（无机化学专业论文）联咪唑类金属配合物的合成、表征及其与dna作用的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 咪唑具有特异的质子接受性能、共轭酸碱性能及识别配位性能，享有“生命配 体”之美誉。在自然界中，眯唑作为酶的活性中心功能基团，参与了不少重要的生 物化学反应，对生命活动起着十分重要的作用。而含有两个咪唑环的2 ，2 联咪唑 ( h 2 b i i m ) 是一个多质子给予双齿配体，可以与许多金属形成结构独特的配合物，是 配位化学、超分子化学及其相关领域的重要研究对象之一；而且它还是一个重要的 生物分子，在生物学上有非常广泛的用途，特别是在合成模拟酶方面。因此，一方 面，研究联眯唑类金属配合物的结构及其与d n a 之间的作用机理，进一步探讨小分 子的结构与其生物活性之间的关系，不仅能帮助人们从分子水平理解人的生命过程 及其某些疾病的发病机理，而且还为人们通过分子设计来寻求临床上更为有效的药 物和开发出新一代高效的d n a 结构探针提供理论指导；另一方面，研究联咪唑及其 金属配合物的氢键组装对于构建超分子体系具有重要意义。 本文首先合成了几个含联咪唑及其衍生物的金属配合物，用元素分析、红外光 谱、晶体衍射等对其结构进行了表征，并用紫外、荧光、电化学、粘度、凝胶电泳 等实验技术和分子模拟理论技术，研究了这些配合物与d n a 之间的相互作用。其次， 合成了五个联咪唑及其金属配合物与苯羧酸通过氢键组装的超分子化合物，研究了 其中的多种氢键模式和 g - i ：相互作用。主要的研究结果概括如下： 1 合成了联咪唑锰配合物m n ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s h c h 和联咪唑镉配合物 c d ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s h c h ，晶体结构表明这两个配合物结构相似，均为中性化合物，联 眯唑的一个氮原子被质子化，形成一价阳离子( h 3 b i i m + ) ，它采取单齿配位，中心 m n ( c d ) 原子是六配位，其配位环境为畸变的八面体。摩尔电导实验和量化计算结果 表明，它们在溶液中发生离解，形成配合物阳离子 m n ( h 3 b i i m ) 2 ( h 2 0 ) 2 4 + ， c d ( h 3 b i i m ) 2 ( h 2 0 ) 2 4 + 。与d n a 相互作用的实验表明，这两个配合物主要是在沟面与 d n a 发生静电结合d n a 对锰配合物、镉配合物的荧光有猝灭作用，从中得到配合 物与d n a 的结合常数分别为1 4 8x 1 0 4l m o l ( 锰配合物) 和1 9 8x 1 0 4l m o l ( 镉配合 物) 。凝胶电泳实验表明锰配合物在p h = 7 2 、3 7 * ( 2 条件下能够切割质粒p b r 3 2 2d n a ， 其表观速率常数为0 2 0 h 1 ，我们对其切割机理进行了初步探讨，推断其为水解切割； 镉配合物也能在p h = 7 2 、3 7 c 条件下切割质粒p b r 3 2 2d n a 。 合成了双甲基联咪唑双核铜( i i ) 配合物 c u 2 ( d m b i i m ) 4 ( h 2 0 ) 2 ( c 1 0 4 ) 4 6 h 2 0 联昧唑类金属配合物的合成、表征及其与d n a 作用的研究 ( d m b i i m , l ，1 ，- 二甲基2 ，2 联眯唑) ，晶体结构表明，整个分子星笼状，两个铜原子由 l ，1 - - - 甲基2 ，2 - 联咪唑桥联，两个铜原予之间的距离为3 0 6 5a 。整个分子形成了两 个互相交叉的通道，这样的通道在超分子材料中有着非常重要的意义。研究了该配 合物与d n a 之间的相互作用，实验结果发现该配合物通过静电作用与小牛胸腺d n a 的小沟键合。另外，凝胶电泳实验表明该配合物在抗坏血酸存在的情况下，能够在 p h = 8 0 、3 7 条件下有效切割质粒p b r 3 2 2d n a 。 2 利用2 ，2 ，- 联咪唑与4 氨基苯甲酸( p a b a ) ，3 ，4 ，5 - 三羟基苯甲酸( t r m a ) ，磺 基水杨酸( 5 s s a ) 之间的氢键作用合成了三个超分子化合物：4 - 氨基苯甲酸2 , 2 - 联咪 唑盐酸盐( i ) ，3 ，4 ，5 - 三羟基苯甲酸2 ，27 联咪唑盐( i d ，磺基水杨酸- 2 ，2 - 联咪唑盐( 1 1 1 ) 。 由于联咪唑中的氮原子被质子化，化合物中存在着各种各样的氢键作用模式。在化 合物回中，晶体结构中的基本单元是一个通过氢键模式碍( 9 ) 和硝( 7 ) 构成的氢键三聚 体p a b a h 3 b i i m + c 1 。，这个三聚体基本单元又通过悼- h c l 氢键相互作用形成了 一维带状结构。这个一维带状结构进一步通过带与带之间的n _ - h 0 弱氢键、相邻 苯环和眯唑环之间的兀吼堆积作用形成了三维网状结构。在化合物( i i ) 中，晶体中的 基本单元是一个通过氢键模式霹( 9 ) 构成的氢键三聚体t h b a i - 1 4 b i i m 2 + t h b a 。，这 个三聚体单元又通过o - h o 氢键进一步延伸成了三维网状结构。相邻的苯环与咪 唑环之间、苯环与苯环之间的7 c 吼堆积作用进一步稳定了该化合物的三维网状结构。 在化合物( n d 中，含有两个构型不同的联咪唑阳离子h 3 b i i m + 1 州1 , n 2 , n 3 , n 4 ) 和 h 3 b i i m + 2 ( n 5 , n 6 ，n 7 , n 8 ) 。由于h 3 b i i m + 1 比h 3 b i i m + - 2 扭曲的更厉害，两个相邻的 h a b i i m + - 2 通过眉( 1 0 ) 环氢键肩并肩地连接，形成了中心对称的二聚体： h 3 b i i m + - 2 h 3 b i i h l + - 2 】；而两个相邻的h 3 b i i m + - 1 形成了不对称的二聚体：【h 3 b i i i n + 一l h 3 b i i m + - 1 。 