（物理化学专业论文）具有生物活性、药物活性含钒配合物的合成、晶体结构及性质研究.pdf

首都师范人学硕十学位论文 摘要 近_ 十年来，钒是生物体必需的微罱金属元素这一事实逐渐得到人们的认可，并且发 现饥化合物具有【：j 服降帮作用。物理化学、生物无机化学、医药学等相关方向很多研究者 丌始集巾关注钒化合物。这是钒在工业川途之外第二块可能有较大应用的领域。其中最有 发展f 讨景的是钒配合物。本课题通过改变配体类型、取代基、配位数等多方面进行设计和 调控化合物的结构，进而得到结构多变、性能迥异的化台物。对于饥生物作用的研究，构 效关系的建立提供更多依据。本课题合成了一系列钒配合物，研究了他们的晶体结构，配 位特点、理化性能及生物活性。论文内容分为以下四部分： ( 一) 具有生物活性、药物活性的含钒配合物研究进展综述。较系统地介绍了近年来具 有类胰岛素性质、治疗糖尿病功能和钒生物酶模拟的钒配合物的研究概况和最新进展。简 要介绍了相关钒配合物的配位构型、结构特点，指出配体选择对配合物性质非常关键。 ( 二) 介绍席夫碱类的酰腙配体，酰腙与金属配合物的生物活性研究：主要合成了十几 种酰腙类配体和几种其他配体。 ( 三) 配合物的合成和表征。常规条件下台成钒配合物，并采用乙醚扩散等方法培养了 单晶。对合成的配合物进行了i r 、u v v i s 、e d a x 、1 hn m r 等谱学性能表征，x 射线衍 射实验和结构解析。 ( 四) 对配合物的晶体结构和性质测试进行了分析和研究。对部分配合物作了电化学性 质、s o d 活性、类酶活性以及与d n a 作用的活性研究。本文合成的钒配合物中均存在双 键氧，中心离子配位构型有四方锥，三角双锥和八面体配位，相比较而言稳定的配位和分 子问氢键作用使反应活性降低。 关键词氧钒配合物，类胰岛素，含钒生物酶模拟，酰腙金属配合物，席夫碱配体，乙 醚扩散法，x r a y 单品衍射j 晶体结构 首都师范人中硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h el a s t2 0y e a r s ，t h ec o n f i r m a t i o no fv a n a d i u ma so n eo ft h ee s s e n t i a lt r a c em e t e r e l e m e n t si nl i v i n gc r e a t u r e sa n dt h eg r e a td i s c o v e r yo fh y p o g l y c e m i ca c t i v i t yo fv a n a d i u m c o m p o u n d sf o ro r a lu s e ，b o t ha p p e a lt om a n ys c i e n t i s t si nt h ef i e l do fb i o i n o r g a n i cc h e m i s t r y , o r g a n i cc h e m i s t r ym e d i c a ls c i e n c ea n dp h a r m a c y ，t op a yc l o s ea t t e n t i o nt ov a n a d i u mc o m p o u n d s i tw a sb e l i e v e dt h a tv a n a d i u mc o o r d i n a t e sm i g h tb et h en l o s tp r o m i s i 晚o n e h e r ew eo b t a i n e da s e r i e so fn e wh y d r a z o n ev a n a d i u mc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d s ，a n di n v e s t i g a t e dt h e i rc r y s t a l s t r u c t u r e s ，c o o r d i n a t i o nf e a t u r e sa n dp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s t h e r ea r ef o u rp a r t si nt h e s i s ： 1 r e v i e wo nv a n a d i u mc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d sw j t hb i o l o g i c a lm a dm e d i c i n ea c t i v i t i e s i nt h i s p a r tw es y s t e m a t i c a l l yi n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n to fv a n a d i u