基于联萘酚的荧光探针对缬氨酸的手性识别研究_赵云德.pdf

202312科研开发167Modern Chemical Research当代化工研究基于联萘酚的荧光探针对缬氨酸的手性识别研究赵云德1 解妍2 徐佳伟2 何敬杰2 戴振亚2*（1.江苏天和制药有限公司 江苏 2252002.中国药科大学 江苏 210009）摘要：以1,1-联二萘酚为手性原料合成一种新型的手性荧光探针分子。合成路线简短，易于纯化。实验研究表明，该荧光探针可以对苏氨酸的两种对映异构体进行手性识别，两种异构体的荧光强度比可以达到ID/IL=5.1，同时，探针分子也可以用于测定缬氨酸的对映体组成。关键词：荧光探针；手性识别；联萘酚；氨基酸中图分类号：O657.3 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.055Chiral Recognition of Valine by Fluorescence Probe Based on BinaphtholZhao Yunde1,Xie Yan2,Xu Jiawei2,He Jingjie2,Dai Zhenya2*(1.Jiangsu Tianhe Pharmaceutical Company,Jiangsu,2252002.China Pharmaceutical University,Jiangsu,210009)Abstract：A novel chiral fluorescent probe was synthesised with 1,1-binaphthol as chiral sources,which featured concise synthetic route,simple purification.The experimental results showed that the fluorescent probe could recognize the two enantiomers of threonine,and the fluorescence intensity ratio of the two isomers could reach ID/IL=5.1.At the same time,the probe molecule could also be used to determine the enantiomeric composition of valine.Key words：fluorescent probe；chiral recognition；binaphthol；amino acid近些年来，氨基酸的手性识别研究成为了研究者们关注的热点，氨基酸的D型和L型对生命体有着至关重要的作用。L-氨基酸是组成蛋白质的基本单位，新陈代谢、免疫应答、内分泌调节等生命活动中涉及的大部分氨基酸都是L-氨基酸1-2；D-氨基酸在生命活动中的含量尽管并不太高，但在生命体的不同器官、不同阶段中却具有某些特殊的功能3。例如，D-丙氨酸和D-谷氨酸是细菌肽聚糖的主要成分；D-丝氨酸是N-甲基-D-天冬氨酸受体的激动剂，与神经退行性疾病、精神分裂症、缺血等疾病的发生有关4-5。现阶段区分两种手性对映异构体的技术主要有高效液相色谱、圆二色谱、电泳以及荧光光谱等6。其中，利用荧光变化进行手性识别研究因其具有高效、准确、灵敏的优势而备受关注。联萘化合物具有C2对称的轴手性，可以提供独特的手性环境，并且可以作为荧光团提供荧光响应，其结构上具有多个可以被修饰的位点，这些位点可以连接各种官能团以修饰荧光响应以及与底物的相互作用7。因此，近些年来，Pu等已经报道了将联萘衍生物作为荧光团制备手性荧光探针的相关应用8。本文合成了一种基于1,1-联二萘酚的手性荧光传感器，并将其用于手性氨基酸的识别。1.实验部分(1)荧光探针R-1的合成图1 荧光探针R-1合成路线荧光探针R-1的合成步骤在0条件下，将化合物1.4（160mg）溶于5ml的THF溶液，缓慢滴加1ml浓盐酸，搅拌0.5h，室温搅拌5h。反应结束后，滴加饱和碳酸氢钠溶液至pH=7，乙酸乙酯萃取，无水Na2SO4干燥，减压浓缩。TLC分离（二氯甲烷:甲醇=120:1），得到黄色固体（100mg），产率68.8%。1H NMR(300MHz,DMSO-d6):10.38(s,1H),10.26(s,1H),8.69(s,1H),8.23-8.14(m,1H),8.09(d,J=9.1Hz,1H),8.03-7.94(m,1H),7.64-7.50(m,2H),7.50-202312科研开发168Modern Chemical Research当代化工研究7.25(m,5H),7.11-6.96(m,2H),6.75(d,J=7.7Hz,1H),5.41(t,J=5.8Hz,1H),5.23(d,J=2.4Hz,2H),4.52(d,J=5.8Hz,2H)。荧光探针S-1以S-萘酚为原料，合成步骤与R-1相同。(2)荧光探针R-1对缬氨酸的手性识别研究荧光探针R-1对氨基酸的识别效果考察荧光探针R-1对于不同构型氨基酸的识别效果，如图2所示，R-1对于缬氨酸的两种构型具有显著的识别效果，对于丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、苯丙氨酸等也有一定的识别效果。根据图3中R-1和缬氨酸的紫外光谱以及荧光光谱可以看出，D-缬氨酸可以显著增加R-1的荧光响应，而L-缬氨酸对于R-1的荧光变化没有显著影响。