磺基水楊酸-8-羥基喹啉-銅配合物的合成、表征及與DNA的相互作用

李小芳， 馮小強*， 楊 聲， 朱元成

（1. 天水師范學(xué)院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001；2. 定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000）

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磺基水楊酸-8-羥基喹啉-銅配合物的合成、表征及與DNA的相互作用

李小芳1， 馮小強1*， 楊 聲2， 朱元成1

（1. 天水師范學(xué)院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001；2. 定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000）

摘 要：通過元素分析、紅外光譜、紫外光譜、差熱熱重分析及電化學(xué)方法，對合成的銅配合物Cu（Hq）（SSA）2·H2O（Hq=8-羥基喹啉，SSA=磺基水楊酸）結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性能及電化學(xué)行為做了測試，并采用紫外吸收光譜、循環(huán)伏安法和粘度測定實驗，研究了該配合物與鯡魚精 DNA的鍵合方式。加入DNA前后配合物的紫外光譜顯示，配合物的吸收峰在加入DNA后吸光強度減小，峰位發(fā)生藍移；根據(jù)加入DNA前后配合物的循環(huán)伏安曲線，可見配合物的氧化還原峰電流減小，式量電位發(fā)生正移；粘度實驗發(fā)現(xiàn)DNA的相對粘度隨配合物的加入而不斷增大。這些實驗結(jié)果表明配合物與DNA通過嵌插方式發(fā)生作用，該配合物有望成為一種新型抗癌藥物。

關(guān)鍵詞：磺基水楊酸；8-羥基喹啉；銅；DNA；相互作用

近年來，對于過渡金屬配合物的多樣化合成及功能特性的開發(fā)頗受關(guān)注。比如，鄭長征等［1］將2-呋喃甲醛縮水楊酰腙（HL）與CuCl2·2H2O在乙醇-丙酮體系中反應(yīng)，得到的配合物CuL2呈現(xiàn)平面四方構(gòu)型，具有較好的熱穩(wěn)定性，且對大腸桿菌和金色葡萄球菌有顯著的抑制作用；張潔等［2］以吡蚜酮為配體合成的單核鎳配合物［Ni（L）2（Ac）2（H2O）2］·4H2O（1）和雙核銅配合物［Cu2（L）2（Ac）4］·2H2O（2）（L=吡蚜酮）對 H2O2具有明顯的電催化活性；董樹國等［3］發(fā)現(xiàn)水楊醛L-絲氨酸席夫堿Cu（Ⅱ）配合物濃度在1.25～50.0 mg/L時，對超氧自由基的清除率達45.04%～78.37%。

DNA是絕大多數(shù)具有抗病毒、抗癌活性藥物在生物體內(nèi)的靶目標(biāo)［4］，且抗腫瘤等藥物發(fā)揮藥效與DNA的嵌插鍵合方式及作用程度有關(guān)［5］?；阢~配合物和銅鹽的混合物能抑制癌細胞增殖、誘導(dǎo)癌細胞凋亡，且抗癌藥性優(yōu)于順鉑類抗癌藥物的報道［6］，對于探清銅配合物與 DNA的相互作用機制很有必要，可以闡釋某些疾病的發(fā)病機理和藥物治病機理，對設(shè)計開發(fā)高效低毒的新藥有著指導(dǎo)意義。筆者首次以磺基水楊酸（SSA）和8-羥基喹啉（Hq）作為配體，合成并表征了銅配合物，并以此為研究對象，采用電化學(xué)方法和電子吸收光譜及黏度法研究了銅配合物與鯡魚精DNA之間的相互作用，希望為基于以DNA為目標(biāo)靶的高效低毒、抗菌抗腫瘤藥物設(shè)計提供有價值的科學(xué)依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料和儀器

磺基水楊酸（分析純，上海中秦化學(xué)試劑有限公司），8-羥基喹啉（分析純，上海中秦化學(xué)試劑有限公司），鯡魚精DNA（Sigma公司產(chǎn)品）。

TG-DTA分析儀（美國Perkin Elmere公司），Spectrum One 3.0傅立葉紅外光譜儀（美國Perkin Elmere公司），UV-2450紫外可見光譜儀（日本島津公司），CHI660B電化學(xué)工作站（上海辰華儀器有限公司）。

1.2 配合物的合成

分別稱取0.78 g的SSA、0.443 g的Hq和0.263 g的NaOH，依次加入到含有30 mL無水乙醇的圓底燒瓶中，60℃攪拌10 min后，往上述溶液中分3次加入0.48 g無水硫酸銅，立刻有沉淀產(chǎn)生，將反應(yīng)物繼續(xù)加熱回流6 h后，將沉淀抽濾，洗滌3次后烘干備用。

