姚念环, 贺文义, 刘刚, Kit, S, LAM[1]2004年在《核磁共振技术(NMR)在组合化学中的应用》文中认为对科学产生最大影响的分析方法是核磁共振技术 (NMR) ,它被广泛用于许多领域。本文结合作者的研究结果评述了NMR在组合化学中的应用 ,着重于NMR在固相合成的应用、液态NMR和NMR在高通量筛选中的应用。
姚念环[2]2004年在《Ⅰ 高分辨魔角核磁共振技术（HR/MAS NMR）在组合化学中的应用 Ⅱ N-去甲基万古霉素衍生物的固相合成及其抗菌活性研究》文中认为组合化学为合成和筛选化合库提供了新的技术平台，合成高质量的组合化学库有赖于发展最佳的合成、分析、纯化手段和技术。九十年代初发展的高分辨魔角核磁共振(HR／MAS NMR)分析技术可直接用于跟踪固相合成反应，提供固载化化合物的结构信息。 第一部分：高分辨魔角核磁共振技术在组合化学中的应用。 1．不同常规树脂、不同溶剂以及温度对高分辨魔角核磁共振谱线宽的影响。 本文将Fmoc-L-Ser(OtBu)-OH偶联到五种具有不同连接桥分子片段的树脂上，考察了不同连接桥分子和不同的溶剂，以及温度对~1H NMR线宽的影响。结果表明：树脂和溶剂是影响~1H NMR关键因素，Tenta Gel S NH_2树脂有较长的聚乙二醇边链，具有较好的柔韧性和流动性，可以得到最好的谱图。另外树脂在CDCl_3中溶胀较好，廉价易挥发的CDCl_3常选作溶剂，而温度对固载化化合物的~1H NMR影响较小。 2．高分辨魔角核磁共振技术定量跟踪Nα-Fmoc保护羟基氨基酸固相糖基化反应 固相组合合成糖肽库是十分热门的研究领域。本文将Nα-Fmoc保护羟基氨基酸偶联到Tenta Gel S NH_2树脂上，再在过量的乙酰化糖叁氯亚氨酯供体和BF_3·Et_2O的催化条件下进行固相糖基化反应。用HR／MAS NMR分析技术不仅跟踪优化了固相羟基氨基酸的糖基化反应条件，而且选择固载在树脂上的糖基化Nα-Fmoc保护羟基氨基酸~1H NMR中最低场，且分辨好的Fmoc保护基信号做为内标，糖上乙酰基的积分面积为标准直接定量了键合在Tenta Gel S NH_2树脂上氨基酸甙化的产率。利用四个羟基未保护的Nα-Fmoc氨基酸和七种全乙酰化糖为原料，合成了28个糖基化Nα-Fmoc氨基酸，均用高分辨魔角核磁共振技术定量。该研究为进一步合成“一珠一化合物”的糖肽库打下了坚实的基础。
李育, 赵靖霞, 杨根金, 张薇, 娄子洋[3]2012年在《高分辨魔角旋转核磁共振技术在肿瘤代谢组研究中的应用》文中认为高分辨魔角旋转核磁共振技术(HRMAS)无需溶剂提取分离,能直接检测离体生物组织样品,得到较高分辨率的核磁共振图谱,在代谢组研究中得到广泛应用。应用HRMAS检测脑、肝、肾、肺等多种离体肿瘤组织,可以直接得到组织细胞中分子水平的代谢物结构和组成信息。基于这些优势,HRMAS在肿瘤早期诊断研究方面展现出良好的应用前景。本文主要介绍了HRMAS技术在肿瘤组织代谢组研究中的应用。
刘爱风[4]2010年在《微波辅助氟化学方法合成1，4-苯二氮卓-2，5-二酮类化合物库》文中指出1,4-苯二氮卓-2,5-二酮类化合物具有广泛的生物学效应,本文中将氟化学合成方法、微波加热方法应用到Ugi四组分反应中,通过组合化学技术合成一个1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物库,成功地运用两种反应路线实现化合物的合成。本课题的主要目的是为了验证上述合成方法的可行性,为后期大量合成此类化合物库做准备。下图是实验设计图。组合化学是近叁十年发展起来的一门新兴学科,它融合了有机化学、药物化学、分子生物学等多个学科,并逐渐延伸到纳米科学等新兴科学研究的更多方面。液相组合化学以Ugi反应为起源,其承袭了传统有机合成的众多优势,尤其引起人们的重视,也因其自身存在的反应耗时、纯化困难等缺陷限制了其发展。