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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 楊吉水(Jye-Shane Yang) | |
dc.contributor.author | Chun-Lin Ou | en |
dc.contributor.author | 歐俊麟 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-16T02:37:37Z | - |
dc.date.available | 2020-07-30 | |
dc.date.copyright | 2015-07-30 | |
dc.date.issued | 2015 | |
dc.date.submitted | 2015-07-24 | |
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dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/54040 | - |
dc.description.abstract | 綠螢光蛋白有相當高的螢光量子產率~0.79,但是發光團單獨在溶液中螢光量子產率卻極低。我們實驗室開發之間位胺基取代類綠螢光蛋白發光團m-DMABDI在正己烷中則有相當高的螢光量子產率~0.46。取代基如何影響m-DMABDI螢光量子產率為本論文之研究目的。焠熄m-DMABDI螢光的兩種原因分別為E-Z異構化以及氫鍵所導致的質子轉移,因此本論文從此二方面進行研究與討論。
E-Z異構化是激發態S1跨越活化能來到P1*態而進行,若P1*態視為雙鍵部分的電荷分離的情形,我們預期鄰位具有氰基取代的m-DMABDI衍生物,由於氰基的拉電子效應會使P1*能態上升而不利於異構化反應。另外,m-DMABDI衍生物容易與質子性溶劑產生氫鍵而造成螢光焠熄,先前實驗室曾以長碳鏈修飾而創造疏水性環境而螢光增強,我們也將此設計在氰基取代的m-DMABDI上。本論文另一工作為延續先前實驗室OH系列化合物之氫鍵效應研究工作,探討溫度變化對於此系列且分子內氫鍵發光團之吸光及螢光的影響。 隨著老年化社會的來臨,造成阿茲海默症主因的類澱粉變性蛋白 (amyloid)的相關研究是當前熱門議題,因此我們嘗試利用m-DMABDI衍生物作為偵測類澱粉變性蛋白的螢光探針。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Meta-amino-substituted green fluorescence protein chromophore (GFPc) (m-DMABDIs) are emissive in aprotic solvents. However hydrogen bonding interactions between the chromophores and protic solvents could induce a fast non-radiative decay process and quench the fluorescence. This thesis is aimed to investigate the fluorescence behave of m-DMABDIs.
The E-Z isomerization in the S1 state competes with the fluorescence of GFPc. The meta-amino group could largely increase the barrier for the isomerization and thus enhance the fluorescence. We designed a cyano substituted m-DMABDI to further increase the torsional barrier and to enhance the fluorescence. Another part of this work is to study the intramolecular H-bonded systems, the OH series, by investigating the variable temperature electronic absorption and emission spectra. As the chromophores are sensitive to H-bonding condition, we choose amyloid protein, which plays an important role in Alzheimer's disease, to investigate if the m-DMABDIs could turn on the fluorescence in response to amyloid protein | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-16T02:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-104-R02223210-1.pdf: 36590731 bytes, checksum: 7960dc957a248e66144d8334475551f9 (MD5) Previous issue date: 2015 | en |
