（物理化学专业论文）芳酰腙金属配合物的合成、结构及其与dna作用的初探.pdf

西北大学硕十学位论文 摘要 近年来研究具有生活功能的单配或混配体配合物有较大的理论意义及应用价值，本 文合成并表征了芳酰腙类单配或混配体配合物，并对配合物与d n a 作用机理进行了初 步探讨。 1 合成：在d m f 醇混合溶剂中，以对二甲胺基苯甲酰腙( c 1 6 h 1 7 n 3 0 2 ，简写为h 2 l 1 ) 与过渡金属n i 、z n 、c d 、c u 、c o 、a g 、m n 的盐反应，合成了7 种新的配合物，并得 到了n i 和c u 配合物的单晶；以n 一( 2 一异丙酸) 邻羟基苯甲酰腙( c l o h l 0 n 2 0 4 ，简称为h 3 l 2 ) 为配体与稀土硝酸盐反应，合成了两种新稀土配合物，并培养出这两种配合物的单晶； 以n ( 2 乙酸) 邻羟基苯甲酰腙( c 9 h 8 n 2 0 4 ，简称h 3 l 3 ) 和2 ，6 一二羧酸吡啶( c 6 h s n 0 2 ， h 2 p d a ) 为配体和稀土盐反应，合成出了1 0 种新稀土混配体配合物。 2 表征：通过元素分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、x 一射线粉木衍射以及 t g d t g 等手段对配合物的组成结构和物理化学性质进行了表征，通过x 射线单晶衍射 仪测定了它们的晶体结构。 3 性质测试：通过紫外吸收光谱和荧光光谱对配合物与小牛胸腺d n a 相互作用的 机理进行了初步探讨。 关键词：芳酰腙，2 ，6 吡啶二甲酸，混配体配合物，晶体结构，d n a 摘要 a b s t r a c t d e v o t e dt ot h et h e o r e t i cs i g n i f i c a n c ea n dt h e a p p l i c a t i o n s ，s t u d i e s o nt h eb i o l o g y f u n c t i o no ft h es i n g l eo rm i x e d l i g a n d sc o m p l e x e sh a v eb e e no fg r e a ti n t e r e s ti nr e c e n ty e a r s i nt h i sp a p e r ，t h es y n t h e s e s ，c h a r a c t r i z a t i o na n dd n a b i n d i n gp r o p e r t i e so fs i n g l eo rm i x e d l i g a n d sc o m p l e x e so fh y d r a z o n el i g a n d sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d 1 s y n t h e s i s i nm i x e ds o l u t i o no fd m f e t h a n o l ，s e v e nn o v e lt r a n s i t i o nm e t a l ( n i ，z n ， c d ，c u ，c o ，a g ，m n )c o m p l e x e s w i t h 2 一( 4 - d i m e t h y l a m i n o b e n z y l i d e n e ) 2 - h y d r o x y b e n z o y l h y d r a z i d e ( c 1 6 h 1 7 n 3 0 2 ，h 2 l 1 ) h a v eb e e ns y n t h e s i z e d ，a n dt h es i n g l ec r y s t a l o f n ia n dc uc o m p l e x e sh a v e b e e no b t m n e d a n dt w o c o m p l e x e sc o n t a i n i n gn - ( 2 - p r o p i o n i c a c i d ) - s a l i c y l o y lh y d r a z o n e ( c l o h l o n 2 0 4 ，h 3 l 2 1h a v eb e e ns y n t h e s i z e da n dt h es i n g l ec r y s t a l o ft h et w oc o m p l e x sh a v eb e e no b t a i n e d t e nn e wr a r ee a r t hc o m p l e x e sc o n t a i n i n g2 ， 6 - p y r i d i n ed i c a r b o x y l i ca c i d ( h 2 p d a ) a n dn 一( 2 a c e t i ca c i d ) 一s a l i c y l o y lh y d r a z o n e ( c 