嘧啶并[4,5-]嘧啶核苷的复杂的自组装超分子结构 1.内容介绍 超分子自组装是不仅是生物结构的化学根源之一，但也引起不同 的工业领域的注意。本文通过动态光散射，扫描电显微镜，差示扫描 量热法，核磁共振和X-射线分析，研究嘧啶并[4,5-]嘧啶核苷的复 杂的花形的超分子结构的形成的机理。一旦除去糖类的羟基，不同的 花形上层结构可形成。这些工作表明复杂的自组装确实可以通过单个 分子的分层的非共价相互作用达到。如果与其他化学物质结合，通过 单体的分子识别构建的奇异结构，表明在其他领域的潜能。我们设计 并合成了一系列Janus-型嘧啶并[4,5-d]嘧啶核苷，它结合遗传密码 字母-胞嘧啶、双齿腺嘌呤、胸腺嘧啶核苷、尿嘧啶核苷。 讨论：一些Janus-型核苷类似物的抗病毒和抗肿瘤活性研究 过程中，我们发现化合物1在不同溶液可以形成一个美丽的花形结构。 本文研究了花形核苷的超结构，包括在原子水平上的内相互作用、修 改后的结构和它的分子识别性能如何影响超结构。从DLS,NMR和SEM 的实验结果表明一个两阶段的机制（从微球到一个完整的花形状态） 花形超分子结构的各向异性生长。DSC提供热力学参数，如双相过程。 因此，为形成这样复杂的形态，第一非特异性氢键一起抱紧单个分子 形成核，成长为一个微球，一旦它们相互接近就开始识别过程。为了 形成特定的碱基对，糖基键周围的正确构象被要求，进一步影响糖的 褶皱。因此，所有羟基再次被重新排列在一个固定的空间方向，以形 成能量有利复杂氢键网络，而使整个系统的微调形成支化花形超分子
嘧啶并[4,5-d]嘧啶核苷的复杂的自组装超分子结构 1. 内容介绍 超分子自组装是不仅是生物结构的化学根源之一，但也引起不同 的工业领域的注意。本文通过动态光散射，扫描电显微镜，差示扫描 量热法，核磁共振和 X-射线分析，研究嘧啶并[4,5-d]嘧啶核苷的复 杂的花形的超分子结构的形成的机理。一旦除去糖类的羟基，不同的 花形上层结构可形成。这些工作表明复杂的自组装确实可以通过单个 分子的分层的非共价相互作用达到。如果与其他化学物质结合，通过 单体的分子识别构建的奇异结构，表明在其他领域的潜能。我们设计 并合成了一系列 Janus-型嘧啶并[4,5-d]嘧啶核苷,它结合遗传密码 字母-胞嘧啶、双齿腺嘌呤、胸腺嘧啶核苷、尿嘧啶核苷。 讨论 ：一些 Janus-型核苷类似物的抗病毒和抗肿瘤活性研究 过程中，我们发现化合物 1 在不同溶液可以形成一个美丽的花形结构。 本文研究了花形核苷的超结构，包括在原子水平上的内相互作用、修 改后的结构和它的分子识别性能如何影响超结构。从DLS, NMR 和SEM 的实验结果表明一个两阶段的机制（从微球到一个完整的花形状态） 花形超分子结构的各向异性生长。DSC 提供热力学参数，如双相过程。 因此，为形成这样复杂的形态，第一非特异性氢键一起抱紧单个分子 形成核，成长为一个微球，一旦它们相互接近就开始识别过程。为了 形成特定的碱基对，糖基键周围的正确构象被要求，进一步影响糖的 褶皱。因此，所有羟基再次被重新排列在一个固定的空间方向，以形 成能量有利复杂氢键网络，而使整个系统的微调形成支化花形超分子