同时，h 3 b i i m + - 1 与相邻的5 s s a 2 通过眉( 9 ) 环氢键连接，而h 3 b i i m + - 2 与相邻的 5 一s s a 。通过趟( 7 ) 环氢键连接。而且，水分子与5 s s a 2 冲的磺酸基团之间存在着 o - h o 氢键作用，晶体中还有弱的c - h o 氢键，咪唑环和苯环之间还存在着胥丌 堆积作用。这些作用力共同促成了该化合物的三维网状结构。 还合成了联咪唑镍配合物 n i ( h 2 b i i m ) 2 ( p a b a ) 2 c 1 2 - 2 h 2 0 ( p a b a ，4 - 氨基苯甲酸) 和联咪唑钴配合物 c o ( h 2 b i i m ) 2 ( h 2 0 ) 2 ( i s o p h t h a l a t e ) 4 h 2 0 ( i s o p h t h a l a t e ，间苯二甲 酸) 。在镍配合物中，阳离子【n i ( h 2 b i i n l ) 2 ( p a b a ) 2 】2 + ，阴离子c r 和水分子通过n _ - h c i ，o - h c 1 ，o - h o 氢键相连形成二维瞬状结构，氢键模式为趟( 7 ) 和r 1 0 2 ) 。该 二维网状结构进一步通过相邻苯环之间的兀呵堆积作用形成了层状结构。在钻配合物 中，阳离子 c o 饵2 b i i l n ) 2 ( o h 如】2 + 与相邻的两个间苯二甲酸根阴离子通过环氢键r ；( 9 ) i i 中文摘要 相连，形成一维链状结构。由于间苯二甲酸中的两个羧酸基团处于间位位置，使这 个链呈现波浪式。水分子通过o - h o 氢键把链连接成t - - 维网状结构。相邻的咪 唑环和苯环之间，眯唑环和咪唑环之间的7 9 - t g 堆积作用进一步稳定了该配合物的二维 网状结构。 关键词：联咪唑；d n a ；切割作用；氢键组装 i i i 联咪唑类金属配合物的合成、表征及其与d n a 作用的研究 s y n t h e s e s ，c h a r a c t e r i z a t i o no f t h em e t a lc o m p l e x e si n v o l v i n g b i i m i d a z o l ea n dt h e i ri n t e r a c t i o nw i t hd n a y a n p i n gl i ( i n o r g a n i cc h e m i s t r y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rp i ny a n g a b s t r a c t i m i d a z o l e ，w i t ht h ep r e s t i g eo f l i f el i g a n d ，h a sd i s t i n g u i s h e dt a l e n t so f p r o t o na c c e p t o r , c o n j u g a t e da c i d b a s ea n dr e c o g n i t i o na b i l i t yf o rc o o r d i n a t i o n i nn a t u r e ，i m i d a z o l ep a r t i c i p a t e si nm a n yi m p o r t a n tb i o c h e m i c a lr e a c t i o n s ， a c t i n ga st h ef u n c t i o n a lg r o u pi n 黜l z y m e 8 a c t i v ec e n t e r s 2 , 2 - b i i m i d a z o l e ( h 2 b i i m ) ，a sab i d e n t a t ec h e l a t i n gl i g a n dw i t hm u l t i - p r o t o nd o n o rs i t e s ，h a s t w oi m i d a z o l er i n g sa n dc a r lc o o r d i n a t et om a n ym e t a l s ，f o r m i n gc o m p l e x e s w i t hp a r t i c u l a rs t r u c t u r e s t h e r e f o r e ，i ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n to b j e c t s t h a ti n t e r e s t e di nc o o r d i n a t i o nc h e m i s t r y , s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r ya n do t h e r r e l a t e df i e l d s a tt h es a m et i m e ，i ti sa ni m p o r t a n tb i o l o g i c a lm o l e c u l et h a t u s e da b r o a di nb i o l o g y , e s p e c i a l l yi ne n z y m em i m i c s t h e r e f o r e ，o nt h eo n e h a n d ，am o r ep r o f o u n ds t u d yo nt h em e c h a n i s mo ft h ei n t e r a c t i o no ft