9 h 8 n 2 0 4 ， h 3 l ) h a v eb e e ns y n t h e s i z e d 2 c h a r a c t e r i z a t i o n t h ep r o p e r t i e so ft h e s ec o m p l e x e sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e db y e l e m e n t a la n a l y s e s ，i r ，u v - v i s ，f l u o r e s c e n c es p e c t r u m ，x r a yp o w d e rd i f f r a c t i o na n d t g - d t g t h ec r y s t a ls t r u c t u r e sh a v eb e e nd e t e r m i n e db yx r a ys i n g l ec r y s t a ld i f f r a c t o m e t e r 3 p r o p e r t ym e a s u r e m e n t d n ab i n d i n gm e c h a n i s m so ft h ec o m p l e x e sa r ei n v e s t i g a t e d b yu v v i ss p e c t r u ma n df l u o r e s c e n c es p e c t r u ma n a l y s i s k e yw o r d s ：a r y l h y d r a z o n e ，2 ，6 一p y r i d i n e d i c a r b o x y l i ca c i d ，m i x e d l i g a n dc o m p l e x ，c r y s t a l s t r u c t u r e ，d n a 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。 学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保 证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：王垫j 壶， 指导教师签名 l q 勺7 年6 月o e l 磁特 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西 北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：揪j 蕉， ) o 口丫年6 月0 日 西北大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 酰腙及其配合物的研究进展 酰腙类化合物是由酰肼和醛酮缩合的产物，分子中有酰基氧、亚胺基氮和其他取代 基上的配位原子，且由于酰腙基团存在酮式和烯醇式，使酰腙化合物表现出多样的配位 形式。因此，酰腙类化合物含有硬碱配位原子( 氧原子) 、软碱或边界配位原子( 氮原子) 等，可以与作为硬酸的稀土元素( 亲氧元素) 和作为软酸或边界元素的过渡金属( 亲氮 元素) 形成螯合环，增强配合物的稳定性。此外，研究还发现在大量具有生物活性的腙 类化合物中，含肽键芳酰腙类腙的代谢产物均系低毒或无毒t 1 1 。正是由于酰腙类化合物 所具有的多样配位方式和强的配位能力，以及优良的生物活性、非线性光学等性质，使 其在新材料、农业、医药、分析试剂等领域具有广阔的应用前景。 早在1 9 6 3 年就有关于各种苯腙做为小麦叶锈病铲锄剂的报道【2 1 。以后，陆续出现了 酰腙在其它方面的应用，如作为新材料以及分析试剂。文献还报道，当氨基芳酰腙作为 环氧树脂的硬化剂时，就使得环氧树脂具有非线性光学性质【3 】。迟成林等人合成了三苯 胺甲醛二苯腙并研究了其光电性能，发现该化合物可作为载流子孔穴传输材料1 4 j 。酰腙 类化合物在材料科学领域的潜在应用还表现在可用作合成束缚金属防止氧化的聚合塑 料的原料【5 】。水杨醛2 溴一6 一羟基苯甲酰腙应用于葡萄糖注射液及常见饮料中微量a 1 的测 定，效果很好【6 】。利用酰腙能与各种各样的金属离子形成配合物，常用作分析试剂和金 属萃取剂。如苯腙作为一类理想的荧光分析试剂，用它来测定女i ：i a l ”、z n 2 + 等过渡金 属离子，显示出灵敏度高、选择性好的优点【7 1 。近年来，国内外许多研究人员对该领域 进行了比较深入地研究，发现酰腙类化合物具有抗菌、消炎、除草等多种生物活性【8 】。 自二十世纪七十年代至今，关于腙类金属配合物研究的报道有6 0 0 余篇，其中，酰 腙类过渡金属配合物报道较多，酰腙类稀土元素配合物报道较少，且自八十年代以后呈 上升趋势，主要由中国、印度、埃及和英国学者完成，研究的内容多为合成和表征 9 - 1 5 】。 1 9 7 5 年，m o h a n k 系统地总结了多种腙及其配合物在分析化学中的应用，主要用于波谱 分析、酸碱滴定剂、离子络合剂、浊度检测试剂等f l6 1 。