dc.description.tableofcontents | 摘要 I
Abstract II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 附圖目錄 IX 第一章 引言 1 1-1有機分子之光物理行為 1 1-1-1分子吸收 2 1-1-2螢光量子產率 3 1-1-3生命期 3 1-1-4 溶致變色效應 (Solvatochromism) 3 1-2 有機分子之光化學行為 4 1-3生物發光 (bioluminescence) 7 1-4綠螢光蛋白 (GFP) 9 1-5綠螢光蛋白發光團 (Green Fluorescence Protein Chromophore, GFPc) 12 1-6綠螢光蛋白發光團衍生物 (類GFPc) 14 1-6-1 鎖式結構 15 1-6-2 環境效應 16 1-6-3 電子效應 17 1-7 胺基取代之類GFPc 18 1-7-1 質子溶劑對於m-ABDI的影響 20 1-7-2 長碳鏈對於m-DMABDI螢光量子產率增強效果 26 1-8 DMABN 27 1-8-1 溶劑效應 28 1-8-2 TICT 模型 29 1-8-3 PICT模型 29 1-9 綠螢光蛋白發光團衍生物(GFPc)之螢光顯影應用 30 1-10 類澱粉變性蛋白 (amyloidosis protein) 33 1-10-1 β類澱粉胜肽(β-Amyloid peptide) 33 1-10-2 類澱粉樣蛋白的螢光探針 34 1-11研究動機 37 1-11-1螢光效率再提升 37 1-11-2 分子內氫鍵系統之變溫光譜 39 1-11-3 GFPc的可能應用 39 第二章 結果與討論 40 2-1目標化合物之合成與結構 40 2-1-1 CN-D1A1、CN-D1A16和CN-D8A1之合成 40 2-1-2 CN-D1A1之X-ray 晶體結構與分子間堆積 44 2-1-3 氫鍵探討之3OH與3OMe 之合成 45 2-2 發光團之光學性質探討 47 2-2-1吸收光譜 47 2-2-2 CN-D1A1之螢光光譜 50 2-2-3長碳鏈系列化合物 53 2-2-4 螢光量子產率與生命期 56 2-3 1OH-3OH之變溫電子光譜 56 2-3-1 變溫吸收光譜 57 2-3-2變溫放光光譜 61 2-3-3 OH系列之Φf & ΦZE 67 2-4化合物聚集引致發光 (AIE)測試 68 2-4-1OMe系列 68 2-4-2 CN-D1A16及CN-D8A1之AIE測試 70 2-5 螢光探針潛力之測試 71 第三章 結論 73 第四章 實驗儀器與方法 74 4-1實驗藥品及溶劑 74 4-2. 化合物結構鑑定 76 4-2-1高磁場核磁共振儀 (Nuclear Magnetic Resonance,400 MHz): Bruker AVANCE 400 MHz 76 4-2-2紅外線吸收光譜儀 (FT-Infrared Spectrometer): Varian 640-IR FT-IR; Thermo Scientific Nicolet iS5 FT-IR 76 4-2-3高解析度質譜儀 (High Resolution MASS): 76 4-2-4 X-光單晶繞射儀 (X-ray Single Crystal Diffractometer): Siemens SMART ApexCCD SXRD equipped with Cryostream 600 77 4-2-5溶點測定儀: MEL-TEMPⅡ 77 4-3 化合物光物理光化學性質測量 77 4-3-1紫外光/可見光吸收光譜儀 (Ultraviolet/Visible Spectrophotometer);VARIAN Cary300 Bio型 77 4-3-2螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrometer): Edinburgh FLS920 78 4-3-3螢光量子產率的測量步驟 79 4-3-4 聚集引致發光測量步驟 79 4-3-5 螢光異構化量子產率測量方法 80 4-4溶劑純化系統: SPBT-103 of LC Technology Solution Inc equipped with SP-505 column 81 4-5高效能液相層析儀 (High-Performance Liquid Chromotography) 81 4-6 β-amyloid 染料測試 82 4-7化合物之合成步驟 82 第五章 參考資料 97 附圖 103 圖目錄 圖1- 1 賈布朗斯基圖 (Jablonski diagram)1 1 圖1- 2 正型溶致變色 (a)與負型溶致變色 (b)現象示意圖 4 圖1- 3 光化學反應 (a)azobenzene之異構化反應 (b) diarylethene derivatives之合環反應3 5 圖1- 4 二苯乙烯的位能與雙鍵轉動的角度關係圖4 6 圖1- 5 螢火蟲體內螢光素放光機制8 8 圖1- 6 GFP放光機制9 8 圖1- 7 GFP及其發光團11 9 圖1- 8 GFP發光團形成之反應機制12 10 圖1- 9 GFP用於線蟲基因表達追蹤13 11 圖1- 10 以GFP為模板利用基因改造出不同顏色的發光蛋白14a 11 圖1- 11 GFP發光團-p-HBDI 12 圖1- 12 GFPc在綠螢光蛋白內的分子網絡16 13 圖1- 