分子識(shí)別7.ppt

1、第八章 分子印跡技術(shù),分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technique, MIT） 20世紀(jì)70年代 1993年Mosbach等在上發(fā)表茶堿分子印跡聚合物（molecular imprinted Polymers, MIPs） 1992年12篇，1999年150篇左右全世界至少有100多個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和企、事業(yè)團(tuán)體在從事MIPs的研發(fā)工作 國家有瑞典、日本、德國、美國、英國、中國等十多個(gè) 國內(nèi)研究單位有大連化物所、南開大學(xué)、蘭州化物所、上海大學(xué)、軍事科學(xué)院毒物所、湖南大學(xué)、東南大學(xué)、防化研究所等,分子印跡技術(shù)的特點(diǎn),1、色譜中對(duì)映體和異構(gòu)體分離 2、固相萃取 3、化學(xué)仿生

2、傳感器 4、模擬酶催化 5、臨床藥物分析 6、膜分離技術(shù),分子印跡聚合物的制備,制備方法： 以目標(biāo)分子為模板，將具有結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的功能聚合物單體分子通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式與模板分子結(jié)合，加入單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后將模板分子提取出來后形成具有空穴的能識(shí)別模板分子的高分子（MIPs）。 三個(gè)步驟： 1、模板分子與功能單體通過氫鍵作用、離子作用或疏水作用在溶液體系中形成主-客體配合物。 2、光、熱引發(fā)在大量交聯(lián)劑存在下進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，將主-客體配合物固定在高度交聯(lián)高分子母體中。 3、洗去模板分子得到具有確定空間構(gòu)型的空穴和功能基在該空穴中精確排列的剛性聚合物，對(duì)模板分子富集、分離和檢測方面

3、具有特效選擇性。,分子印跡的理論及機(jī)理研究,一、分子預(yù)組裝過程 1、分子預(yù)組裝過程為共價(jià)鍵合作用。 2、常用的共價(jià)結(jié)合物質(zhì)包括硼酸酯、席夫堿、縮醛酮和螯合物。 3、如一般條件下能夠形成相當(dāng)穩(wěn)定的三角形的硼酸酯，在堿性水溶液中或在氨、哌啶等堿性氮存在下則形成四角形的硼酸酯。它能與二醇極快達(dá)到平衡，其平衡速度與非共價(jià)鍵作用相當(dāng)。 4、空穴中含有兩個(gè)硼酸基團(tuán)的MIPs可用于拆分外消旋體，而三個(gè)或以上結(jié)合位點(diǎn)的MIPs由于交換速度很慢而分離能力低。,分子印跡的理論及機(jī)理研究,二、分子自組裝過程 1、分子自組裝過程為非共價(jià)鍵結(jié)合作用。 2、常見的非共價(jià)鍵結(jié)合作用有氫鍵、靜電引力、金屬螯合作用、電荷轉(zhuǎn)移、

4、疏水作用以及范德華力等。 3、利用最多的是氫鍵，每一種作用對(duì)外消旋體的拆分效果都已經(jīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：使用單一的非共價(jià)鍵結(jié)合作用制得的MIPs的選擇性較低，而多種作用的協(xié)同效應(yīng)使制得的MIPs具有較高的選擇性和分離能力。,分子印跡的過程,分子印跡的表征方法,在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，有不同的表征方法 1、色譜固定相、手性分離與固相萃取中，有分離因子、分離度Rs、保留時(shí)間tR、結(jié)合常數(shù)KD、離解常數(shù)Ka、富集系數(shù)等來表征MIPs的選擇性。 2、化學(xué)傳感器中，需要借用各種電化學(xué)參數(shù)如電流、電導(dǎo)、電容和電壓以及各種光學(xué)參數(shù)如吸光度、熒光強(qiáng)度、位移等來表征MIPs的選擇性好壞。 3、催化領(lǐng)域有催化效率、反

5、應(yīng)速度、結(jié)合量等來表征MIPs的選擇性的好壞。,MIPs的特點(diǎn),一、很好的物理與化學(xué)穩(wěn)定性 1、抵抗很強(qiáng)的機(jī)械作用力 2、能耐高溫、高壓 3、能抵抗酸、堿、高濃度離子及有機(jī)溶劑的作用 4、在復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境中能保持穩(wěn)定 二、立體結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性與天然本體（抗體）等同的選擇性 三、壽命長：反復(fù)使用8個(gè)月后其識(shí)別能力基本無變化 四、MIPs往往價(jià)格昂貴,MIPs的應(yīng)用,一、化學(xué)仿生傳感器 MIPs傳感器兼有生物傳感器和化學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)，是未來傳感器發(fā)展的方向。,應(yīng)用于MIPs傳感器的分析物和換能器,MIPs的應(yīng)用,二、對(duì)映體及異構(gòu)體的分離 1992年，美國國家食品與藥物管理局(FDA)要求凡新的光活性藥

