新型对叔丁基杯[4]芳烃基聚三唑基两亲物的合成及其与核苷磷酸酯的结合

采用锥形立体异构体形式合成新的杯[4]芳烃，在上边缘带有两个或四个叠氮化物片段，水溶性三唑基两亲体受体通过铜催化的叠氮化物 - 炔烃环加成反应得到两个或四个多铵的头部基团。第一次。发现合成的大环化合物在水溶液中形成稳定的聚集体，其流体动力学直径在150-200nm之间，动电势约为+40至+ 60mV。使用胶束法测量临界聚集浓度（CAC）值，其中芘和曙红Y作为染料探针。四烷基取代的大环12a，b（两者均为5μM）的CAC值显着低于二烷基取代的大环化合物的CAC值10a，b（分别为790和160μM）。具有染料曙红Y 的大环10a，b和12a，b的前胶束聚集体用于通过染料置换方法感测的核苷酸。不常见的是，二取代的大环10a，b比腺苷5'-三磷酸（ATP）更有效地结合带电荷较少的5'-二磷酸腺苷（ADP）。为了ADP的裸眼检测，详细描述了基于用10b修饰的聚二乙炔囊泡的简单比色法，检测限为0.5mM。

关键词： ADP; 两亲分子; ATP; 杯[4]芳烃; CuAAC; 曙红Y探针; 分子识别; 聚二; 自组装; 三唑

在过去的二十年中，许多研究小组非常重视与生物学上重要的阴离子具有高亲和力的宿主分子的合成[1-5]。在这些阴离子中，由于这些阴离子具有重要的生物学意义，核苷酸识别和传感代表了一个特别重要的研究领域。含腺嘌呤的核苷酸作为通用能源和许多生物过程中的细胞内介质非常重要[6]。在细胞代谢中，腺苷5'-三磷酸（ATP）被酶[7]水解成腺苷5'-一磷酸（AMP）或腺苷5'-二磷酸（ADP）[7]。因此，核苷酸受体必须具有对这些阴离子的选择性。从这个观点来看，基于聚铵阳离子的核苷酸受体是非常需要的，因为这种聚铵系统和带负电荷的磷酸盐的静电相互作用很强。氢键[8]和核苷酸的腺嘌呤基团与受体芳香部分之间的π-堆积相互作用[9]可另外有助于复合物稳定性和结合选择性。聚铵模仿生物学上重要的无环多胺，如腐胺，亚精胺和精胺，它们对AMP，ADP和ATP具有很强的亲和力[10]。通常，聚铵阳离子受体根据其负电荷值结合核苷酸：ATP> ADP> AMP。它伴随着增加的复杂稳定性，其取决于受体和核苷酸之间的电荷 - 电荷相互作用。仅有少数出版物报道了与更少电荷核苷酸更有效相互作用的受体。例如，Kuchelmeister等。合成了具有两个对称肽臂的受体，所述肽臂装饰有基于胍的阴离子结合位点。与ADP和ATP相比，该受体显示出更强的AMP结合[11]。由Mascaros等人合成的另一种聚铵受体。[12]显示在水中存在ATP时选择性识别ADP。

毫无疑问，大环受体在分子受体的设计中具有许多优点，提供结合位点的预组织，提供与底物的多点相互作用以进行有效的复合[13]。Calix [4]芳烃及其硫代类似物与常用作合成受体的其他大环类相比具有许多优点，如环糊精[14]，葫芦脲[ 15]和pillararenes [16]。杯芳烃在其上部和下部轮辋处易于官能化，可获得各种立体异构体; 最初的大环化合物可以简单的方式合成，它们没有毒性等。[17-22]。两亲性杯芳烃特别令人感兴趣，因为它们可被视为具有主客体识别位点的表面活性剂[23]。因此，它们能够在水溶液中形成纳米聚集体，从而将活性结合位点的浓度提供到纳米聚集体中以与底物多价结合[24]。我们最近合成了一系列基于对叔丁基硫杂杯[4]芳烃平台的阳离子受体，其具有1,3-交替构象，具有多铵结合位点。它们被证明可有效地与小牛胸腺DNA相互作用，导致后者的4倍压实[25]。含有两个阳离子咪唑鎓片段的相关大环化合物表现出对ATP的高亲和力[26]。

本文我们报告新的两亲性水溶性杯的合成[4]芳烃与衍生物锥体含有在上边缘的两个或四个聚铵基团通过使用点击化学的方法和朝向在水溶液中的核苷酸结合研究的结果的构象。

聚铵杯[4]芳烃衍生物的合成

杯[4]的官能化与叠氮基芳烃铺平引入多种官能团的方式[27]由，例如，铜-催化的叠氮化物-炔烃环加成加成（CuAAC）反应在大环的上边缘[28 ]。另一种方法是通过末端炔基官能化杯[4]芳烃。然而，在这种情况下，CuAAC反应的进一步转化是有限的，主要是因为低分子量有机叠氮化物，特别是含有少于3个碳原子的高度爆炸性[29]。通常叠氮基团通过氯甲基化反应安装在大环的上缘，随后通过叠氮阴离子进行亲核取代[30,31]形成相当柔韧的叠氮甲基片段。在该研究中，选择更硬的芳基叠氮化物杯芳烃衍生物作为合成具有扩大空腔的靶大环化合物的前体，以有效结合大生物分子（方案1）。

如方案2中所述合成目标杯芳烃二叠氮化物衍生物4和相应的四氮化物8。在第一步中，进行母体对叔丁基杯[4]芳烃的完全O-烷基化，得到产物5a，b。为了实现大环的下缘（化合物1a，b）的选择性远端烷基化，我们在该组中开发了微波方法[32]。然后根据文献程序[33,34]将二烷基化和四烷基化产物硝化，得到二或四硝基衍生物2a，b和6a，b，产量很高。通过水合肼成功地将硝基还原成相应的胺[35,36]。在这种情况下，使用二氧化硅/氧化铝上的Ni代替发火阮内镍作为催化剂。最后，重氮化过程以及随后的叠氮化物取代[37,38]得到杯[4]芳烃叠氮化物衍生物4和8。对于后一反应，发现DMF /冰醋酸3：1的混合物是最佳溶剂。

大环4和8的结构通过1 H和13 C NMR光谱以及IR光谱和MALDI-TOF质谱建立。通过元素分析确定它们的组成。在4a和b的1 H NMR光谱中发现了典型的远端二取代杯芳烃的一组标准信号（支持信息文件1，图S5和S6）：在8.33-8.37处的OH质子的单线态，两个单体的芳族质子在6.95-6.96和6.69-6.70ppm，桥接CH 2片段的双峰在4.31-4.32和3.31ppm。在四氮化物8a，b的情况下（支持信息文件1，图S7和S8）芳族质子的信号在6.29ppm处显示为单线态。桥亚甲基质子的信号在4.39-4.40和3.09-3.10ppm处显示为两个双峰。叠氮基团的存在通过在4和8的IR光谱中在2109cm -1处的价键不对称键振动来证实。由于激光解吸后叠氮基的不稳定性，所有得到的叠氮化物的MALDI质谱得到分子离子峰，排出2（在4的情况下）或4（在8的情况下）N 2片段[39]。

产物8a的空间结构通过X射线晶体学建立，并在图1中示出，包括原子编号方案。完整的X射线晶体学数据在支持信息文件1中提供。8a分子采用压缩锥形构象，由碳原子C3 ...（Q18）和C10 ...（249）之间的原子间距离的差异证明。杯[4]芳烃采用类似的构象，在上缘含有非庞大的取代基[34]。