结构。X-ray证明单晶的原子级别的相互作用包括复杂氢键介导的网 络。这些信息对理解所有的力和这种复杂的超分子结构的连通性是至 关重要的。这种结构是在含水环境中的氢键系统的一个很好的例子， 由于水分子的竞争很难形成。我们还进行了XPD实验，这把在从花 形的溶液状态中制备的粉末和单晶状态结构测出的实验图案与所计 算出的图案相比较。结果表明在快速冷却的花形溶液总采用相同的药 物相互作用的单晶状态。相关的化合物3和4类似的花形形态通过修 改羟基再生证明使用这种新型化合物的构建复杂超分子结构拥有独 特的内部工作，同时证实了有关单个分子之间的关系的疑虑结构参数 和最终超分子组装的形状，同时证实了我们对单分子的结构参数和最 终超分子组装的形状之间的关系的疑问。这个信息也非常有助于我们 构建或将来功能化这样复杂形状的结构。核苷的最强大的特性是其独 特的碱基对识别，这是DNA/RNA的复制和转录的基础。这些识别性 能也应用于当前的情况下建立相当有趣的混合形态，这可能会极大地 扩大其用途。总之，一个复杂的花形的超分子结构的两阶段形成过程 通过各种技术得到证明。X-ray揭示了精密氢键网络。这样复杂形状 的上部结构可以通过修改某些官能团能够构造和扩大成相关的化学 物质。核苷也可发挥重要的作用，与杂环和糖及其三维构象灵活性 的富化学的结合，以制造在超分子自组装面积更复杂的化学结构
结构。X-ray 证明单晶的原子级别的相互作用包括复杂氢键介导的网 络。这些信息对理解所有的力和这种复杂的超分子结构的连通性是至 关重要的。这种结构是在含水环境中的氢键系统的一个很好的例子， 由于水分子的竞争很难形成。我们还进行了 XRPD 实验，这把在从花 形的溶液状态中制备的粉末和单晶状态结构测出的实验图案与所计 算出的图案相比较。结果表明在快速冷却的花形溶液总采用相同的药 物相互作用的单晶状态。相关的化合物 3 和 4 类似的花形形态通过修 改羟基再生证明使用这种新型化合物的构建复杂超分子结构拥有独 特的内部工作，同时证实了有关单个分子之间的关系的疑虑结构参数 和最终超分子组装的形状，同时证实了我们对单分子的结构参数和最 终超分子组装的形状之间的关系的疑问。这个信息也非常有助于我们 构建或将来功能化这样复杂形状的结构。核苷的最强大的特性是其独 特的碱基对识别，这是 DNA / RNA 的复制和转录的基础。这些识别性 能也应用于当前的情况下建立相当有趣的混合形态，这可能会极大地 扩大其用途。总之，一个复杂的花形的超分子结构的两阶段形成过程 通过各种技术得到证明。X-ray 揭示了精密氢键网络。这样复杂形状 的上部结构可以通过修改某些官能团能够构造和扩大成相关的化学 物质。核苷也可发挥重要的作用，与杂环和糖及其三维构象灵活性 的富化学的结合，以制造在超分子自组装面积更复杂的化学结构
OH OH 2 图1.SEM图像和化合物1和2的分子结构。(a)化合物1在水中的自组装花形超分子结构(b)化合物2在 水中的自组装微球结构，分子结构表明腺嘌岭和胸腺嘧啶两面氢键受体·供体基序：箭头A表示氢受体，箭 头D为供体。比例尺： (a)10mm:(b)5mm
图 1. SEM 图像和化合物 1 和 2 的分子结构。（a）化合物 1 在水中的自组装花形超分子结构（b）化合物 2 在 水中的自组装微球结构，分子结构表明腺嘌呤和胸腺嘧啶两面氢键受体 - 供体基序：箭头 A 表示氢受体，箭 头 D 为供体。比例尺：(a) 10mm; (b) 5mm
图2.5EM图表示花形上层结构的形成过程。a~g)不完整的微米化的中间体14小时内观察这是在一个非常类 似的方式模仿自然花朵盛开的花蕾h,14小时后观察的全开的微米花(h,背面：1，前面).比例尺(a-c5mm;(d -)10mm
