韩澎湃,开题报告.doc

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1、毕业设计(论文)开题报告题目： 分子印迹法对棉酚手性分离的研究院（系） 电子信息工程学院 专 业 生物医学工程 班 级 100422 姓 名 韩澎湃 学 号 100422102 导 师 赵晨 2014年 03月 03日 1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义） 棉酚(gossypol),经提纯精制后的棉酚应是黄色晶体，其分子式为C30H30O8;分子量为518。棉酚在不同溶剂中所得晶体具有不同的熔点，这是由于结晶过程中放热不同所造成。棉酚易溶于二恶烷、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙醚、丙酮、氯仿及毗吮，微溶于环己烷及高沸点的石油醚(b.P.60110)，不溶于低沸点

2、的石油醚(b.P.3060)及水。棉酚最引人注目的用途是用作医药。70年代我国医学工作者最先发现了棉酚的抗生育作用，经精制的醋酸棉酚以每天口服20毫克的剂量用作男子节育药，此后各国学者先后发现棉酚有抑制癌症的作用，发现棉酚对胃癌、肺癌、肝癌的疗效比较好。对肠癌、食道癌斌膀胧癌奋宫颈癌也有一定疗效。而且左旋棉酚与消旋棉酚相比具有更好的抗肿瘤活性。以棉酚作为模板分子，解决一般分子印迹法进行手性分离时需用纯对映体作为模板，而纯对映体难获得的问题。 拆分合成药物一直是制药工业中的难题。那么，有效、简便、快速的拆分方法的研发备受瞩目。分子印迹是合成一种高聚合物质对特定目标分子进行选择性识别和分离的技术。

3、本项目就是建立一种可快速、高效地对药物进行手性拆分的方法。选用手性试剂作为单体。同时采用表面分子印迹技术解决模板分子与MIP结合和洗脱时存在的问题，和MIP结合位点过少的问题。因此采用分子印迹法是在一种有效、简便、快速的方法。 分子印迹,又称分子烙印,属于超分子化学中的主客体化学范畴,是源于高分子化学、生物化学、材料化学等学科的一门交叉学科。分子印迹技术(molecular imprinting technique,MIT)是指制备对某一特定的目标分子(模板分子、印迹分子或烙印分子)具有特异选择性的聚合物的过程。它可以被形象地描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”技术1。分子识别在生物进化过程

4、中发挥着重要作用。数十年来，科学家一直在研究怎样模拟这种识别能力。一种方法是应用小分子环状或桶状化合物如冠醚2、穴醚3、环糊精4和杯芳烃等低分子量的大环化合物5-6。形成了一个化学与生命科学交叉的独立边缘学科超分子化学7。这些化合物主体分子对一些物种，尤其是金属离子表现厂较高的选择性， 克服了生物分子的一些缺点，在识别富集和识别分析中展现了一定的应用前景，但这些化合物设计复杂，需要严格的合成技术，合成周期相对较长，而合成后的化合物识别性能通常不如生物分予，其选择性也不能预知，需要通过大量实验来确定，这一过程相对费时、费力，成本高。因此，研究既有制备简单，稳定性好等优点，又有较高结合特性的主体仿

5、生模型，已成为今日化学的焦点。分子印迹技术是20世纪开始发展起来的新技术，在当前的分子识别研究中展现了广泛的应用前景。它是一项为建立一个能够对模板分子形状和官能团位置进行“记忆”的三维网络而使用的合成技术。如果以一种分子充当模板，其周围用适当的单体和其形成配合物，用交联剂交联后，除去模板分子，聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。如果构建合适，这种分子印迹聚合物就象锁一样对此钥匙(模板分子)具有选择性。分子印迹的出现源于免疫学，早在二十世纪三十年代Breinl和Haurowits，而后是Mudd提出一种当抗原侵入时生物体产生抗体的理论，后来由Pauling做了进一步说明8-9，要点是抗体在形成时

