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開發凝集素-苯亞硼酸修飾奈米探針輔助親和性質譜法應用於快速醣蛋白分析

醣基化是一個重要而且普遍的蛋白質轉譯後修飾。醣蛋白參與許多重要的生物功能，例如蛋白質分選(protein sorting)、免疫辨識(immune recognition)、受體結合(receptor binding)、發炎反應(inflammation)，以及致病性(pathogenicity)等。更重要的是，在體液中存在有許多醣蛋白，可以用來作為診斷和治療的依據。但由於醣蛋白中醣鏈結構的高度複雜性，導致每一種醣蛋白異構物在自然界中皆呈現相對低濃度。因此，為深入分析完整的醣蛋白質體，有效的萃取步驟是不可或缺的。如何能快速、有效率且正確的檢測醣蛋白，迄今仍面臨著極大的挑戰。為了解決這個問題，我們開發奈米探針輔助親和性質譜法(nanoprobe-based affinity mass spectrometry ; NBAMS)，集結了新設計的雙功能磁性奈米粒子以及利用飛行時間質譜法(MALDI-TOF MS)，提供快速且高效能的蛋白質萃取及鑑定。相較於傳統上個別利用凝集素或苯亞硼酸萃取醣蛋白的方式，我們設計了凝集素(lectin)-亞硼酸修飾的雙功能磁性奈米粒子(BA-lectin@MNP)。其優點在於，凝集素可提供專一性親和力，而醣鏈上的1,2-順二醇(1,2-cis diol)和苯亞硼酸(phenylboronic aicd)之間形成共價鍵結；前者能萃取特定的醣蛋白，而後者則能進一步的透過共價鍵結穩固奈米粒子與醣蛋白之間的作用力，並顯著的增進醣蛋白萃取的效果。這些功能性修飾的磁性奈米粒子在蛋白質混合物中展現專一選擇性，捕捉特定的醣蛋白。而不同的濃度之下，使用BA-lectin@MNP對於特定醣蛋白的萃取效能超越lectin@MNP 2-7倍，並為BA@MNP的6-28倍。我們發現，在凝集素上修飾苯亞硼酸可以在低濃度下增強醣蛋白萃取的效果。藉由MALDI-TOF MS的偵測，BA-lectin@MNP可萃取最低濃度到0.005 μg/μL的醣蛋白。至此，我們期望以亞硼酸修飾為主的磁性奈米粒子可以廣泛的應用於醣蛋白萃取研究，並發現臨床診斷上具有代表意義的生物標記醣蛋白。

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氧釩錯合物催化共軛加成及硫縮醛化反應之研究

第一章部份，我們報導了一種新的三氟甲磺酸氧釩VO(OTf)2催化系統，當應用於醛和酮類化合物的硫縮醛化反應 (thioacetalization)，以及縮醛類化合物 (acetals) 的交換硫縮醛化反應 (transthioacetalization) 時，對於羰官能基有很高的化學選擇性，例如醛基相對於酮基、烯酮基相對於酮基等；而且與羥基 (hydroxy)、烷氧基 (alkoxy)、醯氧基 (acyloxy)、鹵化物 (halide)、胺基 (amino)、硝基 (nitro)、酸 (acid) 和酯 (ester) 等官能基，亦俱備了多元化的相容性。除了反應可在室溫下溫和地進行外，VO(OTf)2催化劑用量大都小於10 mol%，而且可以直接使用硫醇 (thiols) 或二硫醇 (dithiols) 當作親核劑反應物，這些結果均優於一般常用的布忍斯特酸 (Brønsted acids) 或路易斯酸 (Lewis acids) 催化劑，這也揭示了對於有機合成化學將有很大的應用性與實用性。此外，苯甲醛的二硫縮醛化合物的去保護基研究，經運用我們的Ac2O/VO(OTf)2催化系統在無溶劑條件下，可直接轉換為苯甲醛的二乙酸酯 (diacetate，acylal) 化合物，亦是另一項有趣的結果。 第二章部份，我們首次報導了使用三氟甲磺酸氧釩VO(OTf)2催化劑，來促進(hetero)Michael addition反應，以形成C-X和C-C鍵的成功範例。反應性較大的含硫親核劑，進行thia-Michael addition時可獲得很高的產率，而且與羥基 (hydroxy)、烷氧基 (alkoxy)、鹵化物 (halide)、嘧啶基 (pyrimidyl) 等官能基均有很好的相容性。反應性較弱的含氧、含氮親核劑，例如醇 (alcohols)、醯胺 (amides) 和磺酸鹽 (sulfonates) 等，亦可直接進行oxa-及aza-Michael addition反應。此外，氫膦化合物 (hydrogen phosphines) 和氫亞磷酸鹽 (hydrogen phosphites) 等含磷親核劑，在VO(OTf)2催化下亦能成為很有用的phospha-Michael addition的Michael donor；其中全新發展出來的同步、自動 (in situ) 生成的乙醯亞磷酸鹽 (acetylphosphite)，經過VO(OTf)2催化劑活化後，可與α,β-烯酮化合物 (α,β-enones) 進行共軛加成反應。最後，在相同催化條件下，各種富含電子的 (雜環)芳族烴和α,β-不飽和羰基化合物，亦均能有效地進行Friedel- Crafts-type conjugate addition以形成碳－碳鍵，而且其反應步驟非常簡單、易操作。