图 2.SEM 图表示花形上层结构的形成过程。(a–g)不完整的微米化的中间体 14 小时内观察这是在一个非常类 似的方式模仿自然花朵盛开的花蕾(h,i)14 小时后观察的全开的微米花（h,背面；I,前面）.比例尺(a–c) 5mm; (d –i) 10mm
图3.两个单体构象和碱基对图案间的结构。(a)构象异构体A采用反构象N型(3内)糖褶皱和5了-OH在 位置(b)构象异构体B采用高-反构象5型(3'-外)糖褶皱和5'-O州在5c位置，2-OH和N1B的分子内氢键 显示为绿色。(c)化合物1的两种可能的碱基对的基序。(d)固态1的反向W始tson-Cick碱基对，连接A和 B一起的重复氢键单元整个组装突出领色是绿色，原子编码如下：红色，氧气：蓝色，氮：灰，碳：白，氢
. 图 3.两个单体构象和碱基对图案间的结构。(a)构象异构体 A 采用反构象 N 型（3’ -内）糖褶皱和 5’-OH 在 ap 位置（b）构象异构体 B 采用高-反构象 S 型（3’ –外）糖褶皱和 5’-OH 在 sc 位置,2’-OH 和 N1B 的分子内氢键 显示为绿色。(c) 化合物 1 的两种可能的碱基对的基序。（d）固态 1 的反向 Watson–Crick 碱基对，连接 A 和 B 一起的重复氢键单元整个组装突出颜色是绿色，原子编码如下：红色，氧气;蓝色，氮;灰，碳;白，氢
装 图4.化合物1的复杂氢健网络。(1)化合物1的整体多层超分子结构(6)构象A和B的相互作用，相邻层 的部分碱基没有层叠和不同层的共价键将显示在黄色或紫色颜色(c)构象A和A之间的相互作用(d)构 象B和B之间的相互作用，总重复20氢健单元横过整个组件的不同层突出为绿色，原子编码如下：红色， 氧气蓝色，氮：灰，碳；白，氢
图 4.化合物 1 的复杂氢键网络。（1）化合物 1 的整体多层超分子结构（b）构象 A 和 B 的相互作用，相邻层 的部分碱基没有层叠和不同层的共价键将显示在黄色或紫色颜色（c）构象 A 和 A 之间的相互作用（d）构 象 B 和 B 之间的相互作用, 总重复 20 氢键单元横过整个组件的不同层突出为绿色，原子编码如下：红色， 氧气;蓝色，氮;灰，碳;白，氢
图5.化合物3和4的SEM图像和化合物4的单晶衍射结构(a)化合物3在水中形成的 螺旋花形上部结构(b)化合物4在水中形成的球状花形上部结构(c)化合物4单品衍 射结构，13内和分子间氢键的重复单元突出是绿色，原子编码如下：红色，氧气：蓝色， 氮：灰，碳：白，氢。比例尺(a,b)10μm
图 5.化合物 3 和 4 的 SEM 图像和化合物 4 的单晶衍射结构（a）化合物 3 在水中形成的 螺旋花形上部结构（b）化合物 4 在水中形成的球状花形上部结构（c）化合物 4 单晶衍 射结构，13 内和分子间氢键的重复单元突出是绿色，原子编码如下：红色，氧气;蓝色， 氮;灰，碳;白，氢。比例尺（a,b）10μm
图6.通过混合AT与其他核苷形成嵌合体形态.a)AT:腺苷b-e)小-AT:不同比例尿苷(f)(g)AT:不同 比例鸟苷(h)化合物20J-AT-TA比例尺a,g-),5μm:b-,10μm. 结果：花形上层结构的稳定性 化合物1（仃-AT)形成的花形超结构直径均匀（图1和辅助图1）， 它与微球体形结构完全不同。这样的花形超结构稳定长达60天，并 在整个时期中大小和形态没有明显的变化，表明没有发生坍塌或聚集。 微型花形在广泛的PH值是稳定的，从3到11，（辅助图2）。像其他 的的自组装体系，花形结构的形成是浓度依赖的（辅助图3）。当化
