鈷(Ⅱ)-4，4-聯(lián)吡啶-4，2′，3′-二苯醚三甲酸的合成、結(jié)構(gòu)及生物活性研究

閆合立，馬 馳，李迎迎，高恩軍

(1.沈陽化工大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142；2.沈陽市無機(jī)分子基材料化學(xué)(國(guó)際)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 沈陽 110142)

近年來在藥物化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行研究的人們把更多的目光投向金屬配合物的結(jié)構(gòu)及其生物活性方面[1-6].藥物化學(xué)家們的研究熱點(diǎn)一直是一些酶和維生素B12的組成成分、鈷的配合物及其聚合物，其主要原因是鈷具有較強(qiáng)的配位能力及可變的價(jià)態(tài)，所以鈷的配合物在眾多領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用[7-8].4，4-聯(lián)吡啶是有機(jī)合成的重要中間體，是一種線狀雙基剛性配體，空間位阻少，無支鏈，有較好的僑聯(lián)作用，主要用于醫(yī)藥中間體，有機(jī)合成，有機(jī)溶劑，也可應(yīng)用于染料生產(chǎn)、農(nóng)藥生產(chǎn)及香料等方面[9-10].芳香族三元羧酸4，2′，3′-二苯醚三甲酸是一種可以作為醫(yī)藥中間體的重要高分子單體.所以本文采用4，4-聯(lián)吡啶和4，2′，3′-二苯醚三甲酸為配體，合成配合物[Co(4，4-bipy)2(L)]·3H2O.近幾年，國(guó)際生物無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域研究十分活躍課題之一就有對(duì)金屬配合物與DNA作用所測(cè)定的生物活性的研究[11].

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

4，4-聯(lián)吡啶、4，2′，3′-二苯醚三甲酸、六水合硝酸鈷，均為分析純；小牛胸腺DNA、Pbr322-DNA，均為生化試劑.

X-射線單晶衍射儀，Bruker smart 1000 CCD；紅外光譜儀，Nicolet FT-IR 470(KBr壓片)；元素分析儀，F(xiàn)inniggan EA 1112；磁力攪拌器，D-MS-I；精密酸度計(jì)，PHS-3C；電子分析天平，AR2140；日立23010熒光光譜儀；上海JS380A自動(dòng)凝膠圖像分析儀.

1.2 配合物的合成

將10 mL濃度為15 mmol/L的六水合硝酸鈷水溶液與10 mL濃度為15 mmol/L的4，4-聯(lián)吡啶水溶液混合，在連續(xù)攪拌下，用0.5 mol/L的KOH調(diào)節(jié)混合溶液pH值為6.7，攪拌8 h加入10 mL濃度為15 mmol/L的4，2′，3′-二苯醚三甲酸溶液，繼續(xù)攪拌8 h后pH值相對(duì)穩(wěn)定為5.3.將該溶液過濾至燒杯中，在室溫下放置20 d后有淡粉色晶體析出.

紅外譜圖，σ/cm-1:3 420(m)；2 426(w)；1 689(m)；1 606(m)；1 491(w)；1 384(s)；1 246(m)；1 222(w)；1 164(w)；809(w)；769(w)；634(w)；489(w).

元素分析實(shí)測(cè)值(C25O10N4H30Co計(jì)算值)/%：C 49.62(49.59)；N 9.25(9.26)；H 4.95(4.96).