6、物都必須把光學(xué)異構(gòu)體分離出來，分別測定其藥物動(dòng)力學(xué)和毒理學(xué)的各項(xiàng)指標(biāo)，目前，一半以上的MIPs工作是關(guān)于手性及異構(gòu)體分離的。 應(yīng)用MIPs作手性分離的對(duì)映體和異構(gòu)體見下頁,MIPs的應(yīng)用,第九章 大環(huán)配合物,大環(huán)配合物是指環(huán)骨架上含有O、N、P、As、S、Se等多個(gè)配位原子的多齒配體所形成的環(huán)狀配合物。,一、冠醚配合物及其應(yīng)用 1、Peterson：二苯并-18-冠-6與K+離子結(jié)合能力遠(yuǎn)大于Na+和Cs+離子。苯并-15-冠-5與Na+離子結(jié)合能力遠(yuǎn)大于K+和Li+離子。12-冠-4與Li+離子結(jié)合能力遠(yuǎn)大于Na+和K+離子。,2、Lehn：二維環(huán)狀冠醚擴(kuò)展到三維穴醚。2、2、2適合K+離子

7、，其結(jié)合常數(shù)是二苯并-18-冠-6的幾萬倍；2、2、1適合Na+離子。2、1、1適合Cs+離子。,3、Cram：球醚。三人分享1987年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。后來發(fā)展金屬雜冠醚等，在分子識(shí)別和催化及分離科學(xué)上得到大量應(yīng)用。,卟啉的結(jié)構(gòu),二、卟啉配合物及其應(yīng)用,原血紅素的結(jié)構(gòu),血紅蛋白的亞單元配位結(jié)構(gòu),葉綠素a的結(jié)構(gòu),卟啉超分子與分子識(shí)別,一、對(duì)無機(jī)分子與離子的識(shí)別 1、為模擬血紅蛋白和肌紅蛋白的可逆配氧功能，20世紀(jì)70年代合成了大量的金屬卟啉，對(duì)氧氣、一氧化碳、二氧化碳等小分子有不同程度的識(shí)別功能。 2、Lehn合成了冠醚與卟啉的復(fù)合物，當(dāng)Ag+離子進(jìn)入卟啉環(huán)以后，對(duì)熒光有淬滅作用，因?yàn)殇\卟啉受

8、光激發(fā)后，電子從卟啉向冠醚轉(zhuǎn)移。,卟啉超分子與分子識(shí)別,二、對(duì)有機(jī)物的識(shí)別 1、Ogoshi H等人合成順、反-5、15-二(8-喹啉基)八乙基卟啉，該主體分子和客體分子發(fā)生多重作用而產(chǎn)生識(shí)別功能。如在中性水溶液中可以把苯丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸迅速萃取到氯仿有機(jī)相，而丙氨酸和絲氨酸卻不能被萃取，利用該配合物可以實(shí)現(xiàn)親脂性的氨基酸的跨膜運(yùn)輸。 2、Bonar-law等把一個(gè)甾體二醇與鋅卟啉橋連得到的主體物質(zhì)在非極性溶劑中可識(shí)別乙醇，其結(jié)合常數(shù)達(dá)108 L/mol。曹錫章等合成的面對(duì)面四偶氮橋連金屬卟啉配合物對(duì)氨基酸具有特定的識(shí)別能力，其結(jié)合常數(shù)大小順序?yàn)椋豪野彼峋彼峁劝彼岜奖彼岣彼帷?卟

9、啉超分子與分子識(shí)別,三、對(duì)手性分子的識(shí)別 1、Ogoshi等人研究了具有C2對(duì)稱軸的手性卟啉對(duì)手性氨基酸的識(shí)別行為，發(fā)現(xiàn)其（S,S）(+)構(gòu)象對(duì)D,L-亮氨酸及其甲酯、 D,L-脯氨酸及其甲酯、 D,L-苯丙氨酸及其甲酯、 D,L-亮氨酸芐基酯表現(xiàn)出2.02.8倍的對(duì)映選擇性 。 2、Kurod等人合成的手性雙橋連卟啉的鋅配合物可選擇性識(shí)別L-氨基酸甲酯，其結(jié)合常數(shù)高達(dá)103104 L/mol。 3、Bonar-law等人合成的鋅卟啉可選擇性識(shí)別一些生物堿，如與嗎啡構(gòu)成兩個(gè)強(qiáng)的氫鍵，加上NZn之間的配位作用，產(chǎn)生三點(diǎn)定向，對(duì)嗎啡(-)的識(shí)別是嗎啡(+)的43倍。,維生素B12以及它的衍生物的共同結(jié)構(gòu),三、雜原子大環(huán)配合物及其應(yīng)用,雜原子大環(huán)配合物的結(jié)構(gòu),1、希夫堿類 2、維生素類 3、雜原子如S、Se、P作配位原子 4、金屬原子成環(huán),雜原子大環(huán)配合物在分子識(shí)別及運(yùn)輸中的作用,一、陽離子的識(shí)別，特別是非球形對(duì)稱的陽離子如Ag+、Hg2+等需設(shè)計(jì)含S、N等配位原子構(gòu)成的多齒配體，形成多核配合物進(jìn)行識(shí)別。 二、陰離子識(shí)別，含氮的穴狀配位原子質(zhì)子化后可成為陰離子受體，由空穴大小決定被