一種新型鐵基含氟吡啶羧酸類配合物對BSA 的響應(yīng)機理研究

潘銘銘，郭佳彥，趙一鵬，王 瑋，趙正午，李冰

（寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏銀川 750021）

蛋白質(zhì)是藥物小分子在體內(nèi)發(fā)揮作用時的主要結(jié)合靶點[1]。牛血清白蛋白（BSA）可與許多內(nèi)源性和外源性化合物特異性結(jié)合，有助于維持滲透壓的平衡和血液中pH 的穩(wěn)定。另外，BSA 還能與結(jié)構(gòu)各異的配合物作用，探究配合物與BSA 間的結(jié)合過程以及響應(yīng)機理有助于全面了解藥物在體內(nèi)的運輸和分布輸送及其作用機制[2]。

5-三氟甲基吡啶-2-甲酸具有豐富的配位位點，引入的三氟甲基可有效的改善藥物的極性、電子遷移率、偶極矩、化學(xué)穩(wěn)定性、親脂性，是研究BSA 作用的優(yōu)良配體[3]。本文制備了一種未見文獻(xiàn)報道的基于5-三氟甲基吡啶-2-甲酸的鐵基配合物，在充分結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上研究了其與BSA 作用的機理。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

APEX ⅡCCD 型X-射線單晶衍射儀；EQINOX-55型紅外光譜儀；Vario EL cube 型元素分析儀，SETSYS-1750CSEvol 熱分析儀；F-7000 型熒光光譜儀。5-三氟甲基吡啶-2-甲酸（Htpc）和FeCl2·4H2O 均為分析純。

1.2 配合物［Fe（Htpc）2（H2O）2］的制備

在5 mL 蒸餾水和1 mL 乙醇的混合溶劑中，依次加入配體Htpc（19.11 mg，0.1 mmol）、FeCl2·4H2O（16.33 mg，0.1 mmol）。室溫下攪拌10 min，待二者混合均勻后，用0.1 mol/L 的NaOH 溶液調(diào)pH≈8，再將混合液倒入10 mL 的反應(yīng)釜內(nèi)，140 ℃下反應(yīng)3 d，再以5 ℃/h 的速率降溫至室溫。將所得晶體過濾后用蒸餾水洗滌3 次，室溫干燥后收集淡黃色柱狀晶體。產(chǎn)率：56%（基于FeCl2·4H2O）。元素分析（C14H10FeF6N2O6）：理論值C 為35.62%；H 為2.14%；N 為5.93%；實際值C 為35.76%；H 為2.26%；N 為5.83%。IR（cm-1，KBr）：3 254 w，1 647 m，1 520 m，1 414 m，1 165 w，950 w，832 w，657 w，484 w。

1.3 單晶衍射實驗

選擇外觀無雜質(zhì)裂紋，大小合適的配合物晶體，用Bruker-SMART-APEXIICCD 型的X-射線單晶衍射儀來獲取晶體數(shù)據(jù)，用石墨單色化的Mo-Kα 射線（波長λ=0.071 nm）作為入射光源，采用SADABS 程序進行多組分吸收校正，使用SAINT 軟件進行數(shù)據(jù)優(yōu)化和還原，晶體的大致結(jié)構(gòu)在SHELXS-2014 程序中通過直接法解出。配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)和精修參數(shù)見表1，其部分鍵長和鍵角數(shù)據(jù)見表2。

表1 配合物的主要晶體學(xué)數(shù)據(jù)

表2 配合物的部分鍵長鍵角數(shù)據(jù)

1.4 熒光光譜實驗

在0.1 mol/L Tris-HCl 緩沖溶液（pH=7.40）中，配合物與BSA 相互作用。保持BSA 濃度（2×10-5mol/L）恒定下，依次向比色皿中加入濃度梯度為0～10×10-6mol/L的配合物溶液。以280 nm 為激發(fā)波長，記錄混合體系在298 K、308 K 和318 K 下的熒光光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 單晶衍射分析

