CN107008505B - 一种由金属铜配合物制备的模拟酶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由金属铜配合物制备的模拟酶及其制备方法，该模拟酶的分子表达式为CuO@SiO2‑NH2‑FA，该模拟酶的制备方法包括步骤有：(1)配合物①‑‑[Cu(L)(CH3COOH)]n的合成；(2)配合物①煅烧得煅烧后的氧化产物；(3)上述氧化产物的修饰及表征，①CuO@SiO2的制备；②CuO@SiO2‑NH2的制备；③叶酸活化；④CuO@SiO2‑NH2‑FA的制备。本发明中的模拟酶是通过配合物的煅烧产物经修饰得到的，而化学方法制备的模拟酶稳定性高，贮存方便，成本较低，本发明通过对配合物的表征，煅烧产物的修饰与表征等方面的研究，进一步将其应用于酶催化研究中，并最终通过实验研究证明所得到的修饰产物具有过氧化氢模拟酶性质。

Description

一种由金属铜配合物制备的模拟酶及其制备方法
技术领域
本发明属于模拟酶技术领域，具体涉及一种由金属铜配合物制备的模拟酶及其制备方法。
背景技术
自然界的酶作为一种高效的生物催化剂，能够有效地参与绝大多数反应，因其具有高效性，高度的专属性，温和的反应条件等特点，酶催化反应应用极其广泛，例如：临床诊断、生物技术、化学、环境科学等。然而，由于酶自身的不稳定性，贮存和使用不方便，成本高以及提纯困难等因素，限制了酶在一些领域的应用。近几年来，研究人员开始越来越多的关注和研究模拟酶，使其具有和自然酶相似的功能。并试图弄清关于酶活性部位作用机制的基本原理。设计和构造模拟酶已经成为众多科研领域科学家们共同挑战的难题。到目前为止科学家们已研究出众多模拟酶，例如：模拟丝氨酸蛋白酶、模拟磷酸二酯酶、模拟连接酶以及模拟核酸酶等。并且目前已经发现诸如Co3O4、V2O5等过渡金属氧化物纳米粒子、Pt单金属纳米粒子等均具有模拟酶的特性。鉴于自然界酶的不稳定性，贮存和使用不方便，成本高以及提纯困难等诸多缺陷，研发利用各种高效模拟酶就显得十分必要。
本发明解决其技术问题而采用的技术方案如下：
一种由金属铜配合物制备的模拟酶，它的分子表达式为CuO@SiO2-NH2-FA。
一种由金属铜配合物制备模拟酶的方法，包括步骤如下：
(1)配合物①--[Cu(L)(CH3COOH)]n的合成，
称取0.25mmolCuO,0.25mmol 5-(3-甲基-5-苯基-4H-1,2,4-三唑-4-基)苯甲酸配体(HL)，0.25mmol NH4Cl，2mL CH3COOH和12ml水，100瓦超声20分钟，转移到25mL聚四氟乙烯的反应釜中，2小时内升温至140℃，恒温96小时，然后72小时内降到25℃，有褐色块状晶体析出，用蒸馏水洗涤三次得配合物①；
(2)配合物①煅烧产物的制备
将配合物①进行高温煅烧得配合物①煅烧产物，即产生的氧化产物；
(3)上述氧化产物的修饰及表征
①CuO@SiO2的制备：称取10mg样品，分别称取5份，放入5mL塑料离心管，之后对样品进行处理，将0.1mol/L的稀盐酸加入放了样品的塑料离心管中，超声20分钟，离心5分钟，弃去稀盐酸，然后水洗，分散到20mL乙醇，5mL水，0.25mL氨水中，超声使其充分混合之后，加入0.03g TEOS，将其放入摇床，转速140rpm，室温震荡6小时，之后进行粒子分离，再用乙醇洗，重悬，得到CuO@SiO2，留样用于(IR)表征；
②CuO@SiO2-NH2的制备：将上述CuO@SiO2分散在4mL乙醇中，然后加入50μLAPTMS，超声使其充分混合，然后放入摇床，转速140rpm，室温震荡24小时，得到CuO@SiO2-NH2，留样用于(IR)表征；
③叶酸活化；