近几年,氟化学、微波化学迅速发展,并被逐步应用到组合化学中,为组合化学的发展注入了新生血液,在一定程度上克服了组合化学的缺陷。氟化学的主要优势是利用氟-氟之间特有的强相互作用来实现产物的分离纯化。当化合物中的氟原子含量达到一定量后,含氟化合物与含氟硅胶之间会存在强相互作用,其作用力的大小随分子含氟量的多少而发生变化,通过变换洗脱剂,利用氟固相萃取柱,能够很容易的实现含氟化合物和非含氟化合物的分离。本课题将此技术应用到液相组合合成中,解决了产物快速纯化的问题。微波辅助加热化学反应有众多优点,如缩短反应时间、提高反应效率等。将微波方法应用于本课题中,利用Suzuki反应除去F-tag,同时引入新的化合物基团,缩短了反应时Ugi四组分反应是以异腈、羧酸、醛(或酮)、伯(仲)胺为原料,于一罐反应中生成α-酰氨基酰胺类化合物的四组分缩合反应。由于反应组分较多,可以在一罐反应中同时引入多样性的反应基团,尤其适用于组合化学化合物库的设计。但也因其反应物较多,反应过程中原料转化率低,造成了产物纯化困难的问题。将氟化学方法应用到Ugi反应中后,F-tag连接到反应物中,通过优化反应条件,使含F-tag反应物完全转化,利用氟氟之间的相互作用,选择性的吸附含氟化合物,从而成功的解决了产物的分离纯化困难的问题。本研究成功的利用上述方法合成了一个包含36种化合物的1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物库。我们在反应原料苯甲醛中引入F-tag辛烷磺酰氟,与苯甲酸、氨基酸的酯、坏己基异腈进行Ugi四组分反应,通过两种反应路线,在一罐反应中生成α-酰氨基酰胺类化合物。在第一种方法中,我们用Boc保护的邻氨基苯甲酸作为羧酸组分,反应中加入氢氧化钾催化反应的发生,加速反应物的转化,反应产物经过F-SPE纯化后通过脱Boc／成环反应生成含氟的1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物；在第二种方法中,利用邻硝基苯甲酸作为羧酸组分参与Ugi四组分反应,反应产物经过F-SPE纯化后通过硝基还原／成环反应生成含氟的1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物。通过上述两种方法合成的含氟的1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物通过F-SPE纯化后,利用微波辅助的Suzuki反应脱去F-tag,同时引入芳香基团,丰富了库的多样性。本课题所设计的化合物库的合成是为了验证氟化学方法应用于Ugi反应的可行性,所以,我们没有合成化合物库中所有的构建单元,而是随机选择了其中40种化合物进行合成,得到了36种纯度较高的化合物。由此即可说明此方法的可行性,成功率较高,可以应用到较大化合物库的合成中。本文中所合成的36种1,4-苯二氮卓-2,5-二酮类化合物均为手性化合物,都通过HPLC-MS进行检测,部分做了1H NMR, 13C NMR, HRMS的分析测试,但是没有进行进一步的手性分离。氟化学、Ugi四组分反应、微波技术同时应用到组合化学中,各自发挥其优势,成为新颖的快速合成化合物库的方法,可以应用于大型1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物库的合成,并且能够实现自动化合成,为寻找新的具有生物活性的1,4-苯二氮卓-2,5-二酮化合物奠定了基础。
