入正丁基锂(26.7mmol,16.6ml)，反应体系由无色变为棕色，恢复至室温反应。1h后，将反应体系降温至0℃，再逐渐加入超干n-n二甲基甲酰胺(25.64mmol,2ml)，体系变为浑浊的淡蓝色，恢复至室温反应。3h后，在冰水浴条件下加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色固体粗产物，柱层析提纯，其中柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝10：1，真空干燥得到(r)-3。
[0059][0060]
s3、称取(r)-3(1mmol,430.5mg)溶于适量10ml甲醇和20ml四氢呋喃混合溶剂中，逐渐加入三乙酰氧基硼氢化钠(1mmol,211.9mg)。反应过夜，加入超纯水淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色油状粗产物，柱层析提纯，其中柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝2：1，真空干燥得到(r)-4。
[0061][0062]
s4、将(r)-4溶于10ml二氯甲烷和10ml无水乙醇混合溶剂中，逐滴加入1ml浓盐酸。反应过夜，加入碳酸氢钠淬灭反应，再用二氯甲烷萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋蒸得到黄色固体(r)-5。
[0063][0064]
s5、称量(r)-5(0.35mmol,120mg)溶于30ml超干乙腈中，在0℃条件下，逐滴加入二异丙基乙胺(0.88mmol,144.8ul)，完成后恢复至室温反应。3h后，将反应体系降温至0℃，再逐滴加入丙烯酰氯(0.42mmol,34.2ul)，恢复至室温反应过夜。在冰水浴条件下加入饱和氯
化铵溶液淬灭反应，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到黄色固体粗产物，柱层析提纯，其中柱层析提纯的洗脱相体积比为石油醚：乙酸乙酯＝20：1，真空干燥得到荧光探针(r)-6。
[0065][0066]
本发明实施例提供的制备方法简单，成本低，反应条件温和。
[0067]
实施例2
[0068]
实施例1制备得到的化合物在水相中检测手性精氨酸的方法，包括：
[0069]
将探针(r)-6溶于适量色谱级二甲基亚砜中，制备1.6mm探针溶液，并将醋酸锌和氨基酸分别溶于超纯水中，制备1eq醋酸锌溶液和2-40eq氨基酸溶液。随后在离心管中依次加入50ul氨基酸溶液、50ul醋酸锌溶液、50ul探针溶液，再加入3.85ml超纯水稀释，反应1min后进行荧光测试，其中荧光测试参数为：激发光狭缝为5nm，发射光狭缝为5nm，激发光波长为440nm。
[0070]
如图2-7所示，在水相中(r)-6自身没有明显的荧光。当(r)-6与20eq d-arg和1eq醋酸锌反应时，在λ＝560nm处产生较大的荧光强度。当和l-arg作用时，荧光强度明显小于d-arg。当(r)-6与另外18对氨基酸对映体和甘氨酸相互作用时，荧光强度显著降低，有些甚至没有荧光响应。
[0071]
本发明制备方法制备的化合物在水相中不仅能从多种氨基酸中特异性识别精氨酸，且对精氨酸具有良好的对映选择性。
[0072]
实施例3：
[0073]
本实施例与实施例2的区别在于，将(r)-binol替换为(s)-binol。
[0074]
发现，在相同条件下，(s)-6对l-arg的荧光增强作用更明显，其荧光强度大于d-arg。(r)-6和(s)-6对手性精氨酸的荧光响应存在镜像关系，表明(r)-6对精氨酸的两个对映体的不同荧光响应是手性识别的结果。
[0075]
实施例4：
[0076]
基于化合物的检测试纸的应用：
[0077]
如图8、图9所示，将滤纸用探针溶液(溶剂为二氯甲烷)浸泡后，自然晾干得到白色均匀检测试纸。将检测试纸浸泡在20eq氨基酸和1eq醋酸锌混合溶液1min后，和精氨酸作用的检测试纸在自然光下可观察到颜色变为淡黄色，而其他氨基酸无明显的颜色变化。在254nm的紫外光照射下，精氨酸检测试纸呈明亮的黄色，赖氨酸呈暗黄色。
[0078]
本发明实施例的检测试纸具有响应时间短，选择性好和可视化程度高的优势，满足了快速检测精氨酸的需求。
[0079]
本发明实施例提供的检测方法采用绿色溶剂，价格低廉、后处理便捷、对环境十分友好。
[0080]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。