天然小凹槽試劑Distamycin及Netropsin被報導為其對於DNA小凹槽上之鹼基對具有極強的鍵結能力，然而此種化合物僅對於鹼基對－腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)具有專一選擇性。為了讓小凹槽試劑足以辨識DNA上更多不同之鹼基片段以應用於藥物化學上，過去幾十年來，科學家主要透過不同芳香環之修飾以使其對於胞嘧啶(C)、鳥糞嘌呤(G)鹼基對亦有辨識能力，卻鮮少藉由改變架橋官能基的方式以達成此目的之相關研究。
　　本實驗室學長利用偶氮耦合反應(azo-coupling reaction)，首次成功將偶氮官能基(diazene)作為架橋，引入以天然物Distamycin為模板所構成之小凹槽試劑之末端吡咯(pyrrole)環間，成功增加了試劑本身對於G-C鹼基對之辨識能力。而本論文則更進一步致力於克服合成上之困難，試圖將所有吡咯環間之架橋皆修飾成偶氮官能基，建構出僅與G-C鹼基對進行鍵結之小凹槽試劑。
　　在本論文中，主要嘗試兩種不同合成方法以應用於修飾小凹槽試劑吡咯環間架橋為偶氮官能基：（一）建立出具有亞硝基官能基（nitroso group）之芳香環化合物，試圖與氨基吡咯化合物進行縮合反應(condensation)，(二)建立出在胺端上具有不同拉電子官能基（electron-withdrawing group）之3-氨基-N-甲基吡咯化合物並與重氮鹽(diazonium)吡咯化合物進行偶氮耦合反應。
　　雖最後我們所合成出之化合物並不符合傳統小凹槽試劑之新月形構型(cresent shape)，而我們仍合成出一系列前端具有不同芳香環官能基之化合物。並與小牛胸腺DNA進行DNA熔點實驗，初步發現此類化合物比起具醯胺架橋且為傳統構型之小凹槽試劑與DNA鹼基對有更好之結合能力，足以成為一新型小凹槽試劑。

Natural products Distamycin and Netropsin, an oligopyrrole-amide have been reported to bind strongly with the A-T base pairs on the DNA minor groove. In order to allow specific base pair recognition for more diverse duplex DNA sequences, whereby promoting their potential applications as genomic drugs in the pharmaceutical chemistry, much research has centered on the modification of the pyrrole ring to make them G-C selective and improve binding affinity.
　　Less work have focused on changing the bridging amide functional group to achieve DNA sequence specificity and binding affinity. The first bridging azo functional group has been introduced to interconnect the pyrrole rings as model compound of Distamycin has been reported by our lab, and was found to successfully increase the recognition ability for G-C base pairs. In this thesis, we dedicate our effort to overcome the difficulties encounter during the previous synthesis of, and try to synthesize multiple azo- linkage between the pyrrole rings.
　　Finally, although the attempt failed, we have incorporated the amide-pyrrole with the azo group, but having a configuration somewhat inconsistent with the traditional crescent-shaped minor groove DNA binding agents. Preliminary DNA melting temperature assay studies with calf thymus DNA found that this kind of compounds have a better ability to stabilize the duplex DNA.

目錄
第一章　緒論-1
1-1　DNA簡介-1
1-2　小凹槽試劑應用於抗癌藥物之潛力-2
1-3　小凹槽鍵結試劑與DNA之作用-4
1-3-1　小凹槽試劑作用原理-4
1-3-2　DNA鹼基對與小凹槽試劑之結合點位探討-6
1-4　聚醯胺類小凹槽鍵結試劑與鹼基對間鍵結模式-7
1-4-1　天然小凹槽試劑對於鹼基對之選擇性-7
1-4-2　合成小凹槽試劑對於G/C鹼基對之選擇性-9
1-4-3　利用配對法則調控小凹槽試劑對於鹼基序列之選擇性-13
1-5　置換小凹槽試劑醯胺架橋之探討-19
1-5-1　具烷基架橋之小凹槽試劑-20
1-5-2　具烯基架橋之小凹槽試劑-22
1-5-3　具偶氮架橋之小凹槽試劑-24
第二章　新型具偶氮架橋之小凹槽試劑設計與合成探討-29
2-1　合成動機-29
2-2　合成具偶氮架橋之Distamycin衍生物-31
2-2-1　利用縮合反應製備小凹槽試劑之偶氮架橋-31
2-2-1-1　4-氨基-N-甲基吡咯前驅物製備-33
2-2-1-2　2-氨基-4-硝基-N-甲基吡咯前驅物製備-35
2-2-1-3　縮合反應應用於製備吡咯間偶氮架橋-37
2-2-2　利用偶氮耦合反應製備小凹槽試劑之偶氮架橋-39
2-2-2-1　N-甲基吡咯與不同偶氮鹽進行二次親電取代反應-40
2-2-2-2　利用已修飾之吡咯化合物進行偶氮耦合反應-43
2-3 結果與討論-59
2-3-1 初步性質測試-59
2-3-2 結論-64
第三章　化合物合成之實驗步驟-66
第四章　參考文獻-96