mc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d si n r e c e n ty e a r s ，e s p e c i a l l yt h o s e1 i i t l lp a r a i n s u l i nn a t u r e s ，t r e a t i n gd mf u n c t i o n sa n da n a l o g i c b i o l o g ye n z y m e ，a n ds o m er e l a t e dc o o r d i n a t i o nc o n f i g u r a t i o na n d c o n s t r u c t i o nf e a t u r e sw e r e b r i e f l ys t a t e d 2 i n t r o d u c t i o no ns c h i f fb a s el i g a n d s ，a n de x p l o r a t i o no i lt h eb i o l o g i c a la c t i v i t yo fi t sm e t a l c o o r d i n a t i o nc o m p o u n d s ，b a c k g r o u n ds e l e c t i o na n dl i g a n d ss y n t h e s i s m o r et h a nt e nk i n d so f h y d r a z o n el i g a n d sa n ds e v e r a lo t h e rk i n d so fl i g a n d sw e r eo b t a i n e d ，a n dm o s to ft h e mw e r e h y d r o p h o b i c 3 s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i s t i co fv a n a d i u mc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d s t h e s ec o m p o u n d sw e r e o b t a i n e dt h r o u g hr o u t i n em e t h o d sa n di t ss i n g l ec r y s t a lc u l t i v a t e db ye t h e rd i f f u s i n gw a y a l lt h e s y n t h e s i z e dc o o r d i n a t i o nc o m p o u n dw e r ea n a l y z e db ys p e c t r u m ss u c ha si r 、u v - v i s 、e d a x 、 1 hn m r ，a n dx - r a yd i f f r a c t i o n 4 a n a l y s e sa n dd i s c u s s i o n sa b o u tc r y s t a ls t r u c t u r e sa n dp r o p e r t i e so fc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d s i nb r i e f , a l lp r o d u c t sw es y n t h e s i z e dh a v ed o u b l eo x y g e nb o n d ，w h i l ec e n t r a li o nc o o r d i n a t i o n c o n f i g u r a t i o n sa r et e t r a g o n a l ，t r i g o n a lo ro c t a h e d r a l e l e c t r o c h e m i s t r yp e r f o r m a n c e ，s o da c t i v i t y , e n z y m a t i ca c t i v i t ya n da c t i o nw i t hd n a o fs o m ec o m p l e x e sw e r ei n v e s t i g a t e d k e yw o r d s o x o v a n a d i u mc o m p l e x ，i n s u l i nm i m e t i c ，h y d r a z o n em e t a lc o m p l e x ，s c h i f fb a s e ， x - r a ys i n g i ec r y s t a ld i f f r a c t i o n ，c r y s t a ls t r u c t u r e s 2 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本入完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：潞、姑b 盆 日期：2 0 0 6 年5 月2 0 日 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名：涛、；物金 日期；2 0 0 6 年5 月2 0 日 首都师范人学硕七学位论文 引言 近年来钒化学在生物、医药、材料等科学方面引起广泛的注意。