h e c o m p l e x e si n v o l v i n gh 2 b i i mw i t hd n a ，a n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e m o l e c u l a rs t r u c t u r ea n db i o l o g i c a la c t i v i t yw i l ln o t o n l yh e l pu st ou n d e r s t a n d t h ep r o c e s so fl i f eo nam o l e c u l a rl e v e la n d p a t h o g e n i cm e c h a n i s mo f s o m e i l l n e s s ，b u ta l s op r o v i d er a t i o n a l e sf o rn e wd r u gd e s i g n s ，a sw e l la sam e a n s t od e v e l o pn o v e la g e n t sf o re x p l o r i n gt h es t r u c t u r e so fn u c l e i ca c i d s o nt h e o t h e rh a n d ，i ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yh y d r o g e n - b o n d e da s s e m b l i e si n v o l v i n g h 2 b i i ma n di t sc o m p l e x e st ob u i l ds u p r a m o l e c u l a rs y s t e m i nt h i st h e s i s ，f i r s t l y , w es y n t h e s i z e ds e v e r a lm e t a lc o m p l e x e sf r o m h 2 b i i ma n di t sd e r i v a t i v e s ，c h a r a c t e r i z e dt h e i rs t r u c t u r e sw i t ht h em e t h o d so f e l e m e n t a la n a l y s e s ( e a ) ，i ra n dx - r a yc r y s t a l l o g r a p h y w ea l s oi n v e s t i g a t e d t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e s ec o m p l e x e sa n dd n a b yu s i n gu v f l u o r e s c e n t i v s p e c t r a , e l e c t r o c h e m i s t r y , v i s c o s i t ym e a s u r e m e n t s ，g e le l e e t r o p h o r e s i sa n d m o l e c u l a rm o d e l i n g s e c o n d l y s t a r t i n gf r o mh 2 b i i m ，w es y n t h e s i z e df i v e s u p r a m o l e c u l a rc o m p o u n d s a s s e m b l i e d t h r o u g hh y d r o g e n b o n d i n g ， i n v e s t i g a t e dt h eh b o n d i n gp a t t e r n sa n d 兀一7 ci n t e r a c t i o n s t h em a i nr e s u l b i n c l u d e ： 1 t w o c o m p l e x e s ， i e ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2 a n d c d ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2h a v eb e e ns y n t h e s i z e df r o mh 2 b i i m ，t h e i rs t r u c t u r e s w e r ed e t e r m i n e db yx - r a yc r y s t a l l o g r a p h y t h et w oc o m p l e x e sh a v es i m i l a r s t r u c t u r e sa n db o t ha r en e u t r a lc o m p o u n d s o n ena t o mi nh 2 b i i mi s p r o t o n a t e d ，f o r m i n gah 3 b i i m + c a t i o n t h el a t e ri sa nu n i d e n t a t el i g a n d ，t h e c e n t r a lm e t a l ，c do rm ni ss i xc o o r d i n a t e da n da d o p t sad i s t o r t e do c t a h e d r a l e n v i r o n m e n t m o l a r e l e c t r o l y t i cc o n d u c t i v i t y a n d q u a n t u mc h e