廖春阳[5]2002年在《绿色组合化学的实现与应用》文中进行了进一步梳理药物的研究与开发是一项耗时耗资均巨的系统工程，合成与筛选活性化合物通常很漫长甚至需要多次反复。在药物研发领域，组合化学与群集筛选作为一整套新颖而富有创造性的有机合成与生物活性筛选评价技术，经过最近十几年的发展，已为各大小制药公司和许多药物化学家所广泛采用。将追求多样性的组合化学与追求定向性的合理药物设计等相结合，就有可能更高效地寻找到较理想的新药。本论文以新药创制为主线，初步探索了组合化学这一新型合成技术与策略的实现方法，选取绿色的Mannich缩合反应，重点讨论了多组分反应及合成计量学的应用。在本实验室业已完成关于药物分子设计和定量构效关系的良好前期研究基础上，将分子电距矢量及原子电距矢量两类矢量型结构描述子扩展应用于定量构性关系与定量构谱关系的研究，分别取得预期结果。本文主要内容和研究结果如下：1. Mannich碱的叁组分反应合成。选取叁组分缩合Mannich反应体系，在基本一致的反应条件下模拟组合合成，通过变换叁种反应底物和/或试剂芳香酮、芳香醛与芳香胺系列，进行多次实验合成大量的结构类似产物(即超小型的化合物库)。引入原子利用效率，结合合成产率对Mannich反应进行综合目标量化，并考察了反应条件、催化剂及试剂结构对反应的影响。合成得到30余个新型的Mannich碱，产率20.14-91.00%，熔点71.6-396.8 oC，原子利用效率94.36%-96.18%。2. 肉桂酸合成试验设计与优化。采用碳酸钾(K2CO3)作催化剂，聚乙二醇-400(PEG-400)作相转移催化剂，对传统Perkin反应合成肉桂酸工艺条件进行改进，并对该反应的实验/条件空间进行系统考察，初步探索合成计量学应用。通过正交、均匀、中心组合试验设计对苯甲醛和乙酐配比、K2CO3的用量、PEG-400的用量、反应温度及反应时间进行优化，将合成产率由40-50%提高到68.69%，收效明显。3. Mannich反应的定量结构与反应性相关(QSRR)研究。对试剂/反应空间进行系统考察，继续合成计量学研究。提出以分子电性距离矢量VMED与分子全息距离矢量VMHD分别用于Mannich反应的生成物即Mannich碱与反应物包括酮、醛及胺的分子结构的表征，对其实验合成产率与产物熔点分别构建定量相关模型，继以留一法交互检验评价模型质量。结果分别
杨永霞[6]2007年在《生物组织的高分辨魔角旋转核磁共振研究》文中指出本文围绕高分辨魔角旋转(HRMAS)核磁共振波谱技术在生物组织中的应用这一主题，在提高生物组织~(13)C NMR信号的检测灵敏度、运用~1H NMR研究人类肝细胞癌和食管癌的代谢过程方面进行了一些方法上的改进和应用上的研究。NOE-CPMG实验得到了具有较高分辨率和灵敏度的组织天然丰度~(13)C谱，为今后用~(13)C波谱来研究组织的代谢提供了帮助。高分辨魔角旋转~1H谱在肝细胞癌和食管鳞癌上的应用可以为肿瘤研究提供很丰富的分子水平上的生化信息。生物组织样品具有介于液体和固体之间的半固体半液体的性质，采用传统的液体核磁共振方法很难得到具有满意分辨率的谱，所以高分辨魔角旋转技术的应用大大地提高了信号分辨率。同时，~(13)C核的天然丰度仅有~1H核的1％，较低的信噪比抑制了~(13)C核磁共振在生物组织中的广泛应用。本人将几种液体和固体核磁共振中常用到的信号增强方法运用到生物组织的~(13)C研究中，分析了这几种不同方法在生物组织研究中的信号增强特点以及它们的信号增强的选择性。通过研究发现，DEPT主要是增强了小分子的信号，大分子信号(除了几个运动性快的分子基团)被滤掉；CP交叉极化方法主要是对大分子、运动性差的信号有增强效果；NOE-CPMG方法可使小分子和大分子信号同时得到增强。目前，高分辨魔角旋转~1H NMR已经成为一种研究生物代谢的很重要的方法，被广泛地应用到脑、乳腺和前列腺等组织的研究中。肝细胞癌是肝中最为常见的肿瘤，活体研究发现：相对于癌旁组织，肿瘤组织中的脂类物质发生变化。但是由于活体谱的分辨率和灵敏度都很低，其他一些可能的代谢变化观测不到。在本论文中，本人采用高分辨魔角旋转核磁共振~1H谱对肝细胞癌的代谢过程进行了研究，阐述了这种方法在研究肝细胞癌代谢上的优势。同时，为了能够得到更加完整的代谢信息，我还利用了模式识别分析中的主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)方法来对得到的归一化后的数据进行分析。