3，4-二甲氧基苯乙酸鄰菲咯啉鋅配合物的合成及與DNA作用

郭航鳴 趙國(guó)良 吳小勇 沈金杯

(1金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，金華 321017)(2浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，金華 321004)

3，4-二甲氧基苯乙酸鄰菲咯啉鋅配合物的合成及與DNA作用

郭航鳴＊,1趙國(guó)良2吳小勇2沈金杯2

(1金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，金華 321017)(2浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，金華 321004)

以 3，4-二甲氧基苯乙酸(HDMPA，C10H12O4)為第一配體，鄰菲咯啉(phen)為第二配體，Zn(OH)2為金屬源合成了配合物[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O，并通過(guò)元素分析、紅外光譜、摩爾電導(dǎo)對(duì)其進(jìn)行表征及研究，用單晶X-射線衍射方法測(cè)定了配合物的晶體結(jié)構(gòu)。 配合物屬于單斜晶系,空間群 C2/c，晶胞參數(shù)：a=2.04729(4)nm，b=1.00619(2)nm，c=1.81294(4)nm，β=112.9860(10)°，晶胞體積：V=3.43806(12)nm3，晶胞內(nèi)結(jié)構(gòu)基元數(shù)Z=4，式量Mr=744.05。在配合物中，中心金屬鋅(Ⅱ)離子與2個(gè)二甲氧基苯乙酸根離子中的2個(gè)氧原子和1個(gè)鄰菲咯啉中的2個(gè)氮原子配位，配位數(shù)為4。用溴化乙錠熒光探針?lè)y(cè)試了配合物與DNA的作用，結(jié)果表明標(biāo)題配合物具有較強(qiáng)的插入作用。

鋅(Ⅱ)配合物；3，4-二甲氧基苯乙酸；晶體結(jié)構(gòu)；DNA

鋅是重要的生命元素，鋅幾乎對(duì)人體的每個(gè)組織都是至關(guān)重要的，鋅具有特殊的生理功能，它是生物體中最好的強(qiáng)路易斯酸或電子接受體，體內(nèi)約95%的鋅存在于細(xì)胞內(nèi)，鋅與配體的結(jié)合是構(gòu)成調(diào)節(jié)此微量元素細(xì)胞內(nèi)水平的重要機(jī)制；鋅也是組成水解金屬酶的主要金屬離子，具有快速的配體交換作用，鋅提供的高度局部化的電荷中心成為很好的攻擊基團(tuán)，特別是在那些受約束的與底物結(jié)合得很弱的部位，這些在金屬酶的催化作用中有重要意義；鋅不存在氧化還原作用，但具有與蛋白質(zhì)構(gòu)成穩(wěn)定復(fù)合物的能力[1-2]。近年來(lái)，有關(guān)鋅與核酸的作用、鋅配合物與核酸的作用方式和識(shí)別機(jī)理以及相關(guān)的生物活性的研究一直很活躍[3-14]，這對(duì)于進(jìn)一步深入了解核酸結(jié)構(gòu)、功能及某些抗腫瘤藥物機(jī)理、鋅及其相關(guān)配合物的生物效應(yīng)和配位化學(xué)的發(fā)展都有重要的意義。

本文以3，4-二甲氧基苯乙酸，鄰菲咯啉和氫氧化鋅為原料，合成了鋅(Ⅱ)配合物[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O，并測(cè)得單晶結(jié)構(gòu)；用溴化乙錠熒光探針?lè)y(cè)試了配合物與DNA的作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

3，4-二甲氧基苯乙酸，鄰菲咯啉，無(wú)水乙醇，氫氧化鈉，硫酸鋅，氯化鈉，溴化乙錠(EB)，三羥甲基氨基甲烷，均為分析純?cè)噭┣抑苯邮褂茫粴溲趸\由硫酸鋅和氫氧化鈉制備。

小牛胸腺DNA(北京華美公司)，將其用0.1 mol·L-1的 NaCl溶液配成 200 μg·mL-1(DNA 起始濃度3.72×10-4mol·L-1)，經(jīng)純度測(cè)定 A260/A280=1.8～2.0，置4℃保存，在4 d之內(nèi)使用；Tris-HCl緩沖溶液的pH為 7.40，其中 cTris為 0.01 mol·L-1。

德國(guó)Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀，杭州梵隆儀器有限公司DDS-12型數(shù)字電導(dǎo)率儀，德國(guó)Elementar公司Vario ELⅢ型元素分析儀，美國(guó)Nicolet NEXUS-670紅外光譜儀。