钒化学是具有重要 理论和实际意义的研究领域。无机钒氧化物是多种反应优良催化剂，在工业上有广泛的应 川。当j 讨人们已j 本认州钒是一种生命必需金属元素，其生物学功能复杂多样。饥化合物 对于哮i 讯皮肤病、过敏、心血管疾病等表现出治疗效果，但人们对其具体生理作用和机 理都还知之甚少。功能性钒配合物潜在的治疗糖尿病、抗癌、抗菌消炎，催化等睹多方面 都可能有发展f m 景，极其研究和开发潜力。例如，含钒化合物具有降糖作用，有可能成为 一类理想的口服撕尿病治疗剂，国外也在加紧开发研制此类化合物。 本课题主要研究内容是设计合成新型钒配合物、进行晶体结构测定及表征、并探讨所 的目标产物的分子结构、反应性质和生物活性等。通过对相关领域文献的学习和研究，我 们将v ( i v v ) 氧钒类配合物列为本课题主要研究对象。因为它们对于催化剂、新药开发有 重要意义，具有可观的发展前景，研究结果对于进一步认识钒和各种生物配体的结合、钒 参与的生理过程，在生物体系中的作用及其复杂的机理提供更多的依据。 本课题的实验工作分为三部分，配体的合成和含钒配合物合成；单晶培养和晶体结构 表征：性质研究。结构表征包括红外光谱、紫外可见光谱、电子能谱、核磁共振，x 射线 单晶结构测定；性质研究包括电化学性质、水溶液中化学性质、类酶催化活性以及与d n a 的相互作用研究。本课题研究工作体现多学科知识综合交叉的特点，广泛扎实的相关学科 分支基础知识和技能为完成本课题的保障。 第一章具有生物活性药物活性含钒配合物研究进展 第一章具有生物活性药物活性含钒配合物研究进展 1 1 钒的化学和配位化学基本性质 钒，2 3 号金_ | f j ，天然丰皮为0 0 1 4 ，存地壳中分布广泛，超过铜、铰和锌等会属元 素。海水中钒的浓度仅有5 0p p m ，但它是维持生命体( 动、植物) 正常功能所不可缺少的 金属元素之- - 1 1 i 。 钒有i l 、i i i 、j v 、v 等等多变易变的价念，这正是其复杂生物学功能的一个最简单合 理的解释，因为生物体内氧化还原即电子的传递可以激发进步的生理事件。由于具有多 种氧化态，钒在生理环境中常见的的存在形式也有很多种，且受到浓度、p h 、环境的影响 非常大。五价钒和四价钒常以高价态、多种阴离子平衡态的形式存在于各种钒酸盐中，如 v 0 2 + ，v 0 4 2 一，v 0 4 3 。，v 0 3 。，v 0 2 + 等。三价钒和二价钒虽能以简单的水合离子形式存在， 但它们都不稳定，易被空气所氧化。一般生理条件，即p h = 3 - - - 7 ，室温，水溶液中，动力 学及热力学稳定的价态为v ( i v ) 、v ( v ) 。在非常稀( l o m o l l 。) 的溶液中存在的钒( v ) 的物种主要是单体。向钒酸盐溶液中加酸，偏钒酸盐( 如n a v 0 3 ) ，正钒酸( 如n a 3 v 0 4 ) 和 多钒酸盐( 如n a 2 v 2 0 7 ) 等，将生成不同聚合度的多钒酸盐。v 0 2 + 在强酸性水溶液中稳定， p h 升高到3 5 以上会逐渐被氧化，但如果生成配合物，氧化速度会减慢或者基本不被氧化。 下图1 2 是水溶液中钒酸根离子随p h 不同时主要氧化还原电势的变化。表l 一1 是常见小分 子配体和氧钒离子结合的稳定常数。 图1 - i 钒氧化还原电势p h 首都师范人学硕十学位论文 1 a b 表1 - 1 钒和常见配体的稳定常数 l i g a n d fl g k il g k 2l i g a n d sl g k ll g k 2 o x a l a t e6 4 5 1 17 8e d t al88 0 m a l o n a t e 5 2 388 5 a c a c8 4 01 5 ，4 0 s a l i c v l a t e 1 3 3 82 2 4 c a t e c h o l1 7 73 3 5 g i v c i n e 6 0 41 0 7 8 p h e n 5 4 7 9 6 9 c d l a 2 0 1e n5 7 k l = m l 】，【m 】 l 】，k 2 = 【m l 2 】【m 】【m 】2 e d t a ：e t h y l e n e d i a m i n e t e t r a a c e t a t e ； c d t a ：t r a n s - 1 ，2 - d i a m i n o e y c l o h e x a n e - n ，n n ，n - t e t r a a e e t a t e ； a c a c ：a c e t y l a e e t o n a t e ；o x a l a t e ：一o o c c 0 0 ；m a l o n a t e ：c h z ( c o o ) ； s a l i c y l a t e ：o h y r o x y b e n z i n a t e ；g l y c i n e ：n h z c o o i 2 具有类胰岛素性质含钒配合物的研究进展 生理学对钒仅有初步了解，认为钒在体内可影响多种磷酸酶，对其活性有直接调控作 用，对酶蛋白的表达也有调控作用。