（应用化学专业论文）DNA探针型配体的合成、表征及其理论研究.pdf

硕士论文d n a 探针型配体的合成、表征及其理论研究 摘要 y 5 3 2 1 6 9 合成了新型d n a 探针型啡咯啉衍生物配体：( 1 ，1 0 一啡咯啉57 ，6 ) 并一( 吩嗪 2 ”，3 ”) 并( 2 ，3 ，5 ，6 - 吡嗪) 。采用红外、紫外、核磁共振和x 一射线粉末衍射对化合 物进行了表征。应用实验和理论相结合的方法研究了1 ，1 0 一啡咯啉及其衍生物的热分 解机理。得到了5 一硝基1 ，1 0 一啡咯啉、2 ，3 一二氨吩嗪三水盐酸盐和8 一羟基喹啉铜配 合物的晶体结构。以i n d o s c i 方法为基础，采用m o p a c 程序计算了化合物( 1 ，1 0 一 啡咯啉57 ，67 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 一吡嗪) 的偶极矩和二阶非线性光学 系数。发现该类化合物作为“共扼桥”可得到具有较高二阶非线性极化率的分子结构。 研究了化合物r u ( c ) ( l ) c = ( 1 ，l o 一啡咯啉57 ，67 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 一 毗嗪) ，l = 2 ，27 一联吡啶 与d n a 相互作用方式和作用机理，发现配合物从大沟插入比 从小沟方向插入更加容易进行。 关键词：1 ，1 0 一啡咯啉衍生物，晶体结构，量子化学方法，非线性光学性质 d n a 探针 堕主堡壅型垒堡笪型墼箜塑鱼壁：塞笙垦墨里笙塑塑 a b s t r a c t t h ed e r i v a t i v eo fl i 0 一p h e n a n t h r o l i n e ：( 1 ，i 0 一p h e n a n t h r o l i n e57 ，6 ) 一 ( p h e n a z i n e 2 ”，3 ”) 一( 2 ，3 ，5 ，6 - p y r a z i n e ) ，w h i c hc a nb eu s e d a st h en o v e lli g a n d o fd n ap r o b e h a sb e e ns y n t h e s i z e d i t ss t r u c t u r ew a sc h a r a c t e r i z e db yf t i r ， u v v i s ，n m r a n dx r d t h e t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nm e c h a n i s m o f t h e l ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n ea n di t sd e r i v a t i v e sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e db yt h em e t h o d o f t h e o r yc o m b i n i n g w i t h e x p e r i m e n t 5 - n i t r o 一1 ，i 0 一p h e n a n t h r o l i n e 、 2 ，3 - d i a m i n o p h e n a z i n ea n d ( 8 - h y d r o x y ) q u i n o l i n e w i t hc o p p e rc o m p l e xh a v e b e e ns y n t h e s i z e da n dt h e i rc 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 y s i n g l e c r y s t a l s t r u c t u r ed i f f r a c t i o n b a s e do nt h ei n d o s c im e t h o d ，t h e d i p o l e m o m e n ta n dt h en o n l i n e a rs e c o n d o r d e r p o l a r i z a b i l i t y o f ( 1 ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e57 ，6 ) 一( p h e n a z i n e 2 ”，3 ”) 一( 2 ，3 ，5 ，6 - p y r a z i n e ) w e r e c a l c u l a t e db yu s i n gm o p a cp r o g r a m t h ec a l c u l a t e dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e s e m o l e c u l e sw h i c hu s e ( 1 ，i 0 一p h e n a n t h r o l i n e5 ， 67 ) 一 ( p h e n a z i n e 2 ”，3 ”) 一( 2 3 ，5 ，6 - p y r a z i n e ) a st h ec o n j u g a t i o nb r i d g eh a v eh i g h e rs e c o n d o r d e r n o n i n e a r o p t i c a lp o l a r i z a b i l i t y t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e r u ( c ) ( l ) c = ( 1 ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e 