2 配合物的晶體測(cè)定分析及結(jié)構(gòu)

取0.2 mm×0.2 mm×0.2 mm的配合物晶體，在Bruker smart 1000 CCD型X-射線單晶衍射儀上，用經(jīng)過石墨單色器的Mo-Kalpha(λ=0.710 73 nm)為輻射光源，在2.84°<2θ<26.02°范圍內(nèi)收集衍射數(shù)據(jù).在566(2) K下，以ω/2θ掃描方式共收集到衍射數(shù)據(jù)17 600個(gè)，其中獨(dú)立數(shù)據(jù)7 846個(gè).晶體結(jié)構(gòu)用直接法解出，對(duì)全部的非氫原子的坐標(biāo)及各面異性參數(shù)進(jìn)行修正，其晶體學(xué)數(shù)據(jù)為：三斜晶系，P-1空間群.晶胞參數(shù)：a=1.083 1(15) nm，b=1.180 3(15) nm，c=1.454(2) nm，α=110.72(3)°，β=93.93(8)°，γ=95.10(6)°，Z=2，V=1.722(4) nm3，Dc=1.461 Mg/m3，μ=0.567 mm-1，F(xiàn)(000)=786，Rint=0.084 8，-14≤h≤14，-15≤k≤15，-18≤l≤18，R1=0.067 1，wR2=0.182 0(I>2δ(I)).差值電子密度最高和最低峰為1 321 和-862 e/nm3.

配合物的非氫原子坐標(biāo)和等效全向位移參數(shù)見表1，主要鍵長(zhǎng)見表2，主要鍵角見表3.配合物晶體結(jié)構(gòu)見圖1.由圖1 可看出：在配合物中每個(gè)鈷離子分別同2個(gè)4，4-聯(lián)吡啶中的1個(gè)氮原子、4，2′，3′-二苯醚三甲酸中2′位的羧酸中的1個(gè)氧原子、3個(gè)水分子中的氧原子配位，形成一個(gè)六配位的八面體結(jié)構(gòu).以Co(1)中心原子來分析N(1)、N(2)、O(8)和O(9)處于赤道位置，O(1)和O(7)處于軸向位置.其中，O9—Co1—N1，O8—Co1—N2，O8—Co1—O9和N1—Co1—N2鍵角分別為 87.48(12)°，92.06(13)°，93.39(12)° 和87.08(12)°，總鍵角和為360.01°，比預(yù)期360°值偏離0.01°，所以說明N(1)、N(2)、O(8)和O(9)幾乎完全共平面，O7—Co1—O1鍵角為172.62(9)°，比預(yù)期的180°偏離7.37°.說明這個(gè)八面體未發(fā)生很大扭曲.

表1 配合物的原子坐標(biāo)參數(shù)和等效全向位移參數(shù)

表2 配合物的主要鍵長(zhǎng)

注 #1：-x+1，-y+1，-z+1； #2：-x+1，-y+2，-z+2.

圖1 配合物的分子結(jié)構(gòu)

配位鍵角θ/(°)配位鍵角θ/(°)配位鍵角θ/(°)O(8)—Co(1)—O(7)89.97(15)C(3)—C(2)—C(8)117.0(3)C(15)—C(16)—C(10)119.1(4)O(8)—Co(1)—O(9)93.39(12)C(3)—C(2)—C(1)124.3(3)C(10)—C(11)—C(12)118.1(3)O(7)—Co(1)—O(9)88.18(14)C(2)—C(3)—C(4)121.4(3)C(21)—N(1)—Co(1)122.8(2)O(8)—Co(1)—O(1)87.83(14)C(5)—C(3)—C(2)119.8(3)C(12)—C(13)—C(15)119.0(3)O(7)—Co(1)—O(1)172.62(9)C(5)—C(3)—C(4)118.7(3)C(1)—O(1)—Co(1)129.4(2)O(9)—Co(1)—O(1)84.92(14)C(8)—C(7)—C(6)119.2(3)C(22)—N(2)—Co(1)121.9(2)O(8)—Co(1)—N(1)176.8(10)O(4)—C(4)—O(3)124.6(3)C(17)—N(1)—Co(1)119.9(2)O(7)—Co(1)—N(1)93.10(15)O(4)—C(4)—C(3)117.2(3)O(3)—C(4)—C(3)118.3(3)O(9)—Co(1)—N(1)87.48(12)O(6)—C(14)—O(5)124.2(4)N(2)—C(22)—C(23)123.6(3)O(1)—Co(1)—N(1)89.21(14)C(6)—C(5)—C(3)121.7(3)C(22)—C(23)—C(24)120.0(3)O(8)—Co(1)—N(2)92.06(13)C(5)—C(6)—C(7)119.0(4)C(7)—C(8)—C(9)118.7(3)O(7)—Co(1)—N(2)91.94(14)C(11)—C(10)—C(16)121.8(3)C(21)—N(1)—C(17)117.3(3)O(9)—Co(1)—N(2)174.5(10)C(10)—C(9)—C(8)118.8(3)C(25)—C(24)—C(23)116.0(3)O(1)—Co(1)—N(2)95.18(14)C(7)—C(8)—C(2)123.3(3)C(8)—C(2)—C(1)118.7(3)N(1)—Co(1)—N(2)87.08(12)C(13)—C(12)—C(11)121.5(4)C(23)—C(24)—C(24)#2121.2(4)O(1)—C(1)—O(2)125.3(3)C(9)—C(10)—C(16)114.6(3)C(25)—C(24)—C(24)#2122.8(4)O(1)—C(1)—C(2)117.9(3)C(11)—C(10)—C(9)123.6(3)C(9)—C(8)—C(2)117.6(3)O(2)—C(1)—C(2)116.7(3)O(5)—C(14)—C(13)113.3(4)