目標(biāo)配合物是單核的零維結(jié)構(gòu)，單斜晶系，P21/n空間群。該對稱單元包含一個Fe（Ⅱ）離子、兩個螯合tpc-配體和兩個配位水分子，見圖1。由圖1 可以看出，F(xiàn)e（Ⅱ）離子是六配位結(jié)構(gòu)的，兩個螯合tpc-配體的羧酸基團中的O2 原子和吡啶環(huán)上的N1 原子在赤道平面位置上形成了N-O 螯合模式的穩(wěn)定五元環(huán)，而兩個來自于配位水分子的O3 原子則占據(jù)著軸向位置，呈畸變的八面體構(gòu)型。O-Fe-O 的鍵角范圍是89.64（2）～178.62（9）°，N（1）-Fe（1）-N（2）的鍵角是177.53（8）°，F(xiàn)e-O鍵（2.068（1）～2.137（4））和Fe-N 鍵（2.138（4））的鍵長均在正常范圍內(nèi)。

圖1 配合物的配位環(huán)境圖

2.2 熱重分析

配合物［Fe（Htpc）2（H2O）2］的熱重曲線見圖2。由圖2 可知，隨著溫度的升高，該配合物有兩次質(zhì)量損失。第一次質(zhì)量損失發(fā)生在142.9～210.4 ℃，損失率為7.5%（計算值為7.6%），對應(yīng)失去兩個配位水分子。第二次質(zhì)量損失在328.4～551.1 ℃，對應(yīng)于Htpc 配體的損失（質(zhì)量損失率：75.1%，計算值：74.9%），這與配合物單晶衍射結(jié)果一致。

圖2 配合物1 的熱重圖

2.3 配合物與BSA 的作用機理分析

BSA 的熒光強度隨著配合物濃度變化的規(guī)律見圖3。隨著配合物濃度的增加，BSA 在340 nm 左右處的熒光強度不斷降低，反映出配合物與BSA 發(fā)生作用，并猝滅了其內(nèi)源性熒光。

圖3 配合物對BSA 的熒光猝滅圖

通過Stern-Volmer 方程研究配合物對BSA 熒光的猝滅機理。通過298 K、308 K 和318 K 溫度下的猝滅曲線，計算其猝滅常數(shù)為4.405×105L/mol，大于最大擴散碰撞猝滅常數(shù)，確定配合物與BSA 的熒光猝滅過程是靜態(tài)猝滅機制[4]。

對于靜態(tài)猝滅機制，可以運用Scatchard 方程來計算該配合物和BSA 相互作用時的結(jié)合常數(shù)（Ka）和結(jié)合位點個數(shù)（n）：

式中：Ka-配合物與BSA 作用時的結(jié)合常數(shù)；Q-配合物（猝滅劑）的濃度；n-BSA 分子與配合物結(jié)合時所具有的結(jié)合位點個數(shù)。在溫度為298 K、308 K 和318 K時，以］作圖，所得曲線的斜率和截距即為配合物與BSA 分子作用的結(jié)合常數(shù)Ka和結(jié)合位點個數(shù)n。計算可知，配體Htpc 和配合物與BSA 結(jié)合常數(shù)Ka分別為3.247×103和5.438×106。當(dāng)配體Htpc與Fe（Ⅱ）配位形成配合物后，其與BSA 分子的鍵合能力明顯增強，這可能是N，O-螯合配位模式增加了配合物的對稱性和平面性，降低了結(jié)構(gòu)中五元環(huán)內(nèi)π 電子離域作用，使得該配合物具有更強的細(xì)胞膜穿透性，繼而展現(xiàn)出了較強的鍵合活性。另外，配合物與BSA 作用時結(jié)合位點數(shù)為1，說明二者1∶1 發(fā)生作用。

一般來說，熱力學(xué)參數(shù)（吉布斯自由能ΔG，焓變ΔH 和熵變ΔS）可以用來判斷其與BSA 結(jié)合時相互作用力的類型。根據(jù)Ross 理論和van't Hoff 公式計算配合物與BSA 的作用力類型。

由此可知，二者相互作用的ΔH 為-179.44 kJ/mol、ΔS 為-469.53 J/K、ΔG 為-39.52 kJ/mol，可知配合物與BSA 作用時都是自發(fā)過程，氫鍵和范德華力起主導(dǎo)作用。

3 結(jié)論

以5-三氟甲基吡啶-2-甲酸為配體制備了一種新型鐵（Ⅱ）基配合物［Fe（Htpc）2（H2O）2］。利用X-射線單晶衍射、熱重等確定了其結(jié)構(gòu)。熒光光譜研究表明該配合物對BSA 的靜態(tài)猝滅作用是自發(fā)的，氫鍵和范德華力起主導(dǎo)作用，這為該配合物的生物活性研究提供了理論依據(jù)。