鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙及其配合物結(jié)構(gòu)的量子化學(xué)研究和生物活性分析

羅飛華，楊 莉，張 萍，王 輝

(四川文理學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，四川 達州 635000)

水楊酰腙類Schiff堿及其金屬配合物是具有生物活性的化合物，具有抗菌、抗病毒及抗癌等生物活性[1-3]. 我們曾對鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙及其與Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的配合物的合成和生物活性進行過研究[4]，而它們的結(jié)構(gòu)與生理活性的理論研究尚未見報道.

現(xiàn)代藥物分子設(shè)計理論認為，藥物分子(底物)的活性取決于其活性構(gòu)象，這種構(gòu)象必須與生物大分子(受體)活性中心的構(gòu)象相匹配. 因此，探討藥物分子的構(gòu)效關(guān)系(QSAR)對藥物分子的生理活性研究至關(guān)重要. 作者利用Gaussian03W在B3LYP/3-21G水平上對標題化合物進行了理論計算, 對它們的幾何結(jié)構(gòu)、原子電荷布局、前沿軌道能量和生理活性進行了理論研究.

1 計算方法

應(yīng)用Gaussian03W程序，在B3LYP/3-21G水平上對鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙(H2L)及其與金屬離子M(M= Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ))形成的配合物ML進行全優(yōu)化計算. 計算采用的原子輸入坐標來自晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)[5]，未加對稱性限制. 頻率計算結(jié)果無虛振動頻率，優(yōu)化結(jié)果為穩(wěn)定構(gòu)型. 全部計算均在Pentium IV 3.0微機上進行，計算中所有收斂精度均取程序設(shè)定的缺省值. 圖1為酰腙配體(H2L)及其配合物ML的結(jié)構(gòu)式.

圖1 配體及配合物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structures of the ligand and the complexes

2 結(jié)果與討論

2.1 電荷布居分析

圖2與圖3為酰腙配體(H2L)及其配合物ML優(yōu)化后的穩(wěn)定構(gòu)型圖，表1中列出了部分原子的自然原子電荷. 對H2L及其M(II)配合物ML的自然原子電荷進行分析，在配體H2L中N1、N2、O1、O2、O3、O4、O5均帶有較多的負電荷，其中N2：-0.284 3、O2：-0.509 6、O3：-0.528 4、O4：-0.455 6，這些原子形成了一個帶負電荷的空腔，有利于帶正電的金屬離子的嵌入，說明在形成配合物的過程中除了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢外，還有靜電作用的優(yōu)勢，這與所得配合物構(gòu)型相符[6]. N1 (-0.617 7)和O1 (-0.623 6)同樣具有較大負電荷但未參與配位，可能與空間位阻有關(guān). 在配合物中O4和N1上的H+離子脫去后將一對電子留給O4和N1，而N1上負電荷較配位前明顯降低，O4上電荷變化不明顯，表明N1和O4上的負電荷通過共軛大π鍵傳遞給了O2、O3和O4，但O2、O3和O4負電荷并無明顯增加，這說明配位原子將較多的負電荷給了M(Ⅱ)(如Cu上僅帶有0.896 4正電荷，說明配位原子向Cu轉(zhuǎn)移的凈電荷為1.104)從而形成較為穩(wěn)定的配位鍵[7].

圖2 配體H2L優(yōu)化后的構(gòu)型Fig.2 Configuration of H2L after optimization

圖3 配合物ML優(yōu)化后的構(gòu)型Fig.3 Configuration of ML after optimization

2.2 前沿軌道能量分析

依據(jù)分子軌道理論的觀點，最高占據(jù)軌道(HOMO)、最低空軌道(LUMO)及其附近的分子軌道決定分子的化學(xué)性質(zhì)，對分子的生物活性影響最大. HOMO具有優(yōu)先提供電子的作用，LUMO具有優(yōu)先接受電子的作用. 圖4和圖5顯示，配體分子中HOMO主要由苯環(huán)碳原子、氮原子、羰基氧原子及醚氧基氧原子提供，LUMO則主要由苯環(huán)碳原子、羰基氧原子及羥基氧原子提供，故在形成配合物的過程中這些原子應(yīng)具有較好的活性，這與配合物單晶衍射分析結(jié)果基本一致[3].

前沿軌道能隙(ΔEL-H=ELUMO-EHOMO)的大小決定了電子躍遷的難易程度，能很好地反映化合物的生物活性[8-9]. 由表2可以看出ΔEL-H和ΔEL-(H-1)(ELUMO-EHOMO-1)的大小趨勢H2L>NiL>ZnL>CuL；ΔE(L+1)-H(ELUMO+1-EHOMO)和ΔE(L+1)-(H-1)(ELUMO+1-EHOMO-1)的大小趨勢為H2L> ZnL >NiL > CuL，故配合物的生物活性明顯會比配體要強，這與實驗得到的結(jié)果基本一致[4].

表1 化合物部分原子的自然原子電荷Table 1 Partial atomic Mulliken charges of the complexes

圖4 配體H2L的HOMO軌道Fig.4 The HOMO of H2L

圖5 配體H2L的LUMO軌道Fig.5 The LUMO of H2L

H2LNiLZnLCuL*E(total)-1 097.635 5-2 610.451 1-2 881.437 2-2 729.185 06HOMO-1-0.237 4-0.242 4-0.239 5-0.231 7/-0.232 4HOMO-0.218 5-0.220 2-0.217 6-0.211 2/-0.211 2LUMO-0.058 3-0.104 9-0.103 3-0.099 4/-0.099 9LUMO+10.027 3-0.043 4-0.038 8-0.041 3/-0.058 0ΔEL-H0.160 30.115 30.114 30.111 8/0.111 2ΔEL-(H-1)0.179 10.137 50.136 20.132 3/0.132 5ΔE(L+1)-H0.191 20.176 90.178 80.169 9/0.153 2ΔE(L+1)-(H-1)0.210 10.199 00.200 70.190 4/0.174 4

*α態(tài)/β態(tài)

3 結(jié)論

1) 鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙(H2L)及其過渡金屬配合物ML(M= Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ))的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電荷分析表明該類配體中氮原子和氧原子均具有較好的配位性能，且所得配合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定.

2) 配體(H2L)及其過渡金屬配合物(ML)的HOMO軌道和LUMO軌道能量計算及前沿軌道能隙分析表明該類化合物具有一定的生物活性，且配合物的活性明顯要比配體強.

參考文獻：

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