红外光谱的检测灵敏度和选择性研究进展

红外光谱和二维红外光谱已被广泛应用于各种多肽和蛋白质的结构和动力学的研究中。但在推广到生物大分子体系的研究时却面临着很多困难,主要原因是目前红外光谱的选择性不够好和灵敏度不够高。因此,在多数情况下人们无法通过生物分子自身的振动模式来获得位点选择的蛋白质结构和动力学信息。为了解决这些困难,我们发展了非天然氨基酸红外光谱探针并把它们结合到蛋白质中去进行位点选择的光谱研究,我们也发展了提高二维红外光谱检测灵敏度的实验方法。我们深入研究了一些非天然氨基酸红外光谱探针如氰基吲哚及其位置异构体。研究表明,不同氰基吲哚的寿命和对环境的灵敏度都不相同,这意味着氰基吲哚是一类非常有前景的蛋白质红外光谱探针。     

吲哚、3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光量子产率和荧光寿命

近年来，三维荧光技术已经成为常用的化学分析技术，但有些结构相近的荧光有机物的三维荧光光谱十分相似，可能导致分析结果错误。因此，如何精准区分具有相似三维荧光光谱的有机物是十分重要且亟待解决的问题。荧光量子产率和荧光寿命是荧光有机物两个重要的光学参数，对于分子结构的差异更灵敏。对吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的三维荧光光谱、荧光量子产率和荧光寿命进行了研究。结果表明，它们的三维荧光光谱都出现两个荧光峰，且荧光峰位置十分接近。吲哚和L-色氨酸的荧光峰大致位于[激发波长，发射波长]=[275, 340～350]和[220, 340～350] nm附近，3-甲基吲哚的荧光峰位于[激发波长，发射波长]=[280, 365]和[225, 365] nm附近。在相同浓度下，三种有机物在激发波长为275～280 nm处的最高荧光强度依次为：吲哚>3-甲基吲哚>L-色氨酸。利用绝对量子产率测量技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光量子产率分别约为0.264、 0.347和0.145;利用时间相关单光子计数技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光寿命分别约为4.149、 7.89...     

3-取代苯基-5-(3''''-吲哚基)-异(噁)唑啉衍生物的谱学研究

现代红外光谱技术以其分析速度快、重现性好、成本低、且不消耗样品等特点正得到越来越广泛的应用,文章利用傅里叶红外技术,研究了9种含有吲哚基和苯基的3-取代苯基-5-(3'-吲哚基)-异(噁)唑啉衍生物的红外光谱的特征吸收规律,指出了这类化合物不同取代基对红外吸收谱带的影响;同时,利用核磁共振技术,对3-取代苯基-5-(3'-吲哚基)-异(噁)唑啉衍生物的1H NMR的共振谱带做了全面的归属,其化学位移的变化规律与红外光谱一致,为这类化合物的结构与谱学研究提供了一条很好的途径.     

3-取代苯基-5-(3′-吲哚基)-异噁唑啉衍生物的谱学研究

现代红外光谱技术以其分析速度快、重现性好、成本低、且不消耗样品等特点正得到越来越广泛的应用,文章利用傅里叶红外技术,研究了9种含有吲哚基和苯基的3-取代苯基-5-(3′-吲哚基)-异噁唑啉衍生物的红外光谱的特征吸收规律,指出了这类化合物不同取代基对红外吸收谱带的影响;同时,利用核磁共振技术,对3-取代苯基-5-(3′-吲哚基)-异噁唑啉衍生物的1H NMR的共振谱带做了全面的归属,其化学位移的变化规律与红外光谱一致,为这类化合物的结构与谱学研究提供了一条很好的途径。     

光谱法研究3H-吲哚季铵盐探针分子与牛血清底的相互作用

合成了一种新型的荧光探针分子2-(对-十二烷基氨基)苯基-3, 3-二甲基-5-乙酯基-3H-吲哚基-甲基-二-十六烷基碘化铵, 并运用荧光光谱探讨它与牛血清蛋白的作用. 结果表明, 探针分子与牛血清蛋白(BSA)的结合作用可使3H-吲哚的荧光强度增强, 而对蛋白质却具有猝灭性质, 其结合常数和结合位点数分别为Ka=1.995×105 dm3*mol-1和n=1.12.     