这些作用机理并不明确，但钒化合物作为药物是早已 有之，早在十九世纪就曾被用作治疗营养不良、贫血、肺结核和糖尿病。钒对于哮喘、皮 肤病、过敏、心血管疾病等均有治疗效果。二十世纪八十年代，含钒的化合物相继被报道 在生物体实验中有模拟胰岛素功能的性质、抗肿瘤活性等生物药物活性。这使得相关的机 理研究、新物质的合成又活跃起来。这里介绍一下具有类胰岛素性质的钒配合物的一些研 究进展情况。 二十世纪七、八十年代，钒化合物类胰岛素作用的发现引起了人们极大的兴趣【2 3 i 。不 管是i 型( 胰岛素依赖型) 还是i i 型( 非胰岛素依赖型) 糖尿病，用钒化合物治疗均能促 使血话恢复正常，增强组织对胰岛素的敏感性，缓解一系列并发症 引。由于胰岛索作为激 素类药物只能皮下注射，研究者对钒化合物的口服活性寄予厚望，期待开发出简便的代替 胰岛素的口服药剂。1 9 9 5 年，美国首次将其用于临床实验1 5 1 。 钒的无机盐和配合物都有降糖作用 6 1 ， 好、细胞渗透能力强，因而生物；f 用度高， 有机配体包裹的配合物比简单的无机盐脂溶性 达到同样疗效所需剂量小，大大降低了毒性， 3 第一章具有生物活性药物活性含钒配合物研究进展 更适合成为类理想的糖尿病治疗剂 1 。 1 2 1 类胰岛素作用机理研究 钒化合物类胰岛豢作用机制尚不完全为人所知，一般认为可能涉及三种过程【8 i 。第一， 与胰岛索或者受体结合，增强腆岛素和受体问的结合：第二，促进胰岛素引发的细胞信号 传导过程。体外和体内的数据显示钒化合物的确能影响胰岛素信号传导路径的许多方面9 】。 胰岛素受体的酪氨酸激酶、胞质中小分子的酪氨酸激酶、信号通路中m a p 激酶和s 6 激酶 都是钒抑制作用的可能位点：第三，作用于参与葡萄糖、脂肪代谢的几种酶，影响葡萄糖 和脂肪的代谢。活化糖酵解酶和糖元合成酶，如葡萄糖6 磷酸酶、果糖2 ，6 - 二磷酸酶； 抑制糖异生酶，如降低磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶的活性。钒使葡萄糖运载体g l u t - 4 的功 能改进，如增加】型丙酮酸激酶的m r n a 水平使葡萄糖载体g l u t - 4 增加f 2 5 】。增强肝脏 乙酰c o a 羧化酶和脂肪酸合成酶的活性，抑制肝脏线粒体中调节酮体生成的3 羟基3 甲 基戊二醛c o a 合成酶，使酮体合成减少f 4 】。还有证据表明钒对于胞内钙代谢及p h 的影 响对于其类胰岛素效应非常关键。 1 2 2 具有类胰岛素性质的钒配合物 胰岛素样钒配合物的合成、表征和活性测试，以及近几年新出现的其体内吸收、分布、 代谢和清除方式的研究，为认识钒配合物结构和抗糖作用构效关系积累了很多有价值的结 果。具有类胰岛素性质的钒配合物都是以钒氧基v = o ( v a n a d y l ) 为母核，主要有过氧钒( v ) 配合物( p e r o x o v a n a d i u mc o m p o u n d s ) 和氧钒( i v v ) 配合物( o x o v a n a d i u mc o m p o u n d s ) 两大类。 过氧钒配合物的合成和类胰岛素活性的研究这些年有了较系统的成果【1 0 。“。近几年来最为 活跃、发展最快的为v o o v ) 氧钒类配合物，美国、加拿大和日本正加紧开发研制此类化合 物。乙酰丙酮、麦芽酚、半胱氨酸、草酸、烟酸、曲酸、二甲双胍、苯乙双胍、水杨醛和 乙二胺合成的席夫碱等都曾作为配体合成有胰岛素样作用的v o ( r v ) 氧钒配合物。 r 改步p r 跨l - 2 藤。嗥搿地 3 羟基一4 一毗哺酮类氧钒配合物 首部师范人学硕十学位论文 图1 - 3a v o ( m p p ) 4 图1 - 3 b图i - 3c v o f a 图1 - 3d m e p 以双( 2 一叶j l g 3 羟基一4 i 吡哺酮) 氧钒b m o v ( 图1 - 2a ) 为代表的v o ( 0 4 ) 配位形式 的配合物是研究最多的几类氧钒配合物之一。配体麦芽酚、乙基麦芽酚是经过批准的食品 添加剂，b m o v 酋先由m c n e i l 等报道是一种潜在的治疗糖尿病的药物l l ”，s t z 大鼠 ( s t r e p t o z o t o c i n 链脲霉索诱导，i 型糖尿病模型) 口服0 4m m o l k g 。d a y 。直到保持在 o 2 m m o l k 9 4 d a y 。的6 个月内无毒性表现而且血糖降低5 0 。