空腔内具有氢键供体位点的水溶性大环的合成、识别及应用研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21772083
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0110.超分子化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Molecular recognition is one of the central research topics for both supramolecular chemistry and biophysics, and is also the basis of artificial supramolecular systems and numerous biological functional systems. During the last half a century, artificial molecular recognition has made remarkable achievements. Nevertheless, it is still difficult for artificial molecular receptors to selectively recognize polar molecules in water, which is, however, commonplace for biomolecular receptors. This is because molecular recognition with hydrogen bonding in water is challenging. Inspired by the structures of biomolecular receptors, we proposed the concept of “endo-functionalized molecular tubes”, in which hydrogen bonding sites are incorporated inside the deep hydrophobic cavity of molecular tubes. Thus, with the cooperative action between hydrogen bond and hydrophobic effect, selective recognition of several polar solvent molecules in water has been achieved. In this project, we would like to perform a systematic and thorough research on the synthesis, modification and molecular recognition of several amide-based endo-functionalized molecular tubes; By using ITC, NMR, X-ray crystallography, fluorescence spectroscopy, and stopped-flow spectroscopy, we would like to reveal the relationship between molecular recognition and cavity structure, and understand the physical organic origins of hydrophobic effects and hydrogen bonding in water; In addition, we will also explore the applications of these macrocyclic receptors in the detection of environmental pollutants, chiral analysis, and self-assembly materials.
分子识别是超分子化学和生物物理学的主要研究主题,也是构成人工超分子体系和众多生物功能体系的基础。经过半个世纪的发展,人工分子受体已经取得了令人瞩目的成就,但是仍然很难在水中实现对极性分子的选择性识别。而这对生物分子识别却很常见。这主要是因为在水中利用氢键进行分子识别非常困难。受生物受体结构的启发,我们首次提出了“内修饰分子管”的概念,将氢键键合位点植入到疏水的深穴空腔中,利用疏水效应与氢键之间的协同作用,实现了对部分极性溶剂分子的选择性识别。在此基础上,本项目拟系统地探索多种酰胺内修饰分子管的骨架合成与侧链修饰方法,利用ITC、NMR、X-Ray单晶衍射、荧光光谱、停流光谱等手段揭示其结构变化与识别性能之间的构效关系,理解疏水效应以及氢键的物理有机化学本质,并探索这类新型大环主体分子在环境污染物检测、手性分析、以及超分子自组装材料等方面的应用。

结项摘要

分子识别是超分子化学与生物物理化学的主要研究主题,也是构建人工超分子体系和生物功能体系的基础。大环主体是人工分子识别的主要研究工具。经过半个世纪的发展,人工分子识别取得了令人瞩目的成就。然而,水相中功能分子的高效与选择性识别仍然是合成主体所面临的一个巨大挑战。针对这一难题,本项目通过模拟生物受体的识别口袋,提出了“内修饰空腔”的仿生研究理念,将氢键供体位点内植于深穴疏水空腔之中,设计合成了一类具有内修饰空腔的新型大环主体——酰胺萘管,系统研究了该类大环主体对极性分子、手性分子、药物分子、环境污染物等有机分子的水相选择性识别行为,揭示了内修饰空腔在水相选择性分子识别的物理有机化学本质,为水相选择性分子识别这一难题提供了解决方案。在分子识别研究的基础上,我们还探索了这类具有内修饰空腔的大环主体在手性分子的光谱分析、超分子耗散自组装、环境污染物的检测与去除、有机毒物的解毒、非共价生物偶联等领域的功能应用,为分析化学、环境科学、化学生物学等领域提供了新型研究工具。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Self-assembly of two-dimensional structures in water from rigid and curved amphiphiles with a low molecular weight
低分子量刚性和弯曲两亲物在水中自组装二维结构
  • DOI:
    10.1039/c8cc04570d
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Yao Huan;Yang Liu-Pan;Pang Xin-Yu;Li Jia-Rong;Jiang Wei
  • 通讯作者:
    Jiang Wei
Shear-induced assembly of a transient yet highly stretchable hydrogel based on pseudopolyrotaxanes
基于准聚轮烷的瞬时但高度可拉伸的水凝胶的剪切诱导组装
  • DOI:
    10.1038/s41557-019-0235-8
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    nature chemistry
  • 影响因子:
    21.8
  • 作者:
    Ke Hua;Yang Liu-Pan;Xie Mo;Chen Zhao;Yao Huan;Jiang Wei
  • 通讯作者:
    Jiang Wei
Fluorescent monitoring of the reaction kinetics of nonfluorescent molecules enabled by a fluorescent receptor
通过荧光受体对非荧光分子的反应动力学进行荧光监测
  • DOI:
    10.1002/term.1570
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Bai Lin-Ming;Zhou Hang;Liu Wei-Er;Chai Hongxin;Yang Liu-Pan;Yan Wei;Zhang Wen;Yang Hong-Hui;Jiang Wei
  • 通讯作者:
    Jiang Wei
Enantioselective Recognition of Neutral Molecules in Water by a Pair of Chiral Biomimetic Macrocyclic Receptors
一对手性仿生大环受体对水中中性分子的对映选择性识别
  • DOI:
    10.31635/ccschem.020.202000160
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    CCS Chemistry
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Hongxin Chai;Zhao Chen;Sheng-Hua Wang;Mao Quan;Liu-Pan Yang;Hua Ke;Wei Jiang
  • 通讯作者:
    Wei Jiang
Molecular recognition and fluorescent sensing of urethane in water
水中聚氨酯的分子识别和荧光传感
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2018.11.033
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Bai Lin-Ming;Yao Huan;Yang Liu-Pan;Zhang Wen;Jiang Wei
  • 通讯作者:
    Jiang Wei

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其他文献

基于IMM修正的降落伞折叠建模方法
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    张立勇
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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电致发光类湿法小分子材料研究进展
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
    叶沐阳;黄斌;蒋伟;孙岳明
  • 通讯作者:
    孙岳明

其他文献

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蒋伟的其他基金

具有可变深穴空腔的新型大环主体的设计、合成、分子识别与自组装研究
  • 批准号:
    21572097
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    65.0 万元
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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