蘇州醫工所白鵬利團隊在咪唑類辣根過氧化物酶色原顯色機理研究中獲得進展

作者:劉志周 時間:2022-07-13

  咪唑是1,3位含兩個氮原子的芳香五元雜環化合物是五元雜環化合物的重要一員。咪唑分子中含有一個閉合的大π鍵,其中一個氮原子未成鍵的sp2軌道上有一對孤電子,因此咪唑具有芳香性、共軛酸堿性、絡合配位性等優良性能,其結構的優越性、重要的生理活性、良好的反應活性使得這類化合物在化學、醫藥、生物等領域具有廣泛的應用價值。 

  咪唑結構十分穩定,通常僅在強堿存在下會被氧氣或者單線態氧氧化開環。然而,具有特殊結構的咪唑化合物在設計合成及使用中也需要注意一些意想不到的限制條件。最近,中科院蘇州醫工所白鵬利研究員團隊發現,具有三苯基咪唑結構的苯酚化合物在一種極為常見的有機溶劑-二氯甲烷中,即使在無額外氧化劑添加的情況下也會發生顯色反應。該團隊對該化合物顯色機理進入了深入研究,并提出了含咪唑結構的苯酚類化合物的制備和應用過程中需要注意的事項。 

 

  1. 基于三苯基咪唑結構的苯酚化合物酶促比色法檢測尿酸 

  多芳基取代咪唑是在咪唑結構上修飾而成的共軛分子。通過環的導入或切換不同的功能基,可以強化咪唑的共軛性、平面性,這些含咪唑環的大共軛分子,在電激發下往往具有強的熒光發射和較高的熒光量子產率??蒲腥藛T使用一種基于三苯基咪唑結構的苯酚化合物1作為辣根過氧化物酶色原,如圖1所示,尿酸在尿酸氧化酶作用下可生成雙氧水,雙氧水在辣根過氧化物酶催化下可該色原上酚羥基氧化為藍色的醌,從而可以用于尿酸的酶促比色法檢測。然而,該團隊在研究中發現,色原的二氯甲烷溶液在沒有雙氧水和辣根過氧化物酶存在的情況下就會發生顯色反應,使用紫外燈(365 nm)照射則會加速這一變化。在不同溶劑中,該色原熒光性能有很大不同,其中二氯甲烷和氯仿會淬滅其熒光。在結束熒光測試后,二氯甲烷及氯仿溶液會變為藍色,而其他溶液則保持不變(如圖2所示)。 

  2. 色原1在不同溶劑中熒光光譜及熒光測試后溶液顏色 

  二氯甲烷是最常見的有機溶劑之一,被廣泛應用于咪唑類化合物的合成中。為了研究該類色原變色機理,該團隊對該咪唑類色原進行了詳細表征,并確定了其分子結構。作者對該色原的二氯甲烷溶液進行了質譜檢測,確定了主要成分的分子結構,并對二氯甲烷導致色原變色原理進行了推斷。如圖3所示,二氯甲烷具有一定的酸性,會與咪唑類化合物發生酸堿中和反應生成副產物24;在日光(紫外)照射下二氯甲烷會發生紫外光解產生一系列如氧氣、臭氧及氫氧自由基等痕量氧化劑,將色原氧化為藍色的醌3以及其他產物5等,從而導致顯色。在無氧條件下,該色原的二氯甲烷溶液經紫外照射或日光照射下仍會產生顏色變化,證明二氯甲烷紫外光解產生的氧化劑物種確實是色原變色的原因之一。因此,在制備和使用咪唑類染料時,除了避免強堿條件外,應盡量避免二氯甲烷的使用。 

  3. 色原在二氯甲烷中經UV照射顯色機理 

  以上現象證明痕量的氧化劑即可將化合物1氧化為藍色產物,因此該化合物可作為一種高靈敏的色原底物,在酶促比色法中有很高的應用潛力。本文將該化合物作為辣根過氧化物酶底物并與辣根過氧化物酶及尿酸氧化酶組合制備了相應的干化學試劑片,用于尿酸的快速檢測中,試劑片顏色隨尿酸含量增加從白色逐漸變為深藍色,檢測結果中吸光度值與尿酸濃度在0-1000 μM范圍內成良好的線性關系,完全符合全血測試的精度要求(300-500 μM),所使用的手持式干化學分析儀為自主開發。 

  4. 基于該色原的尿酸試劑片及干化學尿酸檢測結果 

  該研究成果以題為“The danger of dichloromethane in the synthesis and application of imidazole-based dyes”發表在染料領域Top期刊DYES AND PIGMENTS上(2022, 204, 110404,JCR一區,影響因子5.12),劉志周助理研究員為第一作者,錢慶副研究員和白鵬利研究員為通訊作者。該項工作得到江蘇省自然科學基金(BK20210105)、山東省自然科學基金(ZR2021QB168)和中國科學院青年創新促進會(2019321)等項目的經費支持。 

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720822003266

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