o r v i g 等2 0 0 3 年报道了 b m o v 和几种类似物实验研究结果，b m o v 、b e o v 、b i o v 、b n b o v 在动物体内的降血 糖能力均显著好于硫酸氧钒。此类化合物降糖作用显著，b e o v 即将进入二期临床试验阶 段【1 3 】。s t o r r 等将噻唑烷二酮的衍生物作为取代基加在3 羟基4 毗喃酮的6 位，以此类配 体制备出三种同样以0 4 配位的氧钒( i v ) 配合物【1 4 】。噻唑烷二酮类化合物为第四代的治疗 非胰岛素依赖糖尿病( i i 型) 的药物，因此希望通过此取代基的加入能形成双功能的配体。 动物实验结果显示没有明显加强配合物类胰岛素活性，仅其中一种配合物v o ( l 3 ) 2 ( 结构 式见图1 - 2 b ) 和b m o v 降糖效果基本相同。 m a r i a 【j 司等研究了配位形式均为v o ( 0 4 ) 的四种毗喃酮、嘧啶酮氧钒配合物v o ( e m a ) 2 ， v o ( m p p ) 2 ，v o ( d m p p ) 2 ，v o ( e m p p ) 2 ( 结构式见图l 一3 a ，1 - 3 b ) ，这几种结构亲水亲脂性 ( h l b 值) 比较合适，改变取代基还可以适当调整h l b 值，而螯合结构不显著改变。它 们都有体外类胰岛素活性，根据抑制游离脂肪酸释出的i c 5 d 值可知v o ( m p p ) 2 和v o ( e m p p ) 2 类胰岛素作用较强( 见表1 2 ) 。谢明进等选择糠醛在人体中的代谢产物a 一呋哺甲酸为配体， 合成了双( 1 2 1 呋哺甲酸) 氧钒v o f a 埔j ( 图1 - 3 c ) ，并在动物体内的试验了v o f a 急性毒 性和降糖作用。v o f a 灌胃l d 3 0 ( 半数致死量) 为7 3 3 5 m g k g - 1 有一定的胃肠道毒性，降 糖作用显著( 见表1 2 ) ，对于糖尿病各种症状的改善优于或相当于b m o v ，而且对于正常 的动物血糖水平无影响，这和胰岛素或其他降糖药不同。r y s z a r do r y b o 等注意到2 一羟基 3 ，甲基2 环戊酮( h m c p ，结构式见图i 3 d ) ，可从天然产物如咖啡豆、木焦油中分离得到。 是一种在食品工业中广泛使用的调味剂。他们合成两种h m c p 和氧钒配合物 v o c l 2 ( h 2 0 ) ( h m e p ) 2 】和 v o ( m c p ) 2 h 2 0 ，结构表征两者均为变形的八面体构形【1 7 j ，s t z 大鼠实验证实其有降糖作用且毒性远小于b m o v 。 5 。令5 。必 譬璺 。； 皎 翟 必文 第一章具有生物活性约物活性含钒配合物研究进展 5 4 v 0 r p a ) 2 3 c h 3v o ( 3 r a p a ) 2 一o h v o ( 3 h p a ) 2 5 一i v o ( 5 i p a ) 2 6 c h 、 v o ( 6 m p a ) 2 一c h 2 c h 3v o ( 6 e p a ) 2 图1 - 4a 吡啶甲酸类氧钒配合物 2 - 吡啶甲酸与钒形成的v o ( p a ) 2 ( 结构式见图1 4 a ) 抗糖作用非常显著，病鼠口服后 血糖正常化，体重不减，给药两周后，停止4 5 天以上仍能维持正常血糖水平【i8 1 。系列衍 生物包括卤索取代的v o ( 5 i p a ) 2 ，甲基取代的v o ( 3 m p a ) 2 、v o ( 6 m p a ) 2 ，乙基取代的 v o ( 6 e p a ) 2 ，羟基取代v o o h p a h 、v o ( 6 h p a ) z 的合成、表征以及类胰岛素活性试验也于近 几年见诸报道 1 8 - 1 9 j ，部分配合物类胰岛素活性实验的结果见表l 。d r e h d e r 等【2 0 1 在此也做 了一些工作，在吡啶甲酸的5 位引入一个酯基，制备出的氧钒( i v ) 配合物在抑制脂解方面 的效果可比胰岛素，而且低浓度时( 0 1 m m ) 无细胞毒性。吡啶甲酸系列的氧钒配合物 中只有v o ( 6 e p a h 2 0 由x - r a y 单晶衍射确定了结构，这种蓝色晶体有变形的八面体构型。 在动物体内实验它的降糖能力高于相应的甲基取代钒配合物( 表1 2 ) 。 配位形式v o ( n 4 ) 、v o ( s 4 ) 、v o ( n 2 s 2 ) 的配合物也有一些已经得到并做了类胰岛素活 性实验。2 巯基一n 氧化吡啶与硫酸氧钒在水溶液中反应可制得v o ( o p t ) 2 1 1 , 该配合物配 位形式为v o ( $ 2 0 2 ) ，结构已通过谱学手段表征。试验表明v o ( o e r ) 比之前合成的n 2 s 2 配位的双( 半胱氨酸甲酯) 氧钒v o ( c y s m e ) 2 2 1 和s 4 配位的双( 吡咯烷一n 荒酸) 氧钒 v o ( d t c ) 2 3 】有更有效的类胰岛素活性。v o s a l e n 、v c m e 、v o ( m e t f ) 2 等早期合成的一些 配合物在动物体内的抗糖作用见文献【2 4 1 。 