Základná hodnotakyselina fenylborónováspočíva v jeho jedinečných prázdnych orbitáloch atómu bóru s nedostatkom elektrónov-, ktoré mu umožňujú podstúpiť reverzibilnú kovalentnú väzbu s molekulami obsahujúcimi cis diolové štruktúry (ako je glukóza). Táto zdanlivo jednoduchá chemická vlastnosť sa stala základným kameňom modernej technológie kontinuálneho monitorovania glukózy - nahrádza tradičnú enzymatickú metódu a dosahuje dlhodobé- stabilné dynamické snímanie glukózy v tkanivovej tekutine bez častej kalibrácie. Okrem lekárskej oblasti je to tiež jemný „molekulárny kľúč“: v systémoch dodávania liekov môže inteligentne uvoľňovať lieky v reakcii na zmeny hladiny cukru v krvi; v materiálovej vede konštruuje samo{5}}opravujúce sa dynamické kovalentné siete; v chemickej biológii sa používa na zachytávanie a analýzu glykoproteínov. Kyselina fenylborónová preto nie je len chemická molekula, ale aj univerzálny molekulárny nástroj, ktorý spája chémiu, biológiu a vedu o materiáloch a premieňa mikroskopické rozpoznávacie správanie na makroskopické inteligentné funkcie.
|
Chemický vzorec |
C6H7BO2 |
|
Presná hmotnosť |
122 |
|
Molekulová hmotnosť |
122 |
|
m/z |
122 (100.0%), 121 (24.8%), 123 (6.5%), 122 (1.6%) |
|
Elementárna analýza |
C, 59.10; H, 5.79; B, 8.87; O, 26.24 |
|
|
|
Diabetes je metabolické ochorenie s viacerými príčinami, charakterizované chronickou hyperglykémiou, sprevádzanou metabolickými poruchami cukrov, tukov a bielkovín spôsobených sekréciou inzulínu a/alebo funkčnými poruchami. U pacientov s cukrovkou závislou od inzulínu je potrebná-dlhodobá subkutánna injekcia inzulínu, v dôsledku čoho je tolerancia liečby veľmi nízka. Samoregulačný systém podávania inzulínu snímajúci hladinu glukózy v krvi môže upraviť množstvo uvoľneného inzulínu podľa koncentrácie glukózy v krvi, čím sa zvýši tolerancia liečby a zabráni sa výskytu hypoglykémie. Je to ideálny spôsob podávania.
Môže tvoriť komplex s glukózou, takže v posledných rokoch bol zavedený do systému nosiča liečiva ako monomér reagujúci na koncentráciu glukózy, aby sa autonómne regulovalo uvoľňovanie inzulínu. Inzulín bol glykozylovaný a viazaný na gélové mikroguľôčky obsahujúce 4 % (mol). Keď je prítomná glukóza, glykozylovaný inzulín odpadáva v dôsledku jeho kompetitívnej substitúciekyselina fenylborónovástránky.
Zistili, že malá zmena koncentrácie glukózy by viedla k rýchlemu uvoľneniu inzulínu a mohla by dosiahnuť pulzné uvoľnenie so zmenou pulzovej koncentrácie glukózy. Zavedenie aminoskupín do fenylborónového gélu môže zvýšiť stabilitu fenylborónových iónov, zvýšiť počet fenylborónových komplexov za fyziologických podmienok pH, zvýšiť zaťaženie inzulínom a reagovať na uvoľňovanie glukózy až na 120 hodín.
Takmer všetky biologické bunkové membrány obsahujú glykozylované látky, ako sú glykolipidy alebo glykoproteíny, s rôznym počtom hydroxylových skupín (napríklad gangliozidy sú ceramidy s rôznym počtom cukrových zvyškov), takže s nimi majú väzbové miesta. Táto vlastnosť spôsobuje, že aplikácia PBA v tkanivovom inžinierstve je stále viac znepokojená. Študovalo sa väzbové správanie PAPBA s kyselinou acetylneuramínovou JV (Neu5Ac, kyselina sialová) v roztokoch s rôznym pH.
Výskum ukazuje, že vďaka C má 5-pozícia aminoskupiny stabilný účinok na atóm bóru. Pri fyziologickej hodnote pH 7-4 je väzbová konštanta PAPBA a Neu5Ac 7-krát vyššia ako väzbová konštanta PAPBA a glukózy.
