均苯三酰胺桥联三环糊精Zn2＋金刚烷衍生物三元超分子体系的

2008年第66卷化学学报Vol.66,2008第1期,91～96ACTACHIMICASINICANo.1,91～96*E-mail:[e-mail];Tel.:[phone];Fax:[phone].ReceivedJune14,2007;revisedJuly31,2007;acceptedSeptember6,2007.国家自然科学基金(Nos.20421202,20572052)及天津市科技计划(No.06YFJMJC04400)资助项目.·研究论文·均苯三酰胺桥联三环糊精/Zn2＋/金刚烷衍生物三元超分子体系的合成及其羧肽酶A模拟研究陈湧迟恒刘育*(南开大学化学系元素有机化学国家重点实验室天津300071)摘要合成了一种均苯三酰胺基桥联三(β-环糊精)1及其锌(II)配合物2,进而通过与金刚烷衍生物的包结配位作用制备了三种均苯三酰胺桥联三环糊精/Zn2＋/金刚烷衍生物4～6.利用茚三酮显色实验和圆二色谱研究了其作为羧肽酶A模拟物对牛血清白蛋白水解反应的酶促性能和不同pH下的变构能力,推测了可能的酶促反应机理.结果表明1/Zn2＋/金刚烷-1-乙酸三元超分子体系在中性条件显示出高达10.43U•mg－1的酶活力.关键词桥联三环糊精;金刚烷衍生物;三元超分子体系;羧肽酶A;模拟酶SynthesisandCarboxypeptidaseAMimicofSupramolecularTriadsFormedbyBenzene-1,3,5-tricarboxylamido-bridgedTri(β-cyclodextrin),Zn2＋andAdmantaneDerivativesCHEN,YongCHI,HengLIU,Yu*(DepartmentofChemistry,StateKeyLaboratoryofElemento-OrganicChemistry,NankaiUniversity,Tianjin300071)AbstractAbenzene-1,3,5-tricarboxylamido-bridgedtri(β-cyclodextrin)anditsZn2＋complex2aresynthe-sized.Inclusioncomplexationsof2withadmantanederivativesgivethreesupramoleculartriadsformedbytri(β-cyclodextrin),Zn2＋andadmantanederivatives.TheircarboxypeptidaseactivitiesandconformationalmutatingabilitiesunderdifferentpHwereexploredbyninhydrincolorimetricandcirculardichroismspec-trometricstudies,andthepossiblemechanismwasdiscussed.Theresultsshowthatthe1/Zn2＋/1-adamantane-aceticacidsystemgavethehighestenzymaticactivityupto10.43U•mg－1ataneutralcondition.Keywordsbridgedtri(β-cyclodextrin);admantanederivative;supramoleculartriad;carboxypeptidaseA;enzymemimic环糊精是由6～8个D-吡喃葡萄糖单元以α-1,4糖苷键首尾相连而成的环状低聚糖,其独特的“外亲水、内疏水”的空腔结构能够选择性地结合客体分子形成主客体或超分子配合物,因而作为分子识别的受体和人工酶模型被广泛应用于科学技术的许多领域[1～2].近年来,环糊精超分子体系的模拟酶研究日益受到人们的关注[3～7].Breslow等[8]用环糊精‐卟啉共轭体的锰配合物模拟了氧化还原酶体系,对尺寸适合于桥联环糊精空腔的底物分子显示了高选择性.计亮年等[9]将胍基修饰环糊精作为CuZnSOD酶的模拟物,其SOD酶活性达到了天然酶的40%.刘俊秋、沈家骢等[10,11]研究了硒杂和碲杂环糊精对谷胱甘肽过氧化物酶体系的模拟作用.我们[12]曾合成了一系列水溶性有机硒修饰环糊精作为超氧化物岐化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)的模拟物,其SOD和GPX酶活性分别达到121～330U/mg和0.34～0.86U/µmol.本文合成了一种均苯三酰胺基桥联92化学学报Vol.66,2008三(β-环糊精)及其锌(II)配合物,进而通过其与金刚烷衍生物的包结配位作用制备了三种均苯三酰胺桥联三环糊精/Zn2＋/金刚烷衍生物超分子体系(图1).利用茚三酮显色实验和圆二色谱研究了其作为羧肽酶A模拟物对牛血清白蛋白水解反应的酶促性能和最佳pH值,并推测了可能的酶促反应机理.这一研究将有助于我们深入了解主‐客体间的协同结合和多重识别等作用对超分子体系,尤其是基于环糊精的超分子体系,模拟水解酶[13]的贡献.1实验部分1.1试剂及仪器甲氧基保护L(＋)-组氨酸、均苯三酰氯、金刚烷-1-乙酸、牛血清白蛋白(BSA)、二环己基碳二亚胺(DCC)为Acros产品,未经纯化直接使用.单-[6-(乙二胺基)-6-脱氧]-β-环糊精根据文献[14]合成.N,N-二甲基甲酰胺(DMF)用氢化钙干燥2d后减压蒸出备用.高氯酸锌、10mg/mL牛血清白蛋白(BSA)、水合茚三酮试剂按文献方法制备[5].电导率在DDS-307电导率仪上测定.紫外光谱和圆二色光谱分别在ShimadzuUV-2401PC紫外‐可见光谱仪和JASCOJ-720S圆二色谱仪上测定,所使用样品池为常规10mm×10mm×40mm矩形石英池,测定温度由循环冷凝水控制在(25.0±0.1)℃.1.2均苯三酰胺基桥联三(β-环糊精)(1)的合成在100mL圆底瓶中加入干燥的30mLDMF和1.2g单-[6-(乙二胺基)-6-脱氧]-β-环糊精,氮气保护下在冰浴中滴入溶有0.08g均苯三酰氯的5mLDMF溶液和5mL三乙胺.