1.3 配合物與鯡魚精DNA的作用

在參比池中加入3 mL的N，N-二甲基甲酰胺（DMF），樣品池中加入3 mL的配合物溶液，每次往兩池中同時加入10 μL的DNA溶液，使DNA濃度逐漸增大。混勻放置10 min后，在200～500 nm波長范圍內(nèi)掃描配合物在加入DNA前后吸收光譜的變化；固定DNA濃度為0.1 mg/mL，加入一定濃度的配合物，于20℃恒溫作用30 min，測量流經(jīng)時間，從而得到（η/η0）1/3與配合物濃度的關(guān)系曲線（其中，η為DNA溶液在加入配合物時的粘度，η0為 DNA溶液的粘度）；設(shè)定掃描電位區(qū)間為－1.2～1.0 V，緩沖溶液為HAc-NaAc（pH 4.6），工作電極為玻碳電極，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑絲電極，在N2氣氛下分別測定配合物在加入DNA前后的循環(huán)伏安曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的表征

配體SSA、Hq及配合物的紅外光譜如圖1所示。在配合物中，配體SSA在1671 cm-1的羧羰基特征峰消失，而出現(xiàn)了羧酸根1599 cm-1、1328 cm-1的反對稱和對稱振動吸收峰，二者差值為271 cm-1，表明羧基以單齒形式與銅離子配位［7］；在 1282 cm-1處Ar-OH的伸縮振動吸收峰在配合物中沒有發(fā)生變化，表明SSA中的酚羥基氧原子沒有參與配位［8］。配體Hq的O-H面內(nèi)彎曲振動出現(xiàn)在1380 cm-1和1287 cm-1處，在配合物中卻分別出現(xiàn)在1384 cm-1、1282 cm-1處，峰位稍有移動；1604 cm-1處的C=N彎曲振動在配合物中出現(xiàn)在1599 cm-1處，表明Hq中氮原子和氧原子都參與配位。此外，配合物還在 630 cm-1、522 cm-1和404 cm-1處出現(xiàn)了Cu-N和Cu-O的新吸收峰，在3444 cm-1出現(xiàn)了H2O的伸縮振動吸收峰，說明配合物分子中有結(jié)晶水存在。

圖1 SSA、Hq和配合物的紅外光譜

圖2 SSA、Hq和配合物的紫外光譜

以DMF作為溶劑和參比，在200～500 nm掃描測定了SSA、Hq及配合物的紫外光譜，如圖2所示，配體Hq在256 nm和317 nm處存在兩個強吸收峰，分別屬于躍遷和躍遷所致；配體SSA僅在306.5 nm有一吸收。當(dāng)配體SSA、Hq與銅離子發(fā)生配位后，吸收譜帶出現(xiàn)在267.5 nm和411.5 nm處，可見配合物的吸收峰并不是兩個配體各自吸收峰的簡單疊加，并且配合物在411.5 nm處的寬吸收峰可歸屬為金屬―配體間的荷移躍遷峰（MLCT峰）［9］，這說明SSA、Hq與銅離子作用形成了新的化合物。

在氮氣保護下，將配合物以10℃/min的升溫速度由室溫加熱至1 000℃，其TG-DTG-DTA曲線如圖3所示。配合物在100℃之前共失重2.8%，對應(yīng)一分子水的失去，表明了配合物中存在一分子結(jié)晶水（理論失重2.79%）。當(dāng)升溫至300℃，對應(yīng)的TG曲線開始顯著下滑，在DTG曲線上有一強峰，說明當(dāng)溫度升高至370℃時，配合物以2.217 mg/min的速率失重，總體上TG曲線在300～500℃之間出現(xiàn)了一個幅度較大失重過程，失重率達58.1%，這是配體SSA和Hq的氧化分解所致。當(dāng)配合物繼續(xù)加熱到1 000℃時還有31%的質(zhì)量剩余，可將殘余物歸屬為CuO。

Cu2+含量采用EDTA滴定法測定，元素分析結(jié)果（括號內(nèi)為理論值/%）：Cu 9.29（9.70），C 40.66（41.82），H 2.81（2.73），N 2.06（2.12）。結(jié)合紅外光譜、紫外光譜及TG結(jié)果的數(shù)據(jù)，確定三元銅配合物分子式為Cu（Hq） （SSA）2·H2O（Hq=8-羥基喹啉，SSA=磺基水楊酸）。在25℃，濃度為1×10-3mol/L配合物的DMF溶液中，測定了配合物摩爾電導(dǎo)為8.9 （s·cm2）/mol，表明配合物在DMF中不電離，以中性分子形式存在［10］。

