多酸的氨基酸衍生物的合成、结构与性能研究

To explore the applications of polyoxometalates (POMs) in the fields of biochemical studies, medicines and novel materials, the amino acid derivatives of POMs are selected as valuable targeted compounds to investigate the related biological, pharmaceutical, and photo-electrical properties. Amino acids, one kind of biogenic compounds, are grafted onto the skeleton of POMs, which have the antiviral, antifungal and antitumor properties, will could produce two expected results. On the one hand, due to the dramatically synergistic effects caused from their covalent bonding, the novel POMs with unique properties of biologically functional materials and medicines could be derived. On the other hand, these new constructed amino acid derivatives of POMs, being characteristic of biological molecules, which can be viewed as the models to research the self-assembly for understanding the supramolecular behaviors of biological macromolecules. The main aims of this project are to synthesize the amino acid derivatives of POMs via the covalent bonding between natural amino acids and POMs by developing new synthetic ways of imidoylation, esterification and acylation, and characterize the crystal structures, study the physical and chemical properties, and test the physiological or pharmacological activities of the targeted compounds. As expected, this project will give a push to the advance in chiral POMs or biochemistry based on POMs.

为探索多酸化合物在生化、药物和新材料等领域的应用价值，本项目选择多酸的氨基酸衍生物作为目标化合物来研究生化性质、药理活性与光电特性。多酸本身具有一定抗病毒、抗真菌、抗肿瘤等作用，通过引入生物源活性分子氨基酸：首先，由于二者共价键合之后能产生强烈的协同作用，可能派生出具有生物功能材料和药物等特性的新型多酸化合物；其次，新构建的多酸的氨基酸衍生物具有一定的生物分子特征，通过研究这一模型化合物的自组装规律，将有助于理解生物大分子的超分子的作用规律。本项目拟选择天然氨基酸作为配体与多酸之间通过亚胺化、酯化或酰化等合成方法，制备共价键合的多酸氨基酸衍生物，解析目标化合物的晶体结构，研究其理化性质、生物与药学活性。本项目的研究将深化对多酸的氨基酸衍生物化学的研究，促进手性多酸与多酸生物化学的发展，将为开发出新奇的多酸类生物功能材料与多酸药物提供科学依据。

多酸是一类结构多样，性质独特的过渡金属氧簇合物，具有抗肿瘤、抗病毒等生理活性，但多酸在生物功能材料及药学相关领域的发展得比较缓慢，多酸与生物活性分子结合是开发多酸在生物及药学方面应用的一条途径，但相关的研究工作还很少。申请人在前期研究中成功开发了DMAP催化酯化对多酸进行有机修饰的新方法。本项目在前期研究工作的基础上，选择氨基酸作为配体对多酸进行修饰，制备共价键合的多酸氨基酸衍生物，并对其结构、理化性质及药学活性进行研究。经过探索，我们开发了分步修饰对多钒酸进行有机修饰的策略，并通过酯化和酰胺化等简单的有机反应，实现了多酸与氨基酸的共价键合，首次合成了一系列新颖的六钒酸氨基酸衍生物，并通过单晶X射线衍射确定了结构。我们对所合成的多酸氨基酸衍生物的抗肿瘤活性进行了筛选，发现有部分衍生物表现出比多酸母体更好的抗肿瘤活性。此外，本项目还对两亲性多钒酸有机衍生物的自组装行为以及还原态多钒酸衍生物的反应化学进行了研究，并取得了一些重要的进展。