o ” 一c 一吐渊】 n 一c o c h c h l | | o 图l 一4 b 三角架型配体e t 2 l k a w a b e 等表征了几种氨基酸衍生物和钒形成的三脚架型配合物2 州测定了其中两种 的晶体结构，它们的体外类胰岛素活性与v o s 0 4 做了对比。最好的v o ( l i ) ( 配体e h l 结构式见图1 - 4 b ) 抑制游离脂肪酸释出的i c 5 0 值0 ，6 9 土o 0 3m m ( v o s 0 4 的为1 0 0 0 1 3 m m ) 。d r e h d e r 等对4 1 种钒化合物做了体外类胰岛素活性实验，这些化合物中包括 6 首都师范人学硕士学位论文 已经有过比较多研究的五价钒酸盐、v o ( a c a c ) 2 、【v 0 2 ( b i p i c ) 2 一和v o ( m a ) 2 ，另外还有一系 列o o 、o n 、o s 、n s 、o n s 不同配位形式的四价和五价钒配合物。根据它们刺激葡萄糖 吸收的能力和生理条件下毒性提出甚有前景的的几种配合物有v o ( 0 2 ) c m a a 、v o ( c f ) 、 v o ( v a n h s ) 、v o ( t h i o h y d ) 、v o ( s 0 3 s a l e n ) 、v o ( 0 2 ) a h 和v o ( t h i o a n ) 2 6 1o 部分配合物的类 腆岛索活性实验结果列_ j 二表1 - 2 。 表! - 2 部分配合物类胰岛素活性 ! ! ! ! ! ! ! ：! ! ! ! ! ! ! ! 翌! 坐堑! 垒! ! ! 生! ! 塑坐! 鲤堡p ! ! ! 堡 配合物 体外类胰岛素活性体内降糖能力 索引 j l 药方式，荆拦，时间降耱效果文献 v o ( m a h v o ( l ) 2 v o ( m a h v o ( e m a ) 2 v 3 m p a ) 2 v o f 5 i p a h v o ( 6 m p a ) 2 v o ( 6 e p a ) 2 v d m p p ) 2 v o ( e m p p ) 2 v o f a s t z 鼠i s i 服， g l u 】i2 h = 4 1 9 4 - 6 0 【1 4 】 0 1m m o l k g ，l d g l u z 4 h = 5 7 14 - 6 2 【g j u 】4 目i = 5 2 34 - 5 3 一， 一 s t z 鼠口服t g l u 】1 2 h = 5 9 2 3 3 1 1 4 j 0 1m m o l k g ，l d 【g l u 】2 4 h = 5 7 5 4 6 g l u 4 s h ；_ 4 7 6 4 - 6 0 抑制游离脂肪酸释山 i c s oo 4 0 + 0 0 2m m 抑制游离脂肪酸释出 1 c 5 0o ，3 7 4 - 00 2m m 抑制游离脂肪酸释出 1 c 5 0o 8 5 0 0 4m m 抑制游离脂肪酸释出 l c s o0 8 1 o0 6 m m 抑制游离月目肪酸释山 i c s o 05 6 m m 抑制游离脂肪酸释 l5 女i c s 0 0 5 6 m m s t z 鼠口服， 0 6m m o l k g 。l d s t z 鼠腹腔注射 0 1m m o l k g ，1 d s t z 鼠口服， 0 6m m o l k g ，1 d s t z 鼠腹腔注射， 0 1m m 0 1 k g ，l d s t z 鼠腹腔注射， ( 5 m g v k g ，3 d ) + ( 2 5 m g w k g ，3 d p ( 1 m g v k g ，8 d ) s t z 鼠腹腔注射， ( 5 m g v k g ，3 d ) + ( 2 5 m g w k g 2 d 卜( 1 m g v k g ，9 d ) k k a y 鼠腹腔注射， ( 4 9 ut o o l 蝇，1 4 d ) k k - a y 鼠腹腔注射， ( 4 91 tt o o l 昭，4 d 1 + 0 9ut o o l _ ，k g ，1 0 d ) 血糖降低5 0 【2 9 】 【g l u 2 4 h = 7 1 1 1 , 6 3 血糖降低5 0 【2 9 】 【g l u 2 4 h = 6 5 0 + 1 7 2 【g l u h 4 a = 1 0 7 + 0 6 【1 8 】 【g l u 2 = 7 9 2 9 【g l u 1 4 4 = 6 1 0 2 1 1 8 g l u 2 8 d = 1 0 5 4 - 0 3 高于2 0 0 m g 1 0 0m l 【1 9 】 自第四天后维持低 2 0 0 m g 1 0 0m l 【1 2 】 1 2 】 s t z 鼠口服， g l u 7 d = 】6 0 4 - 2 j j 6 1 1 ：! 里翌! ! ! 堡：! ! f 鱼! ! j ! ! g ：! ! ：! 主! ：! c j o 值为、# 数抑制浓度。 