圖3 Cu（Hq） （SSA）2·H2O的TG-DTG-DTA曲線

2.2 配合物與DNA的相互作用

2.2.1 紫外光譜

圖4所示為配合物與DNA作用前后的吸收光譜。從圖4可見，配合物在267.5 nm和411.5 nm出現(xiàn)兩個吸收峰，吸光強度分別為2.608和0.309。當(dāng)配合物溶液中加入DNA后，配合物的整個吸收帶都出現(xiàn)了明顯的減色效應(yīng)，最后吸光強度分別降低至1.290和0.117，這是配體與DNA發(fā)生π電子堆積的證據(jù)，但是峰位沒有出現(xiàn)紅移，而是出現(xiàn)了明顯的藍移，配合物的兩個吸收帶分別移動至258.4 nm和382.2 nm處，說明該銅配合物有可能通過插入方式與DNA發(fā)生了作用［11］。

圖4 加入DNA前后配合物的紫外吸收光譜

配合物與DNA的結(jié)合比根據(jù)摩爾比法，以A（267.5 nm）～CDNA/C（配合物）作圖，如圖5a所示，可知配合物與DNA的結(jié)合比為1∶1。根據(jù)Beer定律A=εbC，其中A為配合物與DNA以1∶1結(jié)合時在267.5 nm的吸光強度，ε為配合物-DNA的表觀摩爾吸光系數(shù)，可計算得到ε=3.61×104L/（mol·cm）。為了較為定量地研究配合物與 DNA的結(jié)合能力，依據(jù)雙倒數(shù)公式1/（A0－A）=1/A0+1/（K×A0×CDNA）［12］，以1/（A0－A）～1/ CDNA作圖，發(fā)現(xiàn)存在一次線性關(guān)系，線性方程為1/（A0－A）=－0.14+0.974/ CDNA（R=0.995 5），如圖5b 所示，即在20℃下配合物與DNA的結(jié)合常數(shù)K=3.93×103L·mol-1，該值小于多吡啶銅配合物［Cu（IP）2］2+、［Cu（PIP）2］2+、［Cu（DPPZ）2］2+和［Cu（HPIP）2］2+［Cu（IP）2］2+與DNA之間的結(jié)合常數(shù)［13］。根據(jù)ΔrGmθ=－RTlnK公式，計算出ΔrGmθ=－1.89×104J/mol，ΔrGmθ小于零說明配合物與DNA之間的反應(yīng)能夠自發(fā)進行。

圖5 摩爾比圖（a）及雙倒數(shù)曲線圖（b）

2.2.2 粘度測定

已有文獻報道［14］，當(dāng)配合物以插入方式與 DNA作用時，DNA的粘度會增加。從圖6可見，隨著配合物濃度的逐漸增加，DNA的粘度也伴隨著增大。從黏度實驗的結(jié)果，可以確定Cu（Hq） （SSA）2·H2O與DNA之間以插入方式相互結(jié)合，這與上述紫外吸收光譜的結(jié)果一致。

圖6 配合物對DNA粘度的影響

2.2.3 循環(huán)伏安法

在－1.2～1.0 V電位范圍內(nèi)，配合物在玻碳電極表面有電化學(xué)響應(yīng)。當(dāng)掃描速率為0.1 V/s時，配合物分別在0.375 2 V和0.278 1 V處出現(xiàn)一對靈敏的氧化峰和還原峰，峰電流分別為－1.369e-5A和4.667e-6A，式量電位為0.327 7 V，峰電位差ΔEp 為0.048 5 V。當(dāng)改變掃描速度，發(fā)現(xiàn)隨著掃描速度的逐漸增大，氧化還原峰電流也隨之增大，如圖 7a所示。通過作圖，發(fā)現(xiàn)氧化峰和還原峰的電流分別與掃描速度之間存在良好的線性關(guān)系，如圖7b所示，線性方程分別為Ipc（10-5A）=－0.83－8.43υ（R2=0.998），Ipa（10-5A）=0.11+3.99υ（R2=0.999），這些數(shù)據(jù)表明配合物在玻碳電極上的反應(yīng)主要由吸附過程控制。

