模拟跨膜信号的偶氮苯化合物的合成及表征*

田甜，赵小菁，张丽影，支云，金黎明，范圣第

（大连民族学院生命科学学院生物技术与资源利用国家民委–教育部重点实验室，辽宁大连 116600）

模拟跨膜信号的偶氮苯化合物的合成及表征*

田甜，赵小菁，张丽影，支云，金黎明，范圣第

（大连民族学院生命科学学院生物技术与资源利用国家民委–教育部重点实验室，辽宁大连 116600）

在一种仿G蛋白耦合型信号转导的人工超分子系统中引入一类偶氮苯结构的化合物，用来模拟跨膜受体。选用偶氮苯类化合物为受体是因为该化合物具有光致异构化的特性，能够引入光信号。实验合成了苯丙氨酸甲酯偶氮苯、缬氨酸甲酯偶氮苯、谷氨酸甲酯偶氮苯，并用红外光谱、紫外可见光谱以及核磁共振方法进行表征，结果显示，所合成的产物是预期产物。

超分子系统；偶氮苯；合成；表征

生物信号转导是一切生命活动的基础，是细胞个体完成新陈代谢的本质。通常生物体的信息传递由其信号转导系统来完成，该系统被视为精巧、缜密、分子水平的信息处理器，细胞信号转导过程与细胞周期调控、细胞分裂、细胞代谢、细胞分化及细胞增殖密切相关［1］。研究各个重要环节蛋白质之间的相互作用及生物体系信号转导中重要分子事件的过程和机理，是生命科学研究的重要领域。跨膜信号转导过程需借助受体蛋白的帮助才能顺利完成。受体蛋白位于细胞表面，具有识别外来信号，并与之结合，从而启动一系列的生化反应，产生特定的生化反应的功能，通常所说的受体是指膜受体。根据细胞膜表面受体信号转换机制和受体分子的结构特征把膜表面受体分为激动剂控制的离子通道型受体、G蛋白耦合型受体和酶活性受体3种类型。一种作为细胞膜模型的人工双层膜囊泡上使用能稳定插入囊泡双层膜中的合成固醇类化合物为受体，以邻羟基萘醛为信号分子的仿G蛋白耦合型信号转导超分子已被构建［2］，示意图如图1所示。

图1 仿G蛋白耦合型信号转导人工超分子体系示意图

笔者试图在该系统中引入一种含有偶氮苯结构的化合物，作为一种光化学开关，连接在人工受体上，作为模拟人体、接收信号、处理信号及作出一系列反应的体系，可令系统接受光信号刺激后改变受体构象，从而影响信号分子的传递，为此选用了具有光异构结构的偶氮苯类功能基团。偶氮苯是典型的光致变构分子，在不同波长的照射下，其分子内的—N=N—基团会发生可逆的构象变化及顺反异构体之间的变化［3］。由于偶氮苯分子比较稳定，合成条件比较温和，因此选择偶氮苯分子作为人工受体。该研究对建立进行人工跨膜信号传递以及放大功能的超分子体系有着重要的意义。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

紫外–可见分光光度计：UV2450型，日本岛津公司；

核磁共振波谱仪：Mercury Vx 300型，400 MHz，美国Varian公司；

傅立叶变换红外光谱仪：TENSOR 27型，德国布鲁克光谱仪器公司；

集热式恒温磁力搅拌器：DF–101S 型，河南巩义市英峪予华仪器厂；

电子天平：HR–200型，美国OHAUS Adventurer公司；

循环水式真空泵：SHZ–D(Ⅲ)型，河南巩义市英峪予华仪器厂；

电热恒温鼓风干燥箱：DHG–9070型，上海精宏实验设备厂；

1.2 仪器工作条件

（1）核磁共振波谱仪

内标：四甲基硅烷；工作频率：400 MHz；溶剂：CDCl3。

（2）紫外–可见分光光度计

溶剂：三氯甲烷；参比：二氯甲烷；仪器工作温度：室温；扫描范围：290～700 nm。

（3）红外光谱仪

KBr压片；扫描范围：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三颈瓶中依次加入间硝基苯甲酸6.50 g，NaOH 25 g和水120 mL，磁力搅拌，温度控制在50℃。将葡萄糖50 g溶于75 mL水中，在30 min内滴入三颈瓶中，维持温度50～60℃,反应8 h后停止，冷却至室温，以稀乙酸中和至pH值约为6，过滤，水洗。所得固体用热的饱和碳酸钾溶液溶解，酸化，过滤，固体水洗至中性，100℃下真空干燥24 h，得到浅黄色固体。

