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来源:华佗小知识
2011年4月 长治学院学报 Journal of Changzhi University Apr.,2011 第28卷第2期 V01.28.No.2 N1,N5_二(1一甲基咪唑一2一酰基) 二乙基三胺的合成与表征 周成勇,张宝秀 (长治学院化学系,山西长治摘046011) 要:文章首次报道了一种含咪唑环多胺类化合物N ,Ns一二(1一甲基咪唑一2一酰基)二乙基三胺 的合成方法,以此化合物为基础,可以合成对称平行的发卡式多酰胺分子,以期对DNA序列进行新的特异 性识别,从而开发研制新型有效的_T--具酶或抗癌药物。合成方法简便易行、耗时短、不需要过柱分离,每一 步合成都有较高的产率。 关键词:咪唑;二乙基三胺;多胺;化学核酸酶 中图分类号:062 文献标识码:A 文章编号:1673—2014(201 1)02—0001—04 1 引言 的应用,化学合成的核酸断裂工具越来越引起人们 的重视。 核酸断裂与基因重组技术是分子生物学和基 化学核酸酶从结构上大致分为两部分。一是 因工程的核心技术,其中DNA、RNA的定位断裂又 DNA识别结合系统。在生物体内DNA序列的特异 是该技术的关键。限制性内切酶能在特定位点切割 性识别常通过蛋白质与DNA的相互作用实现。但 DNA分子,但其识别位点仅为4~8个核苷酸,且只 由于蛋白质分子具有量大、含量低、结构复杂且容 能在数目有限的位点断裂DNA,给基因工程技术带 易变性等特点,研究起来十分困难,因而寻找新的 来一定限制。化学合成的DNA、RNA定位断裂工具 简单有效的方法来特异性识别DNA序列,实现有 是国际上在二十世纪八十年代兴起的一类新型非 目的的基因调控就具有十分重要的意义。目前用于 酶断裂工具,称为化学核酸酶(chemicM nucleases)。 识别DNA序列的非生物分子主要有寡聚核苷酸、 它们既具有限制性内切酶的高度专一性,又能在人 寡聚核苷酸类似物——多肽核酸(PNA)l 3l、多胺类 们预先设计的任何位点断裂DNA和RNA,且制备 化合物等。特别是多胺类化合物的研究,在美国加 简便、价格便宜、不受酶的天然专一性限制,在新型 州理工大学Dervan教授的带领下,近些年来取得 抗肿瘤、抗爱滋病化学药物的定向设计及其基因治 了令人瞩目的成果。迄今为止,科学家们成功地合 疗,基因工程研究中基因分离、大片段基因序列分 成了一系列各种结构的、对DNA具有特异性识别 析,染色体图谱分析及DNA定位诱变,分子印记技 功能的多胺分子。缩聚单体除N一甲基吡咯(Pv)外, 术(footprinting),DNA的构象识别等方面均有重要 还有N一甲基咪唑(Im)、N一甲基一3一羟基吡咯 意义和应用前景I1.21。随着遗传工程及分子生物学技 (Hp)、噻唑、呋喃、苯环、嘧啶、嘌呤等 。结构形式 术的不断发展,人们越来越不满足于限制性内切酶 有链状、发卡式、环状等 3】。不同结构的多酰胺分子 收稿日期:201 1o_I18 基金项目:山西省高校科技开发项目资助课题(No:2007154) 作者简介:周成勇(1963一),男,河南省沁阳市人,博士,教授,主要从事有机合成和生物无机化学方面的研究。 长治学院学报 可识别不同的碱基对,根据Dervan总结的规则: (2)1H NMR与”C NMR谱:DRX300MH超导 Py/Im对C・G碱基对(C:cytosine胞嘧啶,G:guanine 核磁共振仪(瑞士BRUKER公司);采用5 mm核磁 TMS为内标,化学位移以ppm表示,吸收峰的多 鸟嘌呤)进行识别,Im/Py识别G・C碱基对,Py/Py识 管,d,t,q,b分别表示单峰、双峰、三重峰、多 别A・T和T・A碱基对(A:ademine腺嘌呤,T: 重性以s,thymine胸腺嘧啶),Py/Hp识别A・T碱基对,Hp 重峰和宽峰。 识别T・A碱基对[91。二是DNA的切割系统。