二苯基硫脲鈷(Ⅲ)配合物的合成、表征及其與DNA的作用

曹豐璞 丁呈華 柳文敏 馮玉全 行文茹

(南陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，南陽(yáng) 473061)

二苯基硫脲鈷(Ⅲ)配合物的合成、表征及其與DNA的作用

曹豐璞＊丁呈華 柳文敏 馮玉全 行文茹

(南陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，南陽(yáng) 473061)

合成了二苯基硫脲鈷(Ⅲ)配合物[Co(DPTU)3](DMF)3(DPTU=二苯基硫脲)，通過(guò)IR和元素分析等手段對(duì)其進(jìn)行了表征，并用X射線單晶衍射確定了其晶體結(jié)構(gòu)。用電子吸收光譜、熒光光譜、粘度實(shí)驗(yàn)等方法研究了配體和配合物與DNA的相互作用。結(jié)果表明，配體和配合物與DNA的作用既存在插入作用又存在靜電結(jié)合模式。

二苯基硫脲；鈷配合物；DNA；插入作用；靜電結(jié)合

近年來(lái)，小分子金屬配合物與核酸等生物大分子相互作用的研究已引起人們的普遍關(guān)注，對(duì)于金屬配合物與DNA作用時(shí)引發(fā)的化學(xué)和生物效應(yīng)，一直是十分活躍的研究課題[1-5]。硫脲衍生物及其配合物是一類重要的化學(xué)試劑，已廣泛應(yīng)用于化學(xué)及化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域；硫脲及其配合物具有良好的生物活性，可以在藥物化學(xué)中用于抗癌、抗菌劑的制備[6-7]。鈷是人體內(nèi)一種必要的微量元素，在生物體內(nèi)均以配合物的形式存在。關(guān)于鈷的配合物的研究在藥理學(xué)、配位化學(xué)以及生物無(wú)機(jī)化學(xué)方面具有重要意義[8-9]。我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了以二苯基硫脲為配體的鈷配合物，并測(cè)定了其晶體結(jié)構(gòu)，具有這種配體的鈷配合物的晶體結(jié)構(gòu)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，利用吸收光譜實(shí)驗(yàn)、熒光光譜實(shí)驗(yàn)、粘度實(shí)驗(yàn)研究了配體、配合物與鮭魚(yú)精DNA的作用。通過(guò)研究表明配合物與DNA之間存在著相互作用，為金屬配合物在生物體內(nèi)的藥理作用提供初步的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

Elementar Corporation Vario ELⅢ元素分析儀；Bruker ApexⅢ型X射線單晶衍射儀上；Thermo Nicolet 5700紅外光譜儀；Perkin-Elmer Lambda 650s型紫外可見(jiàn)光譜儀；烏氏粘度計(jì) (毛細(xì)管內(nèi)徑0.5～0.6 mm)。

鮭魚(yú)精DNA，Sigma公司進(jìn)口分裝；二苯基硫脲、醋酸鈷、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和其它試劑均為市售分析純，使用前未經(jīng)進(jìn)一步純化。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

研究配體和配合物與DNA相互作用時(shí)，配體和配合物溶解在DMF中；DNA用5 mmol·L-1Tris-HCl，50 mmol·L-1NaCl(pH=7.2) 緩沖溶液配制，經(jīng)UV 譜測(cè)定 A260/A280大于 1.8， 濃度以 ε260=6600 L·mol-1·cm-1確定。

1.2 標(biāo)題配合物的合成

準(zhǔn)確稱取1 mmol二苯基硫脲溶于10 mL DMSO中，滴加 1 mmol Co(CH3COO)2·4H2O的無(wú)水乙醇10 mL，水浴加熱，55℃下攪拌反應(yīng)4.5 h有黑色渾濁出現(xiàn)，過(guò)濾，濾液中加入適量的DMF，在室溫下緩慢揮發(fā)，1個(gè)月后得到紫黑色棒狀單晶，它可直接用于X-射線衍射分析。按C48H54CoN9O3S3元素分析理論值(%)：C 60.24，H 5.37，N 13.17；實(shí)測(cè)值(%)：C 60.21，H 5.39，N 13.14。