5-呋喃基-1-苯并噻唑基吡唑啉类荧光化合物的合成及光谱分析

吡唑啉衍生物具有高的蓝色荧光,并且具有高量子效率,很易于用作发光材料中电子传输层。依据Schellhammer经验中化学结构与荧光性关系,在吡唑啉的1-位引入了苯并噻唑基,3-位引入苯基衍生物,使其具有荧光性,5-位引入呋喃基作为助色团,可使荧光波长红移,增加荧光性。文章设计并合成了六种5-位引入呋喃基苯并噻唑吡唑啉类荧光化合物,通过红外光谱、荧光光谱、1HNMR、元素分析对合成的化合物进行了表征,表明这类化合物具有良好的荧光性,其最大发射波长在440～460 nm之间,经过分析得知其荧光强度的大小与衍生物中不同的取代基有关。     

一种基于部花菁染料的氰离子荧光比率探针

设计合成了荧光探针1,2,2,3-四甲基-4,5-苯并吲哚啉,通过荧光光谱研究了其与CN-的识别和传感作用,结果表明该化合物对CN-具有很高的选择性,同时引起荧光光谱比率的变化。Job曲线表明该探针与CN-是以1∶1计量比作用,并初步探讨了其与CN-的作用模式和荧光变化机理。     

方酸菁染料的结构效应对光物理性质的影响

在染料的相同位置引入不同的取代基，常会引起染料光物理性质的变化，通过研究在吲哚Ｃ－５位具有不同取代基的吲哚方酸菁染料吸收、荧光光谱、荧光量子产率和荧光寿命，发现由于方酸染料自身的给体－受体－给体结构特点，取代基对染料给体的影响体现特殊的规律，其光物理性质随取代基的给电子能力呈现规律性的变化，最大吸收，最大发射，及荧光寿命与取代基的哈密顿取代基常数呈折线关系。     

吲哚丙酮酸的酮-烯醇互变异构化的NMR研究

吲哚丙酮酸是色氨酸代谢途径中的一种重要α-酮酸,但其酮-烯醇互变异构化现象及互变异构体的NMR数据尚未见报道.该文采用多维NMR技术研究了吲哚丙酮酸在不同溶剂中主要存在形式.使用2D NMR谱对吲哚丙酮酸的烯醇式和酮式结构进行了NMR研究.结果表明吲哚丙酮酸在乙腈溶液中主要以烯醇式结构存在,而在水溶液中主要以酮式结构存在.     

新型吡唑啉类荧光化合物的合成及光谱分析

吡唑啉衍生物作为荧光增白剂具有优良的性质,已被广泛应用于染料工业。根据Schellhammer化学结构与荧光性的经验,在吡唑啉环的1-位引入苯并噻唑基,3-位引入吲哚基,5-位引入苯基衍生物,设计并合成了六种新的吡唑啉衍生物,并且通过红外光谱、1H NMR谱、质谱和元素分析进行了确证。化合物的荧光性能测定结果显示此类化合物具有良好的荧光性,均可吸收353 nm左右紫外光,最大发射波长在430～443 nm之间,是一类很有发展前途的蓝紫色荧光化合物。荧光最大发射波长和荧光强度与取代基有关,在苯并噻唑上引入6-Br基团,化合物的荧光发射波长发生蓝移,且强度增大;而引入CH₃基团,化合物的荧光发射波长发生红移,且强度降低。取代基和溶剂极性对荧光量子产率的影响较小。荧光相对强度与荧光量子产率没有直接关系。     

1-苄基-3,3-二甲基-6’-甲氧基-8’-溴吲哚啉螺苯并吡喃紫外可见光谱研究

光致变色吲哚啉螺苯并吡喃类化合物的紫外可见光谱已被广泛研究,但无光致变色性能的这类螺环的研究工作却很少见到。我们用改进的方法合成了六种1-苄基-3,3-二甲基吲哚啉螺苯并吡喃衍生物,其中题示化合物(用BSP-5表示)为新化合物。经试验证明,BSP-5不具光致变色性能。本文报道它在环己烷等7种溶剂中的紫外可见光谱。在此基础上提出了BSP-5的酸致变色原理。     

吲哚美辛与牛血清白蛋白结合作用的研究

应用紫外光谱和荧光光谱研究了生理条件下吲哚美辛与牛血清白蛋白的相互作用机理,确定静态猝灭和非辐射能量转移是导致吲哚美辛对BSA荧光猝灭的两大原因。利用荧光猝灭反应求得药物与牛血清白蛋白之间的结合常数和结合位点数,根据热力学参数确定它们之间的作用力类型,依据能量转移理论计算二者相互结合时给体-受体间的距离和能量转移效率,结合紫外吸收光谱和荧光光谱结果, 探讨了吲哚美辛与牛血清白蛋白的相互作用模式。     