④CuO@SiO2-NH2-FA的制备：将上述所得CuO@SiO2-NH2重悬于2.5mL60％乙醇中，超声使其充分混合之后加入上述活化后的叶酸2.5mL，室温反应24小时，离心5分钟，反复用乙醇洗涤，最后真空干燥，得到最终由金属铜配合物制备的模拟酶CuO@SiO2-NH2-FA。
而且，所述步骤(2)中的高温煅烧具体步骤为马弗炉900℃煅烧5小时，得到黑灰色固体。
而且，所述步骤(3)中③叶酸活化的具体步骤为：取叶酸40mg，加入EDC20mg，NHS12mg，DMSO12.5mL，活化24小时。
本发明的优点及效果：
1、本发明中的模拟酶是通过配合物的煅烧产物经修饰得到的，而化学方法制备的模拟酶稳定性高，贮存方便，成本较低。
2、本发明通过对配合物的表征，煅烧产物的修饰与表征等方面的研究，进一步将其应用于酶催化研究中，并最终通过实验研究证明所得到的修饰产物具有过氧化氢模拟酶性质。
附图说明
图1配合物①沿ab面的二维结构图；
图2是样品及标准库中CuO粒子的XRD图；
图3煅烧产物修饰后的红外图谱；
图4A不同H2O2浓度时材料CuO@SiO2-NH2的模拟酶的紫外曲线；图4B不同H2O2浓度时材料CuO@SiO2-NH2-FA的模拟酶的紫外曲线；
图5A材料CuO@SiO2-NH2的不同pH下模拟酶的紫外曲线；图5B材料CuO@SiO2-NH2-FA的不同pH下模拟酶的紫外曲线；
图6A不同浓度的材料CuO@SiO2-NH2的模拟酶的紫外曲线；图6B不同浓度的材料CuO@SiO2-NH2-FA的模拟酶的紫外曲线。
图7A不同温度下材料CuO@SiO2-NH2-FA的模拟酶的紫外曲线；图7B不同温度下材料CuO@SiO2-NH2-FA的模拟酶的紫外曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明进一步说明，其具体实施方案应该理解为仅为举例说明，不是限定性的，不能以下述举例说明来限定本发明的保护范围。
一种由金属铜配合物制备的模拟酶，它的分子表达式为CuO@SiO2-NH2-FA。
一种由金属铜配合物制备模拟酶的方法，包括步骤如下：
(1)配合物①--[Cu(L)(CH3COOH)]n的合成，
称取0.25mmolCuO,0.25mmol 5-(3-甲基-5-苯基-4H-1,2,4-三唑-4-基)苯甲酸配体(HL)，0.25mmol NH4Cl，2mL CH3COOH和12ml水，100瓦超声20分钟，转移到25mL聚四氟乙烯的反应釜中，2小时内升温至140℃，恒温96小时，然后72小时内降到25℃，有褐色块状晶体析出，用蒸馏水洗涤三次得配合物①；
产率以CuO为基准，约75％，元素分析(％):C13H8N6Cu2计算值:C,53.75；H,3.98；N,10.45.测定值:C,53.07；H,3.57；N,10.13。
(2)配合物①煅烧产物的制备
将配合物①进行高温煅烧得配合物①煅烧产物，即产生的氧化产物；
在本发明的具体实施中，所述高温煅烧具体步骤为马弗炉900℃煅烧5小时，得到黑灰色固体，所得产物的XRD见图2。
(3)上述氧化产物的修饰及表征
①CuO@SiO2的制备：称取10mg样品，分别称取5份，放入5mL塑料离心管，之后对样品进行处理，将0.1mol/L的稀盐酸加入放了样品的塑料离心管中，超声20分钟，离心5分钟，弃去稀盐酸，然后水洗，分散到20mL乙醇，5mL水，0.25mL氨水中，超声使其充分混合之后，加入0.03g TEOS，将其放入摇床，转速140rpm，室温震荡6小时，之后进行粒子分离，再用乙醇洗，重悬，得到CuO@SiO2，留样用于(IR)表征，见图3；