13 p-HBDI可能產生的扭轉形式 (a)在兩性離子狀態 (b)在中性狀態 (c)陰離子狀態 14 圖1- 14 鎖式結構16-21 16 圖1- 15 (a) Cacciarini團隊利用環糊精修飾GPFc24 (b) Forgues團隊將GFPc修飾上疏水性長碳鏈產生AIE效應27 17 圖1- 16 Zhu團隊將GFPc修飾兩親聚合物25 17 圖1- 17 電子效應例子26-28 18 圖1- 18本實驗室GFPc發展沿革 20 圖1- 19 m-ABDI在乙腈的去活化路徑33 20 圖1- 20 m-ABDI在甲醇的去活化路徑33 21 圖1- 21 p-ABDI在乙腈(黑色實線)甲醇(紅色虛線)的去活化路徑34 22 圖1- 22 OH與OMe系列化合物 23 圖1- 23 (a) 1OH與2OH之氫鍵去活化數速率常數圖。32 (b) 3OH與1OH、2OH之氫鍵去活化數速率常數比較圖。35 23 圖1- 24 (a)1OH(b)2OH(c)3OH化學利用式1-3進行非線性擬合圖35 24 圖1- 25 (a) 1OH (b) 2OH (c) 3OH 利用VT- NMR實驗所推測最有可能之模型 25 圖1- 26 修飾長碳鏈的GFPc m-D1A16及m-D8A1 27 圖1- 27 (a) m-D1A16及 (b) m-D8A1在水與甲醇不同比例狀態下之螢光圖36 27 圖1- 28 DMABN吸收與放光光譜圖38 28 圖1- 29 Lippert 團隊所提出來之DMABN雙重螢光示意圖 28 圖1- 30 DMABN之 (a)TICT示意模型 (b)能階示意圖41 29 圖1- 31 DMABN 平面醌類型構型 30 圖1- 32 類GFPc做為雙股螺旋DNA的偵測44 31 圖1- 33類GFPc作為鋅離子的偵測20 31 圖1- 34類GFPc作為人血清白蛋白的偵測46 32 圖1- 35類GFPc藉由相轉換聚合物的結合作為嗜熱細菌的偵測26 32 圖1- 36各種類GFPc作為細胞膜狀胞器染劑的應用36, 45, 47-48 32 圖1- 37 ThT嵌入類澱粉樣變異蛋白纖維示意圖53 36 圖1- 38 Aβ纖維的螢光探針52 37 圖1- 39 m-DMABDI (a)激發態電荷分離式意圖及苯環取代基編號 (b)激發態之雙鍵部分分離式意圖 (c)修飾拉電子基後之能階示意圖 38 圖1- 40 本文之GFPc 命名,CN-D1A1、CN-D8A1及CN-A1A16 38 圖2- 1 Niwa團隊的合成方法12 40 圖2- 2 Tolbert團隊的合成機制55 41 圖2- 3 m-DMABDI直接進行取代成CN取代基路徑 41 圖2- 4 2-氰基-4-二甲基胺苯甲醛之合成路徑 42 圖2- 5 利用Niwa合成方式欲合成GFPc 43 圖2- 6 利用Tolbert合成路徑合成目標產物 44 圖2- 7 CN-D1A1之X-ray (a)堆積單元、(b)堆疊狀態;m-DMABDI之 X-ray (c)堆積單元、(d)堆疊狀態 45 圖2- 8 化合物3OH及3OMe合成路徑圖 47 圖2- 9 DMABN在不同溶劑下之吸收及放光光譜 48 圖2- 10 m-DMABDI在不同溶劑下之吸收及放光光譜 49 圖2- 11 CN-D1A1在不同溶劑下之吸收光譜 50 圖2- 12 CN-D1A1在正己烷為溶劑下不同激發波長之放光光譜 52 圖2- 13 CN-D1A1 在不同溶劑下之放光光譜 52 圖2- 14 氰基取代導致激發態極性減弱示意圖 52 圖2- 15 CN-D1A1之(a)吸收(b)放光光譜;CN-D1A16之(c)吸收(d)放光光譜;CN-D8A1之(e)吸收(f)放光光譜 54 圖2- 16 (a)1OMe、(b)2OMe、(c)3OMe之變溫吸收光譜圖,溶劑為甲基環己烷 58 圖2- 17 (a)1OH、(b)2OH、(c)3OH之變溫吸收光譜圖,溶劑為甲基環己烷 59 圖2- 18 (a)1OH、(b)2OH、(c)3OH 變溫吸收光譜推測之可能形成分子間氫鍵模型 60 圖2- 19 (a)1OMe、(b)2OMe、(c)3OMe變溫放光光譜圖,溶劑為甲基環己烷 62 圖2- 20 (a)1OH、(b)2OH、(c)3OH變溫放光光譜圖,溶劑為甲基環己烷 63 圖2- 21 (a)1OMe (b)2OMe (c)3OMe正規化變溫放光光譜,溶劑為甲基環己烷 65 圖2- 22 (a)1OH、(b)2OH、(c)3OH正規化變溫放光光譜,溶劑為甲基環己烷 66 圖2- 23 (a)1OMe、(b)2OMe、(c)3OMe之AIE測試放光光譜圖溶劑為四氫呋喃/水的混合溶液,百分比顯示水的比例 69 圖2- 24 (a) CN-D1A16與 (b) CN-D8A1在四氫呋喃/水混合溶液的AIE測試,(c) CN-D1A16與 (d) CN-D8A1在甲醇/水混合溶液的AIE測試。標籤為水的比例。 