色氨酸和酪氨酸的三维荧光光谱特征参量提取

氨基酸是维持生命活动的重要物质,而色氨酸和酪氨酸又是天然氨基酸中重要的发光组分,应用荧光光谱法对其进行测量和分辨具有重要的意义。文章用美国Pekin-Elmer LS55型荧光分光光度计,对色氨酸和酪氨酸的三维荧光光谱进行了测量。将测量的数据用激发-发射-荧光强度的三维坐标表示,得到三维荧光谱图,但色氨酸和酪氨酸存在共性峰,通过波峰位置简单地来辨别两种混叠的物质很有难度。以数理统计概念为基础,提取该三维荧光光谱的特征参数,得到两种物质荧光光谱中最相关的信息,可以解决两种物质光谱混叠的分辨问题。结果表明,色氨酸和酪氨酸的三维荧光光谱平均值、标准差、原点矩、混合中心矩等参数差值百分比分别为330.37%, 102.86%, 329.16%, 329.63%,区别较大;而边际分布、相关系数值差值百分比仅为10.61%和2.40%。因而平均值、标准差、原点矩、混合中心矩可作为敏感特征参数,用其分辨谱图混叠的色氨酸和酪氨酸是可行的。这种“数学预提取”的三维光谱分析法可以找出组分之间的敏感特征参量,能够取代传统的三维荧光光谱分析法。     

α-苯甲胺基-β-(3-吲哚基)-丙酸甲酯的合成

以L-色氨酸为原料经过4步得到α-苯甲胺基-β-(3-吲哚基)-丙酸甲酯,它是一种具有潜在的抗肿瘤活性的吲哚二酮哌嗪化合物的中间体,首先通过“酰氯法”合成L-色氨酸甲酯盐酸盐,再脱去盐酸,与苯甲醛发生缩合反应形成希夫碱,最后选择性还原,得目的产物,得率54.9%.     

5-取代-N,N-二甲基色胺衍生物合成方法研究及光谱分析

以5-甲氧基-N,N-二甲基色胺为例,研究了5-取代-N,N-二甲基色胺系列衍生物的合成方法,分别以5-取代吲哚法和Fischer合成法分别合成了目标产物。Fischer合成法原料易得,操作简便,较5-取代吲哚法具有明显优势。通过1H NMR确定了产物结构,通过IR分析了其红外特性。     

铽离子-镧系金属结合标签的荧光探针的改进

镧系金属因其具有较窄的发射光谱带,较大的斯托克斯位移以及毫秒级的荧光寿命,而被广泛应用于荧光检测中,其中Tb~(3+)、Eu~(3+)最为常用.镧系金属结合标签(Lanthanide Binding Tag,LBT)可以与蛋白质融合表达,并且一般不会影响蛋白的结构和功能,这些特点使LBT被广泛应用于蛋白质结构与功能研究中.LBT能够特异性地结合镧系金属离子,并利用LBT上色氨酸的吲哚环作为"天线"吸收外部能量,再将能量传递给镧系金属离子,进而激发镧系金属离子产生荧光.该文以经典模式蛋白泛素(Ubiquitin,Ub)作为媒介,将LBT引入到Ub的碳端,采用定点突变的方法增加LBT上吲哚环的数量,观察Ub-LBT[结合铽离子(Tb~(3+))]荧光量子产率的变化.结果表明在LBT结构中增加吲哚环的数量能够提高LBT(结合Tb~(3+))的荧光量子产率.     

罗丹明-三嗪荧光探针对Al3+和Cr3+的识别

用罗丹明B乙二胺分步取代三聚氯氰环上两个氯原子,得到对称结构的罗丹明-三嗪衍生物。在pH 4～6的乙醇溶液中,衍生物能选择性识别Al3+和Cr3+,荧光发射和紫外-可见吸收显著增强。衍生物对Al3+ 和Cr3+识别不受共存金属离子干扰。在一定条件下,可作为高选择性和高灵敏的Al3+或Cr3+荧光和比色增强型光谱探针。     

吲哚衍生物的1H NMR谱研究

通过对¹H-¹H COSY谱的分析, 鉴定了两个同分异构体吲哚衍生物取代基团的位置，并对其氢谱进行了分析，对其谱峰进行了归属. 比较了一系列吲哚衍生物类似物的的氢谱，发现其氢谱呈现一定规律，并分析了其原因.     

表面增强拉曼散射探测细胞酶的活性

本文以5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-吡喃半乳糖苷为底物,探测细胞结构中β-半乳糖苷酶的活性。作为β-半乳糖苷酶的底物,5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-吡喃半乳糖苷在细胞β-半乳糖苷酶酶解作用下,形成靛蓝染料衍生物,在贵金属表面具有较强的表面增强拉曼散射。这种通过表面增强拉曼光谱探测细胞酶活性的方法,与高速拉曼线扫描相结合,可以快速地评估细胞种群的酶活性。     

吲哚丙酮酸的酮-烯醇互变异构化的NMR 研究

吲哚丙酮酸是色氨酸代谢途径中的一种重要α-酮酸，但其酮-烯醇互变异构化现象及互变异构体的NMR 数据尚未见报道．该文采用多维NMR 技术研究了吲哚丙酮酸在不同溶剂中主要存在形式．使用2D NMR 谱对吲哚丙酮酸的烯醇式和酮式结构进行了NMR 研究．结果表明吲哚丙酮酸在乙腈溶液中主要以烯醇式结构存在，而在水溶液中主要以酮式结构存在．