反应混合物在冰浴中搅拌2d,然后在室温下反应2d.减压蒸除溶剂,残留物用少量水溶解后滴入150mL丙酮中析出沉淀.重复此操作二次.所得沉淀用SephadexG-25凝胶色谱柱分离(蒸馏水作为洗脱剂)得到0.15g产品,产率12%.UV-Visλmax(H2O)(logε):273(2.82)nm;1HNMR(D2O,TMS,300MHz)δ:2.54～2.95(m,12H,NHCH2),3.34～3.79(m,126H,β-CD’sC-2H,C-3H,C-4H,C-5H,C-6H),4.85～4.87(m,21H,β-CD’sC-1H),7.15～7.20(m,3H,aromaticH);ESI-MSm/z(%):3689(M＋H＋,100).Anal.calcdforC141H228O105N6•8H2O:C41.10,H6.75,N2.04;foundC40.71,H6.74,N2.26.1.3均苯三酰胺基桥联三(β-环糊精)锌(II)配合物(2)的合成将1的水溶液滴入到稍过量的高氯酸锌水溶液中,再加入几滴氯仿.该体系在5℃下反应2d后,减压浓缩溶液,所得沉淀用少量的乙醇和乙醚洗涤,真空干燥后得到淡黄色的固体2,产率47%.1HNMR(D2O,TMS,300MHz)δ:2.74～3.25(m,12H,NHCH2),3.34～3.79(m,126H,β-CD’sC-2H,C-3H,C-4H,C-5H,C-6H),4.85～4.87(m,21H,β-CD’sC-1H),7.15～7.20(m,3H,aromaticH);UV/Visλmax(H2O)(logε):273(2.34)nm.Anal.calcdforC141H228O105N6�Zn(ClO4)2�8H2O:C41.30,H6.00,N2.04;foundC40.95,H6.32,N2.06.1.4金刚烷乙酰基组氨酸甲酯(3)的合成金刚烷-1-乙酸(0.3g,1mmol)和HOBt(0.3g,2mmol)溶于最少量的CH2Cl2,冰浴搅拌20min后加入甲氧基保护组氨酸的CH2Cl2溶液30mL(0.4g,2mmol),氮气保护下于30min内滴加冷的DCCCH2Cl2溶液5mL(0.6g,3mmol),维持冰浴2h至沉淀不再增加.室温搅拌24h后过滤,然后以1mol/L碳酸氢钠水溶液(约10mL)洗去HOBt,重复上述操作两次,有机相旋干后以V(甲醇)∶V(水)＝9∶1溶液重结晶,得黄色片状晶体,真空干燥得产品0.3g,产率85％.1HNMR(CDCl3,TMS,300MHz)δ:1.5～2.0(m,15H,CH2andCHofad-mantaneskeleton),2.3～2.4(m,2H,CH2COO),3.0～3.4(m,2H,CH2ofHisresidue),3.5～3.8(m,3H,COOCH3),3.9～4.1(m,1H,CHofHisresidue),6.5～6.9(m,1H,aromaticHofHisresidue),7.2～7.4(m,1H,aromaticHofHisresidue);ESI-MSm/z(%):346(M＋H＋,100).Anal.calcdforC19H27O3N3:C66.06,H7.88,N12.16;foundC66.04,H7.69,N12.64.1.5三元超分子体系(4)的合成将金刚烷-1-乙酸(1.1mmol,27mL)的甲醇溶液逐渐滴入到配合物2(1mmol,3mL)的水溶液中,40℃下搅拌反应5h.减压浓缩后过滤收集沉淀,水重结晶后真空干燥得白色粉末,产率25%.1HNMR(D2O,TMS,300MHz)δ:1.53～2.11(m,15H,CH2andCHofadman-taneskeleton),2.44～2.51(m,2H,CH2COO),2.74～3.25(m,12H,NHCH2),3.49～3.90(m,126H,β-CD’sC-2H,C-3H,C-4H,C-5H,C-6H),4.99～5.00(m,21H,β-CD’sC-1H),7.15～8.20(m,3H,aromaticH).Anal.calcdforC153H246O107N6�Zn(ClO4)2�8H2O:C45.61,H6.56,N2.09;foundC46.10,H6.62,N2.33.1.6三元超分子体系(5)的合成三元超分子体系5按照上述方法使用配合物2(1mmol,3mL)的水溶液和甲氧基保护组氨酰金刚烷-1-乙酸3(1.1mmol,27mL)的甲醇溶液反应制备,产率22%.1HNMR(D2O,TMS,300MHz)δ:1.53～2.11(m,15H,CH2andCHofadmantaneskeleton),2.44～2.51(m,2H,No.1陈湧等：均苯三酰胺桥联三环糊精/Zn2＋/金刚烷衍生物三元超分子体系的合成及其羧肽酶A模拟研究93图1化合物1～6的合成路线Figure1Syntheticroutesof1～694化学学报Vol.66,2008CH2COO),2.74～3.25(m,12H,NHCH2),3.49～3.90(m,126H,β-CD’sC-2H,C-3H,C-4H,C-5H,C-6H),4.99～5.00(m,21H,β-CD’sC-1H),7.15～8.20(m,5H,aromaticHofphenyllinkerandHisresudue).Anal.calcdforC160H255O108N9�Zn(ClO4)2�6H2O:C43.61,H6.11,N2.86;foundC43.60,H6.52,N3.03.1.7三元超分子体系(6)的合成三元超分子体系6按照上述方法用配合物2(1mmol,3mL)的水