分子識別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多個學(xué)術(shù)機構(gòu)和企、事業(yè)團體在從事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 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,1、色譜中對映體和異構(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： 以目標分子為模板，將具有結(jié)構(gòu)互補的功能聚合物單體分子通過共價鍵或非共價鍵的方式與模板分子結(jié)合，加入單體進行聚合反應(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別模板分子的高分子（MIPs）。 三個步驟： 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理研究,一、分子預(yù)組裝過程 1、分子預(yù)組裝過程為共價鍵合作用。 2、常用的共價結(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。它能與二醇極快達到平衡，其平衡速度與非共價鍵作用相當。 4、空穴中含有兩個硼酸基團的MIPs可用于拆分外消旋體，而三個或以上結(jié)合位點的MIPs由于交換速度很慢而分離能力低。,分子印跡的理論及機理研究,二、分子自組裝過程 1、分子自組裝過程為非共價鍵結(jié)合作用。 2、常見的非共價鍵結(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，每一種作用對外消旋體的拆分效果都已經(jīng)進行了研究，結(jié)果表明：使用單一的非共價鍵結(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,一、很好的物理與化學(xué)穩(wěn)定性 1、抵抗很強的機械作用力 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個月后其識別能力基本無變化 四、MIPs往往價格昂貴,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，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，分別測定其藥物動力學(xué)和毒理學(xué)的各項指標，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)合能力遠大于Na+和Cs+離子。苯并-15-冠-5與Na+離子結(jié)合能力遠大于K+和Li+離子。12-冠-4與Li+離子結(jié)合能力遠大于Na+和K+離子。,2、Lehn：二維環(huán)狀冠醚擴展到三維穴醚。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。后來發(fā)展金屬雜冠醚等，在分子識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別,一、對無機分子與離子的識別 1、為模擬血紅蛋白和肌紅蛋白的可逆配氧功能，20世紀70年代合成了大量的金屬卟啉，對氧氣、一氧化碳、二氧化碳等小分子有不同程度的識別功能。 2、Lehn合成了冠醚與卟啉的復(fù)合物，當Ag+離子進入卟啉環(huán)以后，對熒光有淬滅作用，因為鋅卟啉受

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別,二、對有機物的識別 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相，而丙氨酸和絲氨酸卻不能被萃取，利用該配合物可以實現(xiàn)親脂性的氨基酸的跨膜運輸。 2、Bonar-law等把一個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別乙醇，其結(jié)合常數(shù)達108 L/mol。曹錫章等合成的面對面四偶氮橋連金屬卟啉配合物對氨基酸具有特定的識別能力，其結(jié)合常數(shù)大小順序為：酪氨酸精氨酸谷氨酸苯丙氨酸脯氨酸。,卟

9、啉超分子與分子識別,三、對手性分子的識別 1、Ogoshi等人研究了具有C2對稱軸的手性卟啉對手性氨基酸的識別行為，發(fā)現(xiàn)其（S,S）(+)構(gòu)象對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別L-氨基酸甲酯，其結(jié)合常數(shù)高達103104 L/mol。 3、Bonar-law等人合成的鋅卟啉可選擇性識別一些生物堿，如與嗎啡構(gòu)成兩個強的氫鍵，加上NZn之間的配位作用，產(chǎn)生三點定向，對嗎啡(-)的識別是嗎啡(+)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)配合物在分子識別及運輸中的作用,一、陽離子的識別，特別是非球形對稱的陽離子如Ag+、Hg2+等需設(shè)計含S、N等配位原子構(gòu)成的多齒配體，形成多核配合物進行識別。 二、陰離子識別，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