一種可聚合的維生素B2類似物及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種可聚合的維生素B2類似物，其結構如通式(I)所示：其中，R1、R2、R3、R4獨立地選自H、羥基、C1

【技術實現步驟摘要】
一種可聚合的維生素B2類似物及其制備方法


[0001]本專利技術涉及材料科學
，具體涉及一種可聚合的維生素B2類似物及其制備方法。

技術介紹

[0002]上世紀60年代，Clark和Lyons首次制備酶電極，提出了酶生物傳感器的概念。隨著生物、物理學、化學、醫學和電子技術等多種學科的快速發展和學科交叉的推進，酶傳感器憑借其分析速度快、選擇性高、成本低廉且操作方便等其它生物傳感器所無法比擬的優勢而發展成為現代分析科學中重要的研究領域之一。
[0003]雖然酶生物傳感器的研究已經取得了長足的發展，但是酶與電極之間的電子轉移速率仍然限制著酶生物傳感器的性能。酶生物傳感器所要解決的中心問題就是使反應能夠在恒電位下快速進行，將電子從酶的活性中心快速轉移到電極表面，形成響應電流。所以電子轉移的難易和速度決定著這類傳感器的性能。由于酶的電活性中心一般深埋在蛋白質的內部，使得酶和電極間難以直接進行電子的轉移。電子介體是指能將酶反應過程中產生的電子從酶的活性中心轉移到電極表面，從而使電極產生相應電流變化的一類物質。因此，尋求適合的電子介體是構建酶生物傳感器成功的關鍵。
[0004]第一代酶生物傳感器是以天然氧為電子介體的，這類傳感器具有響應特性差、易受環境中氧濃度的影響和其它電活性物質干擾等缺點。第二代酶生物傳感器是利用人工合成的電子介體代替氧在酶和電極之間傳遞電子，加強了酶與電極間的電子轉移，加速了電極反應，排除了環境中氧濃度對測量的影響，克服了第一代酶生物傳感器的上述缺點，在酶生物傳感器的研究中備受關注。專利技術人所在的上海交通大學朱新遠課題組參照葡萄糖氧化酶活性中心(FAD)的結構，設計合成了一系列含有可聚合基團乙烯基改性的異咯嗪衍生物，并以其為電子介體應用于酶生物傳感器，顯著改善了酶生物傳感器的性能(Xinyuan Zhu,et al,Biosensors and Bioelectronics,2021,174,112805；Xinyuan Zhu,et al,ACS Applied Energy Materials,2021,4,5034
–
5042)。根據結構與性能的關系，可通過優化含有可聚合基團乙烯基改性的異咯嗪衍生物的結構，可進一步提高傳感器的靈敏度和抗干擾性能。

