模擬跨膜信號的偶氮苯化合物的合成及表征*

田甜，趙小菁，張麗影，支云，金黎明，范圣第

（大連民族學院生命科學學院生物技術與資源利用國家民委–教育部重點實驗室，遼寧大連 116600）

模擬跨膜信號的偶氮苯化合物的合成及表征*

田甜，趙小菁，張麗影，支云，金黎明，范圣第

（大連民族學院生命科學學院生物技術與資源利用國家民委–教育部重點實驗室，遼寧大連 116600）

在一種仿G蛋白耦合型信號轉導的人工超分子系統中引入一類偶氮苯結構的化合物，用來模擬跨膜受體。選用偶氮苯類化合物為受體是因為該化合物具有光致異構化的特性，能夠引入光信號。實驗合成了苯丙氨酸甲酯偶氮苯、纈氨酸甲酯偶氮苯、谷氨酸甲酯偶氮苯，并用紅外光譜、紫外可見光譜以及核磁共振方法進行表征，結果顯示，所合成的產物是預期產物。

超分子系統；偶氮苯；合成；表征

生物信號轉導是一切生命活動的基礎，是細胞個體完成新陳代謝的本質。通常生物體的信息傳遞由其信號轉導系統來完成，該系統被視為精巧、縝密、分子水平的信息處理器，細胞信號轉導過程與細胞周期調控、細胞分裂、細胞代謝、細胞分化及細胞增殖密切相關［1］。研究各個重要環節蛋白質之間的相互作用及生物體系信號轉導中重要分子事件的過程和機理，是生命科學研究的重要領域。跨膜信號轉導過程需借助受體蛋白的幫助才能順利完成。受體蛋白位于細胞表面，具有識別外來信號，并與之結合，從而啟動一系列的生化反應，產生特定的生化反應的功能，通常所說的受體是指膜受體。根據細胞膜表面受體信號轉換機制和受體分子的結構特征把膜表面受體分為激動劑控制的離子通道型受體、G蛋白耦合型受體和酶活性受體3種類型。一種作為細胞膜模型的人工雙層膜囊泡上使用能穩定插入囊泡雙層膜中的合成固醇類化合物為受體，以鄰羥基萘醛為信號分子的仿G蛋白耦合型信號轉導超分子已被構建［2］，示意圖如圖1所示。

圖1 仿G蛋白耦合型信號轉導人工超分子體系示意圖

筆者試圖在該系統中引入一種含有偶氮苯結構的化合物，作為一種光化學開關，連接在人工受體上，作為模擬人體、接收信號、處理信號及作出一系列反應的體系，可令系統接受光信號刺激后改變受體構象，從而影響信號分子的傳遞，為此選用了具有光異構結構的偶氮苯類功能基團。偶氮苯是典型的光致變構分子，在不同波長的照射下，其分子內的—N=N—基團會發生可逆的構象變化及順反異構體之間的變化［3］。由于偶氮苯分子比較穩定，合成條件比較溫和，因此選擇偶氮苯分子作為人工受體。該研究對建立進行人工跨膜信號傳遞以及放大功能的超分子體系有著重要的意義。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

紫外–可見分光光度計：UV2450型，日本島津公司；

核磁共振波譜儀：Mercury Vx 300型，400 MHz，美國Varian公司；

傅立葉變換紅外光譜儀：TENSOR 27型，德國布魯克光譜儀器公司；

集熱式恒溫磁力攪拌器：DF–101S 型，河南鞏義市英峪予華儀器廠；

電子天平：HR–200型，美國OHAUS Adventurer公司；

循環水式真空泵：SHZ–D(Ⅲ)型，河南鞏義市英峪予華儀器廠；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG–9070型，上海精宏實驗設備廠；