1.3 配合物晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定

選取尺寸為 0.31 mm×0.25 mm×0.20 mm 的單晶樣品，采用Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀，用經(jīng)石墨單色器單色化的Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)，在 1.87°≤θ≤25°范圍內(nèi)，共收集衍射點(diǎn)12 058個(gè)，其中獨(dú)立衍射點(diǎn)(Rint=0.031 2)8 350個(gè)，有5485個(gè)I＞2σ的獨(dú)立衍射點(diǎn)用于結(jié)構(gòu)精修。全部數(shù)據(jù)經(jīng)Lp校正和經(jīng)驗(yàn)吸收校正，晶體結(jié)構(gòu)由直接法解出，部分非氫原子坐標(biāo)在以后的數(shù)論差值Fourier合成中陸續(xù)確定，全部非氫原子坐標(biāo)及各向異性熱參數(shù)用全矩陣最小二乘法修正。氫原子坐標(biāo)通過(guò)理論加氫方法得到。所有計(jì)算均采用SHELXTL-97程序包在PC計(jì)算機(jī)上完成。有關(guān)晶體學(xué)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

CCDC：800751。

表1 標(biāo)題配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Crystallographic data of titled complex

1.4 Co配合物與DNA作用的實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 電子吸收光譜實(shí)驗(yàn)

在參比池中放2 mL DMF溶液，樣品池放同樣體積的配體或配合物溶液，測(cè)定配體或配合物的吸收光譜；用微量加樣器每次往參比池和樣品池加入相同體積的DNA溶液，測(cè)定吸收光譜。

1.4.2 熒光光譜實(shí)驗(yàn)

在樣品池中加入2 mL的配體或配合物溶液，每次往樣品池加入一定體積的DNA溶液，使DNA與配體或配合物的濃度比值不斷增加，用適當(dāng)激發(fā)光進(jìn)行激發(fā)，測(cè)定配合物或配體的發(fā)射光譜。

1.4.3 DNA 的粘度實(shí)驗(yàn)

DNA 濃度固定為 1.16×10-4mol·L-1， 配體或配合物濃度依次增大，在25℃恒溫水槽中用烏氏粘度計(jì)測(cè)其粘度。

2 結(jié)果與討論

2.1 配體和配合物的表征

用Thermo Nicolet 5700紅外光譜儀，采用KBr壓片法，在400～4000 cm-1范圍內(nèi)測(cè)得配體和配合物的紅外光譜，比較配體和配合物的紅外譜圖可以看出，配合物的振動(dòng)吸收峰都有相應(yīng)的移動(dòng)。標(biāo)題化合物中新出現(xiàn)的 2 923.4和 2 854.7 cm-1處的ν(CH3)的不對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰以及1665.1 cm-1處的ν(C=O)的伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明配合物中存在溶劑DMF。配體中1344.2和1314.8 cm-1處的ν(C=S)吸收峰在配合物中移至1 301.4 cm-1，同時(shí)配合物在539.4和469.5 cm-1出現(xiàn)的新峰可指認(rèn)為ν(N-Co)和ν(S-Co)，上述情況表明N-H中的N原子和C=S中的S原子參與了與金屬離子的配位。紅外光譜的分析結(jié)果與配合物的晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一致。

配體和配合物的紫外可見(jiàn)光譜在Perkin-Elmer Lambda 650s型紫外可見(jiàn)光譜儀上測(cè)定，所采用的溶劑是分析純的 DMF，配成 1.28×10-5mol·L-1的溶液，配體的吸收峰在280 nm，這來(lái)源于配體中苯環(huán)中的π→π*躍遷，配合物不僅在268 nm處有吸收，同時(shí)在可見(jiàn)區(qū)觀察到兩條弱的吸收可歸之為八面體環(huán)境Co(Ⅲ)離子的d-d躍遷[10]。