结果表明：通过结合PCA模式识别分析方法，高分辨魔角旋转~1H谱可以很好地区分肝细胞癌(HCC)和癌旁对比组织。肝细胞癌中标志性的代谢物是：胆碱类物质、磷酸乙醇胺、亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸、乳酸、谷氨酸和谷氨酰胺的含量上升，同时糖元、葡萄糖和脂类的含量降低，这些结果表明能量代谢和TCA循环的改变是肝细胞癌组织中最重要的代谢途径的变化，而且这种代谢研究的方法还可以对肝细胞癌进行分级以及考察肝硬化、坏死等因素对组织代谢的影响。此外，运用高分辨魔角旋转核磁共振技术，本文还研究了食管癌的代谢变化，通过研究发现：相对于癌旁对比组织，在食管癌组织中，丙氨酸、天门冬氨酸、胆碱、谷氨酸、甘氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量都有不同程度的升高，肌醇、牛黄酸和肌酸的含量则是降低的。因此，基于高分辨魔角旋转核磁共振~1H谱和模式识别的代谢组学研究可以为疾病的诊断提供丰富的分子水平上的代谢信息。
贺文义, 姚念环, Kit, S.LAM, 刘刚[7]2004年在《高分辨魔角核磁共振技术(HR/MAS NMR)在组合化学中的应用》文中指出九十年代初发展的高分辨魔角核磁共振(HR/MAS NMR)技术直接用于跟踪固相合成反应,提供固载化化合物的结构信息。该技术采用魔角旋转消除非均相溶液中磁化率不同而造成的谱线加宽。另外特殊设计的超微量探头(gHx Nano Probe)与常规的高分辨液相探头
成芳[8]2007年在《助抗癌活性天然产物Hapalosin类似物库组合构建过程的高效液相色谱分析》文中研究说明以天然产物为模板构建天然产物类似物库是近期组合化学的研究热点。通常,组合化学包括化合物库的制备、库成分的检测以及目标化合物的筛选叁个步骤。Hapalosin是1994年从海洋蓝藻中分离提取的一类具有新型结构的环肽,该化合物对肿瘤细胞的多药耐药性有很强的抑制作用,有望成为新的肿瘤化疗的手性辅助药物。本系黄培强教授课题组在完成探索新的hapalosin的全合成路线后,提出用液相组合方法构建hapalosin类似物库的新思路。Hapalosin类似物库的构建涉及两个平行合成和两个组联合成反应,反应一致性和产物纯化产率至关重要。本论文的主要研究内容是针对hapalosin类似物库组合构建过程中的分离分析问题,开展高效液相色谱方法研究。另外,安息香对映体在Chiralcel OD-RH柱上的色谱拆分保留机理,特别是极性有机溶剂及柱温度对安息香拆分的影响也是本论文的研究内容。本论文共分为叁章:第一章阐述天然产物hapalosin类似物库的构建背景;简要综述组合化学的发展过程和相关知识,重点对组合化学中的分离纯化及化合物库的鉴定方法进行了归纳和总结,并在此基础上提出了论文的研究思路。第二章报道应用于hapalosin类似物库组合构建过程中的高效液相色谱方法研究。Hapalosin类似物库的构建涉及两个平行合成和两个组联合成。由于类似物库组分多为同系物,利用反相液相色谱的高效分离和准确定量能力,可以较为准确地测定库成分的均一性和纯度。采用二极管阵列检测器、反相色谱同系物保留值碳数规律及质谱分析等技术,可以对包含双系列同系物样品的产物色谱峰进行指认。研究表明:本文建立的色谱方法可以有效地对液相组合合成过程进行跟踪检测,大部分样品都得到了较好的色谱分离, hapalosin类似物库L3和L9中各目标产物组分含量基本一致,化合物库纯度分别大于65%和45%。对于hapalosin类似物库L27,由于组分太复杂,虽未能找到所有组分完全分离的最佳色谱条件,但现有色谱实验分离结果,结合质谱、波谱数据初步判断L27的组合合成是成功的。第叁章研究了极性有机溶剂及温度对安息香在Chiralcel OD-RH柱上拆分的影响。实验结果发现:以纯甲醇为流动相时,安息香对映体的出峰顺序为(R)-构型在前,(S)-构型在后;而当流动相改为纯乙醇或纯乙腈时,出峰顺序刚好相反。热力学数据表明:纯甲醇作流动相时拆分过程为焓控;纯乙醇为流动相时,分离过程为熵控;流动相为纯乙腈时,焓和熵对对映体的拆分均有贡献。在Chiralcel OD-H柱上,在不同比例的正乙烷-乙醇流动相中安息香的出峰顺序均为(S)-构型在前,(R)-构型在后,且拆分过程均表现为焓控。