m i s t r y c a l c u l a t i o n sr e v e a lt h a tt h et w oc o m p l e x e sa r ed i s o c i a t e di ns o l u t i o n ，f o r m i n g t h ec a t i o n s ， m n ( n 3 b i i m ) 2 ( h 2 0 ) 2 4 + o r c d ( h 3 b i i m ) 2 ( h 2 0 ) 2 4 + i n v e s t i g a t i o n s o nt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nd n aa n dt h ec o m p l e x e ss h o wt h a tt h eb i n d i n g m o d eo ft h et w oc o m p l e x e sw i t l ld n ai sm a i n l ye l e c t r o s t a t i c w ef o u n dt h a t d n ac a l lq u e n c ht h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo ft h ec o m p l e x e s ，a n dt h u s o b t a i n e dt h e i r b i n d i n g c o n s t a n t st ob e1 4 8 1 0 4l m o lf o r m n ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2a n d1 9 8 x 1 0 4l m o lf o r c d ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2 ， r e s p e c t i v e l y w ea l s of o u n dt h a tt h ec o m p l e x 【m n ( h 3 b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2 】c a n c l e a v ep l a s m i d p b r 3 2 2d n a a tv i i7 2a n d3 7 。c s t u d i e so nt h em e c h a n i s m o fd n a c l e a v a g ei m p l i c a t e t h a td n a c l e a v a g e m e d i a t e d b y m n ( h 3 b i i m ) 2 0 n l c s ) 2 c 1 2 】o c c u r sv i a ah y d r o l y t i cp a t h a l s o ，t h ec o m p l e x 【c d ( h a b i i m ) 2 ( n c s ) 2 c 1 2 】c a nc l e a v ep l a s m i dp b r 3 2 2d n aa tp h7 2a n d 3 7 0 c t h eb i n u c l e a rc o p p e r ( h ) c o m p l e xw i t h l ，l - d i m e t h y l 一2 ，2 - b i i m i d a z o l e l i g a n d ，【c u 2 ( d m b i i m ) 4 ( h 2 0 ) 2 ( c 1 0 4 h 6 h 2 0 ( d m b i i m = l ，1 - d i m e t h y l 一2 ，2 l b i i m i d a z o l e ) w a ss y n t h e s i z e da n dd e t e r m i n e db yx - r a yc r y s t a l l o g r a p h y t h e c r y s t a ls t r u c t u r er e v e a l st h a tt h ec o m p l e x i sc a g e s h a p e d ，w i t ht w oc ua t o m s b r i d g e db yd m b i i m t h ed i s t a n c eb e t w e e nt h et w oc ua t o m si s3 0 6 5 aa n d t w oc h a n n e l sc r o s s e de a c ho t h e rw e r ef o r m e d s u c ht y p eo fc h a n n e l sw o u l d v 联咪唑类金属配合物的合成、表征及其与d n a 作用的研究 b e s i g n i f i c a n t i nt h ef i e l do f s u p r a m o l e c u a rm a t e r i a l d n a - b i n d i n g i n v e s t i g a t i o n ss h o wt h a tt h ec o p p e “h ) c o m p l e xi n t e r a c t sw i t hd n at h r o u g h m i n o rg r o o v eb i n d i n g i na d d i t i o n ，w ef o u n dt h a tt h ec o p p e r ( i i ) c o m p l e xc a n c l e a v ec i r c u l a rp l a s m i dp b r 3 2 2d n a e f f i c i e n t l yi nt h ep r e s e n c eo fa ! - 