②CuO@SiO2-NH2的制备：将上述CuO@SiO2分散在4mL乙醇中，然后加入50μLAPTMS，超声使其充分混合，然后放入摇床，转速140rpm，室温震荡24小时，得到CuO@SiO2-NH2，留样用于(IR)表征，见图3；
③叶酸活化：
在本发明的具体实施中，所述叶酸活化的具体步骤为：取叶酸40mg，加入EDC20mg，NHS12mg，DMSO12.5mL，活化24小时。
④CuO@SiO2-NH2-FA的制备：将上述所得CuO@SiO2-NH2重悬于2.5mL60％乙醇中，超声使其充分混合之后加入上述活化后的叶酸2.5mL，室温反应24小时，离心5分钟，反复用乙醇洗涤，最后真空干燥，得到最终由金属铜配合物制备的模拟酶CuO@SiO2-NH2-FA，留样用于(IR)表征，见图3。
实验及验证
本实验所使用部分试剂的缩写为3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)、叶酸(FA)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。5-(3-甲基-5-苯基-4H-1,2,4-三唑-4-基)苯甲酸配体(HL)根据现有公开文献报道方法合成。本实验所使用的设备包括X-射线单晶衍射仪、X射线衍射分析仪(XRPD)、TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪(IR)、JASCO-UV-570型紫外可见分光光度计。实验的内容如下：
(1)相关表征与分析
采用X-射线单晶衍射仪测定配合物①的单晶结构，采用X射线衍射分析仪(XRPD)测定煅烧产物的衍射数据，采用TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪(IR)对修饰产物进行结构分析。
(2)模拟酶性质实验
①H2O2浓度对材料模拟酶活性的影响
在5ml离心管中加入2.7mL，pH为3.6的缓冲溶液，然后加入120μL，0.2mmol·L-1的TMB，再加入60μL浓度梯度0.004，0.006，0.008，0.01，0.02mol·L-1的H2O2溶液，再加入120μL，300μg·mL-1的材料，使总体积为3mL。通过紫外光谱，观察溶液在652nm波长下的吸光度，从而确定最适H2O2浓度。结果见图4A和图4B。
②pH对材料模拟酶活性的影响
在5ml离心管中加入2.7mL、pH分别为3.6、4.0、4.6、5.0、5.6的缓冲溶液，然后加入120μL，0.2mmol·L-1的TMB，再加入60μL的H2O2溶液，再加入120μL，300μg·mL-1的材料，使总体积为3mL。通过紫外光谱，观察溶液在652nm波长下的吸光度，从而确定最适pH。结果见图5A和图5B。
③材料浓度对材料模拟酶活性的影响
在5ml离心管中加入2.7mL，pH为3.6的缓冲溶液，然后加入120μL，0.2mmol·L-1的TMB，再加入60μL，0.06mol·L-1的H2O2溶液，再加入120μL，300μg·mL-1的材料，使总体积为3mL。通过紫外光谱，观察溶液在652nm波长下的吸光度，从而确定最适的材料浓度。结果见图6A和图6B。
④温度对材料模拟酶活性的影响
在5ml离心管中加入2.7mL，pH为3.6的缓冲溶液，然后加入120μL，0.2mmol·L-1的TMB，再加入60μL，0.06mol·L-1的H2O2溶液，再加入120μL，300μg·mL-1的材料，使总体积为3mL。加完后分别在40，50，60，70，80℃水浴20min。然后在652nm波长下测定吸光度，从而确定最适温度。结果见图7A和图7B。
结果与讨论