方芳[9]2008年在《胰腺癌与慢性胰腺炎的核磁共振研究》文中提出胰腺癌是恶性程度极高的消化道肿瘤,虽然每年新生发病率仅占全世界癌症总发病率的2%,但其5年存活率却不足3%。医学界一致认为早期发现和手术切除是改善胰腺癌的预后最有效的措施,但由于胰腺位置深埋,早期症状不明显,确诊时多已到了晚期,错过了治疗的最佳时期。因此,积极探索和改进胰腺癌的早期诊断方法是我们面临的巨大挑战,也是我们努力的方向。目前临床对胰腺癌的诊断很大程度上依赖于影像学检查,特别是磁共振成像(MRI),然而MRI诊断过程中,胰腺癌和慢性胰腺炎经常相互混淆,给疾病的鉴别和诊断带来了很大困难。本文遵循了基于核磁共振代谢组学(NMR-based Metabonomics)的研究思路,结合核磁共振波谱(NMR)技术和主成分分析(PCA)方法,对胰腺癌与慢性胰腺炎进行了探索性研究,目的是观察胰腺癌与慢性胰腺炎的代谢特征与组织病理的关系,寻找能够鉴别胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的代谢特征标志物,通过离体NMR技术为胰腺癌的在体磁共振波谱(MRS)研究提供可靠的基础数据支持,协助临床开辟一种简单、高效、无创的胰腺癌早期鉴别诊断方法。在实验设计上,本课题从动物和临床两个不同层面开展平行分析。首先,运用NMR技术观察胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的代谢物特征;其次,通过PCA对测得的NMR实验数据进行多元统计学分析,以实现自动NMR模式识别;最后,将动物实验与临床实验、胰液样品与组织块样品的实验数据合理整合,形成系统完整的NMR基础研究数据。在动物模型方面,本文建立了符合人类慢性胰腺炎和胰腺癌发生发展过程的大鼠模型,运用高分辨魔角旋转核磁共振(HRMAS NMR)技术对大鼠胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的离体组织进行了波谱检测,并结合一维~1H NMR谱和二维J-resolved、COSY、TOCSY和HSQC图谱,对胰腺组织的代谢物进行了详细的谱峰归属。通过PCA对HRMAS ~1H NMR数据的统计分析,使得大鼠胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺之间不同的代谢特征得以直观地展现。在临床研究方面,本文运用液体NMR技术对慢性胰腺炎和胰腺癌患者的胰液样品进行了体外检测分析,并结合一维和二维NMR图谱,对胰液的主要特征峰进行了指认。与此同时,本文还结合HRMAS NMR和PCA对临床胰腺癌患者手术切除的胰腺组织,包括低分化、中分化、高分化胰腺癌组织和正常胰腺组织进行了研究分析。研究结果发现临床胰腺癌病例与大鼠胰腺癌模型的HRMAS NMR分析结果十分相似:相对于正常胰腺组,胰腺癌组的亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、乳酸和牛磺酸浓度明显升高,而甜菜碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱浓度明显降低。胆固醇、3-羟基丁酸都只在胰腺癌组的NMR图谱中出现,其中,胆固醇仅在临床高分化胰腺癌组中出现。在临床胰腺组织中,肌醇浓度也发生了明显改变,这是在动物模型中未观察到的现象。