九十年代以前对它们的研究也多 为合成方法、光谱性质、热化学性质、电化学性质、稳定常数、m s 、e s r 及磁性等的测 定及表征。由于酰腙类配合物较难培养单晶，所以，有关该类配合物的晶体结构报道偏 第一章绪论 少，其结构多由各种表征来推测。1 9 8 7 年，s h e o r a js i n g h 等在7 5 的水醇混合溶剂中， 用电位滴定法测定了不同温度下2 乙酰吡啶硫代卡巴腙稀土配合物的热力学平衡常数 【17 1 。印度学者对氨基乙酰腙类、异烟酰腙类、噻酚甲酰腙类等稀土配合物的光学性质进 行了比较详细的研究【掩】。z h a og 等研究- - - - ( 1 甲基1 苯甲酰腙乙烷基) 环戊二烯基铁的 过渡金属配合物的热分解过程，结果表明配合物的热稳定性比配体高得多【l9 1 。九十年代 以后，关于酰腙类配合物的研究逐渐深入，从酰腙类配合物的合成、表征深入到了研究 酰腙类金属配合物的配位行为。其中，在结构上从单酰腙配合物到双酰腙配合物，从单 核到多核、从同核到异核配合物，并在研究结构的基础上考察了其光学、电学、磁学等 性质。关于酰腙配合物的应用研究主要集中在分析试剂、催化、光学材料、磁性材料等 方面，在农业和医药方面有关其生物活性的报道逐渐增多，但针对酰腙及其配合物生物 活性的机理以及结构和活性之间关系的研究甚少。孔淑青等人用肉桂醛一邻氨基苯甲酸 席夫碱( c a a ) 在h a c n a a c 缓冲溶液中与铜离子形成淡绿色络合物，并用分光光度法测 定了食品中铜的含量【2 0 1 。一些多官能团的双酰腙能形成同核或杂多核配合物被用作均相 或多相催化7 f i j t 2 1 , 2 2 】。游效曾院士等测定了硫代芳酰腙类配合物的s h g ( - 二次谐波发生) 系 数，发现2 氯苯甲醛缩氨基硫脲c d 配合物的s h g 系数是尿素的2 0 倍 2 3 】。s i n g hb 与s a h a i p 测量了2 氨基苯甲酮一2 一噻吩腙稀土配合物 l n ( h a b t h ) 2 c 1 2 c 1 的磁化率，该值略微偏离 v a nv l e c k 值，表明了4 f 电子轻微参与成键【2 4 1 。2 0 0 0 年以来有关酰腙类配合物的研究主要 集中在酰腙类配合物的生物活性，在研究酰腙配合物的晶体结构的基础上，开始探讨酰 腙类配合物在分子结构水平上与d n a 的作用机理【2 5 - 3 6 。有关酰腙类配合物在农业和医药 方面的生物活性研究在下节叙述。 1 2 酰腙及其配合物的生物活性 1 2 1 酰腙的生物活性 酰腙类化合物是分子结构中含有活性亚结构基团( c o n h n = c h ) 的一类化合物，在 除草和杀菌方面具有良好生物活性 3 7 , 3 8 】。1 9 8 2 年j o h n s o n 等报道了芳香腙表现出抑制啮 齿细胞链的增长【3 9 1 。2 0 0 1 年胡国强等合成了n 甲基1 ，2 ，5 ，6 四氢吡啶3 酰芳腙，并报 道该化合物表现出一定的舒张血管作用【4 0 1 。2 0 0 2 年h o f m a n nj 等称4 乙酰吡啶2 - 一苯丙噻 唑腙、3 乙酰异喹啉一2 一苯丙恶唑腙等为一类新型的抗癌试剂，它们呈现出超乎寻常的抗 两北大学硕十学位论文 白血病、黑素瘤、肺癌及肾癌的效果【4 1 1 。2 0 0 5 年麻宝成等人合成了含羧基酰腙化合物， 并研究了该类化合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌的抑菌活性【4 2 1 。2 0 0 6 年杨 健国等合成了2 ( 1 2 萘亚甲基) 2 羟基苯甲酰腙，生物活性测试表明该化合物对大肠杆菌 有一定的抑菌活性【4 3 】。2 0 0 6 年龙德清等人合成的间苯双酰腙类化合物对水稻纹枯病菌和 小麦赤霉病菌有较好的抑制作用【4 4 1 。2 0 0 7 年龙德清等合成了系列三唑并嘧啶甲酰腙类化 合物，发现该系列化合物对棉花枯萎病菌、黄瓜灰霉病菌和苹果轮纹病菌均表现出不同 程度的抑制活性，且对水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌有很好的抑制活性1 4 5 1 。 1 2 2 酰腙配合物的生物活性 酰腙类化合物本身表现出较强的生物活性，同时，研究发现大部分酰腙类金属配合 物的生物活性要强于单一酰腙配体本身 4 6 , 4 7 】。1 9 8 8 年，j o h a r ir b 等报道了苯甲醛水杨 酰腙及其过渡金属配合物对黑曲霉菌和构巢曲霉菌均有抑制作用【l6 1 。印度n a r a n gk k 等研究了戊醛苯腙和戊醛异烟酰腙与过渡金属c o 、n i 、c u 、z n 的配合物具有抗真菌和 细菌的活性【15 1 。梁芳珍等合成了水杨醛双酰腙c u ( i i ) 配合物及5 溴水杨醛硫代双酰腙及 其金属铜配合物，并报道了该配合物对大肠杆菌、枯草杆菌的抑制活性 4 8 , 4 9 】。何水样等 合成了水杨醛1 h 苯并三唑乙酰腙稀土等配合物，研究表明该系列的镧( 1 1 1 ) 、钆( i i i ) 配合 物对霉菌、芽孢杆菌有较强的抑制作用【5 0 1 。