7-Azaindole衍生物於同質二聚體與異質二聚體之激發態雙質子轉移 機制研究

Abstract

自從1969年科學家發現7-azaindole (7AI) 之二聚體具有激發態雙質子轉移的現象後， 7AI二聚體便開始被廣泛的研究。主要的原因，是由於其鍵結方式與DNA中的鹼基對類似：7AI單體藉由氫鍵形成二聚體。又由於激發態質子轉移可能是造成DNA突變的路徑之一。因此，研究7AI二聚體之激發態雙質子轉移機制，有助於我們對於這種突變機制的瞭解。在7AI二聚體的激發態雙質子轉移之研究上，長期存在著一個爭議：究竟雙質子的轉移是採取“協同式機制”或是“非協同式機制”（亦稱為“順序式機制”）；亦即，在該過程中，是否有中間體的存在？迄今，尚未有一個共識性的結論。 為了更貼切的模擬DNA系統，我們設計一個具備著7AI特徵的四環分子(6HIQ)，希望藉由6HIQ與7AI的氫鍵異質二聚體之光譜動力學研究，觀察其激發態雙質子轉移機制。實驗結果顯示，在6HIQ與7AI的異質二聚體中，可以觀察到順序式的激發態雙質子轉移機制：受光激發後，6HIQ吡咯上的質子在小於150飛秒內進行質子轉移將質子交給7AI上的砒啶，接著7AI將其砒啶上的質子交給6HIQ，完成激發態質子的轉移，這一步的轉移時間為1.5 ± 0.3皮秒。至於在6HIQ的同質二聚體之激發態雙質子轉移，我們觀察到小於150飛秒的轉移速度。儘管受限於時間解析度，我們無法為同質二聚體的激發態雙質子轉移機制下一個結論，但是藉由這種異質二聚體的動力學研究，相信可以開啟更多研究的方向。 內容上，分成三章來討論。首章探討7AI二聚體從發展至今主要的研究結果。第二章介紹在本實驗中所用到的光譜技術之基本原理和儀器。第三章則探討6HIQ與7AI的異質二聚體以及6HIQ的同質二聚體之激發態雙質子轉移機制。

A four fused-ring system 11-propyl-6H-indolo[2,3-b]quinoline (6HIQ) is strategically designed and synthesized; it possesses a central moiety of 7-azaindole (7AI) and undergoes excited-state double proton transfer (ESDPT). Despite the concerted ESDPT in the 6HIQ dimer, femtosecond dynamics unveils a stepwise ESDPT process in the 6HIQ/7AI heterodimer complex, in which 6HIQ delivers the pyrrolyl proton to 7AI in less than 150 fs, followed by the transfer of pyrrolyl proton from 7AI to the pyridinyl nitrogen of 6HIQ in ~1.5 ± 0.3 ps.