1.2 儀器工作條件

（1）核磁共振波譜儀

內標：四甲基硅烷；工作頻率：400 MHz；溶劑：CDCl3。

（2）紫外–可見分光光度計

溶劑：三氯甲烷；參比：二氯甲烷；儀器工作溫度：室溫；掃描范圍：290～700 nm。

（3）紅外光譜儀

KBr壓片；掃描范圍：400～4 000 cm–1。

1.3 氨基酸偶氮苯的合成

（1）偶氮苯二羧酸的合成

在250 mL三頸瓶中依次加入間硝基苯甲酸6.50 g，NaOH 25 g和水120 mL，磁力攪拌，溫度控制在50℃。將葡萄糖50 g溶于75 mL水中，在30 min內滴入三頸瓶中，維持溫度50～60℃,反應8 h后停止，冷卻至室溫，以稀乙酸中和至pH值約為6，過濾，水洗。所得固體用熱的飽和碳酸鉀溶液溶解，酸化，過濾，固體水洗至中性，100℃下真空干燥24 h，得到淺黃色固體。

（2）氨基酸甲酯偶氮苯的合成［4］

稱取偶氮苯二羧酸0.275 g，移取二氯甲烷40 mL，HoBt（1-羥基-苯并-三氮唑）1 g，EDC–HCl [1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽]1 g于圓底燒瓶中，向燒瓶內放入瓷子，用冰水混合物維持溫度于0℃，開動攪拌器攪拌20～30 min。向圓底燒瓶中加入0.50 g氨基酸甲酯鹽酸鹽及1 g NMM（氮甲基嗎啉），升至室溫，攪拌12 h。除去溶劑，將產品放在室溫下保存。合成路線如圖2所示。

圖2 氨基酸甲酯偶氮苯合成路線

2 結果與討論

2.1 核磁共振譜圖

稱取合成的氨基酸甲酯偶氮苯3～5 mg，加入氘代氯仿溶解，于核磁共振儀上在400 MHz下掃描。圖3為谷氨酸甲酯偶氮苯核磁共振圖。

圖3 谷氨酸甲酯偶氮苯核磁共振圖

由圖3可知，在δ 6.662～6.680處有一個酰胺的多重峰，這是由于C=O鍵π電子環流使C=O鍵上下的錐體區域為屏蔽區，而鄰位NH上質子氫處于這個區域，所以向高場發生位移［5］。苯環上的4個氫則處于化學位移δ 7～8之間。表1列出了3種氨基酸偶氮苯核磁共振分析結果，由表1可知，纈氨酸甲酯偶氮苯和谷氨酸甲酯偶氮苯苯環上的4個氫則處于化學位移δ 8左右，這可能是由于后兩者的氨基酸殘基中沒有苯環的π–π作用發生屏蔽，因此處在低場。

表1 偶氮苯化合物的核磁共振測試結果

2.2 紫外可見光譜

將樣品溶于三氯甲烷中，選用1×1 cm的比色皿，以二氯甲烷為參比，在290～700 nm進行掃描，圖4為苯丙氨酸偶氮苯的紫外可見光圖譜。

圖4 苯丙氨酸偶氮苯的紫外可見光圖譜

由于偶氮分子在室溫下的穩定結構為反式結構，300～400 nm之間的強吸收峰可歸屬于偶氮苯化合物反式結構的π–π*躍遷［6］，所以360 nm左右的吸收峰對應的是反式態偶氮結構的π–π*躍遷吸收峰。選用中心波長為365 nm的紫外光激發可以和偶氮分子的π–π*躍遷吸收相匹配，激發偶氮分子產生反式→順式的變化。苯丙氨酸偶氮苯在331 nm、谷氨酸偶氮苯在330 nm、纈氨酸偶氮苯在239 nm出現的強吸收峰，歸屬于選擇定則允許的π(NHOMO)→π*(LUMO)躍遷，苯丙氨酸偶氮苯在460 nm處，纈氨酸偶氮苯在525 nm處，谷氨酸偶氮苯在475處出現的弱吸收帶，歸屬于選擇定則禁阻的n(HOMO)→π*(LUMO)躍遷。