2 0 0 4 年，m a f i s a 等报道异烟酰腙铜( i i ) 、镍( i i ) 配合物对白血病有较好的治疗效果，可以抑制其d n a 的合成【5 。m a g d i 等研究了一系列 由直链脂肪酰肼与水杨醛合成的酰腙化合物，以及这类酰腙铜配合物的晶体结构及生物 活性【5 2 】。孙纲春等研究了该类配合物对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌的抗菌活 性以及对k b 人口腔上皮癌、a 2 7 8 0 人卵巢癌、b e l 7 4 0 2 人肝癌的抗肿瘤活性1 5 引。杨健国 等报道了c u ( i i ) 2 ( 2 噻吩亚甲基) 水杨酰腙配合物对大肠杆菌具有强抑菌活性【5 引。张玲 等研究了氮氧化吡啶一2 甲醛缩3 ，5 一二苄氧基苯甲酰腙锌配合物对枯草杆菌和金黄色葡 萄球菌有较强的抑制作用【5 5 】。m e t w a l l yk a 研究认为2 芳基喹啉4 羧基酰腙配合物对埃 希氏菌和真菌均具有较好的抑制活性，但对葡萄球状菌则没有抗菌活性【5 6 1 。此外，还有 人研究了含酰硫腙基团的金属配合物，以及它们的抗肿瘤作用和低的细胞毒素 5 7 , 5 8 】。 1 3 酰腙配合物的配位方式 酰腙基团存在酮式配位、烯醇式配位及脱氢共轭式配位三种配位方式。酰腙基团酮 第一章绪论 式中酰胺基h 转移羰基o 上，形成亚胺基氮和碳原子双键为烯醇式。 1 3 1 酰腙基团的酮式配位 p a s c h a l i d i sd g 等制各的2 吡啶羧醛苯甲酰腙( p b h ) 的稀土配合物中的主配体以中 性酮式配位，配体分别以羰基0 、亚胺基n 和吡啶环上的n 参与配位【5 9 】。 _ e r ( p b h ) 2 ( n 0 3 ) n 0 3 1 5 h 2 0 的晶体结构 南开大学b ux h 等在甲醇中合成了两种n ，n 二异烟碱2 一羟基5 一甲基异邻苯二醛 双腙( h l ) 的稀土配合物： h 0 2 ( l ) 3 ( h 2 0 ) ( n 0 3 ) 2 ( 0 h ) 3 5 h 2 0 l u 2 ( l ) 3 ( o h ) 3 ，酰腙则是 以负一价酮式配位，配体分别以羰基o 、亚胺基n 和羟基o 参与配位【6 0 】。 h 0 2 ( l ) 3 ( h 2 0 ) 】3 + 的晶体结构图配合物【l u ( l ) 3 】3 + 的晶体结构图 何水样等合成了n ( 2 异丙酸) 邻羟基苯甲酰腙的稀土配合物 e u ( h 2 l ) ( h l ) ( h 2 0 ) 3 】0 5 b i p y 3 h 2 0 6 1 矛- h n d ( h 2 l ) ( h l ) ( h 2 0 ) 3 2 p h e n 4 h 2 0 ，配合物中两 个配体除均失去了羧基上的氢外，其中一个还失去了酚羟基上的氢，在此两个配合物中 的配体均是以负一与负二混合价酮式配位，配体分别以羰基o 、亚胺基n 和羧基c o o 。 三齿配位【6 2 j 。 西北大学硕士学位论文 【e u ( h 2 l ) ( h l ) ( h 2 0 ) 3 】0 5 b i p y 3 h 2 0【n d ( h 2 l ) ( h l ) ( h 2 0 ) 3 】2 p h e n 4 h 2 0 的晶体结构 何水样等合成的稀土配合物【v ( c l o h 9 n 4 0 8 ) ( c l o h 8 n 4 0 s ) ( h 2 0 ) 2 y ( c 】o h y n 2 0 4 ) ( h 2 0 ) 5 3 h 2 0 中的酰腙配体就是以负一、负二与负三混合价酮式与y 配位的。配合物是由一 个双核结构、一个单核结构和三个水分子构成。双核结构中的配体除均失去羧基上的氢 外，其中一个还失去了酚羟基上的氢；单核结构中配体失去了羧基上的氢、酚羟基上的 氢和酰胺基上的氢，所以配体是以负一、负二与负三混合价酮式与y 配位的【6 3 1 。配体除 以羰基o 、亚胺基n 和羧基c o o 三齿配位外，双核结构中桥联配体还以酚羟基氧参与 配位。 配合物 y ( c l o h 9 n 4 0 8 ) ( c l o h s n 4 0 8 ) ( h 2 0 ) 】2 y ( c l o h 7 n 2 0 4 ) ( h 2 0 ) 5 】3 h 2 0 的晶体结构图 1 3 2 酰腙基团的烯醇式配位 杨正银等合成了1 苯基3 甲基5 - 羟基4 吡唑苯酮异烟酰腙( h 2 l ) 稀土配合物e u ( h l ) 3 3 5 h 2 0 ，其中h 2 l 就是脱去了酰胺基上的氢以负一价烯醇式参与金属配位的【3 l 】， 其单晶结构图如下。 l声 丢了够 第一章绪论 e u ( h l ) 3 - 3 5 h 2 0 配合物的晶体结构图 杨正银等制备了2 羰基丙酸( 吡啶4 甲酰基) 腙稀土双核配合物r e 2 ( p p f h ) 3 n h 2 0 ( r e = l a - y b ，n _ 2 3 ) ，通过红外、紫外、元素分析、电导、核磁、热分析等手段确定了 该系列配合物的组成【6 4 】。并根据以上分析结果推测出配合物中酰腙配体是同时脱去了 羧基以及酰胺基上的氢以负二价烯醇式形式与金属配位。 