本文还初次尝试对~1H NMR图谱层层递进的运用PCA,基本排除脂肪信号等非病理因素造成的代谢物干扰,使动物模型和临床病例的各组样品都得到了良好的区分。然而,慢性胰腺炎和胰腺癌患者的胰液~1HNMR图谱极其相似,仅在慢性胰腺炎观察到的乙氧基信号显示了它与胰腺癌的区别,本文推测慢性胰腺炎中出现的乙氧基可能与胰腺中乙醇的代谢有关。在HRMAS NMR波谱学的实验方法上,本文针对生物组织样品的特点,对HRMAS探头进行了温度校正,并对不同样品的魔角旋转速度的合理选择进行了摸索,目的是寻找出最适合胰腺组织样品的实验条件。此外,本文还就大鼠心脏样品的HRMAS NMR实验结果和HPLC实验结果进行了比对分析,发现两种实验方法分别得到的大鼠心脏内牛磺酸相对浓度随心肌缺血时间的变化曲线基本吻合,这充分说明了运用HRMAS NMR方法对生物组织的代谢特征进行体外研究的可行性和可靠性。本文的意义在于:1.对一维及二维NMR图谱中观察到的胰腺组织代谢物进行了详尽的指认;2.临床病例与动物模型的HRMAS NMR研究得到了一致性的结果,由此可以得出如下结论:乳酸、3-羟基丁酸、牛磺酸、甜菜碱浓度的升高,特别是磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱浓度的降低,是胰腺癌区别于正常胰腺组织的代谢特征。此结论可以为临床MRS研究及诊断提供参考。本文是NMR波谱技术在胰腺癌早期诊断与鉴别诊断初步应用可行性的探索性研究。就本文所知,尚未发现临床胰腺癌与慢性胰腺炎患者胰液样品的NMR研究及大鼠胰腺癌与慢性胰腺炎模型、临床胰腺癌患者离体胰腺组织的HRMASNMR研究的相关报道。本文的样品量和研究数据还相当有限,为了提高研究结果的准确性,更深一步对胰腺癌的发病机制进行探索,仍需要基于大量样品量的后续研究来完善。
徐胜广[10]2008年在《自复制在动态组合库里的放大作用》文中研究说明动态组合化学(Dvnamic combinatorial chemistry(DCC))融合了组合化学和分子自组装两个领域的特点。在筛选库中底物的时候，我们不需要单独合成出每个化合物。动态组合化学库是热力学控制体系，环境的任何变化都会导致“最适应”组分的放大。根据Emil Fisher的锁-钥原理，选择的方法一般是通过分子识别的过程进行的。这个过程尤其适用于药物的筛选，因为像酶这样的靶标可以在动态库中区分出它的最佳抑制剂。近十年来除了药物研究以外，化学家对DCC其他方面的研究也迅速发展起来，DCC原理已经应用或者潜在应用到了无机结构的自组装、受体的合成、底物的结合、以及催化剂的筛选。并且，最近人们发现DCC可以因受到外界的物理化学刺激而进行反应，如质子、相转移、温度乃至电场的变化，这些使得DCC在材料科学里有着潜在的应用。自复制(self-replication)、新陈代谢和突变是生命体进化的叁大特征。尽管在自然界中细胞里的大分子自复制机理非常复杂，但是生物学家和化学家仍然热衷于研究最低限度的分子自复制，企图搭建通往原始生命的桥梁。分子自复制是动力学控制体系，产物分子自组装并且复制自身的形成。在理想的情况下包括叁步过程：1)产物(模板)与两个先导反应物结合形成叁分子体系，2)在和产物络合的同时，两个先导反应物优先反应生成产物，3)产物的二聚体分解为两个游离的产物分子，进而参与下一个复制循环。一般来说，自复制反应是自催化行为，其浓度随时间变化的曲线是S型的。在论文里我们首次把分子自复制和动态组合化学结合在一起，建立了一个新的化学模型体系。在这个体系里，分子自复制使得关键产物从热力学和动力学两个方面表现出了选择性。简单的过程描述如图1所示。由可逆键连接的一系列的构件构成了一个动态组合化学库。在这些产物里，其中某产物可以通过自模板达到自身复制的效果。关键产物的生成受动力学和热力学两个方面的控制。当动态库达到热力学平衡时，自复制的产物浓度被放大，而与此相竞争的组分相对减少。