结果：花形上层结构的稳定性 化合物 1(J-AT)形成的花形超结构直径均匀（图 1 和辅助图 1）， 它与微球体形结构完全不同。这样的花形超结构稳定长达 60 天，并 在整个时期中大小和形态没有明显的变化，表明没有发生坍塌或聚集。 微型花形在广泛的 PH 值是稳定的，从 3 到 11,（辅助图 2）。像其他 的的自组装体系，花形结构的形成是浓度依赖的（辅助图 3）。当化 图 6. 通过混合 J-AT 与其他核苷形成嵌合体形态.(a) J-AT: 腺苷(b-e) J-AT:不同比例尿苷（f）（g）J-AT:不同 比例鸟苷（h）化合物 2(i) J-AT:J-TA 比例尺(a,g–i), 5μm; (b–f), 10 μm
合物1的浓度高于0.1mgml?1至饱和0.5mgml_1,花形超结构可 以观察到。在低浓度溶液中的微球的形成过程是通过温度改变DLS测 量检测和颗粒上的温度流体力学半径的分布的依赖性表明在SE下 观察到的微球没有溶剂挥发的结果。 花形超结构的形成过程 调查花形超结构的形成机理，使用了时间流逝实验。从在0分钟 和14小时之间的不同时间间隔取样品，可以看出，花形超结构是从 微球的结构增长。(Fig.2-g)14小时后完整的微型花形可以看到。 表明微型花形的形成也是发生在溶液中，而不是表面沉积的结果。否 则，相同的形状可以在不同时间间隔观测到。间相关的SEM图像提出 花形超结构形成机理。在第一阶段球状核形成，在第二阶段的“花 瓣”径向从表面突出并长大成最终全形状花，伴随球形芽'的逐渐衰 落。 化合物1的单晶衍射结构 构型B的5'-0H和3'-OH间的距离比构型A的长（图.3a,b)。当 前的J-AT系统被赋予相同的选项（图3c),但只有反向沃森一克里 克碱基发现单晶(Fig.3d)。两个构象异构体发现N11-H和012之间 的分子内氢键，这是对于JAT系统的一般特性。在三维超分子水平， 一种新的多层结构有复杂氢键网络形成。通过图4a层可以清楚看到。 但相邻碱基对的层没有层叠（图4b和辅助图10），为了清楚地显示 的复杂性，我们提出了整个氢键相互作用三类：A-A(图4c),B-B(图 4d)和A-B(图4b)在不同层次的相互作用伴随一些水分子的参与
合物 1 的浓度高于 0.1mgml ?1 至饱和 0.5 mg ml_1,，花形超结构可 以观察到。在低浓度溶液中的微球的形成过程是通过温度改变 DLS 测 量检测和颗粒上的温度流体力学半径的分布的依赖性表明在 SEM 下 观察到的微球没有溶剂挥发的结果。 花形超结构的形成过程 调查花形超结构的形成机理，使用了时间流逝实验。从在 0 分钟 和 14 小时之间的不同时间间隔取样品，可以看出，花形超结构是从 微球的结构增长。(Fig. 2a–g)14 小时后完整的微型花形可以看到。 表明微型花形的形成也是发生在溶液中，而不是表面沉积的结果。否 则，相同的形状可以在不同时间间隔观测到。间相关的 SEM 图像提出 花形超结构形成机理。在第一阶段球状核形成， 在第二阶段的“花 瓣”径向从表面突出并长大成最终全形状花，伴随球形'芽'的逐渐衰 落。 化合物 1 的单晶衍射结构 构型 B 的 5＇-OH 和 3＇-OH 间的距离比构型 A 的长(图. 3a,b)。当 前的 J-AT 系统被赋予相同的选项（图 3c），但只有反向沃森 - 克里 克碱基发现单晶(Fig. 3d)。两个构象异构体发现 N11-H 和 O12 之间 的分子内氢键, 这是对于 J-AT 系统的一般特性。在三维超分子水平， 一种新的多层结构有复杂氢键网络形成。通过图 4a 层可以清楚看到。 但相邻碱基对的层没有层叠（图 4b 和辅助图 10），为了清楚地显示 的复杂性，我们提出了整个氢键相互作用三类：A-A（图 4c），B-B（图 4d）和 A-B（图 4b）在不同层次的相互作用伴随一些水分子的参与