o k 嚣知一。匐惫 何水样等合成了2 一羰基丙酸水杨酰腙的双核p r 配合物 p r 2 ( l ) z ( h 2 0 ) 2 3 h 2 0 ，根据元 素分析、e d t a 容量分析、红外、紫外、1 hn m r 等手段的分析确定了配合物的组成， 并进一步推测配体是同时脱去了羧基、酰胺基上的氢以及酚羟基上的氢以负三价烯醇 式、并以羧基氧桥联形式参与金属配位的6 5 1 。 1 3 3 酰腙基团的脱氢共轭式配位 既台物f p 嘣l ) 2 ( h 2 0 ) 2 1 3 h 2 0 酰腙基团除可以酮式和烯醇式配位外，还可以脱氢共轭形式参与配位。如何水样 等合成了镝( i i i ) 与2 一羰基丙酸水杨酰腙及1 ，1 0 菲哕啉三元配合物 d y ( h l ) ( p h e n ) ( n 0 3 ) 西北人学硕士学位论文 ( h 2 0 ) 2 】h 2 0 ，发现该配合物中的酰腙配体是以脱氢共轭式参与金属配位的【6 6 1 。此外还 合成了过渡金属铜( i d 与2 一羰基丙酸水杨酰腙的配合物，该配合物中的酰腙配体也是以 脱氢共轭式参与金属配位的【6 7 】。 删胀：濮黜， 翱 辫c ( 黼) 一o c l l 一n h 一习m 疑cj - n _ l i - 一c h 一= 辛 脱氢共轭式配位方式示意图 脚_ ”鼎 镝( i i i ) 与酰腙及l ，l o 菲哕啉配合物的结构配合物c u ( c 1 0 h 8 n 2 0 4 ) ( h 2 0 ) 2 晶体结构 1 4 羧酸类含肽键芳酰腙及其配合物的研究状况 根据含肽键芳酰腙的结构特点、强的配位能力、优良的生物活性及与稀土盐的助长 和抑菌活性的协同作用。十多年来，西北大学何水样等人已设计合成出未见文献报道的 羧酸类含肽键芳酰腙及其与稀土、过渡金属形成的新型配合物约2 0 0 余种。对配合物的 组成进行了系统的表征，测定了部分配合物的单晶体结构，先后研究了它们的热化学性 质嘲、热动力学性质1 6 9 , 7 0 】、荧光性质 6 0 , 6 1 , 6 4 】、生物活性1 2 5 , 2 7 等，特别是近年来又开展了 这类化合物与小牛胸腺d n a 作用方式的初探。尹汉东报道了丙酮酸异烟酰腙锡配合物的 晶体结构【7 1 1 。杨正银等利用水溶液法合成了6 种羧基苯甲醛苯甲酰腙配合物，研究了它 们的生物活性以及热化学性质1 7 2 , 7 3 。这里从结构和性质两方面选取代表性的配合物总结 如下： 1 4 1 配合物的结构 分别选取n 一( 2 异丙酸) 水杨酰腙( h 3 l 1 ) 与稀土、过渡金属的单配以及以及与另一配体 的混配体配合物，n ( 2 。乙酸) 水杨酰腙( h 3 l 2 ) 、咪唑与镉混配配合物以及二丙酮酸缩对苯 二甲双酰腙( h 4 l 3 ) 、毗啶与铜混配配合物。 第一章绪论 负一、负二混合价稀土s m ( i ) 双核配合物3 2 1负一价过渡金属c u ( i i ) 单核配合物7 4 l 负一、负二混合价稀土e r ( i ) 单核配合物7 4 1混配体过渡金属n i ( i i ) 配合物7 8 】 混合价、混配体羧基桥联稀土e u ( i i i ) 双核配合物例混合价超分子稀土n d ( i i i ) 配厶物7 4 】 双核混配体u2 桥联稀土p “i ) 配合物7 6 l 三单元混配体过渡金属c d ( i i ) 双核配合物7 6 1 8 - 西北人学硕上学位论文 混配体分子桥联过渡金属c u ( i i ) 双核配合物7 4 1混配体过渡金属n i ( i i ) 单核配合物7 4 】 留秽， 丙酮酸异烟酰腙锡混配体配合物7 u丙酮酸异烟酰腙钡配合物7 5 1 1 4 2 配合物的性质 目前已合成的羧酸类含肽键芳酰腙金属配合物均难溶于水、苯、乙醚和丙酮，易溶 于d m f 和d m s o ，且对其性质的研究主要集中在以下三个方面：荧光性质、热化学性 质以及生物活性。由于该腙类配体普遍存在较大的共轭体系，具有较好的荧光性质，故 该类配合物均显示良好的荧光特性。此外由于金属离子的电子层结构不同，例如稀土金 属离子e u ( i i i ) 的5 d o 一7 f o 的电偶极跃迁使得该类稀土酰腙配合物显示出强的荧光性质 【6 0 1 。同时还研究了这类配合物的热稳定性，如采用t g d t g 方法对了n ( 2 异丙酸) 水杨 酰腙、苯和e u 配合物的热化学及非等温动力学研究【7 7 】，用t g d t g 分析法研究了铅配 合物的热分解过程【7 2 1 。含肽键芳酰腙类腙的代谢产物均系低毒或无毒且具有良好的生物 活性，故该类配合物也表现出良好的生物活性。研究发现，n 一( 2 异丙酸) 水杨酰腙( h 3 l 1 ) 的铜配合物对辣椒疫霉菌和烟草赤星菌有较高的抑制活性【6 7 1 ，n ( 2 异丙酸) 水杨酰腙 ( h 3 l 1 ) 钇配合物对小麦锈病菌夏孢子萌发有很好的抑制作用【6 2 】。h 3 l 1 、l ，1 0 菲哕啉g d 配合物对番茄灰霉病菌和烟草赤星菌有相当好的抑制效果【7 9 1 ，2 羧甲氧基苯甲醛水杨酰 腙铅配合物的抗脂质过氧化活性较强【_ 7 8 】。