DNA的 (3)IR谱:PERKIN—ELMER一983型傅立叶变换 切割从断裂机理上可分为光切割、氧化切割和水解 红外仪(日本岛津);摄谱范围4000—450 cm~,分辨 切割。(1)光切害4是指切割试剂在光照下产生自由 基使DNA发生断裂。(2)氧化切割是指金属配合物 在双氧水或分子氧存在的情况下,由还原剂活化导 致核酸中戊糖环的断裂,断裂产物不能被重新克 隆。(3)水解切割是指断裂试剂使DNA骨架中的磷 酸二酯键发生水解断裂,并不破坏戊糖环,断裂产 物可被重新克隆。无论是氧化切割还是光切割,对 DNA既无选择性,断裂产物也不能用连接酶进行连 接,而且氧化切割还以破坏戊糖环为代价;而DNA 的水解切割反应条件温和,可在近生理条件下进 行,且断裂产物可用连接酶进行重新连接。因此发 展高效、选择性强、能有效水解断裂核酸中磷酸二 酯键的化学核酸酶具有非常之意义。 杨频教授【 41等曾利用主族元素№为中心的双 核金属配合物[Mga(dien)C1(OH)]El ・2H20(dien:二 乙基三胺)在近生理条件、不加任何其它外来物质 的情况下,对PBR322DNA实现了有效切割。加入 H2o:、还原剂(如DTI",抗坏血酸)及羟基自由基驱 除剂(如DMSO,丙三醇)对反应基本无影响;无氧 条件下仍可高效切割DNA。断裂产物线形DNA可 被T4连接酶有效连接。这都证明该断裂是由于 DNA磷酸骨架水解所致Il41。因此,本文选择IndIm 作为DNA的识别系统;选择二乙基三胺作为水解 切割DNA的功能基,然后将其与DNA的识别系统 进行连接,合成了一种对称平行的多胺分子一N , Ns一二(1一甲基咪唑一2一酰基)--乙基三胺,以期对 DNA序列进行新的定位切割,从而研制新型有效的 化学核酸梅和抗癌药物。 2实验部分 2.1主要实验仪器和试剂 (1)熔点测定:数字式熔点仪(上海物理光学仪 器厂)。 ・2・ 率4 cm一,KBr压片。吸收峰位置以cm 为单位,强 度以vs,s,m,w分别表示非常强、强、中强和弱。 (4)元素分析:VARI—EL型元素分析仪(德国 EA元素分析系统公司),测定C、H、N。 (5)质谱测定:Themoifnnigan Polaris质谱仪。 N一甲基咪唑购自于美国Sigma—Aldrich公司, 其它试剂均为国产分析纯试剂。 2.2合成路线 合成路线如图1所示。 上拿 √ 图1化合物Nt,N 一二(卜甲基咪唑一2一酰基)二乙 基三胺的合成路线 Fig.1 The synthetic route ofthe compound N ,NS-bis (1-methylimidazole一2-carbony1)diethylenetriamine. (i)DMF,100℃;(ii)anhydrousethylether;(iii)DMF,0℃ 2.3实验步骤 2.3.1三氯乙酰氯的合成 三氯乙酰氯按照文献【 啥成。将300 g(1.8 mo1) 三氯乙酸、10 mlDMF和135 ml(1.85 ino1) ̄.氯亚砜 混合,加热回流2小时。蒸馏除去二氯亚砜,收集 116~117.5 oC的馏分。得到321.9 g产品(淡黄色透 明液体)。产率96.4%。b.P.116—117.5 oC。 2.3.2 N一甲基—2-三氯乙酰基咪唑的合成 在搅拌下将N一甲基咪唑(4.103 g,0.05 mo1)的 无水乙醚溶液在2小时内滴加入到三氯乙酰氯 (9.09 g,0.05 mo1)的无水乙醚溶液中,继续搅拌2 小时。将4 g碳酸钾溶于l5 rnJ水中的溶液滴加到 周成勇,张宝秀N ,N 一二(1一甲基咪唑一2一酰基)二乙基三胺的合成与表征 反应混合物中终止反应。分液后将醚层旋转蒸发, 的DNA识别基团,从而可合成一系列DNA定位切 得到l0.52 g产品(淡黄色固体)。产率93.1%。m.P. 割剂,对DNA的不同位点进行定位切割。 95—96 oC; H NMR(CDC13):7.48(d,J=1.7 Hz, 在制备1一甲基一2一三氯乙酰基咪唑的过程 因此,得到的固体应在真空干燥器中放人干燥剂真 1H),6.98(d,J=1.7 Hz,1H),3.67(s,3H)o13C NMR 中,发现此固体在空气中不稳定,很容易吸水潮解。 (CDC13):187.6,153.8,135.7,123.5,94.0,29.8。 2.3.3 N ,Ns_--(1一甲基咪唑一2_酰基)--乙基三 空保存,或者得到该固体后立即进行下一步的反应。 胺的合成 将化合物N一甲基一2一三氯乙酰基咪唑 (1.8035 g,7.93 mmo1)溶于50 mLDMF,冰水冷却下 搅拌20 min,将溶于10 mLDMF的二乙基三胺 (0.4083 g,3.97 mmo1)溶液滴加到上述溶液中,立即 有黄色沉淀生成。冰水冷却下继续搅拌2 h,温度升 至室温再搅拌2 h,停止反应。将反应混合液过滤, 固体用THF、无水乙醚洗涤,真空干燥,所得固体再 用热THF重结晶,得黄色固体。m.P.152.4—153.2 oC。 Ana1.Cale.for C14H21N702:C,52.65;N,30.70;H, 6.63。Found:C,52.62;N,30.68;H,6.65。 H NMR (300 MHz,DMSO—d6 8,ppm):8.02(t,J=1.65 Hz, 2H,H6),7.64(d,J=5.76Hz,2H,H3),7.18(d,J =1.92 Hz,2H,H4),3.65(s,6H,H1),3.12(t,J= 6.32 Hz,4H,H7),2.85(m,J=7.08 Hz,4H,H8), 2.09(s,1H,H9)。”C NMR(300 MHz,DMSO—d6, 6,ppm),C5 158.2,C2 154.8,C3 137.1,C4 124.4, C8 48.6,C7 39.6,C1 29.1。IR (KBr): (N—H) 3419.6, (N—H)3249.8, (Im C—H)3105.2, (C—H)2985.6,v(C—H)2904.6,v(C=O)1587.3, 1,(N—H)1562.2,v (C=C)1490.9, (N—CH3 N—C)1469.7, (C—N)1338.5, (C—N)1311.5, v (C—N)1223.6,v (C—N)l130.2, (C—C) 1064.9,v(C—C)1014.5, (C—H)972.1,v(C—H) 896.8,v(C—H)867.9, (Im C—H)781.1。HRMS: calculatedforC14H2lN7O2319.18;f0und 319.16。 3结果与讨论 在合成过程中,考虑N--乙基三胺的结构对称 性,我们选择了在其两端连接咪唑环的方案,合成 了一种对称平行的多胺分子N。,N 一二(1一甲基咪 唑一2一酰基)二乙基三胺。整个合成过程所采取的 方法简便易行,不需过柱分离,每步合成都有较高 产率。在此化合物基础上,还可继续连接其它不同 正常N一甲基咪唑环上的H3和H4在 H ̄-NMR谱中的化学位移应在7.00和6.88左右, 但在目标化合物中咪唑环上连有吸电基团 HN—CO一,通过共轭效应和诱导效应使得其质子周 围的电子云密度降低,对外加磁场的屏蔽效应减 弱,所以其化学位移向低场移动,实际测得为7.64 和7.18。而咪唑环上N—CH,上的质子(HI),由于与 吸电基团HN—CO一相距较远,则受其影响不大。 标题化合物与DNA的作用及其生物功能,尚 待进一步研究。 参考文献: [1]Sigman,D.S.;Chen,C.B.,Chemical nucleases: new reagents in.molecular biology.Ann.Rev. 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Key words:imidazole;diethylenetriamine;polyamide;chemical nuclease (责任编辑王瑕琳) ・4・ 

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