2.3 紅外光譜

取少量樣品和溴化鉀（干燥），質量比約為1∶10，研磨，壓片。將處理好的樣品放入儀器，在1.2條件下進行分析，圖5為谷氨酸甲酯偶氮苯紅外圖譜，表2為3種偶氮苯化合物的紅外光譜特征峰。從圖5可以看出，在3 436.7 cm–1區域的強振動峰為水分子中羥基振動峰；1 739.6 cm–1為羰基伸縮振動峰；1 639.3 cm–1處的峰為氮氮雙鍵特征峰，說明有偶氮化合物的存在；此外，1 533.2 cm–1處為酰胺基團特征峰，1 211.1 cm–1處為苯環的骨架振動峰。從表2可知，纈氨酸甲酯偶氮苯的水峰在3 442.5 cm–1處；偶氮特征峰在1 633.5 cm–1處；酰胺特征峰在1 398.2 cm–1處；苯環的骨架振動峰在1 101.0 cm–1處。而苯丙氨酸偶氮苯則在3 422.3 cm–1處有水峰，偶氮特征峰在1 648.4 cm–1處，酰胺特征峰在1424.49 cm–1處。

圖5 谷氨酸偶氮苯紅外圖譜

表2 偶氮苯化合物的紅外光譜特征峰 cm–1

3 結論

經過核磁、紫外、紅外光譜的綜合分析，確認所合成的物質即為目標產物——氨基酸甲酯偶氮苯化合物，對其合成路線進行了探索，并采取色譜柱的提純方法對目標產物進行提純。利用偶氮苯光致異構這一特性，將合成的偶氮苯化合物用作生物信號開關，這對實現受體的人工模擬有著重要的意義。

［1］ Hancock J T. Cell Signaling［M］.UK：Longman，Harlow，1997.

［2］ Fukuda K，Saaski Y，Ariga K，et al. Dynamc behavior of a transmembrane molecular switch as an arti fi cial cell-surface receptor［J］. Mol Catal B: Enymatic，2001(11): 971–976.

［3］ Kumar G S, Neckers D C. Photochemistry of azobenzene-containing polymers［J］. Chem Rev，1989，89: 1 915–1 916.

［4］ 趙小菁，田甜，支云，等.偶氮苯類人工受體中間體的合成及1H NMR譜［J］.大連民族學院學報（自然科學版），2011，13(5): 444–449.

［5］ Willner I，Eichen Y，Rabinovitz M，et al. Reactivity of N-substituted azaaromatics［J］. J Am Chem Soc，1992，114: 637–639.

［6］ 毛華平.光致變色分子開關的設計、合成及性質的研究［D］.吉林：吉林大學，2006.

Synthesis and Characteristic of Azobenzene Compounds Simulating Transmembrane Ligand

Tian Tian， Zhao Xiaojing， Zhang Liying， Zhi Yun， Jin Liming， Fan Shengdi
(College of Life Science， Key Laboratory of Biological and Chemical Engineering， State Ethnic Affairs Commission and Ministry of Education， Dalian Nationalities University， Dalian 116600, China)

A kind of copy G protein coupling type of signal transduction arti fi cial supramolecular system introduced in a azo-benzene structure of the compound was discussed，which was used to simulate the transmembrane receptors. Azocompounds for receptors of benzene was chosed because the compounds had characteristics of light induced isomerization, which can be introduced into the light signal. Phenylalanine methyl ester of azobenzene, valine methyl azobenzene and methyl glutamate azobenzene were synthesized. IR spectrum，Ultraviolet visible spectroscopy and nuclear magnetic resonance (NMR) were used for characterization of the compounds. The results indicated that the compounds were expected products.

supramolecular system; azobenzene compound; synthesis; characteristic

O625.5

A

1008–6145(2012)03–0017–03

10.3969/j.issn.1008–6145.2012.03.005

*國家自然科學基金(21172028，30872004)；中央高校基本科研業務費專項資金(DC110318)

聯系人：趙小菁；E-mail: chemiely@dlnu.edu.cn

2012–02–11