发展基于多氟化芳香叠氮的环加成反应和非水解施陶丁格反应及其应用

发展基于多氟化芳香叠氮的环加成反应和非水解施陶丁格反应及其应用

论文摘要

生物正交化学,由于可以在水溶液中进行,高选择性和与天然存在的官能团的相容性等多种优点,已经成为一种新的强大工具,有助于研究生物体系中生物分子的结构和功能。发展高效生物正交反应对于生物材料和化学生物学的研究是至关重要的。由于环张力诱导的环加成及施陶丁格反应速率较低,所以我们想通过芳香叠氮上引入氟基团产生更快施陶丁格连接、环加成点击反应(SPAAC)等,本文的主要内容是发展基于多氟化芳香叠氮的环加成反应和非水解施陶丁格反应及其应用,具体工作如下:1.设计合成在芳香叠氮的邻位引入双氟原子,以单氟原子与无氟原子为对照,我们发现双氟探针能发生更快的SPAAC反应,并进一步通过四氟芳香叠氮化物发展了更快速的SPAAC反应,动力学常数为3.60 M-1s-1。这是迄今为止报道的最快的SPAAC反应之一。我们成功地将该反应用于高效共价标记蛋白质并用于活细胞中线粒体的生物成像。2.设计合成的邻位双氟芳香叠氮能进一步提升施陶丁格连接反应速率,并且发现了非水解施陶丁格反应,并进一步开发了基于四氟化芳香叠氮的非水解施陶丁格反应,并将该反应应用到蛋白质、DNA、RNA的高效标记。3.设计并合成了用于化学选择性双官能化的双叠氮基连接体,基于非水解施陶丁格反应、环加成点击反应,利用一锅化反应得到异双功能分子,并且可以在一锅中区分生物正交反应,制备了具有良好产率的双功能化FRET分子可以用于活细胞中双色生物成像。这项工作表明非水解施陶丁格反应可与其他生物正交反应组合使用,而且不需要使用催化剂。

论文目录

  • 学位论文数据集
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 生物正交反应
  •     1.1.1 施陶丁格连接
  •     1.1.2 叠氮化物-炔烃[3+2]环加成反应
  •     1.1.3 醛/酮-肼/羟胺缩合反应
  •     1.1.4 Diels-Alder反应
  •     1.1.5 金属催化的生物正交反应
  •     1.1.6 光点击环加成反应
  •   1.2 施陶丁格反应的研究与发展
  •     1.2.1 施陶丁格连接的起源
  •     1.2.2 Staudinger-Bertozzi连接
  •     1.2.3 无痕施陶丁格连接
  •   1.3 近年来环张力引发的叠氮-炔环加成反应的发展
  •     1.3.1 铜催化炔烃叠氮化物环加成(CuAAC)的发展
  •     1.3.2 环张力诱导的环加成(SPAAC)的发展
  •   1.4 生物正交反应的应用
  •     1.4.1 生物正交反应应用于生物正交标记
  •     1.4.2 生物正交反应应用于纳米科学
  •   1.5 本论文的研究目标及内容
  • 第二章 发展基于多氟化芳香叠氮的环加成反应及其应用
  •   2.1 研究背景介绍
  •   2.2 实验材料及仪器说明
  •   2.3 二氟探针的合成
  •   2.4 二氟探针SPAAC反应的测试
  •     2.4.1 二氟探针的高分辨质谱测试
  •     2.4.2 二氟探针的紫外-可见光谱测试
  •     2.4.3 二氟探针的高效液相色谱测试
  •     2.4.4 二氟探针的反应动力学测试
  •   2.5 四氟芳基叠氮探针相关分子设计与合成
  •     2.5.1 四氟探针的设计
  •     2.5.2 四氟探针相关分子的合成与表征
  •   2.6 四氟探针SPAAC反应的测试
  •     2.6.1 模型反应
  •     2.6.2 反应光谱测试
  •     2.6.3 反应动力学测试
  •   2.7 四氟探针的生物应用
  •     2.7.1 蛋白质标记
  •     2.7.2 活细胞标记
  •   2.8 本章总结
  • 第三章 发展基于多氟化芳香叠氮的非水解施陶丁格反应及其应用
  •   3.1 研究背景介绍
  •   3.2 实验材料及仪器说明
  •   3.3 二氟芳基叠氮探针Staudinger反应的测试
  •     3.3.1 二氟探针与三苯基膦反应过程
  •     3.3.2 二氟探针与三苯基膦Staudinger反应的荧光测试
  • 2PhCOOMe的Staudinger反应'>    3.3.3 二氟探针与PPh2PhCOOMe的Staudinger反应
  • 2PhCOOMe反应的HRMS测试'>    3.3.4 二氟探针与PPh2PhCOOMe反应的HRMS测试
  • 2PhCOOMe反应的紫外光谱测试'>    3.3.5 二氟探针与PPh2PhCOOMe反应的紫外光谱测试
  • 2PhCOOMe反应的动力学测试'>    3.3.6 二氟探针与PPh2PhCOOMe反应的动力学测试
  •   3.4 四氟芳基叠氮探针相关分子设计与合成
  •   3.5 四氟芳基叠氮探针Staudinger反应相关测试
  •     3.5.1 小分子测试
  •     3.5.2 反应荧光光谱测试
  •     3.5.3 反应动力学测试
  •   3.6 四氟芳基叠氮探针Staudinger反应的应用
  •     3.6.1 BSA标记
  •     3.6.2 核酸标记
  •   3.7 本章小结
  • 第四章 双叠氮连接体用于一锅化非水解Staudinger连接和Staudinger或SPAAC连接
  •   4.1 研究背景介绍
  •   4.2 实验材料及仪器说明
  •   4.3 双叠氮及相关分子的合成
  •   4.4 双叠氮相关性能测试
  •     4.4.1 双叠氮与NBD化合物24的反应过程
  •     4.4.2 双叠氮化合物与含NBD的三苯基膦24的反应荧光光谱
  •     4.4.3 FRET探针28的合成与表征
  •     4.4.4 FRET探针28的荧光光谱测试
  •     4.4.5 FRET探针28的水解反应荧光光谱测试
  •     4.4.6 FRET探针29的HPLC测试
  •     4.4.7 FRET探针29的合成与表征
  •     4.4.8 FRET探针31反应光谱测试
  •     4.4.9 细胞测试
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 全文总结
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 研究成果
  • 作者简介
  • 附件
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 高雅思

    导师: 易龙,刘玉江

    关键词: 环加成点击反应,非水解施陶丁格连接,生物正交反应

    来源: 北京化工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,化学

    单位: 北京化工大学

    基金: 国家自然科学基金

    分类号: O621.25;Q503

    DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.001738

    总页数: 113

    文件大小: 11022K

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