近年来还对该类配合物与小牛胸腺 第一章绪论 d n a ( c t - d n a ) 的作用机理进行了初步探讨，发现该类配合物与c t - d n a 均有一定的作 用。大部分配合物与c t - d n a 之间存在有插入作用，只是插入作用程度不尽相同，如 n 一( 2 异丙酸) 水杨酰腙的s m ( i i i ) 配合物与c t - d n a 的作用方式为插入作用。另外一些配 合物还与c t _ d n a 之间既存在着插入作用还存在着静电作用以及其他作用方式 2 9 , 3 2 , 3 6 】。 1 5 2 , 6 吡啶二甲酸( h 2 p d a ) 金属配合物研究状况 吡啶类属于杂环化合物，自然界半数以上的化合物均含有杂环，而杂环化合物大多 具有强的生理活性和药用价值。这可能是因为杂环化合物与脂肪族或芳香族化合物相 比，更不易受新陈代谢过程破坏的缘故。近年来，杂环化合物逐步发展成为世界新农药 研发生产的主流，不仅仅是由于它的高效使用致使成本降低，而是由于大多数杂环化合 物新农药毒性低并且对环境影响小，尤其是含氮杂环化合物农药生物活性更高、选择性 更强。吡啶是一类含氮杂环化合物，其衍生物广泛存在于生物体中。吡啶由于具有接受 质子的性能、共轭的酸碱性能、配位性能，故享有“生物催化剂和“生物配体”的美 誉。 1 5 1 2 , 6 吡啶二甲酸及其配合物的生物意义 以吡啶环为母核的一系列包含羧基的衍生物有机配体因其较好的生物活性受到了 人们的关注【8 0 】，主要用于生物药物方面。研究表明2 , 6 吡啶二甲酸在生物体内具有生物 活性，其在细菌孢子中大量存在。2 0 世纪5 0 年代就有人研究了2 , 6 吡啶二甲酸的酰肼 衍生物的杀菌活性，并且将其衍生物用于制备抗结核临床实验的i n 一7 3 。2 ，6 一吡啶二 甲酸是l 赖氨酸的前体物质，是一种有效的脱叶剂【82 1 。2 , 6 吡啶二甲酸配合物因2 , 6 一二 羧酸吡啶具有生物活1 , 生1 8 3 , 8 4 1 和独特的配位构型 8 5 - 8 7 1 引起了人们的研究兴趣，其配合物在 生物化学模拟系统中更是得到了广泛的应用。c r a n s 等合成了一系列2 , 6 吡啶二甲酸钒 的不同价态配合物，动物模型实验研究表明2 , 6 吡啶二甲酸钒配合物的降糖作用较为显 著【8 8 1 ，且该配合物有较好的跨细胞吸收能力【8 9 1 。张秀英等研究了吡啶二甲酸及其镓、 铟配合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌的生物活性1 9 0 1 。 1 5 2 2 , 6 一吡啶二甲酸二元配合物 2 , 6 吡啶二甲酸与金属配位存在多种方式，除作为三齿配体、二齿配体、单齿配体 西北大学硕士学位论文 配位外，还可以充当桥联基参与金属配位。m a ol 等合成并研究了c u ( d p c ) ( h 2 0 ) 3 配合 物单晶的结构，发现配合物分子中2 ，6 吡啶二甲酸是以三齿螯合的形式参与配位的， p 。d u a nl y 等合成并研究了2 ，6 吡啶二甲酸与l a 的配合物( l a ( p y d c ) 2 ( h 2 0 ) 】 l a ( p y d c ) ( h 2 0 ) 2 】h 2 0 ) 的分子结构，发现其中有两个2 , 6 一吡啶二甲酸分子是以三齿配位 方式与l a 配位，其中一个配体除了以三齿形式配位外，该配体的一个羧基以桥联方式 连接两个l a ( i i i ) 离子【9 2 】。h u a n gyg 等合成了2 , 6 一吡啶二甲酸的d y 配合物，分子结 构表明d y ( 1 ) 是九配位环境，三个2 , 6 毗啶二甲酸均以三齿配位方式与d y 配位；d y ( 2 ) 是八配位环境，其中三个2 , 6 吡啶二甲酸均以羧基氧单齿与之配位，一个2 , 6 吡啶二甲 酸羧基氧原子采取了羧基桥联配位方式，将配合物桥联成为双核结构，并研究了配合物 的固体荧光性质和热稳定性【9 3 】。 c u 配合物的晶体结构l a 配合物的晶体结构 d y 配合物的晶体结构 1 5 32 , 6 一吡啶二甲酸的混配体配合物 纛 z o u r q 等合成t c u ( c 7 h 4 0 4 n ) ( c 8 n 3 h 7 ) ( h 2 0 ) 混配体配合物，分子结构显示2 ，6 吡啶 二甲酸是以二齿参与配位的，并测定了配合物的电子顺磁共振波谱性质和热稳定性【9 4 】。 第一章绪论 d um 等a 成t c o c o p o ) ( p y d c ) ( h 2 0 k 】( h 2 0 ) 混配体配合物，其单晶结构中2 ，6 - 吡啶二甲酸 是以三齿形式参与金属配位的。何水样等合成了2 ，6 一吡啶二甲酸与2 一羰基丙酸水杨酰 腙的p r ( 1 i d 和e u ( i i i ) 的混配体配合物，其晶体结构表明，在这两个配合物中2 扫- 吡 啶= 甲酸均是以三齿形式参与配位的。 c u 配合物的晶体结构 c o 配合物的晶体结构 p r 配合物的晶体结构 1 6 稀土元素的生物活性 e u 配合物的晶体结构 稀1 二元素本身并不是生命元素，但它具有很多优良的性能，这使得它不仅被誉为现 代工业的“维生素”、“新材料的宝库”而且在农业、医药等方【a i 也有重要的用途，还 可以作为离子探针研究一些生命元素在牛物人分子中的键合行为，从而进一步研究其在 生物体内的生化过程m 】，稀土属丁生理生化上的金属激活剂，由镧系1 5 种元素和与之相 似的钪、钇共1 7 种元素组成m 。