71 圖2- 25 β-Amyloid 測試選用之GFPc結構式 72 圖2- 26 β-Amyloid 測試結果 (a) 六種GFPc探針 (b) CN-D1A16之控制組測試 72 表目錄 表1- 1 1OH、2OH和3OH的在不同溫度時有無氫鍵之比例表35 25 表1- 2螢光技術用於類澱粉樣變異蛋白偵測52 35 表2- 1 m-DMABDI、m-D1A16、m-D8A1與CN-D1A1、CN-D1A16、CN-D8A1之光學數據表 55 表2- 2 OMe及OH系列之螢光量子產率及異構化量子產率 67 表2- 3 OMe系列化合物與長碳鏈化合物之分子量及分配係數比較表 70 表4- 1實驗所使用之藥品清單 74 表4- 2實驗所使用之溶劑清單 75 附圖目錄 附圖 一 化合物CN-D1A1之X-ray 結晶結構圖 104 附圖 二 化合物CN-D1A1之X-ray 結晶結構圖 (1) 105 附圖 三 化合物CN-D1A1之X-ray 結晶結構圖 (2) 106 附圖 四 化合物CN-D1A1之X-ray 結晶結構圖 (3) 107 附圖 五 化合物CN-D1A1之X-ray 結晶結構圖 (4) 108 附圖 六 化合物2之1H NMR光譜圖 109 附圖 七 化合物3之1H NMR光譜圖 110 附圖 八 化合物3之13C NMR光譜圖 111 附圖 九 化合物3之 IR光譜圖 112 附圖 十 化合物4之1H NMR光譜圖 113 附圖 十一 化合物4之13C NMR光譜圖 114 附圖 十二 化合物4之IR光譜圖 115 附圖 十三 化合物5之1H NMR光譜圖 116 附圖 十四 化合物5之13C NMR光譜圖 117 附圖 十五 化合物5之IR光譜圖 118 附圖 十六 化合物6之1H NMR光譜圖 119 附圖 十七 化合物6之13C NMR光譜圖 120 附圖 十八 化合物6之IR光譜圖 121 附圖 十九 化合物7之1H NMR光譜圖 122 附圖 二十 化合物8之1H NMR光譜圖 123 附圖 二十一 化合物9之1H NMR光譜圖 124 附圖 二十二 化合物9之13C NMR光譜圖 125 附圖 二十三 化合物9之IR光譜圖 126 附圖 二十四 化合物10之1H NMR光譜圖 127 附圖 二十五 化合物10之13C NMR光譜圖 128 附圖 二十六 化合物10之IR光譜圖 129 附圖 二十七 化合物11之1H NMR光譜圖 130 附圖 二十八 化合物11之13C NMR光譜圖 131 附圖 二十九 化合物11之IR光譜圖 132 附圖 三十 化合物12之1H NMR光譜圖 133 附圖 三十一 化合物12之13C NMR光譜圖 134 附圖 三十二 化合物12之IR光譜圖 135 附圖 三十三 化合物CN-D1A1之1H NMR光譜圖 136 附圖 三十四 化合物CN-D1A1之13C NMR光譜圖 137 附圖 三十五 化合物CN-D1A1之IR光譜圖 138 附圖 三十六 化合物CN-D1A16之1H NMR光譜圖 139 附圖 三十七 化合物CN-D1A16之13C NMR光譜圖 140 附圖 三十八 化合物CN-D1A16之IR光譜圖 141 附圖 三十九 化合物CN-D8A1之1H NMR光譜圖 142 附圖 四十 化合物CN-D8A1之13C NMR光譜圖 143 附圖 四十一 化合物CN-D8A1之IR光譜圖 144 附圖 四十二 化合物1OMe之1H NMR光譜圖 145 附圖 四十三 化合物17之1H NMR光譜圖 146 附圖 四十四 化合物3OMe之1H NMR光譜圖 147 附圖 四十五 化合物3OH之1H NMR光譜圖 148 附圖 四十六 化合物3之HRMS質譜圖 149 附圖 四十七 化合物4之HRMS質譜圖 150 附圖 四十八 化合物5之HRMS質譜圖 151 附圖 四十九 化合物6之HRMS質譜圖 152 附圖 五十 化合物9之HRMS質譜圖 153 附圖 五十一 化合物10之HRMS質譜圖 154 附圖 五十二 化合物11之HRMS質譜圖 155 附圖 五十三 化合物12之HRMS質譜圖 156 附圖 五十四 化合物CN-D1A1之HRMS質譜圖 157 附圖 五十五 化合物CN-D1A16之HRMS質譜圖 158 附圖 五十六 化合物CN-D8A1之HRMS質譜圖 159 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 類綠螢光蛋白發光團的取代基效應對發光性質影響之研究 | zh_TW |
dc.title | Substituent Effects on the Photoluminescence Properties of Green Fluorescence Protein-Like Chromophores | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 103-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 陳振中(Chun-Chung Chan),鄭原忠(Yuan-Chung Cheng) | |
dc.subject.keyword | 綠色螢光蛋白發光團,取代基效應, | zh_TW |
dc.subject.keyword | GFP,green fluorescence protein-like chromophores,substituent effect, | en |
dc.relation.page | 159 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2015-07-24 | |
dc.contributor.author-college | 理學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 化學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 化學系 |
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