2.2 晶體結(jié)構(gòu)描述與討論

配合物的單元結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要鍵長(zhǎng)和鍵角列于表2。從圖1可以看出，該配合物的不對(duì)稱單元由1個(gè)Co(Ⅲ)中心離子、3個(gè)二苯基硫脲配體和3個(gè)未參與配位的DMF組成。配合物以Co(Ⅲ)離子為中心形成配位多面體，在軸向位置與S3、N4配位，鍵長(zhǎng) 分 別 為 0.227 22(13)nm(Co1-S3)、0.192 2(4)nm(Co1-N4)， 在赤道平面上與 S1、N2、S2和 N6形成兩短兩長(zhǎng)的配位鍵，兩短鍵為Co1-N2 (0.193 6(4)nm)和Co1-N6(0.192 7(4)nm)，兩長(zhǎng)鍵為Co1-S1(0.22511(14)nm)和 Co1-S2(0.22650(13)nm)。位于軸向位置的S3與處于赤道位置的S1、N2、S2和N6鍵角分別為 98.90(5)°(S1-Co1-S3)、93.35(12)°(N2-Co1-S3)、99.70(5)°(S2-Co1-S3)、71.37(11)°(N6-Co1-S3)，這4個(gè)角均不同程度的偏離90°，位于軸向位置的N4與處于赤道位置的S1、N2、N6和S2鍵角分別 為 93.74(12)°(N4-Co1-S1)、97.54(15)°(N4-Co1-N2)、97.33(15)° (N4-Co1-N6)、71.43(10)°(N4-Co1-S2)，鍵角情況與S3相似。3對(duì)位于對(duì)角位置與Co(Ⅲ)離子配位的原子的鍵角大小分別為165.39(11)°(N4-Co1-S3)、163.88(13)° (N2-Co1-S2)、166.19(11)°(N6-Co1-S1)，比較接近180°。因此由以上數(shù)據(jù)可以看出金屬配合物的幾何構(gòu)型為畸變八面體構(gòu)型。

圖1 配合物的不對(duì)稱單元橢球圖Fig.1 Asymmetric unit structure of complex

表2 配合物的主要鍵長(zhǎng)和鍵角Table 2 Selected bond distance(nm)and bond angle(°)for complex

2.3 鈷配合物與DNA的作用

2.3.1 吸收光譜實(shí)驗(yàn)

物質(zhì)與DNA相互作用后會(huì)引起吸收光譜帶紅移(藍(lán)移)效應(yīng)、減色(增色)效應(yīng)及譜帶變寬，尤其以插入方式結(jié)合的分子變化會(huì)更大[11-13]。增色效應(yīng)和減色效應(yīng)是與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)型密切相關(guān)的特有光譜性質(zhì)。增色效應(yīng)是小分子與DNA堿基作用，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果；而減色效應(yīng)是小分子與DNA的磷酸基團(tuán)靜電作用，使DNA空間軸向收縮的結(jié)果[14-15]。從圖2可以看出，配體的吸收光譜隨DNA的加入，吸收峰伴隨有增色現(xiàn)象；而配合物的吸收光譜(見(jiàn)圖3)隨DNA的加入變化情況與配體正好相反，吸收峰出現(xiàn)減色效應(yīng)，但是紅移效應(yīng)不是很明顯。這些結(jié)果表明：配體與DNA之間可能是由于靜電作用，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生解旋，從而產(chǎn)生增色效應(yīng)；而配合物可能是以部分插入模式與DNA作用，使其π空軌道與堿基的π電子軌道發(fā)生偶合，偶合后的π軌道因部分填充電子，使躍遷幾率減小，產(chǎn)生減色效應(yīng)[16]，但是π→π*躍遷能量并無(wú)減小，因?yàn)榧t移現(xiàn)象不明顯，因此推測(cè)配合物與DNA插入結(jié)合作用較弱。

圖2 不同濃度DNA條件下配體的吸收光譜Fig.2 Absorbption spectra of DPTU in various concentration of DNA

圖3 不同濃度DNA條件下配合物的吸收光譜Fig.3 Absorbption spectra of complex in various concentration of DNA