删。已有研究表明，稀土是具有生理活性的化学元素，会 影响植物的外部形态和生长发育，有利于植物生长量的增加，改善果实品质和增强植物 抗逆能力i o i , 1 0 2 。稀土元素直接或间接影响植物光合作用和植物吸收养分等一系列植物 西北人学硕上学位论文 生理活动，了解稀土元素对植物的生物效应及作用机理，可以为稀土农用提供理论依据 【1 0 3 ”0 4 1 。曹晓婕等的研究结果表明施用稀土可提高幼苗叶片的可溶性蛋白和叶绿素含量， 有效提高农作物的光合效率【1 0 5 】。已有不少学者报道了对池塘施用稀土或在饵料中添加 稀土对水产动物具有促生长和防病抗病效应【10 6 1 。马树芝等合成了水杨醛缩苯丙氨酸席 夫碱、邻菲咯啉稀土配合物，由于稀土离子与席夫碱配体以及邻菲咯啉的协同作用，使 得该系列配合物对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌及真菌白色念珠 菌都具有较好的抑制作用，并且优于单独的稀土离子、席夫碱配体和邻菲咯啉【l 7 1 。申 凤善等报道氨基酸稀土配合物对高山红景天根腐病菌和水稻纹枯病菌均有较强的抑菌 作用【1 0 8 】。2 0 0 8 年沈智慧等研究认为稀土配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌有较强的 抑制作用，抗菌谱广【1 0 9 1 。丁宪生等合成了三个新型的开链冠醚席夫碱稀土离子三元配 合物，由于其与细胞磷脂和配合物肽链上的羧基有较强的亲和力，可以稳定在细胞膜及 溶酶体膜上，一方面可以抑制其核酸酶的活性及功能，使细菌的生长受到抑制；另一方 面增加了对细胞膜的穿透或破坏能力，导致生物体不能完成正常的运转。抑菌活性实验 表明这三种配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有较好的抑菌效剽0 1 。 1 7 配合物与d n a 的作用 核酸( d n a ) 是生物体的重要组成物质，在它的碱基对中储存着大量的遗传信息，包 含产生蛋白质的信息，提供产生蛋白质的模板和工具，并参与这些信息在细胞内的表达， 从而促成并控制新陈代谢过程。由于d n a 与生物的生长、发育和繁殖等重要的生命活动 以及癌变等异常生命活动息息相关，所以许多预防和治疗癌症的药物都是以d n a 为作用 靶来设计的【1 1 1 1 。许多小分子化合物与d n a 相互作用后会不同程度地导致d n a 分子结构 与功能的变化，进而对d n a 的基因调控和表达功能产生影响。金属配合物小分子与d n a 的作用是近十年来化学和生物学活跃的研究领域1 1 2 j 1 4 】。有报道，金属配合物可用于d n a 结构探针、d n a 分子光开关、d n a 足迹试剂以及d n a 断裂试剂等研究领域【1 1 5 , 11 1 6 】，因 此开展小分子及其金属配合物与d n a 的作用研究，不仅在医学、药学及生物学等领域具 有现实意义，而且对于阐明d n a 等生物大分子本身的结构、功能也有十分重要的理论意 义。 无机金属离子配合物与d n a 的结合模式大致可分为非共价结合、共价结合和剪切作 用。其中非共价结合在生物体内起着重要的作用【1 1 7 , 1 1 8 】，具体可分为以下三种结合方式： 第一章绪论 ( 1 ) 静电结合即分子通过非特异性的相互作用结合于带负电荷的d n a 双螺旋外 部。例如 r u ( n h 3 ) 4 d p p z 】2 + ( d p p z = 二吡啶吩嗪) 首先通过静电吸引靠近d n a ，然后通过配 体n h 3 上的氢原子与磷酸根的氧形成氢键9 1 。 ( 2 ) 插入结合即在碱基对之间嵌入平面的或者几乎平面的芳香环系统。当配合物以 插入方式与d n a 作用时，主要特征表现在配合物的吸收光谱强度减弱，最大吸收峰红移， 荧光强度增强，熔点升高，粘度增加等。 ( 3 ) 沟面结合i ! d n a 靶向分子与d n a 的大沟或小沟的碱基对边缘直接发生相互作 用，主要依靠氢键和碱基的疏水性起稳定作用。 目前，研究配合物与d n a 作用机理的方法报道很多，大多应用荧光、紫外、粘度分 析、圆二色谱、线二色谱、1 hn m r 法、共振拉曼光谱、极谱和循环伏安法、电位法、 阻抗法、电化学发光法( e c l ) 等手段【1 2 0 m 3 1 ，以下列出几种易于实现的方法。 1 电子吸收光谱分析：即紫外可见光谱法。配合物与d n a 作用的紫外可见吸收光 谱是研究小分子与d n a 相互作用的一种最方便和常用的技术，一般来讲，当小分子配 合物以插入模式与d n a 作用时，其吸收光谱会出现一定的减色效应和峰位红移现象 【1 1 8 o 2 荧光光谱分析：配合物与d n a 作用的荧光光谱法分为三种：( 1 ) d n a 本身的荧 光很弱，对于自身荧光较低的某些金属配合物来说，当与d n a 发生嵌插作用时，荧光 猝灭受到抑制，配合物的荧光强度增强。