为了评估PCage18+对H2O中葡萄糖的荧光响应,作者还进行了荧光滴定实验。数据显示添加葡萄糖后,荧光强度增强(图3c),分子的结合使得主客体之间的氢键形成并使得受体结构僵化从而导致荧光增强。作者采用1:1受体-底物结合模型对滴定等温线进行非线性拟合,得到图3d。其中PCage-18+与葡萄糖之间的关联常数为286 M1。在生理浓度下,PCage18+和PCage28+对葡萄糖均表现出良好的荧光响应。
图4:PCage - 18+与葡萄糖结合的1H NMR滴定分析
作者还通过1H NMR滴定研究了H2O中PCage-18+和PCage-28+与葡萄糖的结合 (图4a)。D质子的共振随着葡萄糖的加入而移动,而围绕PCage-18+结合腔的A、B和C质子的共振则向下移动,这表明正是这些质子参与了 [C H··O]氢键的形成。外围的E和F质子化学位移上没有明显变化,因为对应质子远离结合袋。值得注意的是,在与葡萄糖结合时,吡啶质子D和E不是一组是两组,这表明与不对称葡萄糖分子的结合使分子笼受体脱对称。通过跟踪B质子的化学位移变化,可以拟合出使用1:1受体-底物结合模型结合等温线(图4b),得到的结合常数为218 M1,与荧光滴定得到的286 M1很一致。图4c拟合结果显示,PCage18+浓度为100 μΜ与葡萄糖浓度大于30 mM时,超过85%的受体参与结合。与PCage18+相比, PCage-28+在1H NMR谱中表现出类似的共振位移。PCage28+与葡萄糖的结合亲和力为128 M1。
表1: 1H NMR滴定法测定PCage-1·8Cl和PCage-2·8Cl与D2O中碳水化合物1:1络合物的缔合常数Ka
图5:研究中使用的碳水化合物结构
此外,作者还研究了PCage-18+和PCage-28+在水溶液中与其他碳水化合物(表1)的结合(图5)。PCage18+与PCage28+的Ka值相比,葡萄糖、甲基-β-吡喃葡萄糖苷和纤维二糖的结合常数略高。当与N-乙酰-葡萄糖胺、甲基N-乙酰-β-葡萄糖胺以及其他碳水化合物(如半乳糖、甲基α-甘露聚糖苷和蔗糖)结合时,该受体表现出较好的性能。这些结果表明,分子笼可以通过调节结合腔中的微小结构来结合糖类化合物。
总之,作者已经证明了极化C-H键在两种庙宇受体PCage-18+和PCage-28+的分子结构中重要的用途。两步合成获得的受体在水中对葡萄糖表现出良好的结合亲和力和选择性。此外,受体在水溶液中具有明亮的荧光,在生理浓度为1至10 mM时,与葡萄糖结合时,表现出中等程度的荧光增强。从根本上说,作者的研究不仅证明了受体分子中的CH键可以有效识别水中的葡萄糖,也提供了一类与葡萄糖结合时发生荧光反应的新分子支架。结果表明,基于吡啶基极化C H键可以表现出类似于氢键供体的性能,并可用于受体的设计和合成,以解决水中其他物质的分子识别问题。