6、其三维结构会尽可能的同抗原形成多重作用点，抗原作为一种模板就会“铸造”在抗体的结合部位。后来“克隆选择”理论否定了Pauljng的抗体形成学说，但这种学说却为分子印迹理论奠定了基础。从Pauling理论出发，科学家对分子印迹进行了各种偿试。1949年Dickcyl10首次进行了用染料在硅胶上作印迹的实验，但直到20世纪70年代，人们才在有机聚合物上成功地实现了奇迹。1972年Wulff小组首次作出了成功制备出分子印迹聚合物的报道11。他的研究主要集中在共价型模板聚合物中，但由于共价型模板聚合物的动力学过程较慢，其应用主要限制在催化领域，而在分子识别领域的应用没有展开。八十年代后非共价型模板聚合

7、物的出现，尤其是1993年Mosbach12等人在Nature上发表有关茶碱模板聚合物受体的报道，使分子模板聚合物除了具有原有的分离和和催化用途外，又在生物传感器技术及合成人工抗体方面有了新的发展。经过二三十年的努力分子印迹技术趋于成熟，并成为化学和生物学交叉领域的热点学科之一，得到世界注目并迅速发展。 分子印迹与模板聚合物13，但模板聚合是以聚合物为模板，而分子印迹聚合可以以任何分子为模板。模板聚合产物通常是线型分子，而分子印迹聚合物则是高交联度的热同型高分子。分子印迹聚合物具有三大特点：即预定性(predetermination)、识别性(recognition)和实用性(prautiea

8、bility)。预定性决定了人们可以根据不同的目的制备不同的MIP，以满足不同的需要；识别性是因为MIP是按照模板分子(Template Molecule)定做的，它具有特殊的分子结构和结合位点，能选择性地识别印迹分子；其实用性表现在它与天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗原与抗体、受体与激素相比，具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的寿命，且制备过程简单。由于MIP具有如上这些优点，它在许多领域，如色谱中对映体和位置异构体的分离、固相提取、化学仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离技术等领域展现了良好的应用前景。 本项目就是建立一种可快速、高效地对药物进行手性拆分的方法。选用手

9、性试剂作为单体。同时采用表面分子印迹技术解决模板分子与MIP结合和洗脱时存在的问题，和MIP结合位点过少的问题。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 主要内容是制备一种可快速拆分棉酚的方法,该方法采用分子印迹技术，选用手性试剂（诸如，(S)-A-苯丙氨酸，(+)-冰片基氯甲醚，（R）-4-甲基-丁酸内酯，N-正辛基-D-葡萄糖胺）作为单体，以棉酚作为模板分子，解决一般分子印迹法进行手性分时需用纯对映体作为模板，而纯对映体难获得的问题。 分子印迹基本理论及识别机理2.1分子印迹过程分子印迹技术也叫分子模扳技术是制备对特定目标分子具有特异选择性的高分子化合物(分子印迹聚合物

10、)的技术。该技术一般包括以下三个步骤：(1)在一定溶剂(也称致孔剂，一般为非极性或弱极性的有机溶剂)中，模板分子(Template M01ecule)与功能单体(Functional Monomer)依靠官能团之间的共价(Covalent)或非共价(Noncovalent)结合形成主客体配合物(Hostguest complex)；(2)加入交联剂(Crosslinker)，通过引发剂进行光或热引发聚合，使主客体配合物与交联剂通过自由蟮共聚合在模板分子周围形成高交联的刚性聚合物(3)将聚合物中的印迹分子洗脱(extraction)或解离(dissociation)出来，这样在聚合物中便留下了与

11、模板分子大小和形状相匹配的立体孔穴，同时孔穴中含有精确排列的与模板分子的官能团相互补的由功能单体所提供的功能基团。 目前，分子印迹的发展有两个基本趋向：(1)预组装方式。主要由Wulff及其同事创立。在此方法中，印迹分予先共价连结到单体上，然后聚合，聚合后再打开共价键去除印迹分子。 (2)自组装方式。主要由Mosbach及其同事14创立。在此方法中印迹分子与功能单体之问预先自组织排列，以非共价如氢键作用、静电作用、nn作用、疏水作用、金属一配体作用、电荷转移等超分子作用形成多点相互作用，聚合后这种作用保存下来。也有人将共价作用与非共价作用相结合15，应用于制备MIP。另外还有利用金属络合物、离