g l u 】为与对照糖尿病鼠血糖降低卣分数的平均值4 - s e m 1 2 3 影响钒配合物类胰岛素活性的因素 v l v 或v v 是生理环境中钒存在的的主要价态，有研究者认为四价的钒是其类胰岛索作 7 第一章具有生物活性约物活性含钒配合物研究进展 用的药理活性形式，而且五价钒化合物毒性是四价化台物的数倍，类胰岛素活性可能会受 钒的价念影响。r e h d e f 等研究表明。配合物巾钒的价态( v “或v ”) 与其类胰岛素活性之 问的联系不是非常关键，因为在细胞里它们之间很容易互相转化。 4 i 管是注射迩是口服，钒的无机怂列配合物的类胰岛素活性邪有很大差异，说明配合 物进入体内后并非迅速降解，完全被体内小分子竞争性配体所取代，二是在进入细胞前还 保持完整或者部分未被耿代。配合物的活性定和配体结构有很大关系。 配体提供的配位环境对活性产生影响。配位点是多种配位原子，如o n ， o s ， n s ， o n s 的，比只有氧原子参与配位的配合物在细胞内类胰岛素活性好( b m o v 例外) ；不考虑 钒的氧化态，一般o n 又比o n s 的更好：以s 为配位原子可能倾向于增加配合物的毒性。 对配体进行各种修饰是加强氧钒配合物生物活性的途径之一，s a k u r a i 组研究发现取 代基的位置和电性对配合物的类胰岛素活性有较大的影响。3 或5 位取代基，不管吸电子 基还是推电子基，都带来比母体更好的类胰岛素活性( 如v o ( 3 m p a ) z 好于v o ( 6 m p a ) z ) ； 在4 位引入吸电子的一c l 甚至使配合物的活性小于母体配合物v o ( p a h 。 3 羟基- 2 一吡啶甲酸( h 2 d i p i e ) 的两种v o ( r v ) 配合物，分别为单核和四核，胰岛素样活性 有较大的差异：单核配合物抑制游离脂肪酸释出的i c 5 0 为o 7 8 + 0 0 5 m m ，四核配合物则 为5 4 z o ，2 9 r a m 。可能由于四核配合物在试验中仍保持其环状结构，所以胰岛素样活性显 著低于单核配合物【2 训。 钒配合物的吸收利用是影响其降糖作用一个重要的因素。扬晓改等f 2 8 】对v o ( m a ) 2 和双 乙酰丙酮氧钒v o ( a c a c ) 2 两种氧钒配合物经肠道的吸收能力对比发现，两种结构相似的钒 配合物都通过被动扩散的途径运输，但v o ( a c a c h 的吸收能力远远大于v o ( m a h 。吸收的 差异可能导致两种化合物生物利用度的巨大差别这可能是v o ( a c a c ) 2 降糖效应优于 v o ( m a ) 2 的主要原因。 左旋葡萄糖单异羟肟酸盐( 1 - g l u ( y ) h x m ) 是一种氨基酸衍生物，无毒且本身就可部 分催化葡萄糖代谢，在中性p h 条件下与亚钒阳离子或者钒酸阴离子缔合键台力几乎相同， 值得注意的是可以通过氨基酸转运系统而不是被动扩散的方式渗入体表组织。这种钒配合 物在糖尿病治疗方面很有前景，这方面的研究也比较活跃2 9 1 。为了使配体成为有效的载体 将钒直接运到靶部位，杨频等用苯甲酰异羟肟酸作为配体合成了b h a o v 的晶体，测定了 它的结构 30 1 。 s 首都师范人学硕士学位论文 有些配合物在体内微快分解，需要提高其在消化道生理条件下的稳定性。v o ( m a ) 2 、 v o ( e m a ) 2 、v o ( i p m a ) 2 、v o ( n b m a ) 2 ( 图1 - 2 ) 在动物体内的降血糖能力没有明显的较大 差别，被认为是进入体内均较快地分解所致【3 1 1 。2 ，6 - 二吡啶甲酸和2 ，3 - 二吡啶甲酸本身 即为人体所需的n a d + 牟| i i 酶的前驰体，低毒、有亲水亲脂性是一种比较适当的配体。c r a n s 等曾合成( 2 ，6 一二羧基毗啶) 氧钒( v ) 酸盐 n h 4 】 v 0 2 ( d i p i e ) 并在猫和鼠l 实验证实了其口 服降血糖的作用 3 2 】。最近他们以n a v 0 3 和4 羟基一2 ，6 - 二羧基吡啶( h 2 d i p i c o h ) 在热水中 反应得n a v 0 2 ( d i p i c o h ) 】h 2 0 ，研究其溶液性质，证明在中性p h 条件下这种衍生物 v 0 2 ( d i p i c o h ) j 7 的稳定。f = i k k , v 0 2 ( d i p i c ) 2 一提高了0 5 1 0 - 个p h l 3 3 1 0 稳定性并非越大越好， k a w a b e 等【2 s 】的研究中，四齿和五齿氨基酸衍生物作为配体生成的配合物，五齿的稳定性 常数高，但是类胰岛素活性小于四齿的。 1 2 4 存在问题 目前，作为潜在的糖尿病治疗剂钒配合物的研究需要解决吸收和毒性两个问题。摄入 体内的钒会积聚在肾、肝、骨骼等组织器官内，钒在体内贮存与缓慢的释放一方面可以延 长降糖效果，另一方面过量钒在体内累积会引起中毒。降低毒性的两个基本原则：减少钒 的吸收和促进钒的排泄。研究表明，钒的来源不同，在体内的分布和代谢清除情况也有差 异。钒配合物和无机盐的不同，如b m o v 比v o s 0 4 造成钒在骨骼中的累积高三倍【3 4 1 ：不 同有机钒配合物也互不相同，并且与配体结构有很大关系。