( 2 ) 比较发光淬灭剂对发光物质在结合d n a 前 后发光淬灭情况的差异，是研究配合物分子与d n a 相互作用的另一种简便有效方法。 当配合物分子以插入方式与d n a 结合时，由于d n a 的磷酸骨架带有负电荷，对淬灭 剂阴离子有强烈的排斥作用，因此与d n a 以插入方式结合的配合物分子受到有效的保 护从而使其受到淬灭的程度减小【1 2 4 1 。当配合物分子与d n a 发生非插入式结合时，配合 物分子暴露在溶剂分子中，容易受到阴离子淬灭剂的进攻1 2 5 1 。阴离子淬灭剂对配合物 分子的淬灭程度比不加d n a 时要大1 2 6 1 。( 3 ) 配合物对d n a e b 荧光光谱的影响。溴化 乙啶( e b ) 是一种荧光染料，其本身的荧光很弱，但能平行地插入双螺旋d n a 内部的碱 基之间，从而使其荧光显著增强。当e b 从d n a 双螺旋中出来或d n a 双螺旋减少时， 荧光显著降低。在e b d n a 体系发光的激发波长下，配合物与d n a 的作用在此激发波 长不会产生荧光，如果配合物的加入能够引起e b d n a 体系的发光强度明显降低，则说 明发生了配合物、e b 对d n a 键合反应的竞争，即配合物与d n a 的作用为插入方式【1 2 7 1 。 3 粘度分析：在缺乏晶体数据的情况下，粘度测定被认为是确定配合物与d n a 作 西北大学硕士学位论文 用键合模式最好的方法之一1 2 引。粘度值对分子长度变化非常敏感，当以部分插入方式 与d n a 作用时，则可能使d n a 碱基对的相对位置发生变化，从而导致双螺旋发生扭 结，使d n a 溶液粘度降低；当配合物通过经典插入方式与d n a 作用时，d n a 相邻碱 基对的距离会变大以容纳插入配合物，从而导致d n a 双螺旋链伸长，d n a 溶液粘度增 加；当以静电、沟面结合等非插入方式与d n a 作用时，d n a 溶液粘度无明显变化【1 2 9 1 。 4 电化学分析：循环伏安法是电化学分析最常用的方法，用电化学方法研究d n a 与其它分子的相互作用，主要是基于小分子对d n a 体系所引起的伏安特性的差别。文献 报道当小分子与d n a 发生疏水的嵌入作用时，小分子峰电位向正的方向移动，而与核糖 磷酸骨架发生静电作用时峰电位负移【1 3 0 1 。 1 8 选题依据和研究内容 1 8 1 选题依据 鉴于含肽键芳酰腙的生物活性较强，其代谢产物均系低毒或无毒，在农药、医药和 分析试剂等方面被人们广泛关注。同时由于该腙类配体能与细胞中的过渡金属元素形成 稳定的螯合物，使相关的酶无法与这些过渡金属结合，从而影响细胞体的相关酶促反应、 抑制许多酶催化反应。目前，有关酰腙类配合物与d n a 作用机理的研究较少，其中杨 正银课题组【3 1 , 3 3 , 3 5 】、s r i n i v a s a n 3 4 1 和何水样课题组【2 9 , 3 2 对腙类配合物与d n a 作用机理进 行过报道。稀土酰腙的混配体配合物中，n 。( 2 乙酸) 水杨酰腙和2 ，6 一吡啶二甲酸的 混配体配合物和有关对二甲胺基苯甲酰腙过渡金属配合物与d n a 作用还未见文献报 道。本论文为了对比羧酸类与非羧酸类芳酰腙配合物的差异，拟合成对二甲胺基苯甲酰 腙过渡金属配合物、n 一( 2 异丙酸) 水杨酰腙或2 ，6 一吡啶二甲酸的稀土混配体配合物， 在对其结构进行分析的基础上，探讨配合物与小牛胸腺d n a 的作用机理。 1 8 2 研究内容 1 分别合成配体对二甲胺基苯甲酰腙( h 2 l 1 ) 、n ( 2 异丙酸) 水杨酰腙( h 3 l 2 ) 及其 相应的两个系列9 种金属配合物；同时合成n ( 2 一乙酸) 水杨酰腙、2 ，6 一二甲酸吡啶 与1 0 种稀土的配合物。对这些配体及配合物进行元素分析、红外光谱、紫外一可见光谱、 荧光光谱、x 射线粉末衍射、热分析等系统的表征，以确定配合物的组成，培养并测试 第一章绪论 配合物的单晶结构，讨论配体的配位行为。 2 采用紫外可见光谱、荧光发射光谱、稳态荧光猝灭及配合物对d n a e b 荧光光谱 的影响等手段，初步探讨该类配合物与小牛胸腺d n a 的作用机理。 参考文献 1 李振肃药物化学 m 】北京：化学工业出版社，1 9 8 1 【2 】m a r s hr w 郑仲等译吸性杀菌3 ；f u e m 北京：化学工业出版社，1 9 8 3 【3 】f r a z i e rc c ，h a r v e ym a ，c o c k e r h a mm p ，e ta 1 s e c o n d - h a m o n i cg e n e r a t i o ni n t r a n s i t i o n m e t a l - o r g a n i cc o m p o u n d s j jp h yc h e m ，19 8 6 ，v 9 0 ：5 7 0 3 5 7 0 6 4 】王明召，宁亚兰，孟昭兴等水杨酸缩胺类席夫碱水溶液的电子光谱研究 j 光谱学与 光谱分析，2 0 0 5 ，v 2 5 ( 2 ) ：1 7 4 1 7 6 5 】c o w e l lg