图2 R-1对氨基酸的识别效果50055060065001x1052x1053x1054x1055x1056x1057x105荧光强度荧光强度波长波长 R-5+D-缬氨酸缬氨酸 R-5+L-缬氨酸缬氨酸b2503003504000.00.10.20.30.40.50.6吸光度吸光度波长波长 R-5+D-缬氨酸缬氨酸 R-5+L-缬氨酸缬氨酸a图3(a)R-1与缬氨酸的紫外光谱；(b)R-1与缬氨酸的荧光光谱手性识别条件的探究考察不同溶剂对荧光探针R-1进行手性识别的影响，配制荧光探针分子R-1的浓度为110-5mol/L，探针分子与缬氨酸的摩尔比为1:4的手性识别溶液，并分别以体积比为100:1的乙腈-水、二甲基亚砜-水、四氢呋喃-水溶液为溶剂，对缬氨酸的对映异构体进行手性识别。结果如图4（a-c）所示，在乙腈-水体系中，在=576nm处，R-1对D-缬氨酸的荧光响应是L-缬氨酸的3.4倍；在二甲基亚砜-水体系中，二者相差不大，但R-1对L-缬氨酸的荧光曲线产生了一定的蓝移；在四氢呋喃-水体系中，在=576nm处，R-1对D-缬氨酸的荧光响应达到了L-缬氨酸的4.6倍。因此，在四氢呋喃-水体系中，探针分子R-1对缬氨酸的手性识别效果较好。考察锌离子对荧光探针R-1识别手性氨基酸的影响。配制2份R-1的浓度为110-5mol/L，探针分子与缬氨酸的摩尔比为1:4的手性识别溶液，在其中一份中加入与R-1摩尔比为2:1的醋酸锌溶液，对缬氨酸的对映异构体进行手性识别。如图4（d）所示，未加入锌离子的探针R-1对缬氨酸的对映异构体没有明显的识别作用，而在加入锌离子后，R-1对D-缬氨酸的识别效果显著增强。4004505005506006500.05.0 x1041.0 x1051.5x1052.0 x1052.5x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1+D-缬氨酸缬氨酸 R-1+L-缬氨酸缬氨酸 R-1+2eq Zn2+D-缬氨酸缬氨酸 R-1+2eq Zn2+L-缬氨酸缬氨酸d4004505005506006500.05.0 x1041.0 x1051.5x1052.0 x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1+D-缬氨酸缬氨酸 R-1+L-缬氨酸缬氨酸c4004505005506006500.02.0 x1044.0 x1046.0 x1048.0 x1041.0 x1051.2x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1+D-缬氨酸缬氨酸 R-1+L-缬氨酸缬氨酸b4404805205606000.02.0 x1044.0 x1046.0 x1048.0 x1041.0 x1051.2x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1+D-缬氨酸缬氨酸 R-1+L-缬氨酸缬氨酸a图4(a)溶剂：乙腈:水=100:1；(b)溶剂：二甲基亚砜:水=100:1；(c)溶剂：四氢呋喃:水=100:1；(d)荧光探针R-1在Zn2+存在下对缬氨酸的荧光响应荧光探针R-1对缬氨酸的手性识别48050052054056058060062064001x1052x1053x1054x1055x1056x1057x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1 R-1+2eq Zn2+0.5eq D-缬氨酸缬氨酸+1.0eq D-缬氨酸缬氨酸+1.5eq D-缬氨酸缬氨酸+2.0eq D-缬氨酸缬氨酸+2.5eq D-缬氨酸缬氨酸+3.0eq D-缬氨酸缬氨酸+3.5eq D-缬氨酸缬氨酸a30035040045050055060065001x1052x1053x1054x1055x1056x1057x105荧光强度荧光强度波长波长b5005506000.05.0 x1041.0 x1051.5x105 R-1 R-1+2eq Zn2+0.5eq L-缬氨酸缬氨酸+1.0eq L-缬氨酸缬氨酸+1.5eq L-缬氨酸缬氨酸+2.0eq L-缬氨酸缬氨酸+2.5eq L-缬氨酸缬氨酸+3.0eq L-缬氨酸缬氨酸+3.5eq L-缬氨酸缬氨酸荧光强度荧光强度波长波长0.00.51.01.52.02.53.03.501x1052x1053x1054x1055x1056x1057x105荧光强度荧光强度缬氨酸当量缬氨酸当量 03.5eq D-缬氨酸缬氨酸 03.5eq L-缬氨酸缬氨酸c图5(a)：荧光探针R-1(1x10-5M)对D-缬氨酸的荧光响应变化，激发波长=330nm，狭缝(5nm/5nm)；(b)：荧光探针R-1(1x10-5M)对L-缬氨酸的荧光响应变化，激发波长=330nm，狭缝(5nm/5nm)(c)：荧光探针S-1(1x10-5M)在560nm处对D/L-缬氨酸的荧光响应变化，激发波长=330nm，狭缝：5nm/5nm考察制备的荧光探针R-1对缬氨酸的手性识别性能。配制14份荧光探针分子R-1的浓度为110-5mol/L，锌离子与R-1摩尔比为2:1，溶剂为体积比100:1的四氢呋喃-水溶液，向其中7份溶液中分别加入与R-1摩尔比为0.5:13.5:1的D-缬氨酸水溶液，另外7份加入L-缬202312科研开发169Modern Chemical Research当代化工研究氨酸水溶液，对缬氨酸的对映异构体进行手性识别。如图5所示，当探针分子与缬氨酸的摩尔比达到1:3时，荧光强度差距达到最大，R-1对D-缬氨酸的荧光强度达到了L-缬氨酸的5.1倍。(3)对映体组成的定量分析研究考察荧光探针R-1和S-1与缬氨酸对映体在不同比例下的相互作用，并绘制荧光强度与缬氨酸对映体过量曲线图（ee值），如图6所示，根据这两条ee值曲线，荧光探针可以对不同含量的缬氨酸对映体进行测量，说明荧光探针R-1和S-1可以用于测定缬氨酸的对映体组成。