1 2 ( a s c o r b i ca c i d ) a tp h 8 0a n d3 7 0 c 2 s u p r a m o l e c u l a ra s s e m b l i e so f2 , 2 - b i i m i d 铂r 0 1 e 、) l ，i t l l4 - a m i n o b e n z o i c a c i d ( p a b a ) ，3 , 4 ，5 - t r i h y d r o x yb e n z o i ca c i d ( t h b a ) a n d5 - s u l f o s a l i c y l i c a c i d ( 5 - s s a ) ， i e 2 - ( 2 1 h - i m i d a z o l y l ) 一1 h - i m i d a z o l i u m c h l o r i d e - 4 - a m i n o b e n z o i ca c i d ( d ，2 , 2 一b i 一1 h - i m i d a z o l i u mb i s ( 3 ，4 ，5 一t r i h y d r o x yb e n z o a t e ) t e t r a h y d r a t e ( i i ) a n dh i s ( 2 一( 2 - 1 h - i m i d a z o l y l ) 一1 h - i m i d a z o l i u m ) 3 - c a r b o x y - 4 一 h y d r o x y b e n z e n e - s u l f o n a t em o n o h y d r a t e ( i i i ) h a v eb e e ns y n t h e s i z e da n d c h a r a c t e r i z e db yx - r a yd i f f r a c t i o nm e t h o d s v a r i o u sh - b o n d sm o d e sw e r e f o u n di nt h e s ec o m p o u n d so w i n gt ot h ep r o t o n i z a t i o no fna t o m si nh 2 b i i m i nc o m p o u n d ( i ) ，af u n d a m e n t a lu n i to ft h e c r y s t a ls t r u c t u r ec o n s i s t i n ga h y d r o g e n - b o n d e dt r i m e r ：p a b a h 3 b i i m + c i 。v i ar ；( 9 ) a n d 硝( 7 ) f o r m s a1 dr i b b o nt h r o u g hh - b o n di n t e r a c t i o n s t h i s1 ds t r u c t u r et h e ne x t e n d si n t o 3 dv i af u r t h e rh - b o n da n d 兀1 7 ci n t e r a c t i o n s i nc o m p o u n d ( i i ) ，af u n d a m e n t a l u n i to fc r y s t a ls t r u c t u r ec o n s i s t so fah y d r o g e n b o n d e dt r i m e r ：t h b a h 4 b i i m 2 + t h b a v i ar ；( 9 ) ，w h i c hf o r m sa3 dn e t w o r kb yh - b o n d s t h e 3 ds t a c k i n gi ss t r e n g t h e n e di nf u r t h e rb y 兀讯i n t e r a c t i o n sb e t w e e n p h e n y la n d a d j a c e n ti m i d a z o l er i n g s ，p h e n y la n dp h e n y lr i n g s i nc o m p o u n d ( i i i ) ，t h e r e a r et w od i f f e r e n th 3 b i i m + ( h 3 b i i m + - l i n v o l v i n gn i ，n 2 ，n 3 ，n 4a n d h 3 b i i m + 一2i n v o l v i n gn 5 ，n 6 ，n 7 ，n 8 ) t w oa d j a c e n th 3 b i i m + - 2s p e c i e s c o n n e c te a c ho t h e r b y ad i r e c t s i d e b y - s i d ei n t e r a c t i o n , f o r m i n g a c e n t r o s y m m e t r i c h 3 b i i m + - 2 h 3 b i i m + - 2 】d i m e rv i a ( 1 0 ) w h i l et w o a d j a c e n th 3 b i i i i l 十一1s p e c i e sc o n n e c te a c ho t h e r , y i e l d i n ga nu n s y m m e t r i c a l h 3 b i i m + 一1 h 3 b i i m + - i d i m e rv i a 霹( 1 0 ) ，w h i c hm a y b et h er e s u l to ft h e m o r ec o n t o r t e dh 3 b i i m + 一1t h a nh 3 b i i m * - 2 i na d d i t i o n ，t h eh 3 b i i m + - 1c a t i o n a n da d j a c e n t5 - s s a 2 。