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化药学院蒋维东教授课题组取得研究进展

发布时间:2015-01-13 文章来源:化学与制药工程学院

    蒋维东课题组关于咪唑衍生物配合物催化PNPP水解的研究(Hydrolytic cleavage of p-nitrophenylpicolinate by mononuclear Zn(II) and Co(II) complexes with imidazole derivativein CTAB micellar solution)近期发表在胶体界面领域3区SCI期刊《Colloid and PolymerScience》(2014, 292(6)1439-1447)上,这是该课题组2010年在此期刊上发表论文(Colloid Polym Sci,2010,288(3)347-352)后再次被该刊接收的研究论文。该工作中合成了两种新型的羟基官能化三齿咪唑衍生物Zn(II)和Co(II)配合物,并考察了其在单长链阳离子表面活性剂CTAB中催化水解PNPP的反应性,发现CTAB胶束的引入未能导致更高的PNPP水解加速倾向,可能是这两种配合物本身的水溶性以及底物PNPP的脂溶性所决定的,其在胶束中的增溶能力及分布区域的差异导致了CTAB引入的正向作用不明显。该文详细考察了多种影响因素对PNPP水解的影响,并结合结构优化手段分析了两种咪唑衍生物配合物的构-效关系。

    课题组成功合成多种烷氧/氢氧桥双核铜(II)配合物,并考察了其在Gemini16-6-16中催化羧酸酯水解的研究获得了不错的实验结果,相关论文(UnprecedentedReactivity of Alkoxo/Hydroxide-Bridged Dinuclear Copper(II) Complexes as ArtificialCarboxylesterase: Effects of Gemini 16-6-16 Micelles and Bimetallic SynergisticEffect)已发表在另一老牌胶体界面领域经典SCI期刊《ColloidsSurfaces A》(2014,456:222-230),其也是课题组2008年在该刊发表文章后再次在本期刊发表论文。研究发现,此烷氧/氢氧桥双核铜(II)配合物分别在Gemini16-6-16胶束和缓冲溶液中将PNPP水解速率提升了49569倍和18096倍。同时,双核铜(II)配合物显示出比其单核类似物更高的催化活性(达2个数量级的动力学优势),其可能缘于双金属中心在酯水解过程中表现出的双金属协同催化作用。同时,其表现出似酶的速率-pH钟形曲线,且在比较温和、天然酶发挥最优酶效的条件下表现出优异的酯水解反应性,因此,本研究所设计的双核铜(II)配合物是比较理性的酶模拟模型。进而,课题组对比研究了Gemini 16-6-16胶束体系及传统单长链表面活性剂CTAB胶束体系中PNPP水解的反应性差异,发现Gemini 16-6-16胶束是相对更为优越的反应介质。特别地,通过速率常数-pH关系图首次发现了一种间接体现胶束/水界面微区pH变化的方法,为直观理解胶束微环境对胶束催化的影响可能提供了新的实验判据(尽管还需要进一步验证)。 

    课题组设计了多种烷氧/羧基桥联双核铜配合物,考察了其催化PNPP水解的反应性。研究发现,双核配合物表现出优异的催化活性,且呈现出与天然酶类似的“钟形曲线”特性。与PNPP自水解相比,在中性的环境中即可达到4个数量级的速率提升(15547和17462倍)。同时发现,吸电子取代基的引入提升了相应催化剂的活性,这为仿酶模型的设计提供了理论参考。

    该研究所考察的催化剂的催化效果优于绝大多数国内外同行所获得结果,更比本课题组及重点实验室其它同行的前期研究结果高出1-2个数量级。对比考察双核铜(II)配合物和单核类似物的催化活性发现双核铜配合物显示出比其单核铜配合物高两个数量级的活性(150倍和171倍),其表明双金属协同效应的确在此催化过程中起到积极的作用,该工作可为课题组后续对比研究咪唑衍生物单、双核金属配合物催化HPNP酯键剪切提供了有益参考。

    该工作(HydrolyticActivity of μ-Alkoxide/Acetato-bridged Binuclear Cu(II) Complexes TowardsCarboxylic Acid Ester)发表在《Journal of ChemicalScience》(2013,215(5)1145-1149)上。 

(责任编辑:周红蕾)

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