0204060801001x1052x1053x1054x1055x1056x1057x1058x1059x105荧光强度荧光强度D-缬氨酸缬氨酸%R-1 S-1图6 R-1和S-1(1x10-5M)在560nm处的荧光强度与L/D-缬氨酸总量(3 equiv)在Zn2+存在下的ee值曲线。激发波长=330nm，狭缝：5nm/5nm(3)荧光探针R-1对其他氨基酸的手性识别除缬氨酸外，我们还研究R-1与Zn(OAc)2结合对10种常见氨基酸（包括缬氨酸）的荧光反应。在相同条件下，还观察到以下4种氨基酸的对映选择性荧光增强：包括丙氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸和精氨酸。如图7所示，虽然这些氨基酸的L-对映异构体不能显著增加探针的荧光，但D-对映异构体在=500nm以上出现了荧光显著增强，其中，丙氨酸为2.39倍，丝氨酸为2.2倍，精氨酸为2.3倍，苯丙氨酸为2.9倍。500 520 540 560 580 600 620 6400.05.0 x1031.0 x1041.5x1042.0 x1042.5x1043.0 x104荧光强度荧光强度波长波长 R-1 R-1+2eq Zn2+D-丝氨酸丝氨酸+L-丝氨酸丝氨酸b5005205405605806006206400.02.0 x1044.0 x1046.0 x1048.0 x1041.0 x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1 R-1+2eq Zn2+D-丙氨酸丙氨酸+L-丙氨酸丙氨酸a4404805205606000.04.0 x1048.0 x1041.2x1051.6x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1 R-1+2eq Zn2+D-苯丙氨酸苯丙氨酸+L-苯丙氨酸苯丙氨酸d5005205405605806006206400.05.0 x1041.0 x1051.5x1052.0 x105荧光强度荧光强度波长波长 R-1 R-1+2eq Zn2+D-精氨酸精氨酸+L-精氨酸精氨酸c图7 荧光探针R-1对各种氨基酸的荧光光谱2.结果分析综上所述，以1,1-联二萘酚为主要原料合成手性荧光探针分子用于氨基酸的手性识别。通过研究，荧光探针分子R-1对缬氨酸的两个对映异构体有较好的识别效果，两种异构体的荧光强度比可以达到ID/IL=5.1，并且可以用于缬氨酸对映体组成的测定。【参考文献】1Lubec G,Rosenthal G A.Amino acids:chemistry,biology and medicineM.1990.2Nefyodov LI,Uglyanica KN,Smirnov VY,et al.Amino acids and their derivatives in blood plasma of patients with breast cancer treated with Ukrain.Part VJ.Drugs Exp Clin Res,1996,22(3-5):155-157.3Konno R,H Brckner,DAniello A,et al.D-amino ac-ids:a new frontier in amino acids and protein research:prac-tical methods and protocolsM.Nova Biomedical Books,2007.4Burnet P,Eastwood S L,Bristow G C,et al.D-Amino acid oxidase activity and expression are increased in schizo-phreniaJ.Molecular Psychiatry,2008,13(7):658.5Verrall L,Burnet P,Betts J F,et al.The neurobiology of D-amino acid oxidase and its involvement in schizophre-niaJ.Molecular Psychiatry,2010,15(2):122.6None.Graphical Abstract:Angew.Chem.Int.Ed.25/2006J.Angewandte Chemie International Edition,2006,45(25):4040-4049.7Lin P.Enantioselective fluorescent sensors:a tale of BINOLJ.Accounts of Chemical Research,2012,45(2):150-63.8Lin P.Enantioselective Fluorescent Recognition of Free Amino Acids:Challenges and OpportunitiesJ.Angewandte Chemie,2020,132(49).【基金项目】2011年国家自然科学基金项目“新型手性相转移催化剂的合成及其在药物合成中的应用”（项目编号：21102180）【作者简介】赵云德（1965-），男，汉族，上海人，本科，高级工程师，研究方向：药物合成。【通讯作者】戴振亚（1978-），男，汉族，江苏扬中人，博士，副教授，研究方向：不对称催化、不对称合成、离子识别、手性识别。