我们使用术语“self-replicate”来表示动力学角度的自催化反应，其特点是可以给出S型(sigmoid)的浓度-时间曲线；我们使用术语“self-duplicate”来表示分子从热力学或者动力学角度(或者二者都存在)实现自我放大、自我复制，相对于“self-replicate”，“self-duplicate”的范畴更大一些。但是两个术语都可以翻译成汉语“自复制”，第叁章里“自复制”主要指“self-replicate”，其余章节里“自复制”主要指“self-duplicate”。1、分子“自复制”与动态组合化学相结合的体系的设计体系的构件，应具有以下特点：1)先导分子含有可逆键，2)具有互补(分子识别)的超分子化学结构体系，产物分子即是模板分子。如图2所示，我们选择Al_1Am_1作为关键分子，它是由醛Al_1(由Kemp酰胺衍生而来)和氨基腺苷Am_1合成的。这个结构是受Julius Rebek报道的分子自复制体系(非动态)启发得出的，Al_1Am_1能自身形成稳定的二聚体[Al_1Am_1]_2。这个分子在氯仿里通过氢键发生的二聚作用，我们用~1H-NMR分析证实；并且通过ESI-TOF高分辨质谱，得到了二聚体[Al_1Am_1]_2的分子离子峰。Al_1含有Kemp酰胺结构，其内酰胺基团可以与Am_1中的腺嘌呤基团生成氢键，而Al_2中内酰胺上的氢被甲基取代，阻止其与腺嘌呤发生氢键作用。Al_3上Kemp结构被乙酰基取代，但是与Al_1结构类似，这样保持醛基的电性(与胺的反应活性)与Al_1相似。Am_1和Am_2结构相近，后者上能与Kemp结构内酰胺键发生氢键作用的氨基被苄基保护，使氢键作用受阻。2、各个构件的合成在研究分子自复制和动态组合化学之前，我们合成了所有相关的构件。合成步骤(包括二联苯结构的体系)如图3和图4所示。并且，对于所有的目标产物和绝大多数的中间体都使用了~1H NMR，~(13)C NMR和高分辨质谱(ESI-TOF)进行表征，产品结构与谱图信息相吻合。3、关键分子Al_1Am_1生成反应的分子自复制(self-replicate)行为研究通过分子识别基团被保护和无保护的反应对比和不同溶剂反应的对比研究，以及~1H NMR谱图上特征化学位移的改变，可以得出在氯仿里Al_1Am_1生成的相对高的初速率(5．9 mM．h~(-1))与分子识别有关。原因可以归结为几个路径机理。Rebek，Menger和Reinhoudt对于原Rebek体系发生过争论，在原Rebek体系里酰胺键可以催化自身的形成。我们设计的结构在纯氯仿体系里既没有观察到S型曲线，也没有观察到通过加入产物的办法来实现加速反应。因此得出结论：Al_1／Am_1络合体的分子内反应起了主要作用。幸运的是，通过不同溶剂配比实验我们发现了当氯仿和DMSO体积比为1：0．4作为溶剂时，Al_1Am_1生成反应曲线前期有轻微的潜在增长趋势。这是由于DMSO的加入可以部分地破坏氢键识别作用，这样二聚体[Al_1Am_1]_2才能游离出足够的Al_1Am_1催化复制自身的反应。我们考察了混合溶剂氯仿和DMSO(体积比为1：0．4)中，加入不同量的产物Al_1Am_1对于速率的影响，如图5所示。结果表明，在氯仿和DMSO体积比为1：0．4的溶剂中Al_1Am_1能够催化复制自身的反应，由于采用的体系是亚胺，排除了酰胺自身催化的过程。结果还说明[Al_1Am_1]_2必须分解游离出足够的Al_1Am_1才能实现自复制反应。4、自复制在动态组合库里的放大作用我们先对图2所描述的动态库进行热力学研究。第一个组合库(DCLO)由Al_1，Al_2和Am_1(15 mM each at 22℃in CDCl_3)组成。当这个小的动态组合库达到平衡时，Al_1Am_1(11．68 mM)由于形成了稳定的同型二聚体[Al_1Am_1]_2，其所占的比例比Al_2Am_1(2．71 mM)大许多。值得一提的是,从这个小组合库里，我们根据实验结果推算出一个当量Al_1Am_1的同型二聚体[Al_1Am_1]_2状态比游离分子状态所降低的能量，其降低值为11．