硫氮杂的扩展核苷及其衍生物的合成、结构与荧光性质

Fluorescent nucleoside derivatives have their unique strengths in tracking conformational changes, detection and storage, genetic information flow and regulatory gene of nucleic acid related to the function. Based on the structural attributes, functions, noninterference to nucleic acid and maintaining its fluorescence efficiency, a series of fluorescent nucleoside derivatives is designed and synthesized from latest research results, such as thiophene thiazole series and the extension of the pyrimidine and purine nucleoside. With research work in the structure and photochemical properties, isomorphic nucleoside derivatives will be obtained with less structure interference and strong emission properties. The results of the project will be capable of causing great concern in the field of biochemistry. For theory of structure, dynamics and recognition, the application as a probe nucleic acid will arouse concern by scholars. What is more important is to promote domestic and current research in this field. The research about series of uridine and thymidine and oligomeric nucleoside with sulfur and nitrogen atom, is combined on the structural chemistry and fluorescent properties of isomorphic nucleoside embedded nucleic acid with the systematic investigation of surrounding environment and perturbation of properties.

荧光核苷衍生物在跟踪其核酸构象的变化，进而在探测与储存、遗传信息传递、催化作用和调节基因相关的功能状态等方面具有独特的优势。项目基于不干扰核酸的结构属性和功能以及保持其荧光效率的同形荧光核苷的设计原则，根据目前最新相关研究工作成果，设计合成系列碱基及其核苷衍生物，探索获得具有发射性能的同形核苷的新种类。通过研究碱基及其核苷衍生物与荧光性质之间的关系，碱基及其核苷衍生物的结构解析，总结系列核苷衍生物化学结构与其作为探针的性能之间的规律。由获得的荧光核苷嵌入寡核苷酸，通过研究其光化学性质，了解这种寡核苷酸可能的性状，以求获得同形核苷掺入到双链所具有的最小扰动和强可见光发射性能，提供其作为核酸结构、动力学和识别的探针应用的理论基础。项目所研究系列硫氮杂的尿苷和胸苷及其寡聚核苷，结合了对其结构化学和荧光等性质的考察，系统性而非零散的研究同形核苷嵌入核酸后对其周围环境结构及性能的微扰。

近年来荧光识别被广泛应用于核酸的研究，并在生物成像等研究领域迅速发展。项目根据核苷光物理性质的结构设计原则，通过荧光基团或发色团修饰非发射性天然碱基，设计合成得到了芳香S、N杂环扩展的尿苷类似物、芳香环延伸的扩展类2-吡咯胞苷类似物、芳香环延伸6-氮杂核苷类似物、荧光发色图DPP和香豆素延伸的核糖胞苷等四类荧光核苷类似物系列。通过研究碱基及其核苷衍生物的结构与荧光性质之间的关系，结果表明系列核苷衍生物化学结构中，扩展有芳香杂环的荧光核苷类似物在荧光效率及发光特性等均具有潜在实际应用的探针性能，而延伸有强荧光发射特性基团的荧光核苷衍生物均产生较好的荧光特性。项目通过对核苷结构和光物理性质之间关系的考察，研究各系列荧光核苷类似物的S、N原子所起的重要影响，系统性而非零散的研究了核苷类似物对周围环境结构及性能的微扰。各类芳香S、N杂环的核苷类似物研究表明，供吸电子基和共轭结构的延伸更利于发射波长向可见光区移动，而S、O等杂原子的存在，可提高化合物对环境的敏感性。结构中含S和N杂原子的尿苷类似物的光物理性质更为理想，对环境的变化更加敏感，更接近于荧光探针的特性。项目还获得了首个荧光发色团二酮吡咯并吡咯（DPP）胞苷衍生物以应用于生物成像，并考察了氟原子对荧光核苷在药学与化学生物学等应用领域的重要作用。通过研究核苷类似物的光物理性质，了解荧光核苷嵌入寡核苷酸可能的性状，获得了掺入核酸链后具有的最小扰动和强可见光发射性能的同构核苷，为核酸结构与动力学的探针研究应用提供了理论基础。