Znamená to, že Neu5Ac môže byť hlavným receptorom v interakcii medzi nimitoa biofilm. Poly (L) bol ňou očkovaný a polyetylénglykolový (PEG), respektíve lyzínový (PLL) skelet. PBA, ako väzbové miesto kopolyméru, sa môže viazať na cis hydroxylové skupiny na receptoroch, ako sú glykolipidy a glykoproteíny na biofilme, zatiaľ čo PEG je neväzbové miesto
Bod, môže zabrániť väzbe cudzieho lektínu a protilátky. Úpravou obsahu PBA a PEG v kopolyméri sa môže stabilne naviazať na bunku a vytvoriť ochrannú vrstvu PEG mimo bunky. Preto sa tento kopolymér môže použiť na zabránenie agregácie buniek spôsobenej adhéziou protilátok na červené krvinky po transfúzii krvi a tiež na zabránenie adhézie neutrofilov na vaskulárne endotelové bunky po reperfúzii.
Môže spolupracovať s polyhydroxyzlúčeninami, vďaka čomu má mnoho aplikácií pri separácii biologických látok. Pri chromatografickej separačnej metóde je zavedenie tzv ich monoméru do stacionárnej fázy má dobrý separačný účinok na polysacharidy, glykolipidy, nukleotidy a iné látky. Homogénne porézne častice, ktoré ho obsahujú, s veľkosťou častíc približne 10 um boli pripravené "viac-krokovou mikrosuspenznou polymerizáciou". Adsorpčné a desorpčné správanie B. nikotínamid adenín dinukleotidu (~NAD) pre dihydroxyzlúčeniny sa skúmalo s jeho použitím ako modelovej molekuly.
Jednotné častice môžu byť použité ako stacionárna fáza afinitnej vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie na zlepšenie prietokových parametrov a separačnej účinnosti chromatografickej kolóny, pri ktorej sa očakáva použitie na separáciu a stanovenie glykoproteínov v plazme. Môže byť tiež zavedený do membránovej separácie. Možnosť oddelenia fruktózy z fermentačnej nádrže pomocou podpornej tekutej membrány obsahujúcejtobol študovaný monomér. Zistilo sa, že selektívny separačný koeficient membrány z dutých vlákien pre fruktózu/glukózu by mohol dosiahnuť 20. Hoci stabilitu a prietokovú rýchlosť membrány treba ďalej zlepšovať, membrána má stále dobré vyhliadky na použitie.
Uvádza sa, že bol zavedený do senzora na kvantitatívnu detekciu polysacharidov a iných hydroxylových látok. On a ďalšie monoméry sa používajú na vytvorenie filmu na povrchu zlatej elektródy. Kedykyselina fenylborónovázlučuje s cukrami v roztoku, mení sa elektrolytická vlastnosť filmu, čo spôsobuje zmeny v prúde a táto zmena súvisí s koncentráciou cukrov, čo sa dá použiť na kvantitatívnu detekciu polysacharidov. Okrem toho merkaptánové zlúčeniny, ktoré ich obsahujú, boli syntetizované a zostavené na zlatom povrchu, aby vytvorili samo-zostavený film TGA-PBA/Au, ktorý môže dosiahnuť vysokú citlivosť detekcie monosacharidov.
Na druhej strane sa zavedie do gélového substrátu a pozoruje sa hologram systému: keď sa s ním spojí glukóza a iné látky, gél sa roztiahne, čo vedie k červenému posunu difrakčnej vlnovej dĺžky hologramu. Táto vlastnosť môže byť použitá na kvantitatívne zistenie koncentrácie glukózy. Systém možno použiť na-monitorovanie rastu buniek v reálnom čase. Ak sa biokompatibilné materiály používajú ako gélové substráty, môžu sa použiť ako selektívne holografické senzory na koncentráciu glukózy v telesných tekutinách. Ak sa zavedie fluorescenčná skupina dotojeho väzbové správanie s glukózou a inými látkami povedie k zmenám vo fluorescencii. Na základe tejto vlastnosti možno navrhnúť citlivejšiu fluorescenčnú metódu na detekciu glukózy a iných látok.
V tejto oblasti bolo vykonaných veľa štúdií a súvisiacich recenzií. Keďže koncentrácia glukózy v krvi je veľmi dôležitá pre diagnostiku a liečbu cukrovky, mnohí výskumníci sa zaviazali vyvinúť neinvazívne techniky, ktoré dokážu nepretržite monitorovať koncentráciu glukózy v krvi v tele. Existujúce šošovky, ktoré boli optimalizované na prispôsobenie zraku a priepustnosť kyslíka, sú zabudované vo vode-rozpustnýchkyselina fenylborónováderiváty obsahujúce fluorescenčné skupiny. Takto vyrobená šošovka dokáže rýchlo a neškodne zistiť koncentráciu glukózy v slzách a následne získať koncentráciu glukózy v krvi. Preto je ideálnym nástrojom na-monitorovanie koncentrácie glukózy v krvi pacientov s cukrovkou v reálnom čase.