1KJ·mol~(-6)。DCL1是由Al_2，Al_3，Am_1和Am_2(15 mM each at 22℃in CDCl_3)四个构件所组成的体系，达到热力学平衡时8个组分的分布如图(图6，黑条)。不同的醛、不同的胺近似等能，所以各个反应物和产物是平均分配的：两个醛(3．4 mMeach)，两个胺(3．4 mM each)，四个亚胺Al_(2-3)Am_(1,2)(5．8 mM each)。和预想的一样，由于缺少分子识别作用各个组分呈平均分配趋势。在DCL2中，Al_1，Al_2，Al_3，Am_1和Am_2混和在一起(15 mM each at 22℃inCDCl_3)。由于稳定的二聚体[Al_1Am_1]_2的形成，Al_1Am_1在动态库DCL2中占据了较强的优势(图6，灰条)。在设置动态库DCL3时，分为两步1)设置不含Al_1组分的预平衡库(DCL1)，2)DCL1达到平衡时加入Al_1(15 mM)。DCL3组分达到热力学平衡的时间(22 days)是DCL2达到平衡时所用时间(t=109 h)的5倍左右。DCL2达到热力学平衡时组分分配和DCL3相一致。这两个实验验证了动态库是热力学控制体系的原理。通过比较DCL1和DCL3(DCL2)的实验结果可知：1)自复制分子Al_1Am_1的浓度(9．03 mM)比假设不发生自复制情况下的理论计算值高80％以上；2)自复制分子Al_1Am_1的浓度是与其竞争的Al_1Am_2，Al_2Am_1，andAl_3Am_1(3．0 mM each)浓度的3倍(即增加200％)。我们也对DCL2中11个组分的动力学行为进行了研究，浓度-时间的动力学曲线如图7所示。自复制分子Al_1Am_1形成的反应初速率为59×10~(-1)mM．h~(-1)是Al_2Am_1和Al_3Am_1形成初速率(0．96×10~(-1)mM．h~(-1))的60倍，是Al_2Am_2和Al_3Am_2形成初速率(4．6×10~(-1)mM．h~(-1))的13倍，是Al_1Am_2形成初速率(9．6×10~(-1)mM．h~(-1))的6倍。不同的速率导致了自复制分子的最大浓度(10．98 mM)(动力学控制，图6，斑纹条)。这也是Al_1／Am_1络合体的分子内反应所引起的。总之，动态库中组分的表达是由动力学和热力学两个方面所控制，最适合的自复制分子从两个方面得到了放大。5、二联苯基团代替萘基团后所组成的动态组合库的研究我们把DCL2中醛(Al_1,Al_2，Al_3)上的萘基团全部换成二联苯基团(B_1,B2,B3)后，与Am_1和Am_2组成动态组合库DCL4(图8所示)。与DCL2不同的是,B_1Am_1的形成比Al_1Am_1的形成更快，但是由于各个组分的信号都重迭在一起,DCL4中的各个组分的浓度不能通过~1H NMR谱图来准确计算。但是，我们可以从~1H NMR谱图得到一些粗略的信息来判断组合库的情况。最后得到结论：不像图2所描述的萘结构分子那样，当DCL4达到热力学平衡时，分子自复制没有在DCL4中起到明显的放大作用。这应该和[B_1Am_1]_2．稳定性较差有关。综上所述，实验结果证明在精心设计的动态组合库里可以实现组分自我放大，也就是说库里组分可以复制自身。库中契合最好的自复制体系可以从动力学和热力学两个角度来实现自我复制和放大。由于动态组合库是可逆体系(氢键的超分子作用和亚胺的可逆形成)，组分分配不仅仅依赖于初速率大小，而且还和其它组分的竞争密切相关，自复制分子会削减其他竞争者的绝对浓度。根据“达尔文”进化论，这样的自复制的动态组合化学体系展现了分子层面上的“进化”——最有优势的自复制分子通过“掠夺”其它不具自复制行为的分子(或者有但较弱，比如Al_1Am_2)实现选择性的自我放大。
参考文献：
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