圖7 掃速速率對配合物電化學(xué)影響（a）及Ip～υ的關(guān)系式（b）

圖8是當(dāng)DNA存在時Cu（Hq） （SSA）2·H2O的循環(huán)伏安圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描速率為1.0 V/s時，配合物的循環(huán)伏安圖上除了在0.375 2 V和0.278 1 V處出現(xiàn)第一對明顯的氧化還原峰外，同時還在－0.476 6 V和－0.447 9 V出現(xiàn)第二對較弱的氧化還原峰。當(dāng)往配合物中滴加DNA溶液，使得R（CDNA/C配合物）=0.5時，對于配合物的第一對氧化還原峰而言，明顯可見其氧化峰正移至0.429 2 V處，而還原峰位置沒有發(fā)生任何移動，此時峰電位差ΔEp 增大到0.075 6 V，式量電位增大到0.353 7 V，式量電位較加入DNA前正移了26 mV。當(dāng)R（CDNA/C配合物）=1.0時，對于配合物的第一對氧化還原峰而言，其氧化峰繼續(xù)正移至0.454 4 V處，而還原峰位置同樣沒有發(fā)生任何移動，其峰電位差ΔEp增大到0.088 1 V，式量電位增大到0.366 3 V，式量電位較加入DNA前正移了38.6 mV。為了進一步驗證前面的研究結(jié)論，采用差分脈沖法研究了配合物與DNA的作用方式（如圖9所示），可見仍然出現(xiàn)峰位正移，峰電流降低的現(xiàn)象，這與循環(huán)伏安法得到的結(jié)論相一致。根據(jù)文獻報道［15］，如果引起式量電位正移，則配合物與DNA之間以插入方式結(jié)合。從DNA加入前后配合物循環(huán)伏安曲線的變化情況，再次證實了配合物以插入方式與DNA結(jié)合。

圖8 DNA加入前后配合物的循環(huán)伏安曲線

圖9 加入不同濃度DNA后配合物的差分脈沖伏安圖

3 結(jié)論

配合物Cu（Hq） （SSA）2·H2O（Hq=8-羥基喹啉，SSA=磺基水楊酸）在0.364 3 V和0.292 5 V出現(xiàn)一對靈敏的氧化還原峰，在玻碳電極上的反應(yīng)主要由吸附過程控制。

加入DNA后，配合物的吸收峰發(fā)生藍移和減色效應(yīng)，式量電位發(fā)生正移；配合物能使DNA的相對比粘度增大。實驗結(jié)果證實了配合物與DNA之間存在插入結(jié)合。該研究工作對診斷并治療與DNA有關(guān)疾病的藥物設(shè)計提供參考，深入的研究正在進行中。

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中圖分類號：O629.74

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-8405（2016）02-0046-06

DOI:10.16561/j.cnki.xws.2016.02.03

收稿日期：2015-11-12

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51063006）；天水師范學(xué)院“青藍”人才工程和中青年教師科研資助項目（TSA1508）。

作者簡介：李小芳（1983～），女，實驗師；研究方向：天然高分子生物活性的研究。tslxffxq@163.com

* 通訊作者：馮小強（1979～），男，碩士，副教授；研究方向：天然高分子生物活性的研究。fengxiaoqiang1979@163.com

Synthesis, Charaterization and Interaction with DNA of Ternary Copper Complex with 5-Sulfosalicylic Acid Dihydrate and 8-Hydroxyquinoline

LI Xiao-fang1， FENG Xiao-qiang1*， YANG Sheng2， ZHU Yuan-cheng1
（1. College of Chemical Engineering and Technology， Tianshui Normal University， Tianshui 741001， China；2. Ding Xi Teachers'College， Dingxi， 743000， China）

Abstract:A new ternary complex of Cu（Hq） （SSA）2·H2O（Hq=8-hydroxyquinoline， SSA=5-sulfosalicylic acid dihydrate） was synthesized and charaterized by elemental analysis， IR spectrum， UV-Vis spectrum， TG-DTA and CV methods. Herring sperm DNA as biomolecular target， and interaction with complex was studied by spectroscopy， CV and DNA viscosity titration experiment. Results showed that the UV absorption peaks of complex was blue-shifted and the intensity was weakened with the addition of DNA， also the peak current decreased significantly and potential moved positively. Viscosity titration experiment vertified that the complex increased the relative viscosity of DNA. All of the above illustrated that the complex and DNA binded by the mode of intercalation， and the complex may be used as a potential antitumor drug.

Key words:5-sulfosalicylic acid dihydrate； 8-hydroxyquinoline ； copper（Ⅱ）； DNA； interaction