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研究生: 范姜銘威
Jiang, Ming-Wei Fan
論文名稱: 綠色螢光蛋白發光團之對位三級胺取代的合成、光/熱異構化反應、水解反應及光物理性質之探討
para-N,N,N-Trimethylbenzenaminium Chromophore of Green Fluorescent Protein: Synthesis, Photo/Thermal Isomerization, Hydrolysis and Photophysical Properties
指導教授: 宋光生
Sung, Kuang-Sen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 綠色螢光蛋白類似物酸性水解反應
外文關鍵詞: GFP, p-HBDI, protonation, acidic condition, hydrolysis
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  • 近年來已有許多綠色螢光蛋白的相關研究,部分研究表示綠色螢光蛋白在酸性環境下會變性,但都是取自天然的GFP模型直接與酸進行作用,顯少有研究指出p-HBDI在酸性作用下,致使其變性的機制及變性結果。我們的策略則是合成出p-HBDI類似物,利用甲基化的方法模擬質子化,以進行模擬p-HBDI在酸性環境下受到質子化後的效果。我們合成出的p-HBDI類似物n3-Bn和n4-Bn,發現甲基化後五元雜環上的amidine碳 (C7)變得較缺電子,更易受到親核基的攻擊而導致水解。此外,化合物照射波長350 nm之光源後,藉由追蹤核磁共振儀積分值比例得知光異構化轉換率,並利用sigma-plot軟體計算出熱異構化速率常數,另外,我們也使用核磁共振儀與UV-vis來觀察p-HBDI類似物在模擬酸性環境下的變化結果,並且測量吸收、螢光放射光來探討其光物理性質。

    To identify p-HBDI under the acidic condition, we used methylation method to simulate the protonated type of p-HBDI. We synthesize GFP chromophoric analogues n3-Bn and the methylation form of n3-Bn (n4-Bn). To discuss the property of photoisomerization, this two compounds was excited by UV lamp with 350nm wavelength. Furthermore, we used the integration of 1H-NMR to calculated the rate of thermal isomerization. To compare compounds n3-Bn and n4-Bn, we found that protic solvent or water could easily affected compound n4-Bn. Due to the positively charged nitrogen on n4-Bn,the amidine carbon on five-membered heterocyclic ring became electron deficient and it was attacked by nucleophile such as H2O. Moreover, we used 1H-NMR spectrum and the integration of 1H-NMR to calculated the rate of hydrolysis. These result could further to identify the fate of p-HBDI under the acidic condition.

    中文摘要 i 誌謝 vi 目錄 vii 表目錄 xi 圖目錄 xii 第I章 緒論 1 I-1 綠色螢光蛋白的發現 1 I-2 綠色螢光蛋白發光團的結構與生物合成機制 2 I-3 綠色螢光蛋白的放光機制與光譜性質 3 I-4 綠色螢光蛋白發色團的有機合成 5 I-5 有機合成綠色螢光蛋白發色團的光譜分析 6 I-6綠色螢光蛋白及其類似物的光異構化與熱異構化 8 I-7 綠色螢光蛋白在酸性下的影響 11 第II章 結果與討論 14 II-1 綠色螢光蛋白發色團類似物的合成 14 II-2 綠色螢光蛋白發色團類似物之光異構化與自發性熱異構化反應 15 II-2-1 化合物n3-Bn個別在CDCl3與CD3CN溶劑之光異構與自發性熱異構反應 15 II-2-2 化合物n4-Bn在CD3CN溶劑中的光異構與自發性熱異構反應 16 II-2-3 比較甲基化前化合物(n3-Bn和p3-Bn),六元環外與環上氮的位置對熱異構化反應之影響 20 II-2-4比較甲基化後化合物(n4-Bn和p4-Bn),六元環外與環上氮的位置對熱異構化反應之影響 20 II-3 甲基化後綠色螢光蛋白發色團類似物的水解反應 24 II-3-1 化合物n4-Bn在D2O溶劑中的水解反應速率 24 II-3-2 藉由碳譜化學位移變化探討甲基化前後之化合物 26 II-3-3 探討改變甲基化後化合物六元環外氮與六元環上氮對水解速率之影響 26 II-4 合成之綠色螢光蛋白發光團類似物n3-Bn及n4-Bn之光譜數據 28 II-4-1 化合物n3-Bn在不同溶劑下之UV-vis吸收光譜 28 II-4-2 化合物n4-Bn在MeCN下以及水解前後之UV-vis吸收光譜 28 II-4-3 甲基化前、甲基化後化合物與水解後之光譜探討 29 II-4-4 甲基化前、甲基化後化合物與水解後之螢光放光光譜 30 II-4-5 螢光量子產率(ΦF)與照光後trans-form轉換率之關係 33 II-5 結論 35 第III章 實驗儀器與實驗步驟 37 III-1 實驗儀器及測量方法 37 III-2 綠色螢光蛋白發光團類似物的合成 38 III-2-1 合成(Z)-4-(4-(dimethylamino)benzylidene)-2-methyloxazol-5(4H)-one (n1)步驟 38 III-2-2合成(Z)-2-acetamido-N-benzyl-3-(4-(dimethylamino)phenyl)acrylamide (n2-Bn)的步驟 38 III-2-3合成合成(Z)-1-benzyl-4-(4-(dimethylamino)benzylidene)-2-methyl-1H- imidazol-5(4H)-one (n3-Bn)的步驟……………………………….…………39 III-2-4合成(Z)-4-((1-benzyl-2-methyl-5-oxo-1H-imidazol-4(5H)-ylidene) methyl)-N,N,N-trimethylbenzenaminium (n4-Bn)的步驟………………....40 III-2-5 (Z)-4-(2-acetamido-3-(benzylamino)-3-oxoprop-1-en-1-yl)-N,N,N-tri- methylbenzenaminium iodide (n4h-Bn)的生成………………………………..40 III-3 光異構化後的自發性熱異構化及水解反應速率常數的測量步驟 41 III-4 莫爾吸收係數及螢光量子產率的測量步驟 42 III-4-1 標準品的校正 42 III-4-2 綠色螢光蛋白發光團類似物之莫爾吸收係數及量子產率的量測 42 第IV章 參考文獻 43 附錄 45 化合物 n1之1H NMR (CDCl3, 400 MHz)光譜 45 化合物 n2-Bn之1H NMR (DMSO-d6, 400 MHz)光譜 45 化合物 n3-Bn之1H NMR (CDCl3, 300 MHz)光譜 46 化合物 n3-Bn之13C NMR (CDCl3, 400 MHz)光譜 46 化合物 n4-Bn之1H NMR (CDCl3, 300 MHz)光譜 47 化合物 n4-Bn之13C NMR (CDCl3, 400 MHz)光譜 47 化合物 n4h-Bn之1H NMR (D2O, 300 MHz)光譜 48 化合物 n4h-Bn之13C NMR (D2O, 700 MHz)光譜 48 化合物 n3-Bn之高解析質譜光譜 49 化合物 n4-Bn之高解析質譜光譜 49 化合物 n4h-Bn之高解析質譜光譜 49 化合物 n3-Bn之熱異構化反應數據(CHCl3) 50 化合物 n3-Bn之熱異構化反應數據(CD3CN) 51 化合物 n4-Bn之熱異構化反應數據(CD3CN) 52 化合物 n4-Bn之水解反應數據(D2O) 53

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