a n i o ns p e c i e sc o n n e c te a c ho t h e rt h r o u g hc y c l i c 霹( 9 ) i n t e r a c t i o n ，也eh 3 b i i m + 2c a t i o na n da d j a c e n t5 - s s a 2 。a n i o ns p e c i e sc o n n e c t e a c ho t h e rt h r o u g hc y c l i cr ：( 7 ) i n t e r a c t i o n a n dm o r e ，t h e r ee x i s ts o m e v i a b s t r a c t o _ h o h y d r o g e n - b o n d sb e t w e e nw a t e rm o l e c u l e sa n d0 a t o m so fs u l f o n a t e g r o u p si n5 - s s a 2 。w e a k ( 、_ h 0h - b o n d sa n dc a t i o n - a n i o n7 c - 7 cs t a c k i n g i n t e r a c t i o n si nt h ec o m p o u n d t h eo v e r a l li n t e r a c t i o n sa f o r e s a i dr e s u l ti nt h e f o r m a t i o no f t h e3 dn e t w o r k a n o t h e rt w oc o m p l e x e s ， n i ( h 2 b i i m ) 2 ( p a b a ) 2 c 1 2 。2 h 2 0 ( p a b a = 4 一a m i n o b e n z o i ea c i d ) a n d 【c o ( h 2 b i i m ) e ( h 2 0 h ( i s o p h t h a l a t e ) 4 1 - 1 2 0 ，d e r i v i n g f r o m h 2 b i i m ，h a v e b e e n s y n t h e s i z e d a n dc h a r a c t e r i z e d b yx - r a y c r y s t a l l o g r a p h y i nn i ( i i ) c o m p l e x ，t h ec a t i o n n i ( h 2 b i i m ) 2 ( p a b a ) 2 ”，c i 。 a n i o na n dh 2 0m o l e c u l ec o n n e c t st o g e t h e rv i a 魁( 7 ) a n dr 2 ( 1 2 ) ，f o r m i n g 2 dn e t w o r k 1 1 l i sn e t w o r kt h e nf o r m st ol a y e rs t r u c t u r eb y 弘兀i n t e r a c t i o n s b e t w e e n a d j a c e n t b e n z e n e r i n g s i nc o ( i i ) c o m p l e x ，t h ec a t i o n 【c o ( h 2 b i i m ) 2 ( o h 2 ) 2 ”c o n n e c t sw i t ht w oi s o p h t h a l a t ea n i o n sv i a ( 9 ) ， f o r m i n ga1 d e x t e n d e dc h a i n t h er e l a t i v ep o s i t i o no f t h ec a r b o x y l a t eg r o u p s c o n f e r saw a v yf o r mt ot h e1 d a r r a y t l l i s1 ds t r u c t u r et h e ne x t e n d si n t o2 d n e t w o r ks t r u c t u r ev i af u r t h e ro h oh - b o n d sa n d 加兀i n t e r a c t i o n sb e t w e e n i m i d a z o l ea n da d j a c e n tp h e n y lr i n g s ，i m i d a z o l ea n di m i d a z o l er i n g s k e y w o r d s ：b i i m i d a z o l e ；d n a ；c l e a v a g e ；h y d r o g e n - b o n d e da s s e m b l i e s i 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导 下独立完成的，学位论文的知识产权属于山西大学。如 果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关 的内容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献 资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的成果。 