(一) 前言
分子辨識（molecular recognition）在近年來的發展上有越來越蓬勃的趨勢。隨著 人類對於生命科學更加深入的研究了解，如金屬離子、陰離子、陽離子、醣類分子 乃至於核酸等受質，在生物體內都扮演著舉足輕重的角色，也因此擴大了分子辨識 的範疇。由於生物體內的作用機制相當複雜，藉由分子辨識的機制來了解這些分子 間的作用力，進而解開離子傳輸、生物訊息傳遞等關鍵步驟，有助於代謝的調解與 疾病的治療。因此合成人工的水溶性受體直接來進行分子辨識有其絕對的重要性。
核苷酸是由一個磷酸根、一個五碳醣和一個鹼基所組成。許多核苷酸組合成一長 條，就是去氧核醣核酸（DNA）分子，包含腺嘌呤（A）、鳥糞嘌呤（G）、胞嘧啶
（C）及胸腺嘧啶（T）四種鹼基，而核醣核酸 （ RNA ） 的組成則是腺嘌呤、鳥糞 嘌呤、胞嘧啶及尿嘧啶（U）四種鹼基。而華生−克里克的 DNA 雙股螺旋結構就是 由這些含氮鹼互相堆疊及互補吸引的氫鍵建立而成。
在許多研究指出，若是核酸中這些含氮鹼基無法與另一含氮鹼基達成密合的互補 雙鍵( mismatch )，或是形成突起( bulge )，則很有可能造成基因的突變，因此相當多 科學家急於想設計出能夠辨識特定含氮鹼基的感測分子，以便於偵測DNA 中可能引 起突變的位置，在這些含氮鹼中，我們希望設計出感測分子來選擇性辯識鳥糞嘌呤 核苷單磷酸鹽( GMP )，並增加其水溶性，以便於將來可用於體內( in vivo )測試。
在另一部份醣類分子辨識方面，醣分子不但是能量的來源，且也有實驗證實寡醣 分子在生物體內細胞與細胞聯繫及訊息傳遞中扮演著重要的地位，甚至在細胞被病 毒或細菌感染時也顯示與糖類分子辨識有直接關係，而好的醣類受體分子除了可以 當作藥物( anti-infective drugs )使用外，也可以開發成為糖的感測器，用於需要長時 間監控體內醣分子濃度的病人身上。
醣分子在生物體內的重要性已是眾所皆知，但由於醣分子本身具有多官能基及三 度空間的立體結構特性，因此在人工合成受體的設計上比起其他受質更具有挑戰 性，也正因為如此，文獻上與醣分子辨識的相關著作並不多，由於其重要性以及發 展性，所以我們希望能設計出可水溶且具辨識性的醣類受體分子，使將來也有希望 用於體內( in vivo )測試。
(二) 實驗部份
本實驗室已成功合成出針對鳥糞嘌呤衍生物具選擇性的口奈啶受體分子1， 利用口奈啶受體分子已知的三重互補氫鍵，再加上三鍵延伸共軛的苯胺達到第四 重氫鍵辨識，藉此增加與受體分子鳥糞嘌呤的結合常數，對於此方面的研究，我們 認為還有改進的空間，我們希望能夠直接於水相辨識鳥糞嘌呤核苷單磷酸鹽，而不 是僅侷限於有機相辨識鳥糞嘌呤衍生物，以便將來可用於生物體內的測試及應用。
以過往的研究為基礎，我們希望由苯胺延伸出的官能機能與核苷或單磷酸鹽產生 氫鍵吸引力，更藉此官能基使受體分子達到水溶性如圖一，進而進行水相分子辨 識。
N N functional group
Η H H
Acetonitrile, DMAP, rt, 42%
HO NHBoc
O
POCl3, pyridine
O BocHN NBoc
N N
在另一部份醣類分子辨識方面，本實驗室已成功合成出針對單醣衍生物具選擇性 的受體分子BPN2，以過為往的研究為基礎，我們亦希望由BPN 的 pyrrole 部份衍生 出具水溶性的基團如圖四，進而進行水相分子辨識。
water soluble functional group
N N
N
NH H
O OR O H
O H
HO O
H
圖四 水溶性醣類受體分子示意圖
一樣的想法我們認為引進一個酸基可以增加我們受體分子的水溶性，於是我們在 pyrrole 分子上引入一個酸基，而我們的之合成路徑如圖五。
(i) NBS, THF, −78 oC, 10 min
NH
(ii) −10−0 oC, 16 h Br Br Boc2O, NEt3, CH2Cl2, 5 h 72 % NH
N CO2Et Br
Boc N Br
Br Boc
(i) n-BuLi (1equiv), THF, −78 oC, 10 min
(ii) ethyl chloroformate, r. t. , 30 min
N CO2Et TMS Boc
H TMS
Pd(PPh3)2Cl2, CuI, 1,4-dioxane, 80 oC , NEt3
K2CO3, in MeOH
N CO2Et Boc H
N N
Cl Cl
Pd(PPh3)2Cl2, CuI, NEt3, THF, 40oC,
N N
NH HN
EtO2C CO2Et
LiOH
N N
NH HN
HO2C CO2H
圖五 醣類受體分子合成路徑
另外文獻中也有相當多的基團可以增加分子的水溶性，例如使用冠狀醚或是含胺 基分子，我們希望藉由引進不同水溶性基團，以建立一系列水溶性受體分子，而從 中找尋到適合辨識醣類分子的受體，其合成策略如圖六所表示。
N Boc
OH
TMS N
Boc Nu TMS
NuH DEAD,PPH3
K2CO3, in MeOH
N Boc
Nu H
N N
Cl Cl
Pd(PPh3)2Cl2, CuI, NEt3, THF, 40 oC
N N
NH HN
Nu Nu
NH NH
HN
HN NH H
N
H2N N
NH2
NH2 Nu =
圖六 一系列合成水溶性醣類受體分子之合成策略
(三) 未來方向
由於我們實驗室已成功合成出鳥糞嘌呤衍生物及醣類衍生物的受體分子，我們希望 保留原本受體分子與受質分子的結合孔洞以及特殊的紫外-可見光和螢光性質，並透 過衍生出的水溶性基團而使受體分子能於水相達到辨識效果，進而增加多重氫鍵辨 識效果而使結合常數大大增加，若能成功創造出水溶性受體分子，則相信將來在生 物系統內將可有相當廣泛的應用價值。
(四) 參考文獻
1. Shao-Hung Lu, Srinivasan Selvi, and Jim-Min Fang, J. Org. Chem. 2007, 72, 117–122.
2. Jim-Min Fang, Srinivasan Selvi, Jen-Hai Liao, Zdenek Slanina, Chao-Tsen Chen, and Pi-Tai Chou, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3559–3566.