Spôsob prípravy: hlavná technická schéma je: príprava PBA zahŕňa dva kroky: príprava Grignardovho reakčného roztoku a jeho príprava z reakčného roztoku V druhom kroku sa tributylborát používa ako náhrada trimetylborátu v starom procese, takže výťažok produktu môže dosiahnuť aspoň 60 %; V reakčnom procese sa tributylborát hydrolyzuje kyselinou za vzniku butanolu. Pretože jeho bod varu je oveľa vyšší ako u tetrahydrofuránu, možno ho efektívne destilovať a separovať a tetrahydrofurán, ktorý odstránil butanol, možno spracovať. Môže byť opätovne použitý na jeho syntézu, čím sa šetria suroviny a znižujú sa výrobné náklady produktu o viac ako 50%. Použitie tohto procesu na výrobu má výhody vysokej účinnosti produktu a nízkych výrobných nákladov.
PBA je organická zlúčenina obsahujúca bór s molekulovým vzorcom C₆H7BO₂ a molekulovou hmotnosťou 121,93. Vo svojej bielej romboedrickej kryštálovej štruktúre sa atómy bóru hybridizujú s sp ² a vytvárajú planárnu trojuholníkovú konformáciu obsahujúcu prázdny orbitál p, čo mu dáva jedinečnú Lewisovu kyslosť. Táto zlúčenina preukázala rozsiahlu aplikačnú hodnotu v organickej syntéze, materiálovej vede, biomedicíne a iných oblastiach a jej chemické vlastnosti možno systematicky zhrnúť takto:
|
|
|
|
|
pKa PBA je približne 8,8 a v jeho vodnom roztoku je dynamická rovnováha: pri pHpKa sa atómy bóru spoja s hydroxidovými iónmi za vzniku sp 3 hybridizácie, čím sa generujú tetraedrické boritanové anióny, ktoré vykazujú hydrofilnosť. Tento konformačný prechod reagujúci na pH je základom pre konštrukciu inteligentných materiálov, ako je napríklad vlastná-montáž a demontážkyselina fenylborónováobsahujúce polyméry možno dosiahnuť úpravou hodnoty pH roztoku.
PBA môže vytvárať reverzibilné borónové esterové väzby so zlúčeninami obsahujúcimi cis dihydroxyskupiny, ako je glukóza, polyvinylalkohol, katechol atď. Reakčný mechanizmus zahŕňa koordináciu prázdnych orbitálov atómov bóru s osamelými párovými elektrónmi hydroxylových kyslíkových atómov, čím sa vytvorí päť alebo šesťčlenná cyklická štruktúra. Stabilita esterových väzieb je regulovaná hodnotou pH: v alkalických podmienkach reagujú borátové anióny s dihydroxyskupinami za vzniku stabilných esterových väzieb; V kyslých podmienkach štiepenie esterovej väzby uvoľňuje substráty. Okrem toho kompetitívne dihydroxy zlúčeniny v systéme môžu nahradiť už vytvorené esterové väzby, čo sa používa na vývoj systémov dodávania inzulínu reagujúcich na glukózu.
V oblasti vedy o materiáloch poskytujú dynamické kovalentné vlastnosti boritanových esterových väzieb hydrogélom samoliečiacu schopnosť. Napríklad polyvinylalkoholový hydrogél obsahujúci PBA sa môže po zlomenine spontánne rekonštituovať a miera obnovy jeho mechanických vlastností môže dosiahnuť viac ako 90 %, čo poskytuje nový nápad na vývoj bionických kožných materiálov.
PBA vykazuje vysokú reaktivitu voči reaktívnym druhom kyslíka (ROS). Ak vezmeme ako príklad peroxid vodíka, jeho oxidačný mechanizmus zahŕňa: nukleofilný útok ROS na prázdne orbitaly atómu bóru spúšťa preskupenie elektrónov, pričom vznikajú peroxidové medziprodukty, po ktorých nasleduje hydrolýza na odstránenie skupín kyseliny boritej. Táto vlastnosť sa používa na konštrukciu nosičov liekov reagujúcich na ROS, ako sú nanočastice modifikované PBA, ktoré môžu byť špecificky degradované v mikroprostredí nádoru (koncentrácia ROS až 10 ⁻⁴ M), čím sa dosahuje presné uvoľňovanie protirakovinových liekov. Experimentálne údaje ukazujú, že tento typ nosiča má výrazne vyššiu stabilitu v normálnych tkanivách (koncentrácia ROS<10 ⁻⁷ M) than in tumor tissues.