注 #2：-x+1，-y+2，-z+2.

配合物中心原子鈷分別與1個(gè)4，4-聯(lián)吡啶中的兩個(gè)氮原子相連，所以依靠4，4-聯(lián)吡啶連接成鏈狀聚合物，如圖2所示.鏈與鏈之間依靠4，4-聯(lián)吡啶和氫鍵連接成二維結(jié)構(gòu)，如圖3所示.

圖2 配合物的一維結(jié)構(gòu)

圖3 配合物的二維結(jié)構(gòu)

3 配合物與TC-DNA作用的熒光光譜測(cè)定

以溴化乙錠(EB)為DNA熒光探針.溴化乙錠含有一個(gè)可以嵌入DNA堆積堿基之間的三環(huán)平面基團(tuán)，它與DNA的結(jié)合幾乎沒有堿基序列特異性.溴化乙錠(EB)為一共軛平面分子，本身熒光很弱，但能專一性地插入DNA雙螺旋或三螺旋內(nèi)部的堿基對(duì)之間使熒光顯著增強(qiáng)，當(dāng)

EB從DNA中出來或DNA雙螺旋減少時(shí)，熒光發(fā)生淬滅[12].根據(jù)經(jīng)典Stem-Volmer方程[13]：I0/I=1+Ksqr，其中：I，I0分別代表存在淬滅劑和不存在淬滅劑時(shí)的熒光強(qiáng)度;Ksq是Stem-Volmer淬滅常數(shù);r是淬滅劑濃度.配合物與CT-DNA作用的熒光光譜如圖4所示.由圖4 可以看出：隨著配合物濃度的增加，DNA-EB體系熒光逐漸減弱，并且濃度越大，熒光淬滅現(xiàn)象越明顯.從圖5可以計(jì)算出配合物的淬滅常數(shù)Ksp=0.178，對(duì)CT-DNA具有一定的插入能力.

c(DNA)=5×10-6 mol/L

圖5 配合物的淬滅常數(shù)