（2）氨基酸甲酯偶氮苯的合成［4］

称取偶氮苯二羧酸0.275 g，移取二氯甲烷40 mL，HoBt（1-羟基-苯并-三氮唑）1 g，EDC–HCl [1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐]1 g于圆底烧瓶中，向烧瓶内放入瓷子，用冰水混合物维持温度于0℃，开动搅拌器搅拌20～30 min。向圆底烧瓶中加入0.50 g氨基酸甲酯盐酸盐及1 g NMM（氮甲基吗啉），升至室温，搅拌12 h。除去溶剂，将产品放在室温下保存。合成路线如图2所示。

图2 氨基酸甲酯偶氮苯合成路线

2 结果与讨论

2.1 核磁共振谱图

称取合成的氨基酸甲酯偶氮苯3～5 mg，加入氘代氯仿溶解，于核磁共振仪上在400 MHz下扫描。图3为谷氨酸甲酯偶氮苯核磁共振图。

图3 谷氨酸甲酯偶氮苯核磁共振图

由图3可知，在δ 6.662～6.680处有一个酰胺的多重峰，这是由于C=O键π电子环流使C=O键上下的锥体区域为屏蔽区，而邻位NH上质子氢处于这个区域，所以向高场发生位移［5］。苯环上的4个氢则处于化学位移δ 7～8之间。表1列出了3种氨基酸偶氮苯核磁共振分析结果，由表1可知，缬氨酸甲酯偶氮苯和谷氨酸甲酯偶氮苯苯环上的4个氢则处于化学位移δ 8左右，这可能是由于后两者的氨基酸残基中没有苯环的π–π作用发生屏蔽，因此处在低场。

表1 偶氮苯化合物的核磁共振测试结果

2.2 紫外可见光谱

将样品溶于三氯甲烷中，选用1×1 cm的比色皿，以二氯甲烷为参比，在290～700 nm进行扫描，图4为苯丙氨酸偶氮苯的紫外可见光图谱。

图4 苯丙氨酸偶氮苯的紫外可见光图谱

由于偶氮分子在室温下的稳定结构为反式结构，300～400 nm之间的强吸收峰可归属于偶氮苯化合物反式结构的π–π*跃迁［6］，所以360 nm左右的吸收峰对应的是反式态偶氮结构的π–π*跃迁吸收峰。选用中心波长为365 nm的紫外光激发可以和偶氮分子的π–π*跃迁吸收相匹配，激发偶氮分子产生反式→顺式的变化。苯丙氨酸偶氮苯在331 nm、谷氨酸偶氮苯在330 nm、缬氨酸偶氮苯在239 nm出现的强吸收峰，归属于选择定则允许的π(NHOMO)→π*(LUMO)跃迁，苯丙氨酸偶氮苯在460 nm处，缬氨酸偶氮苯在525 nm处，谷氨酸偶氮苯在475处出现的弱吸收带，归属于选择定则禁阻的n(HOMO)→π*(LUMO)跃迁。

2.3 红外光谱

取少量样品和溴化钾（干燥），质量比约为1∶10，研磨，压片。将处理好的样品放入仪器，在1.2条件下进行分析，图5为谷氨酸甲酯偶氮苯红外图谱，表2为3种偶氮苯化合物的红外光谱特征峰。从图5可以看出，在3 436.7 cm–1区域的强振动峰为水分子中羟基振动峰；1 739.6 cm–1为羰基伸缩振动峰；1 639.3 cm–1处的峰为氮氮双键特征峰，说明有偶氮化合物的存在；此外，1 533.2 cm–1处为酰胺基团特征峰，1 211.1 cm–1处为苯环的骨架振动峰。从表2可知，缬氨酸甲酯偶氮苯的水峰在3 442.5 cm–1处；偶氮特征峰在1 633.5 cm–1处；酰胺特征峰在1 398.2 cm–1处；苯环的骨架振动峰在1 101.0 cm–1处。而苯丙氨酸偶氮苯则在3 422.3 cm–1处有水峰，偶氮特征峰在1 648.4 cm–1处，酰胺特征峰在1424.49 cm–1处。

图5 谷氨酸偶氮苯红外图谱

表2 偶氮苯化合物的红外光谱特征峰 cm–1

3 结论

经过核磁、紫外、红外光谱的综合分析，确认所合成的物质即为目标产物——氨基酸甲酯偶氮苯化合物，对其合成路线进行了探索，并采取色谱柱的提纯方法对目标产物进行提纯。利用偶氮苯光致异构这一特性，将合成的偶氮苯化合物用作生物信号开关，这对实现受体的人工模拟有着重要的意义。

［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］ 赵小菁，田甜，支云，等.偶氮苯类人工受体中间体的合成及1H NMR谱［J］.大连民族学院学报（自然科学版），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］ 毛华平.光致变色分子开关的设计、合成及性质的研究［D］.吉林：吉林大学，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

*国家自然科学基金(21172028，30872004)；中央高校基本科研业务费专项资金(DC110318)

联系人：赵小菁；E-mail: chemiely@dlnu.edu.cn

2012–02–11