靴2 0 0 论7 冁篙勘呼 年6 月f 多日 “1 第一章综述及研究设想 1 1 引言 第一章综述及研究设想 众所周知，核酸是生物体重要的遗传物质、遗传信息的携带者和基因表达的物 质基础，它在生物的生长、发育和繁殖等活动中起着十分重要的作用。核酸研究中 划时代的工作是1 9 5 3 年由w a t s o n 和c r i c k 利用x 射线晶体衍射数据得到的d n a 双 股螺旋结构模型，该模型的建立标志着人类对核酸的研究进入到分子生物学时代。 分子生物学和分子药理学的发展使人们能够从基因水平理解某些生命现象，并 通过分子设计来寻找灵敏的核酸探针和有效的治疗药物。一方面，d n a 靶向化合物 成为很重要的核酸探针选择对象。另一方面，临床上使用的许多抗癌药物都以d n a 为作用靶点，通过与癌细胞d n a 发生相互作用破坏其结构，进而影响基因调控与表 达功能，表现出抗癌活性；一些致癌物也能与d n a 形成加合物，这种d n a 加合物 也是可能癌变的预警标志物。 咪唑具有特异的质子接受性能、共轭酸碱性能及识别配位性能，享有“生命配 体”之美誉。在自然界中，咪唑作为酶的活性中心功能基团，参与了不少重要的生 物化学反应，对生命活动起着十分重要的作用。而含有两个咪唑环的2 , 2 - 联咪唑 ( h 2 b i i m ) 是一个多质子给予双齿配体，可以与许多金属形成结构独特的配合物，是 配位化学、超分子化学及其相关领域的重要研究对象之一；而且它还是一个重要的 生物分子，在生物学上有非常广泛的用途，特别是在合成模拟酶方面。 因此，一方面，研究联咪唑类金属配合物的结构及其与d n a 之间的作用机理， 进一步探讨小分子的结构与其生物活性之间的关系，不仅能帮助人们从分子水平理 解人的生命过程及其某些疾病的发病机理，而且还为人们通过分子设计来寻求i 临床 上更为有效的药物和开发出新一代高效的d n a 结构探针提供理论指导；另一方面， 研究联咪唑及其金属配合物的氢键组装对于构建超分子体系具有重要意义。 1 2 联咪唑及其金属配合物的研究概况 2 , 2 - 联咪唑具有非常丰富的配位能力，它是多质子给予体双齿配体。通过分子的 质子化和去质子化，它又可以阳离子形式( h 3 b i i m + 和h 4 b i i m 2 + ) 及阴离子形式( h b i i m 和b i i m 2 ) 存在，如图1 1 所示。它可以中性h 2 b i i m 分子、h 3 b i i m + 、h b i i m 和a i i r n 2 。离 联咪唑类金属配合物的合成、表征及其与d n a 作用的研究 子四种形式与过渡金属配位，它的配位形式有单齿配位、双齿配位和桥基配位。如 图1 2 所示。 图1 12 ，2 - 联咪唑的质子化和去质子的五种形式 f i 辱1 12 , 2 - b i i m i d a z o l ew i t hf i v er e v e r s i b l et y p e so f p m t o n a t e d a n dd e p r o t o n a t e dm o d e 苫 ( 8 ) ( 9 ) 图1 2 联咪唑和金属离子的配位方式 ， f i g 1 2t h ec o o r d i n a t i o nm o d e sb e t w e e n2 , 2 - b i i m i d a z o l ea n dm e t a li o n s 2 第一章综述及研究设想 1 9 8 7 年，d t c r o m e r 等发表7 2 , 2 - 联眯唑配体的自组装一维链结构【1 1 ，2 , 2 联咪 唑配体本身在晶体中是反式构象，两个n h 基团分布于咪唑环的两侧，2 ，2 联咪唑之 间通过一对n h n 键进行自组装( 如图1 1 3 所示) 。 图1 32 ，2 0 联咪唑晶体的反式构象氢键一维链 f i g 1 31 - dh y d r o g e n - b o n d e dc h a i ni nc r y s t a lo f 2 ，2 - b i i m i d a z o l ew i t ht r a n sc o n f i g u r a t i o n 1 9 4 4 年最早报道合成了2 a - 联咪唑化合物。虽然它的发明比较早，但在随后几十 年的研究很少。六十年代，第一次报道了中性的联咪唑和离子态的联咪唑同3 d 金属 的配合物【2 】。1 9 6 9 年，m i g h e l l 【3 】合成了第一个联咪唑和镍的六配位化合物晶体 时i ( c 6 h 6 n 4 ) 2 ( h 2 0 ) 2 ( n 0 3 ) 2 ，主体结构是八面体，两个联咪唑处在赤道平面上，两个 水是轴向配位。从此以后，联咪唑金属配合物的合成引起了众多科学家的兴趣。大 量的联咪唑金属配合物被报道，如锌配合物 4 - r l ，铁配合物 4 , 8 - 1 h ，铜配合物h 1 1 - 2 2 ， 镍配合物【3 4 1 1 , 2 3 5 1 ，铑、铱配合物【2 6 加，钌、锇配合物【2 8 3 3 1 ，钯、铂配合物p 4 - 3 r l ， 铼配合物 3 8 - 4 0 】及其它金属配合物【似4 6 】等。 基于上述原因，目前2 ，2 0 联咪唑主要有以下三个用途： 1 它的衍生物可作为药物，例如，它的硝基衍生物【4 7 l 是一种抗菌药，它的氰根 衍生物有望作为治疗心力衰竭的强心剂【4 8 】。 2 它的金属配合物可模拟许多酶。k r e b s 【5 】的课题组报导了 z n 2 0 t - h 2 b i i m ) ( i - 1 2 b i i m ) 4 ( c 1 0 4 ) 4 3 h 2 0 和 z n ( h 2 b i i m ) 2 ( h c 0 2 ) ( c 1 0 4 ) 的晶体结构。 z n 2 0 t - h 2 b i i m ) ( h 2 b i i m ) 4 ( c 1 0 4 ) 4 3 i - 2 0 分子中，中心配离子为双核配合物，每个锌原子同两个联咪唑 分子的咪唑氮配位，同时在轴向位置是联咪唑桥基配位，联咪唑