1.2 配合物的合成

分別稱取 0.20 g(1 mmol)3，4-二甲氧基苯乙酸(HDMPA)和 0.09 g(0.5 mmol) 鄰菲咯啉(phen)，0.05 g(0.5 mmol)Zn(OH)2置于錐形瓶中，加入20 mL的蒸餾水，在磁力攪拌器上持續(xù)加熱攪拌反應(yīng)4 h后，濾去少許不溶物，收集濾液放置。2個(gè)月后，濾液中得到無(wú)色單晶，產(chǎn)率 75%(以 Zn(OH)2計(jì))，IR(KBr，cm-1)：3 424，1 603，1 568，1 516，1 429，1 378，856，733。元素分析實(shí)驗(yàn)值(%)：C，48.99；H，5.63；N，4.13，按 C32H42N2O14Zn 計(jì) 算 值 (%)：C 49.20，H 5.68，N 4.06，實(shí)驗(yàn)值與理論值非常吻合。 25 ℃時(shí)，1.0×10-3mol·L-1DMF 溶液的摩爾電導(dǎo)為 1.1 S·cm2·mol-1。故可知其在DMF中為非電解質(zhì)，說(shuō)明生成的產(chǎn)物為配合物且為分子型配合物[15]。

1.3 配合物與DNA作用

10 mL 比色管中加入 2.0 mL EB 溶液(100 μg·mL-1),1.0 mL DNA 溶液 (200 μg·mL-1),2.0 mL Tris緩沖溶液 (pH為7.40)，放置2 h，加入不同量的配合物溶液(1.0×10-4mol·L-1)，稀釋至刻度，反應(yīng) 12 h，以251 nm為激發(fā)波長(zhǎng)，掃描EB-DNA復(fù)合體系在520～700 nm波段的熒光光譜。

1.4 配合物的晶體結(jié)構(gòu)

選用大小為 0.215 mm×0.174 mm×0.134 mm 的配合物單晶，在德國(guó)Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀上進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)。用輻射Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)，在設(shè)定的角度內(nèi)(2.16°≤θ≤27.55°)范圍內(nèi)收集衍射點(diǎn)。衍射數(shù)據(jù)用程序SADABS[16]進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)吸收校正。晶體結(jié)構(gòu)用SHELXS-97[17]軟件由直接法解出，精修采用SHELXL-97[18]，所有非氫原子的坐標(biāo)及各向異性溫度因子用全矩陣最小二乘法修正，除水上的氫原子外所有氫原子均為理論加氫，水上的氫原子通過(guò)差值Fourier合成得到，并對(duì)鍵長(zhǎng)和鍵角加以限制(d(O-H)=0.085 nm，d(H-H)=0.138 nm)，配合物最后的殘差因子 R1=0.0381，wR2=0.0918。配合物的主要晶體學(xué)參數(shù)及主要鍵長(zhǎng)、鍵角分別列于表1、表2。

CCDC：793918。

表1 配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Crystal data of the complex

續(xù)表1

表2配合物的主要鍵長(zhǎng)和鍵角Table 2 Selected bond distances(nm)and bond angles(°)of the complex

表3 氫鍵列表Table 3 Hydrogen bonds for complex

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的紅外光譜

配合物的紅外光譜圖中在3424 cm-1處出現(xiàn)的寬的吸收帶可歸因于分子中水的O-H伸縮振動(dòng)。自由配體HDMPA于1 718 cm-1處的特征吸收峰νC=O(-COOH)在形成配合物后消失，而出現(xiàn)了羧酸根-COO-式的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰νas(COO-)1603cm-1和 νa(COO-)1378 cm-1,Δν(νas-νs)=225 cm-1,兩者的差值大，表明羧基中的氧原子以單齒型式參與了配位[19]。鄰菲咯啉在形成三元配合物后，C=N特征伸縮振動(dòng)峰從1568 cm-1紅移至1516 cm-1處，面外變角振動(dòng) δC-H從 742 cm-1移至為 733 cm-1，δC-C也從876 cm-1向低波數(shù)方向856 cm-1移動(dòng)，表明鄰菲咯啉中的2個(gè)氮原子同時(shí)參與配位。這也與晶體結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果一致。

2.2 配合物的晶體結(jié)構(gòu)

圖1 [Zn(DMPA)2(phen)]配合物的分子結(jié)構(gòu)圖(橢球率30%)Fig.1 Molecular structure of[Zn(DMPA)2(phen)],ellipsoids are shown at the 30%probability level

配合物的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，其分子結(jié)構(gòu)中有一條二重對(duì)稱軸，最小不對(duì)稱單元只包含半個(gè)分子。整個(gè)配合物包括1個(gè)Zn(Ⅱ)離子、2個(gè)3，4-二甲氧基苯乙酸根離子、1個(gè)鄰菲咯啉分子以及6個(gè)水分子。Zn(Ⅱ)離子為四配位，呈畸變的四面體構(gòu)型，O1，Zn，O1A 所在的平面與 N1，Zn，N1A 所在平面幾乎垂直，夾角為81.599°。鄰菲咯啉與Zn(Ⅱ)雙齒螯合，d(Zn-N)=0.207 76(16)nm，與文獻(xiàn)報(bào)道的四配位Zn(Ⅱ)配合物接近[20]，螯合角為 80.455°。 2 個(gè) 3，4-二甲氧基苯乙酸根與Zn(Ⅱ)離子單齒配位，Zn-O鍵長(zhǎng)分別為0.196 01(14)和0.196 01(15)nm，與類似的四配位的 Zn(Ⅱ)羧酸配合物接近[21]，O1A-Zn-O1=119.57(9)°。2個(gè)3,4-二甲氧基苯乙酸根的苯環(huán)平面幾乎平行，夾角為0.166°，鄰菲咯啉所在的最小二乘平面與2個(gè)3，4-二甲氧基苯乙酸根的苯環(huán)所確定的最小二乘平面也近似平行，夾角都為2.020°。