4 結(jié) 論

采用常溫法合成了鈷(Ⅱ)與4，4-聯(lián)吡啶和4，2′，3′-二苯醚三甲酸的配合物.其分子形式為[Co(4，4-bipy)2(L)]·3H2O(L=4,2′,3′-二苯醚三甲酸).通過元素分析、紅外光譜兩種手段對(duì)配合物進(jìn)行了表征，表明合成的配合物為預(yù)期目標(biāo)產(chǎn)品.用X-射線單晶衍射技術(shù)測(cè)定配合物單晶的晶體結(jié)構(gòu).在配合物晶體中，中心原子Co(Ⅱ)采取六配位模式，與2個(gè)N原子(分別來自2個(gè)4，4-聯(lián)吡啶)和4個(gè)氧原子(1個(gè)來自4，2′，3′-二苯醚三甲酸、3個(gè)來自結(jié)晶水)配位，形成八面體結(jié)構(gòu).配合物依靠4，4-聯(lián)吡啶連接成一維鏈狀結(jié)構(gòu)和二維結(jié)構(gòu)，這使其結(jié)構(gòu)更加新穎.配合物與DNA作用的熒光光譜研究表明復(fù)合物中加入配合物后，會(huì)發(fā)生淬滅現(xiàn)象，且濃度越大淬滅現(xiàn)象越明顯.

參考文獻(xiàn)：

[1] Ma L F，Wang L Y，Lu D H，et al.Structural Variation from 1D to 3D:Effects of Temperature and pH Value on the Construction of Co(Ⅱ)-H2tbip/bpp Mixed Ligands System[J].Cryst.Growth Des.，2009，9(4):1741-1749.

[2] Jia H P，Li W，Ju Z F，et al.A Novel Three-dimensional Coordination Polymer Containing Tetranuclear[Co4(μ3-OH)2] Building Blocks:Synthesis，Crystal Structure and Magnetic Behavior of {[Co2(btc)(μ3-OH)(H2O)2]· H2O}n[J].Inorg.Chem.Com-mun.，2007，10(3):265-268.

[4] Wang R，Zhang J，Li L.Conformation Preference of a Flexible Cyclohexanetetracarboxylate Ligand in Three New Metal-organic Frameworks:Structures，Magnetic and Luminescent Properties[J].Inorg.Chem.，2009，48(15):7194-7200.

[5] Shandhya Rani D，Anantha Lakshmi P V，Kamala Prasad V，et al.VO(Ⅱ)，F(xiàn)e(Ⅱ)，Co(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的2，3-二(3，5-二甲基-1H-吡唑基)喹啉配合物的合成與表征[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28(6):1245-1250.

[6] 唐云志，楊燕明，曹贊，等.2，2′-聯(lián)喹啉-4，4′-二羧酸構(gòu)筑的一維鈷(Ⅱ)配位聚合物[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28(6):1265-1270.

[7] 計(jì)亮年，黃錦汪，莫庭煥.等.生物無機(jī)化學(xué)導(dǎo)論[M].廣州:中山大學(xué)出版社，2001:259.

[8] 玉占君，趙君，金晶.兩個(gè)Co(Ⅱ)配位超分子的合成、晶體結(jié)構(gòu)及光譜[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，30(3):332-335.

[9] Lou B Y，Yuan D Q，Gao S Y，et al.A Chiral Supramolecular Architecture[Cu2(4，4′-bipyridine)2(sala)2]n·4.5nH2O(sala=N-(2-hydroxybenzyl)-l-alanine anion)[J].Journal of Molecular Structure，2004，707(1/3):231-234.

[10] 胡久榮，梁福沛，陳自盧.Cu(Ⅱ)與N-(2-羥芐基)-DL-丙氨酸、4，4′-聯(lián)吡啶三元配合物的合成與晶體結(jié)構(gòu)[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2007，23(7):1291-1294.

[11] 王樹玲，于俊生.表面增強(qiáng)拉曼光譜研究小檗堿與DNA的相互作用[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2002，23(9):1676-1679.

[12] Chao H，Mei W J，Huang Q W，et al.DNA Binding Studies of Ruthenium(Ⅱ) Complexes Containing Asymmetric Tridentate Ligands[J].Journal of Inorganic Biochemistry，2002，92(3/4):165-170.

[13] Lakowicz J R，Weber G.Quenching of Fluorescence by Oxygen.A Probe for Structural Fluctuations in Macromolecules[J].Biochemistry，1973，12(21):4161-4170.