2.3.2 熒光光譜實(shí)驗(yàn)

熒光法是研究配合物與DNA作用的比較靈敏的測(cè)試方法。配體在λex=290 nm的激發(fā)光譜中，在350 nm附近有一熒光峰，且該峰隨DNA濃度的增加熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。由此推測(cè)有可能是配體嵌入到了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的堿基對(duì)之間，受到了DNA分子的保護(hù)，減少了溶劑分子對(duì)配體的碰撞所致[17]。配合物在λex=280 nm的激發(fā)光譜中，在338 nm處有一熒光峰，隨著DNA濃度的增大該峰熒光強(qiáng)度減弱。這些特征表明：配合物可能以靜電結(jié)合等方式與DNA作用，從而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度下降。

圖4 不同濃度DNA條件下配體的熒光光譜Fig.4 Flurescence spectra of DPTU in various concentration of DNA

圖5 不同濃度DNA條件下配合物的熒光光譜Fig.5 Flurescence spectra of complex in various concentration of DNA

2.3.3 粘度實(shí)驗(yàn)

粘度測(cè)定是檢測(cè)物質(zhì)與DNA結(jié)合方式最有效的方法之一，粘度對(duì)分子長(zhǎng)度變化非常敏感。當(dāng)小分子配合物以插入模式與DNA作用時(shí)，DNA相鄰堿基對(duì)的距離會(huì)增大以容納插入的配體，從而導(dǎo)致DNA雙螺旋伸長(zhǎng)，DNA溶液的粘度增加；當(dāng)配合物以靜電或溝面結(jié)合等非插入模式與DNA作用時(shí)，DNA溶液的粘度無(wú)明顯變化；以部分插入模式與DNA作用時(shí)，則可能使DNA的雙螺旋扭結(jié)，使其分子粘度減小[18-19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖6)表明：配體與DNA作用后粘度有所增加，但是總體變化不是很大，說(shuō)明配體與DNA之間的作用方式既有插入模式，又存在靜電結(jié)合等非插入模式；而配合物與DNA作用后，其粘度先減小后略有增大，這說(shuō)明配合物在高濃度下以靜電作用為主和在低濃度下以部分插入作用為主的多種作用模式與鮭魚(yú)精DNA發(fā)生鍵合作用。

圖6 配體或配合物對(duì)DNA粘度的影響Fig.6 Effect of DPTU or complex on the relative of DNA

3 結(jié) 論

合成了一種新的鈷配合物，通過(guò)多種手段對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。利用電子吸收光譜實(shí)驗(yàn)、熒光光譜實(shí)驗(yàn)和粘度實(shí)驗(yàn)研究了配體和配合物與DNA的相互作用，發(fā)現(xiàn)DNA的加入使配體吸收光譜發(fā)生增色效應(yīng)，熒光強(qiáng)度增大，而使配合物吸收光譜發(fā)生減色效應(yīng)，熒光強(qiáng)度減?。浑S著配體濃度的增大，DNA溶液粘度值略有增大，而隨著配合物濃度的增大，DNA溶液粘度值先減小后增大，這些結(jié)果說(shuō)明配體和配合物與DNA的作用是插入模式和靜電結(jié)合模式并存。

[1]ZHU Li(朱莉),YU Xian-Yong(于賢勇),LONG Yun-Fei(龍?jiān)骑w),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2009,67(2):139-144

[2]ZHAO Na(趙娜),WANG Xing-Ming(王興明),WANG Dan(王單),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2009,25(12):2129-2136

[3]O′Donoghue K A,Kelly J M,Kruger P E.Dalton Trans.,2004(1):13-15

[4]Hossain M D,Ueno R,Haga M.Inorg Chem.Comm.,2000(3):35-38

[5]GUO Mao-Lin(郭茂林),YANG Pin(楊頻).Chem.J.Chinese Universities(Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao),1995,16(7):1014-1015

[6]CHEN Ting(陳婷).Chinese J.China Sci.Technol.Inform.(Zhongguo Keji Xinxi),2005(17):21

