[发明专利]核苷三磷酸人工金属酶及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种核苷三磷酸人工金属酶及其制备和应用。该金属酶的结构式为式中n代表1、2或3，A代表中任意一种，B代表H或OH，C代表Cu(OTf)₂、CuSO₄、CuCl₂、Cu(NO₃)₂、中任意一种。本发明将核苷三磷酸作为主体分子，与金属离子或者金属配合物通过超分子自组装形成核苷三磷酸人工金属酶，其制备方法简便，结构新颖，用于催化水相中不对称Diels‑Alder反应和不对称Michael反应，催化活性高，可实现较高的对映体选择性。

技术领域

本发明涉及一种核苷三磷酸人工金属酶，以及其制备方法和作为手性催化剂在不对称Diels-Alder反应和不对称Michael反应中的应用。

技术背景

人工金属酶结合均相催化和生物催化的特点，将具有催化性能的金属配合物组装到生物大分子的骨架中，用于拓展均相反应的类型和发掘生物大分子的催化功能。蛋白质作为手性骨架和金属配合物组装成人工金属蛋白酶获得了研究者的广泛研究，近年来，具有天然空间结构的核酸引起了研究者的极大兴趣用于组装人工核酸金属酶。研究者利用双螺旋DNA的手性骨架和非手性金属配合物通过超分子组装或者共价相互作用组装成人工DNA金属酶，成功应用于一系列在水相中进行的不对称催化反应。另外，使用RNA作为手性骨架组装成人工RNA金属酶也有少量研究报道。迄今，用于组装人工核酸金属酶的核酸片段大都在几十到几百个核苷酸单元，这导致很难获得人工核酸金属酶的精细结构以及反应的手性微环境信息，限制了对人工核酸金属酶反应机理的研究。因此，尝试组装小片段核酸的人工金属酶对于认识金属活性物种和核酸的相互作用至关重要。腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)在自然界广泛存在，它是一种不稳定的高能化合物，是生物体的“能量通货”。ATP含有两个高能磷酸键可以断裂释放能量，供酶、原发性主动转运载体等使用，为生命活动供能。ATP可以和金属离子相互作用形成特定的空间构型，这为构筑基于ATP的核酸金属酶提供了前提条件。到目前为止，还未有研究报道使用ATP作为手性骨架组装成人工金属酶用于不对称催化研究。研究ATP人工金属酶不仅可以开发一类实用型的生物杂化催化剂，并且有助于研究金属活性中心和核酸之间的作用模式。

不对称Diels-Alder反应和不对称Michael反应是合成化学中的重要的碳-碳键形成反应类型。不对称Diels-Alder反应通过分子间的4+2环加成反应可得到一个或多个六元环的产物，其中含有多个潜在的手性中心，是合成天然有机化合物及具有生理活性物质的有效方法。不对称Michael反应通过亲核试剂进攻烯酮类底物达到增长碳链的目的，是有机合成中重要的反应之一，并且也是生命过程中一类重要的转化反应。上述两类不对称反应在有机合成中进行了广泛的研究，但是目前大多数反应还是在有机溶剂介质中实现。水作为反应介质具有安全、廉价和环境友好等特点，开发水相中的不对称催化反应有助于推动绿色化学和降低工业成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型核苷三磷酸人工金属酶催化剂，并为其提供一种制备方法和新用途。

针对上述目的，本发明所采用的核苷三磷酸人工金属酶的结构式如下所示：

式中n代表1、2或3，A代表中任意一种，B代表H或OH，C代表Cu(OTf)₂、CuSO₄、CuCl₂、Cu(NO₃)₂、中任意一种。

上述核苷三磷酸人工金属酶的结构式中，优选n代表3，A代表B代表H或OH，C代表Cu(OTf)₂、Cu(NO₃)₂、中任意一种。

本发明核苷三磷酸人工金属酶的制备方法为：将式I所示的核苷三磷酸与铜盐或铜配合物按摩尔比1:1～20:1加入到pH为5.0～7.0的吗啉乙磺酸或吗啉丙磺酸缓冲液中，在0～25℃下搅拌反应15～30分钟，得到核苷三磷酸人工金属酶。