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研究生: 劉耀中
Liou, Yao-Jhong
論文名稱: 綠色螢光蛋白發光團類似物的合成、熱異構化反應及π–π堆積作用之探討
Green Fluorescent Protein Chromophore Analogues:Synthesis, Thermoisomerization and Discussion of π–π Stacking Interaction
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: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 73
中文關鍵詞: 綠色螢光蛋白聚合物熱異構化反應激發雙體
外文關鍵詞: p-HBDI, GFP, excimer, π–π stacking, aggregation-induced emission
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  • 近年來有相當多針對綠色螢光蛋白發光團熱異構化反應機轉的研究,不過始終無法良好的證明p-HBDI的熱異構化反應機轉,我們利用溶劑同位素效應對熱異構化反應速率常數的影響,證明出其可能的反應機轉。另外野生型綠色螢光蛋白其螢光量子產率高達0.8,而用化學合成的方式和成出其發光團類似物的螢光量子產率卻僅有10-4,主因為其照光變成激發態後,會因能量內轉換散失因而使螢光降低。而野生型的綠色螢光蛋白發光團被卡在其蛋白質內部的beta-can之中因限制了此一光異構化反應因而放出強烈的螢光。我們希望將其利用聚合的方式形成一巨分子,並讓彼此發光團利用π-π堆積作用結合在一起形成更堅固的構型,或者將發光團接到兩親聚合物上因聚集誘導放光效應而使螢光量子產率上升。並且利用UV-Vis光譜、螢光放射光譜與螢光激發光譜觀察其光物理特性,並發現了激發雙體與基態複合物的生成,並推導出其可能的放光路徑。

    In order to realize the mechanism of thermoisomerization of the green fluorescent protein chromophore (p-HBDI). We used solvent isotope effect to prove that hydrogen may involve in this reaction.
    The fluorescence quantum yield of Wild-type GFP chromophore is 0.8. However
    p-HBDI is 10-4. We used radical polymerization to synthesize GFP-like chromophore polymer p5, p5vs, p5ss and discus the different among them.
    We expect the segmentation effect would strengthen the restriction of intramolecular rotation and improve the fluorescence quantum yield.
    We found compound p5 would form ground state complex which has more rigid conformation through π–π stacking interaction. We observe that When we choose 300nm as excitation wavelength, the original maximum emission wavelength 435nm is quenched and replaced by 520 nm.

    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和發展 1 I-2 綠色螢光蛋白發光團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 4 I-4 綠色螢光蛋白發光團的有機合成機制 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 聚集誘導發光現象 12 I-8 綠色螢光蛋白接上兩親聚合物後螢光的變化 15 第II章 結果與討論 16 II-1 綠色螢光蛋白發色團類似物的合成 16 III-2-1 綠色螢光蛋白發光團類似物之合成與製備 16 III-2-2 綠色螢光蛋白發光團丙烯酸酯類似物之及聚合 16 III-2-3 聚合前後的光譜變化 17 II-2 綠色螢光蛋白發光團類似物之光異構化與自發性熱異構化反應 19 II-2-1 化合物p3、p3a在CD3CN及D2O中的熱異構化速率常數 21 II-2-2 溶劑同位素效應 24 II-2-3 化合物p3、p3a在D2O及H2O中熱異構化速率常數比較 27 II-3 綠色螢光蛋白發光團類似物之光譜數據與自聚合後Π-Π堆積作用 29 II-3-1 化合物p3、p4之光譜數據與螢光量子產率 29 II-3-2 自聚合後化合物p5之光譜數據 32 II-3-3 化合物p5之激發雙體的生成 33 II-3-4 化合物p5 π-π堆積作用堆疊生成基態複合物 35 II-3-5 溶劑對化合物p5基態複合物形成之影響 37 II-3-6 化合物p5基態複合物的升溫及超音波震盪實驗 40 II-3-7 化合物p5之單獨發光團與基態複合物之螢光量子產率比較 42 II-3-8 化合物p5激發雙體與基態複合物之螢光放射 43 II-3-9 化合物p5在不同溶劑下的螢光量子產率 45 II-4 綠色螢光蛋白發光團接上兩親聚合物後之光譜數據 47 II-4-1 化合物p5vs、p5ss之光譜數據 47 II-4-2 化合物p5vs、p5ss的π-π堆積作用探討 49 II-4-3 化合物p5vs、p5ss在H2O及CH3CN中的比較 51 II-4-4 螢光量子產率總比較 54 II-5 結論 57 第III章 實驗儀器與實驗步驟 58 III-2-1 合成(Z)-4-((2-methyl-5-oxooxazol-4(5H)-ylidene)methyl)phenyl acetate (p1) 之方法。 59 III-2-2 合成(Z)-2-acetamido-3-(4-hydroxyphenyl)-N-methylacrylamide (p2)的步驟 59 III-2-3 合成(Z)-4-(4-hydroxybenzylidene)-1,2-dimethyl-1H-imidazol-5(4H)-one (p3)的步驟 61 III-2-4 合成(Z)-4-((1,2-dimethyl-5-oxo-1H-imidazol-4(5H)-ylidene)methyl) phenolate (p3a) 61 III-2-5 合成poly(p-HBDI) p5的步驟 62 III-2-6 合成poly(p-HBDI-co-NaVSS) p5ss的步驟 63 III-2-7 合成poly(p-HBDI-co-NaVS) p5vs的步驟 63 III-3 光異構化後的自發性熱異構化反應速率測量步驟 64 III-4 莫爾吸收係數、螢光量子產率及激發光譜的測定步驟 64 III-4-1 標準物的校正 64 III-4-2 綠色螢光蛋白發光團類似物之莫爾吸收係數 65 III-4-3 綠色螢光蛋白發光團類似物之螢光量子產率 65 III-4-4 綠色螢光蛋白發光團類似物之螢光激發光譜 66 第IV章 參考文獻 67 附錄 68 化合物 P3之1H-NMR (CD3CN, 400MHZ )光譜 68 化合物 P3之1H-NMR (DMSO-D6, 400MHZ )光譜 68 化合物 P3之13C-NMR (DMSO-D6, 500MHZ )光譜 69 化合物 P3A之1H-NMR (CD3CN, 400MHZ )光譜 69 化合物 P3A之1H-NMR (D2O, 400MHZ )光譜 70 化合物 P4之1H-NMR (CDCL3, 400MHZ )光譜 70 化合物P4之1H-NMR (DMSO-D6 , 500MHZ )光譜 71 化合物P4之13C-NMR (DMSO-D6 , 500MHZ)光譜 71 化合物 P5之1H-NMR (CDCL3 , 400MHZ )光譜 72 化合物 P5 之高解析質譜儀 73

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