12、子作为印迹分子的配位键、离子键法和以分子积聚体作为印迹分子束的胶束或反胶束法等 2.2 手性拆分的方法 在处理有生物活性物质，如药物产品、维生素、信息素、辅酶及一般天然存在的手性化合物时，对映体的分离和分析都是头等重要的问题。 获得对映体的纯的化合物的途径，归纳起来主要有以下几种方法： 1从天然存在的光纯性化合物中获得，这种天然来源就是所谓的“手性池”(chiral p001)。 2 由天然存在的手性物质经化学改造合成。无需经过繁复的对映体拆分，利用其原有的手性中心，并在分子的适当部位引进新的活性功能团，可以制成许多有用的手性化合物。 3外消旋体的化学拆分。通过化学反应的方法，即用一种手性试剂

13、把外消旋混合物中的两个对映体转变成非对映异构体然后利用两种非对映体异构体的物理性质和化学性质差别，将其分开。 4，外消旋体的生物拆分。即用微生物(或酶)选择性地将两对映体之一转变成其它化合物，达到分离的目的。 5，色谱分离法，即用手性色谱柱直接分离对映依或由手性色谱柱间接分离非对映异构体。 待分离对映体与手性色谱中的手性选择器可逆地形成稳定程度不同的一对非对映分子复合体，从而其色谱保留值不同。手性色谱中的手性选择器可以是手性固定相(CSP)或液相色谱流动相中加入有手性识别能力的添加剂。手性流动相添加剂法是通过对映体与添加到流动相中的手性分子形成一对非对映的络合物，由于非对映络合物的稳定性或与固

14、定相的键合等性质的差异而得到手性拆分。利用手性添加剂的种类很多，对于不同的分离需要可选择不同的手性添加剂。然而该方法也有很多不足之处，有些手性添加荆价格过高或需自己合成，且当用于为对映体制备时手性添加剂的除去也使得制备工作更加复杂化，同时色谱的检测方法也限制了手性添加剂的选择范围。据此，在利用HPLC作手性分离时一般都选用手性固定相来进行。手性固定相法是基于样品与键合到载体表面的手性选择剂或手性识别剂间形成暂时非对映络合物的能量差或稳定性不同而达到手性分离。基于立体化学、现代色谱技术的进展和超分子化学的研究，新的手性固相和手性选择剂不断被设计和采用，迅速推动了色谱手性分离技术的发展和分离机理的

15、研究。用液相色谱法解决立体化学问题，由于它的快速、操作方便、成本不高等优点，已经受到广泛重视。最新研究结果清楚表明这种方法的巨大威力和广阔前景，更刺激着各项技术。先进国家将大量人力和物力投入到用液相色谱方法测定手性化合物对映体纯度，确定绝对构型及实际分离有痕量的旋光异构体的研究工作。预计在今后的几年里，用液相色谱法解决立体化学问题将迅速增加，大范围内使用高水平液相色谱装置将变成常规操作。使用高效手性固定相作填料的大型色柱，在工业规模上劁各某些对映体药物也不是不可能的。Pauling16早在1940年曾建议将一个分子“印迹”到一种基质上，使得这种基质对该分子有更强的保留。Pauling的这种设想

16、启发Jwulff G17等人根据酶和抗体具有形状选择性的特点，发展了用于色谱手性拆分的分子印迹聚合物(molecularly imprinting polymerNIP)。WIP因其特异的识别能力，即使对难于分离的手性异构体也可进行分析分离。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 研究重点选用手性试剂（(S)-A-苯丙氨酸，(+)-冰片基氯甲醚，（R）-4-甲基-丁酸内酯，N-正辛基-D-葡萄糖胺）作为单体，以棉酚作为模板分子，单体及模板分子的提取制作。 前期已开展的工作，查阅相关资料，了解其背景知识及其当前发展状况 4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 设计基本要求及进度

17、安排： 1）第1周至第3周：搜集资料，了解分子印迹生物传感器的国内外现状，确定研究方案。 2）第4周至第9周：进行分子印迹聚合物的合成。 3）第 10周至第18周：进行分子印迹荧光检测。参考文献 1.姜忠义,吴洪.分子印迹技术M.北京:化学工业出版社,2003. 2. Gram DJ，AngewChem.IntEdengl，1988，27：10093. Lehn JM，AngewChem.IntEdengl，1988，27：894. Wenz GAngewChemIntEdEngL，1994，33：8035. Schneider HJ，AngewChem.IntEdEngL，1991，30：1

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