技術實現思路

[0005]本專利技術針對現有技術中可聚合的維生素B2類似物在實際應用過程中電子傳輸能力較低和溶解性較差的問題，提供一種可聚合的維生素B2類似物及其制備方法和應用，可用于構建靈敏度高和抗干擾能力強的酶生物傳感器。
[0006]本專利技術第一個目的是提供一種可聚合的維生素B2類似物，其結構如通式(I)所示：
[0007][0008]其中，R1、R2、R3、R4獨立地選自H、羥基、C1
?
4的烷基，C2
?
4的烯基，C1
?
4的烷氧基，或者R1、R2、R3、R4中相鄰的基團構成一個稠合環；m為2～7之間的整數，比如2，3，4，5，6，7。
[0009]進一步地，所述可聚合的維生素B2類似物為如下式(II)化合物：
[0010][0011]進一步地，所述可聚合的維生素B2類似物包括以下化合物：
[0012][0013][0014]本專利技術第二個目的是式(II)所示化合物的制備方法，合成路線如下：
[0015][0016]其中X為鹵素。
[0017]進一步地，所述式(II)所示化合物的制備方法，包括以下步驟：
[0018]S1.將維生素B2加入到稀硫酸中攪拌，冰浴，緩慢滴加氧化劑溶液；待滴加結束后，移除冰浴，室溫反應，待反應結束，經提純，真空干燥得中間體FMF，其結構式為：
[0019][0020]S2.將步驟S1中的FMF加入溶劑1中，攪拌，加入還原劑，室溫反應，待反應結束，經提純，真空干燥得中間體7,8
?
二甲基
?
10
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羥基
?
異咯嗪(HEF)，其結構式為：
[0021][0022]S3.將加入溶劑2中，加入堿1，攪拌，緩慢滴加丙烯酰氯溶液，待反應結束，經提純，油泵抽干得中間體A，其結構通式為：
[0023][0024]其中，m＝2～7。
[0025]S4.將HEF和中間體A加入溶劑3中，加入堿2，加熱反應，待反應結束，經提純，真空干燥獲得式(II)可聚合的維生素B2類似物。
[0026]式(I)化合物是采用相應取代基的維生素B2衍生物，或者在式(II)基礎上進行基團的取代得到。其方法和條件為本領域所熟知。
[0027]進一步地，所述氧化劑為高碘酸、高碘酸鈉或高碘酸鉀中的至少一種；維生素B2與強氧化劑的摩爾比為1:2～1:6，優選1:3
?
4。
[0028]進一步地，所述還原劑為硼氫化鈉或者氰基硼氫化鈉，FMF和還原劑的摩爾比為1:1～1:3，優選1：1.5
?
2。
[0029]進一步地，步驟S3中，丙烯酰氯和堿的摩爾比為1：1
?
1.1：1
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2；步驟S4中，HEF、中間體A和堿2的摩爾比為1：2
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6：1
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2；所述堿1，堿2獨立地選自三乙胺、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氟化銫、正丁基鋰、叔丁醇鉀、叔丁醇納、六甲基二硅基胺基鋰或氫化鈉中的至少一種；優選地，步驟S3中堿1為三乙胺或碳酸氫鈉；步驟S4中堿為碳酸鉀或氟化銫。
[0030]進一步地，步驟S2中所述溶劑1為乙醇、甲醇、二甲基亞砜、N,N
?
二甲基甲酰胺、N,N
?
二甲基乙酰胺或四氫呋喃中的一種或幾種；步驟S3中所述溶劑2為乙酸乙酯、二氯甲烷、二甲基亞砜、N,N
?
二甲基甲酰胺、N,N
?
二甲基乙酰胺、四氫呋喃、1,4二氧六環、丙酮或乙腈中的一種或幾種；步驟S4中所述溶劑3為二甲基亞砜、N,N
?
二甲基甲酰胺、N,N
?
二甲基乙酰胺、四氫呋喃、1,4二氧六環或丙酮中的一種或幾種。
[0031]進一步地，步驟S1、S2、S3和S4中所述提純方式為硅膠層析法，所述真空干燥溫度40～120℃，所述真空干燥時間為6～30h。
[0032]優選地，步驟S1、S2、S3和S4中所述干燥溫度60～80℃，所述干燥時間為18～24h。
[0033]本專利技術第三個目的是提供一種酶修飾電極，是混合酶溶液滴加在電極上表面干燥得到，所述混合酶溶液的溶質包括氧化還原共聚物和葡萄糖氧化酶，所述氧化還原共聚物的單體包括上述可聚合的維生素B2類似物。
[0034]進一步地，所述氧化還原共聚物的單體包括維生素B2類似物，丙烯酰胺，N
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丙烯酰氧基琥珀酰亞胺；更進一步地，維生素B2類似物，丙烯酰胺，N
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丙烯酰氧基琥珀酰亞胺的摩爾比為3
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種可聚合的維生素B2類似物，其特征在于，其結構如通式(I)所示：其中，R1、R2、R3、R4獨立地選自H、羥基、C1
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4的烷基，C2
?
4的烯基，C1
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4的烷氧基，或者R1、R2、R3、R4中相鄰的基團構成一個稠合環；m為2～7之間的整數。2.根據權利要求1所述的可聚合的維生素B2類似物，其特征在于，為如下式(II)化合物：其中m為2～7之間的整數。3.根據權利要求2所述的可聚合的維生素B2類似物，其特征在于，包括以下化合物：3.根據權利要求2所述的可聚合的維生素B2類似物，其特征在于，包括以下化合物：4.權利要求2所述的式(II)所示可聚合的維生素B2類似物的制備方法，合成路線如下：
其中X為鹵素。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.將維生素B2加入到稀硫酸中攪拌，冰浴，緩慢滴加氧化劑溶液；待滴加結束后，移除冰浴，室溫反應，待反應結束，經提純，真空干燥得中間體FMF，其結構式為：S2.將步驟S1中的FMF加入溶劑中，攪拌，加入還原劑，室溫反應，待反應結束，經提純，真空干燥得中間體7,8
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二甲基
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10
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羥基
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異咯嗪(HEF)，其結構式為：S3.將加入溶劑中，加入堿，攪拌，緩慢滴加丙烯酰氯溶液，待反應結束，經提純，油泵抽干得中間體A，其結構通式為：其中，m＝2～7的整數；S4.將HEF和中間體A加入溶劑中，加入堿，加熱反應，待反應結束，經提純，真空干燥獲得式(II)可聚合的維生素B2類似...

【專利技術屬性】
技術研發人員：金鑫，黃杰，朱新遠，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：