(1)配合物的晶体结构
配合物①的晶体学参数见表1，在配合物①[Cu(L)(CH3COOH)]n中，配体L-只有一种配位模式(配体L-为μ3配位模式)。单晶衍射分析表明配合物①属于单斜晶系，P21/c空间群。如图1所示，配合物①的最小不对称单元包括一个独立的Cu(I)离子,一个L-配体,一个游离CH3COOH。金属中心位于三配位的平面三角形构型，配位原子来自于三个不同L-配体的原子(Cu1-N1，1.9587(16)Cu1-N2B，1.9699(17)Cu1-O1A，1.9498(13))。两个不同L-配体的氮原子螯合两个Cu(I)离子，形成六元环(Cu1-N1-N2-Cu1B-N1B-N2B)。六元环之间通过配体的三氮唑连接到一起，产生二维结构，如图1所示。Cu-O键键长为1.9498(13)Cu-N键键长从1.9587(16)到1.9700(17)
表1配合物①的晶体学参数
表2配合物的部分键长和键角(°)
对称操作码:#1-x,y-1/2,-z+3/2；#2-x+1,-y+1,-z+1；#3-x。

Claims (3)

1.一种由金属铜配合物制备的模拟酶，其特征在于：它的分子表达式为CuO@SiO2-NH2-FA；
上述由金属铜配合物制备模拟酶的方法，包括步骤如下：
(1)配合物①--[Cu(L)(CH3COOH)]n的合成
称取0.25mmolCuO,0.25mmol 5-(3-甲基-5-苯基-4H-1,2,4-三唑-4-基)苯甲酸配体(HL)，0.25mmol NH4Cl，2mL CH3COOH和12ml水，100瓦超声20分钟，转移到25mL聚四氟乙烯的反应釜中，2小时内升温至140℃，恒温96小时，然后72小时内降到25℃，有褐色块状晶体析出，用蒸馏水洗涤三次得配合物①；
(2)配合物①煅烧产物的制备
将配合物①进行高温煅烧得配合物①煅烧产物，即产生的氧化产物；
(3)上述氧化产物的修饰及表征
①CuO@SiO2的制备：称取10mg样品，分别称取5份，放入5mL塑料离心管，之后对样品进行处理，将0.1mol/L的稀盐酸加入放了样品的塑料离心管中，超声20分钟，离心5分钟，弃去稀盐酸，然后水洗，分散到20mL乙醇，5mL水，0.25mL氨水中，超声使其充分混合之后，加入0.03g TEOS，将其放入摇床，转速140rpm，室温震荡6小时，之后进行粒子分离，再用乙醇洗，重悬，得到CuO@SiO2，留样用于IR表征；
②CuO@SiO2-NH2的制备：将上述CuO@SiO2分散在4mL乙醇中，然后加入50μL3-氨丙基三甲氧基硅烷，超声使其充分混合，然后放入摇床，转速140rpm，室温震荡24小时，得到CuO@SiO2-NH2，留样用于IR表征；
③叶酸活化；
④CuO@SiO2-NH2-FA的制备：将上述所得CuO@SiO2-NH2重悬于2.5mL60％乙醇中，超声使其充分混合之后加入活化后的叶酸2.5mL，室温反应24小时，离心5分钟，反复用乙醇洗涤，最后真空干燥，得到最终由金属铜配合物制备的模拟酶CuO@SiO2-NH2-FA。
2.根据权利要求1所述的由金属铜配合物制备模拟酶，其特征在于：所述步骤(2)中的高温煅烧具体步骤为马弗炉900℃煅烧5小时，得到黑灰色固体。
3.根据权利要求1所述的由金属铜配合物制备模拟酶，其特征在于：所述步骤(3)中③叶酸活化的具体步骤为：取叶酸40mg，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐20mg，N-羟基琥珀酰亚胺12mg，DMSO 12.5mL，活化24小时。
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