圖目
圖 一　DNA雙股螺旋結構示意圖[1]-2
圖 二　Tallimustine與Brostallicin 結構示意圖-4
圖 三　天然小凹槽試劑Distamycin與Netropsin-5
圖 四　鹼基間氫鍵配對結構示意圖-6
圖 五　Netropsin與特定DNA序列結合示意圖-7
圖 六　Distamycin與5’-AATTT-3’鹼基序列以2:1模式結合示意圖-8
圖 七　合成小凹槽試劑Lexitropsin結合於d(G‧C)3(A‧T)1序列示意圖-10
圖 八　引入吡啶芳香環之小凹槽試劑-11
圖 九　2-PyN對於5’-TGTCA-3’鹼基序列以2:1模式結合示意圖-12
圖 十　Lexitropsin系列化合物與G/C鹼基鍵結示意圖[9]-13
圖 十一　四種不同芳香環配對之髮夾形化合物-14
圖 十二　髮夾形化合物對於特定鹼基序列之鍵結與結合強度示意圖[10]-15
圖 十三　不同芳香環排序之髮夾形化合物區別相似鹼基序列示意圖[11]-16
圖 十四　具3-羥基吡咯環之髮夾形小凹槽試劑-17
圖 十五　化合物(1)、(2)與A/T、T/A鹼基序列結合偏好示意圖[13]-18
圖 十六　具酮基、氨基架橋之Isolexin化合物及烯基架橋之Vinylexin化合物-20
圖 十七　醯胺架橋與具烷基架橋之多芳香環化合物-21
圖 十八　全醯胺架橋化合物(1)與具烷基較柔軟化合物(2)分子模型示意圖[17]-22
圖 十九　具烯基架橋(1)與全醯胺架橋(2)之Distamycin類似物-23
圖 二十　具偶氮及烯基架橋系列化合物-24
圖 二十一　喹啉與苯環間具不同架橋之小凹槽試劑分子疊合圖[19]-26
圖 二十二　利用偶氮耦合反應合成Distamycin類似物-26
圖 二十三　具偶氮架橋化合物於特定波長光照下對於DNA切割能力示意圖[20]-28
圖 二十四　合成新型具偶氮架橋小凹槽試劑目標示意圖-30
圖 二十五　目標產物之逆合成分析-33
圖 二十六　2-偶氮吡咯化合物作為親核基及2-氨基吡咯製備之偶氮鹽-40
圖 二十七　合成4-硝基(氨基)-2-偶氮吡咯化合物應用於目標產物-43
圖 二十八　推測偶氮化合物(12)無法進行硝化反應之原因-45
圖 二十九　3-氨基吡咯進行偶氮耦合反應之區域選擇性探討-47
圖 三十　化合物(18)與已知化合物之300 Hz NMR光譜圖比較-49
圖 三十一　具Boc保護之3-氨基吡咯化合物(15)與三氯乙醯氯之反應途徑-50
圖 三十二　更換後之目標產物製備方向並將其異構化-53
圖 三十三　前端具醯胺架橋之最終目標產物-55
圖 三十四　DNA熔點測定過程中溫度與紫外光吸收強度變化示意圖-59
圖 三十五　本論文所合成之化合物與實驗室先前合成過化合物之Tm圖-63
圖 三十六　推測本論文所合成化合物與特定DNA鹼基序列結合-65

表目
表 一　化合物(1)、(2)對於特定鹼基序列之平衡解離常數-18
表 二　化合物(1)、(2)對於不同長度鹼基序列之結合常數(單位：M-1)-21
表 三　化合物(1)、(2)對於A,T-rich與G,C-rich鹼基序列之結合常數-23
表 四　偶氮、烯基系列化合物對於特定序列DNA寡聚物之ΔTm(°C)-25
表 五　具不同取代基吡咯化合物2號氫原子之化學位移-52
表 六　本論文所合成化合物之DNA熔點測定-61
表 七　實驗室先前合成過化合物之DNA熔點測定-62

流程目
流程 一　Ueno團隊合成聚偶氮苯流程圖-32
流程 二　測試偶氮芳烴製備條件-32
流程 三　N-甲基-4-硝基吡咯(3)製備-34
流程 四　4-氨基吡咯化合物(8)製備-34
流程 五　Liu團隊發表文獻中選擇性還原雙硝基吡咯化合物-35
流程 六　3-硝基吡咯化合物(9)製備-36
流程 七　2,4-雙硝基吡咯化合物(11)製備及其副產物-36
流程 八　2,4-雙硝基吡咯化合物(11)製備及其副產物-37
流程 九　2,4-雙硝基吡咯化合物(11)無法選擇性氫化及上乙醯基保護-38
流程 十　4-氨基吡咯化合物(8)與亞硝基芳烴進行縮合未果-39
流程 十一　Dophin團隊合成2,5-雙偶氮吡咯化合物 -40
流程 十二　2-偶氮吡咯化合物(12)與經過二次親電反應化合物(13)製備-41
流程 十三　Gribble團隊於2007年已證實無法還原2-硝基吡咯化合物(10)-42
流程 十四　3-硝基吡咯化合物(9)作為親核基進行偶氮耦合反應-44
流程 十五　嘗試偶氮化合物(12)之硝化反應-44
流程 十六　具Boc保護之3-氨基吡咯化合物(15)製備-46
流程 十七　具Boc保護之3-氨基吡咯偶氮化合物(16)製備-46
流程 十八　去除Boc保護得到3-氨基-2-偶氮吡咯化合物(17)-47
流程 十九　製備具Boc保護之3-氨基-2-羧酸吡咯驗證其反應之區域選擇性-48
流程 二十　具乙醯(19)與對甲苯磺醯保護基(20)之3-氨基吡咯化合物製備-51
流程 二十一　不同保護基之3-氨基-2-偶氮吡咯化合物製備-51
流程 二十二　化合物(17)行偶氮耦合反應得到已脫氨偶氮化合物(12)-54
流程 二十三　具靜電基之4-硝基(23)與4-氨基(24)吡咯化合物製備-55
流程 二十四　具Boc保護之3-氨基-2-偶氮吡咯化合物製備-56
流程 二十五　不同芳香環具醯胺及偶氮架橋之最終產物製備-58

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