对于化合物1，在整个组装中，一个非常复杂的氢键网络被无限重 复形成D多层超分子结构中的单晶态。显然，两碱基部分和糖残基 是固有确定性因素指导三维上层建筑形状。化合物2只能形成微球表 明2'-0川基团在这种各向异性生长过程中发挥关键作用。 花形超结构的构造 化合物3和4可以形成花形超结构实了2'OH基团的关键作用： 一旦它存在于分子中的，花形保留。不同的分子结构也导致了不同的 “花”的总体形状：3的螺旋形式和4的球形花，如图5保留了‘花 瓣'。在一般情况下，在整个超分子组装体通过13氢键空间重复涉及 基础和糖的部分形成（图5c)。 化合物1分子识别 J-AT核苷衍生物的碱基部分具有一个腺嘌呤氢键阵列面和胸腺 嘧啶阵列的另一面。除了自互补，J-AT可竞争碱基配对与任何腺苷 或尿苷/胸苷。互补或非互补的天然核糖核苷对超分子形状的影响通 过将它们添加到1的水溶液和比较新的结构与个别正常核苷的相应 的结构进行研究。我们认为这两个腺苷和尿苷能中断1的微状花形形 成，是因为线性带状结构的延伸将被J一AT-A或J一AT-U碱基对终止。 1的花形结构完全消失在J-AT+A(1:1)混合情况下，形成微球（图 6a)这与J-AT的微型花形或腺苷的纤维状结构完全不同。这意味着 J-AT和腺苷确实杂交。出乎我们的预料，化合物1没有尿苷配对。 当1当量。U加入，微型花形保持完好（图6b)。当5当量，U加入， 观察到一个惊人的幻想有‘花瓣'结构突出，从光滑的膜形成到尿苷
对于化合物 1 ，在整个组装中，一个非常复杂的氢键网络被无限重 复形成 3D 多层超分子结构中的单晶态。显然，两碱基部分和糖残基 是固有确定性因素指导三维上层建筑形状。化合物 2 只能形成微球表 明 2＇-OH 基团在这种各向异性生长过程中发挥关键作用。 花形超结构的构造 化合物3和4 可以形成花形超结构实了2＇-OH基团的关键作用： 一旦它存在于分子中的，花形保留。不同的分子结构也导致了不同的 “花”的总体形状：3 的螺旋形式和 4 的球形花，如图 5 保留了‘花 瓣’。在一般情况下，在整个超分子组装体通过 13 氢键空间重复涉及 基础和糖的部分形成（图 5c）。 化合物 1 分子识别 J-AT 核苷衍生物的碱基部分具有一个腺嘌呤氢键阵列面和胸腺 嘧啶阵列的另一面。除了自互补，J-AT 可竞争碱基配对与任何腺苷 或尿苷/胸苷。互补或非互补的天然核糖核苷对超分子形状的影响通 过将它们添加到 1 的水溶液和比较新的结构与个别正常核苷的相应 的结构进行研究。我们认为这两个腺苷和尿苷能中断 1 的微状花形形 成，是因为线性带状结构的延伸将被 J-AT-A 或 J-AT-U 碱基对终止。 1 的花形结构完全消失在 J-AT+A (1:1)混合情况下，形成微球（图 6a）这与 J-AT 的微型花形或腺苷的纤维状结构完全不同。这意味着 J-AT 和腺苷确实杂交。出乎我们的预料，化合物 1 没有尿苷配对。 当 1 当量。U 加入，微型花形保持完好（图 6b）。当 5 当量，U 加入， 观察到一个惊人的幻想有‘花瓣’结构突出，从光滑的膜形成到尿苷