Prázdne orbitály atómov bóru môžu vytvárať koordinačné väzby so zlúčeninami obsahujúcimi dusík-, ako je pyridín, amíny a molekuly liečiv, ako je doxorubicín. Táto interakcia sa používa na zavádzanie liečiva a vývoj systému riadeného uvoľňovania. Napríklad PBA modifikované mezoporézne nanočastice oxidu kremičitého môžu imobilizovať doxorubicín prostredníctvom koordinačných väzieb bórového dusíka s kapacitou naplnenia liečiva až do 15 % hmotn. a uvoľňovanie liečiva môže byť spustené štiepením koordinačnej väzby v kyslom prostredí nádoru. Okrem toho PBA tvorí stabilný komplex s bázami ATP adenínu (Kd ≈ 10 ⁻⁵ M), čo poskytuje molekulárny základ pre konštrukciu nanovelov reagujúcich na ATP.
Ako kľúčové činidlo v Suzukiho kopulačnej reakcii môže PBA účinne vytvárať uhlíkové uhlíkové väzby s arylhalogenidmi za katalýzy paládiom. Reakčný mechanizmus zahŕňa: oxidačnú adíciu (Pd ⁰ → Pd ² ⁺), metalizáciu (koordinácia medzi PBA a Pd ² ⁺) a redukciu elimináciu (tvorba aromatických uhľovodíkov). Za podmienok s pomocou mikrovlny- môže reakčný výťažok PBA s arylchloridom dosiahnuť 92 % a reakčný čas sa skráti na 10 minút. Táto reakcia sa stala dôležitým nástrojom na syntézu molekúl liečiva (ako je protirakovinové liečivo imatinib), materiálov z tekutých kryštálov a funkčných polymérov.
PBA má vysokú selektívnu schopnosť rozpoznávať biomolekuly obsahujúce cis dihydroxy skupiny. Povrch nádorových buniek vysoko exprimuje kyselinu sialovú (obsahujúcu dihydroxy štruktúru kyseliny neuramínovej) a nanočastice modifikované PBA môžu špecificky zacieliť nádorové tkanivá s účinnosťou zacielenia 5,8-krát vyššou ako nemodifikované častice. Okrem toho sa dynamická kombinácia PBA a glukózy použila na vývoj systému kontinuálneho monitorovania glukózy v krvi s citlivosťou detekcie 0,1 mM a dobou odozvy kratšou ako 30 sekúnd.
Chemické vlastnostikyselina fenylborónovázahŕňajú viaceré dimenzie vrátane acid{0}}zásaditej rovnováhy, dynamickej kovalentnej chémie, redoxnej odozvy, koordinácie a katalytickej aktivity. Vďaka týmto vlastnostiam je ideálnou platformou na budovanie inteligentných systémov podávania liekov, samo-liečebných materiálov, biosenzorov a funkčných organických molekúl. S hlbším porozumením chemického mechanizmu bóru sa budú vyhliadky aplikácie PBA v presnej medicíne, materiáloch reagujúcich na životné prostredie a iných oblastiach naďalej rozširovať.
FAQ
1. Aké sú základné chemické vlastnosti kyseliny fenylborónovej?
Ide o organickú zlúčeninu bóru a jej základná charakteristika pochádza z elektrón-deficitnej povahy atómu bóru, čo mu umožňuje reverzibilne sa viazať so štruktúrami obsahujúcimi cis dioly (ako sú cukry) alebo určité funkčné skupiny dusíka. Táto vlastnosť z neho robí kľúčový nástroj na chemické snímanie a molekulárne rozpoznávanie.
2. Akú úlohu zohráva pri monitorovaní hladiny cukru v krvi?
Ide o základnú identifikačnú zložku senzorov vo väčšine systémov kontinuálneho monitorovania glukózy (CGM). Reverzibilným naviazaním glukózy v tkanivovej tekutine spôsobuje zmeny v prúdových alebo fluorescenčných signáloch, čo umožňuje meranie koncentrácie glukózy v krvi v reálnom čase -bez enzýmov{2}}, čím sa vyhýba nevýhodám tradičných enzymatických metód, ktoré sú náchylné na inaktiváciu.
3. Aké sú okrem monitorovania hladiny cukru v krvi ďalšie špičkové-aplikácie?
Zahŕňa: 1) Dodávanie liečiva: Navrhovanie "inteligentných" systémov uvoľňovania liečiva využitím jeho citlivosti na cukry; 2) Reverzibilná kovalentná chémia: Používa sa na dynamickú kovalentnú väzbu a samo{2}}opravujúce materiály; 3) Analýza a separácia glykoproteínu: Na základe jeho špecifickej schopnosti zachytávať cukrové štruktúry.
Populárne Tagy: kyselina fenylborónová cas 98-80-6, dodávatelia, výrobcovia, továreň, veľkoobchod, kúpiť, cena, hromadne, na predaj