因此，合成具有类胰岛素作用 钒配合物时配体本身必须无毒，最好还具有一定的预防和降低钒的毒副作用的能力。1 ， 2 - 二羟基苯3 ，5 二磺酸钠( t i r o n ) 是一种螫合剂，可以和钒配位，有一定驱钒效果，动物 实验显示t i r o n 的钒配合物也有降糖作用。 如前所述，吸收和毒性闯题都与配体有很大关系。合成具有降塘功能的钒配合物选择 配体相当关键，研究者给出了一些配体选择原则，第一，无毒、低毒：第二，合适的亲水 亲脂性；第三，配体提供的配位环境在形成配合物时应留有空位，或有弱成键位置可发生 配体交换，便于和底物结合等。 1 2 5 展望 具有高效e l 服降糖作用的钒配合物研究工作正在逐步深入，随着对机理认识的深化， 重大突破指同可待。开展钒配合物的结构、生物活性研究，对认清钒在生物体系中的复杂 作用和机理以及新药开发都有重要意义。另外，钒配合物在抗癌，抗菌消炎，甚至避孕、 防辐射等方面都有可观的发展前景1 3 6 - 3 8 1 ，因此已引起入们浓厚的研究兴趣，并不断有大量 9 第一章其订生物活性约扬滔性含钒配合物研究进展 的研究报道问世。 1 3 含钒生物酶模型配合物合成和结构 生物体中存在合有钒元素的儿种金属蛋白及辅酶因子，如钒依赖卤素过氧化物酶 ( v a n a d i u m d e p e n d e n th a l o p e i o x i d a s e ) 和钒取代固氮酶( a l t e r n a t i v en i t r o g e n a s e ) 等，它们 发挥着某种未知的重要生物功能，引起了研究者极大的兴趣。1 9 8 3 年v i l t e r h 从海藻中分 离出钒溴代过氧化物酶；i 9 8 6 年r o b s o n r l 从固氮菌a z o t o b a c t e r 中分离出一种可将氮气 还原成氨的钒固氮酶，9 6 ，9 7 ，9 9 年钒卤代过氧化物酶晶体结构得到解析。 钒卤素过氧化物酶( v h p o s ) 能催化过氧化氢对卤化物转移两个电子的氧化，使有机底 物卤化。在有机体系中还可催化烯烃的环氧化及烷基硫化物、芳烃、脂肪烃和醇的氧化反 应；在无机体系中催化卤素离子与s 0 2 的氧化反应。钒能取代铝与铁、硫形成f e - v 蛋白 活性中心的第二固氮酶( a l t e r n a t i v en i t r o g e n a s e ) ，其中的钒铁辅助因子f e v - c o 也是f e v 蛋白中的氧化还原中心。研究钒与肼、苯肼的配位化学可以模拟钒固氮酶，了解均相质子 介质中n 2 被还原成肼的机理，认识海洋中某些低等动物能够富集钒的秘密。目前钒卤素过 氧化物酶和钒固氮酶这些方砸的模型配合物种类很多，其中获得真正高催化性能的比较 少。 19 7 8 年c a n t l e y 发现钒酸盐对真核生物的n a k a t p 酶的抑制作用：19 8 5 年m c n e i l 报道了钒化合物体内类胰岛素作用钒生物化学性质：从细胞层次上看首先，钒以钒酸根的 形式与磷酸根竞争磷酸盐传递蛋白、磷酸水解酶和磷酸转移酶的活性位点：其次，以氧钒 离子的形式同其它过渡金属离子竞争在金属蛋白质上的结合位点，争夺小的配位体如a t p ； 第三，钒还参加细胞内的氧化还原反应。钒酸根与小分子如谷胱甘肽反应，通过非酶反应 还原。钒作为一个氧化还原体系的接触剂能阻滞电子传递系统，并对许多酶产生抑制作用， 最常见的是对n a 、k a t p 酶的抑制作用。 合成含钒生物酶的模型配合物也是如今钒化学中被广泛研究的内容。因为含有亚甲胺 基一r c = n 的席夫碱类配体，其分子上可以同时存在其它如羟基、羧基、羰基等等多种含o 、 n 、s 配位原子的基团经常充当双齿或者多齿配体，表现出显著的多样性，可以提供类 似的和多变的配位环境，很多研究者试图用席夫碱和钒形成的配合物，模拟酶结构和功 能。 d r e h d e r 等合成了配位形式与己知的钒依赖卤素过氧化物酶类似，n 0 4 配位的几种配 l o 酋都师范人学硕十学仔论文 合物【v o ( h 2 0 ) n 一( 2 - o 一- s a l ) 一l l e u o - 】、【v o ( h 2 0 ) 2 n 一( 2 一o 5b r - s a l ) - l g l y 0 - 】- h 2 0 、 f v o ( h 2 0 ) 2 n 一( 2 o3c l 一5 b r - s a l ) 一l - g l y - o - 】h 2 0 ，确定了前两种的单晶结构，通过这些模 型i j 己合物研究了卤化反应催化过程中b r 与酶中心町能的成键位置1 ”j 。 n 亚水杨基氨丛酸和钒的配合物可以作为加强吡哆醛效力的酶的一些反应的模型体 系。i c a v a c o 等l ”l 合成并表征了多种此类配体和钒的配合物 v o ( s a l l a a ) ( x ) l ( a a = a l a ， v a l ，m e t ， i l e ，p h e ；x = 1 - 1 2 0 ，b i p y ) ，研究其中几个在固态和溶液中的谱学性质。同时 还合