[7]ZHANG You-Ming(張有明),YANG Li-Zi(楊莉梓),LIN Qi(林奇),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2006,64(11):1200-1204

[8]YANG Hao(楊浩),LIU Jian-Chao(劉建超),BAO Xiao-Yu(包曉玉),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2010,68(6):508-514

[9]ZHU Li(朱 莉),PENG Bin(彭 斌),LENG You(凌 友),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2008,66(24):2705-2711

[10]JING Zhi-Hong(景志紅),HU Chun-Xia(胡春霞),LI Yan-Tuan(李延團(tuán)).Chin.J.Qufu Normal Univ.(Qufu Shifan Daxue Xuebao),2000,26(4):58-60

[11]TAN Da-Jin(譚大金),HE Yun(賀云),QIU Li(邱李),et al.Chinese J.Chem.Res.Appl.(Huaxue Yanjiu Yu Yingyong),2007,19(50):502-505

[12]ZHANG Rong-Ying(張蓉穎),PANG Dai-Wen(龐代文),CAI Ru-Xiu(蔡汝秀).Chem.J.Chinese Universities(Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao),1999,20(8):1210-1217

[13]PENG Jun-Feng(彭俊蜂),LING Jian-Ya(凌建亞),ZHANG Han-Xing(張晗星),et al.Chin.J.Spectrosc.Spectr.(Guangpuxue Yu Guangpu Fenxi),2004,24(7):858-861

[14]ZOU Min(鄒敏),LIU Shu-Wen(劉叔文),ZHOU Chun-Qiong(周春瓊).Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2010,68(6):481-486

[15]ZHANG Ai-Mei(張愛(ài)梅),JIA Li-Ping(賈麗萍),HUANG Peng(黃蓬).Chin.J.Liaocheng Univ.:Nat.Sci.(Liaocheng Daxue Xuebao),2009,22(1):51-53

[16]SHUAI Li(帥麗),WANG Jiao-Liang(王嬌亮),SONG Zhao-Feng(宋昭鳳),et al.Chin.J.Nat.Sci.Hunan Normal Univ.(Hunan Shifan Daxue Ziran Kexue Xuebao),2005,28(4):59-62

[17]WANG Liu-Fang(王流芳),SONG Yu-Min(宋玉民),FENG Ya-Fei(馮亞非),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2004,62(22):2277-2281

[18]HU Ya-Min(胡亞敏),WANG Xing-Ming(王興明),FEI Dan(費(fèi)丹),et al.Acta Chim.Sinica(Huaxue Xuebao),2008,66(10):1245-1251

[19]ZHANG Gai-Qing(張改清),YIN Cai-Xia(陰彩霞),HUO Fang-Jun(霍方俊),et al.Chinese J.Ionrg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2009,25(3):428-432

Synthesis,Characterization and Study on the Interaction of DNA with Diphenylthiourea Cobalt(Ⅲ)Complex

CAO Feng-Pu＊DING Cheng-HuaLIU Wen-Min FENG Yu-Quan XING Wen-Ru
(College of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Nanyang Normal University,Nanyang,Henan 473061,China)

A cobalt(Ⅲ)complex with diphenylthiourea [Co(DPTU)3](DMF)3,where DPTU=diphenylthiourea,has been synthesized and characterized by IR,elemental analysis and X-ray diffraction methods.The Interactions of DNA with DPTU and complex have been investigated by absorption spectroscopy,fluorescence spectroscopy and viscosity.The studies suggested that the interaction of DPTU and complex with DNA belong to both partial intercalation and electrostatic interaction.CCDC:800751.

diphenylthiourea;cobalt(Ⅲ)complex;DNA;partial intercalation;electrostatic interaction

O614.81+2

：A

：1001-4861(2011)02-0343-05

2010-07-05。收修改稿日期：2010-10-25。

南陽(yáng)師范學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)費(fèi)、2009年河南省教育廳科技攻關(guān)項(xiàng)目(No.200913150020)資助。

＊通訊聯(lián)系人。 E-mail：caofpu99@163.com