由分子堆積圖2可以看出，配合物分子以Y字形整齊排列，沿b軸方向相鄰配合物分子之間交錯(cuò)排列，3，4-二甲氧基苯乙酸根苯環(huán)平面與鄰菲咯啉平面間的六元環(huán)平面質(zhì)心距最短為0.36146(1)nm，存在明顯的π-π堆積作用力；沿a方向，相鄰配合物分子間通過(guò)3，4-二甲氧基苯乙酸根苯環(huán)平面間的疏水作用力堆積在一起。

圖2 配合物的晶胞堆積圖Fig.2 Packing diagram of the complex

有趣的是配合物分子堆積過(guò)程中形成了許多一維的螺旋形孔洞，晶格水就存在于這些孔洞中形成了一維的螺旋形氫鍵鏈，如圖3所示。每個(gè)水分子都用自己的一個(gè)氫與相鄰的水分子首尾相接形成一個(gè)氫鍵，同時(shí)以另外一個(gè)氫與周圍的羧基氧形成氫鍵。H鍵、π-π堆積及疏水相互作用是晶體形成及穩(wěn)定的主要?jiǎng)恿Α?/p>

圖3 一維螺旋形氫鍵鏈Fig.3 View of the 1D helical chain of hydrogen-bonding

2.3 配合物與DNA作用

以溴化乙錠為熒光探針，測(cè)試了配合物對(duì)EBDNA復(fù)合體系的熒光猝滅曲線。圖4為不同濃度的配合物對(duì)EB-DNA復(fù)合體系的熒光猝滅圖。圖中配合物與DNA濃度之比從上往下依次增大(濃度比：r1=0；r2=0.13；r3=0.27；r4=0.40；r5=0.54；r6=0.67)。 配合物在592 nm處沒(méi)有熒光，DNA-EB體系在592 nm處發(fā)出強(qiáng)烈的熒光，隨著配合物濃度的增加，EBDNA復(fù)合體系熒光發(fā)生了不同程度的猝滅，由此推測(cè)配合物與DNA發(fā)生了插入作用。根據(jù)Sternvolmer[22]方程：F0/F=1+Ksqr，我們可以計(jì)算出這配合物與DNA的結(jié)合常數(shù)Ksq為8.89，插入作用較強(qiáng)[23]，其原因可能是配合物中鄰菲咯啉具有較大的剛性芳香環(huán)而且它與2個(gè)3，4-二甲氧基苯乙酸根離子平面又幾乎平行之故。

圖4 配合物對(duì)EB-DNA復(fù)合物體系的熒光猝滅圖Fig.4 Fluorescence spectra of EB-DNA system in the absence and presence of increasing amount of complex

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Synthesis and DNA-Binding of Zinc(Ⅱ)Complex with 3,4-Dimethoxyphenylacetic Acid and 1,10-Phenanthroline

GUO Hang-Ming＊,1ZHAO Guo-Liang2WU Xiao-Yong2SHEN Jin-Bei2
(1College of Vocation and Technology,Jinhua,Zhejiang 321017,China)(2College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China)

A zinc(Ⅱ) complex[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O was synthesized from 3,4-dimethoxyphenylacetic acid(HDMPA=C10H12O4),1,10-phenanthroline(phen)and Zn(OH)2,and characterized by elemental analysis,infrared radiation,molar conductance.Its crystal structure was determined by single crystal X-ray diffraction method.The complex,C32H42N2O14Zn,crystallizes in the monoclinic system,space group C2/c,with cell parameters:a=2.047 29(4)nm,b=1.006 19(2)nm,c=1.812 94(4)nm, β=112.986 0(10)°,cell volume:V=3.438 06(12)nm3,number of molecules inside the cell:Z=4,relative molecular mass:Mr=744.05.The crystal structure shows the zinc(Ⅱ)atom is four-coordinated by two oxygen atoms from two DMPA-anions and two nitrogen atoms of 1,10-phenanthroline molecule.The interaction between complex and DNA was studied by EtBr fluoescent probe,and the results show that the complex interact with DNA by intercalative mode.CCDC:793918.

zinc(Ⅱ)complex;3,4-dimethoxyphenylacetic acid;crystal structure;DNA

O614.24+1

：A

：1001-4861(2011)05-0855-05

2010-10-08。收修改稿日期：2010-11-23。

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.Y4080532)。

＊通訊聯(lián)系人。 E-mail：guohm8282@sina.com