5 7，6 ) 一( p h e n a z i n e 2 ”，3 ”) 一( 2 ，3 ，5 ，6 - p y r a z i n e ) ，i - - 2 ，27 一b i p y r i d y l a n dd n ah a sb e e ns t u d i e d t h e r e s u l t si n d i c a t et h a t ：t h ei n t e r c a l a t i o no nm a j o ri s d o m i n a n t k e y w o r d s ：d e r i v a t i v e so fl ，1 0 p h e n a t h r o l i n e ，c r y s t a l s t r u c t u r e ，q u a n t u m c h e m i c a lm e t h o d ，n o n l i n e a rs e c o n d o r d e ro p t i c a lp r o p e r t y ，d n ap r o b e - i i 堕主笙苎望型垒堡竺型墼堡丝鱼璺：塞堡墨苎望堕堡茎 第一章绪论 1 1 金属配合物和d n a 相互作用的研究状况 人们研究中发现以磷酸酯为底物的多种天然酶，如d n a 聚合酶i ，p 1 核酸酶等都 含有两个或多个金属离子，这给人们以提示，使得近来金属配合物与d n a 相互作用的 研究逐渐增多。尤其是发现配合物顺铂c i s 一 p t ( n h 3 ) z c l z 具有抗癌作用以来，更 是掀起了研究小分子金属配合物与大分子核酸、烈a 相互作用酌热潮。 1 。1 1 目的和意义 金属配合物和d n a 相互作用的研究是一项具有很高的理论价值和实用应用价值的 工作”1 。研究目的主要有以下几点： 1 生命体系中的受体通常含有不同类型的配位部位，因而具有对不同底物识别 能力。设计合成含有不同配位原子和不同结构的大环化合物，对于模拟某些生命现象 具有重要的理论意义和研究价值。许多已合成的含有不同配位原子大环化合物均表现 出对金属离子的选择性配位性能，例如t a r r a g o 等合成的含s 和s 杂化氮原子的 不对称混杂大环化合物的金属配合物具有特征的光化学、电化学性能和模拟超氧化歧 化酶催化作用。 2 尽管单核顺铂抗癌药物具有定的副作用，但它却开辟了抗癌药物研究的广 泛领域，因为配合物种类繁多、结构和性质易于调整，完全可以开发出副作用小、抗 癌效果更好的药物来。深入研究金属配合物和d n a 相互作用，从d n a 复制、转录及遗 传基因等方面深入揭示金属配合物的抗癌机理，对抗癌药物的研制与开发将具有非常 重要的理论指导意义。 3 金属配合物可作为d n a 的手性探针和光探针，对探索d n a ，尤其病变d n a 的结 构和遗传信息具有重要的实用价值。例如以钌( i i ) 多吡啶配合物为探针研究d n a 的结构及构象变化是近来生物无机化学的热点。“”，在研究d n a 内部的电子转移和识 别d n a 的结构方面，钌( i i ) 多吡啶配合物都起了重要的作用。用钌( i i ) 多吡啶配 合物与d n a 、模拟d n a 链段以及病变d n a 相互作用，研究d n a 的结构及性质，以期在 基因疗法与抗肿瘤药物方面得到应用。 4 金属配合物还可以作为核酸切割剂，在实践中有广泛的用途。 因此研究金属配合物和d n a 相互作用方式和机理，总结其相互作用的一般规律， 对探索配合物在抗肿瘤药物、分子生物学、生物工程技术及其它相关领域的应用具有 非常重要的意义。 型文d n a 探针型配体的合成、表征及其理论研究 1 1 2 常见金属配合物的合成方法 1 1 2 1 配体的种类、结构、合成方法 1 d o p ：2 ，9 一二( 2 甲基苯基) - - i ，1 0 一啡咯啉“2 o 时将正丁基锂的环己烷溶液缓慢滴加入邻溴苯的二乙基醚溶液中，搅拌后所 的有机锂溶液再缓慢滴加入含l ，1 0 一啡咯啉的二乙基醚溶液中，室湿搅拌一夜，冷 至o c ，加水分层，取水层用二氯甲烷萃取，所得二氯甲烷部分用m n o 。活化，所得产 物用m g s o t 干燥，过滤，将滤液蒸发至干。所得固体用柱状色谱法分离，第二馏分得 产物。 2 x o p ：2 - - ( 2 一甲基苯基) 一9 ( 2 ，6 一二甲基苯基) 一1 ，1 0 一啡咯啉n 2 1 制备方法同上，只须将邻溴苯的二乙基醚溶液换成2 一溴二甲基的二乙基醚溶 液，1 ，l o 一啡咯啉的二乙基醚溶液换成2 - - ( 2 一甲基苯基) 一l ，1 0 一啡咯啉的二 乙基醚溶液。 3 d p e p ：2 ，9 一二苯基乙烯基一l ，l o 一啡咯啉1 叼 在密闭的玻璃管中加入2 ，9 一二氯一1 ，1 0 啡咯啉，苯乙炔，亚铜碘化物， ( p ( c e h 5 ) 。) z p d 2 + ( i i ) 的氯化物，并装上铁氟龙的搅拌棒，玻璃管中反复充排几次氮气， 油浴至9 0 搅拌2 4 h ，冷却到入水中，用二氯甲烷萃取，所得二氯甲烷部分蒸发至干， 所得固体用柱状色谱法提纯。 4 d m t a p ：【1 3 堡圭丝塞型垒堡丛型墼竺塑鱼盛：耋笙墨基里笙旦茎 5 ，6 一二氨基l ，l o 一啡咯啉溶解于无水乙醇中，加热回流，缓慢滴加地丁二 酮溶液，继续回流3 h ，停止反应，蒸去乙醇，用无水乙醇重结晶。 5 t a t p ：h 3 以乙二酮代替丁二酮，其余制备方法同上。 6 d p t a t p ： 以二苯基乙二酮代替丁二酮。其余制备方法同上，直至蒸去乙醇这一步，之后析 出棕黄色固体，过滤后弃去滤渣，滤液放置一夜，析出浅黄色晶状固体，用无水乙醇 重结晶。 7 5 一氨基一1 ，l o 一啡咯啉盯 将上述所得5 一硝基一1 ，l o 一啡咯啉与浓盐酸加入三口烧瓶中，搅拌加热回流， 升温至5 0 。c ，缓慢加入锌粒，反应约2 h ，再在1 0 0 。c 保温1 h ，倾析去未反应的锌粒， 在烧杯中用氢氧化钠中和至p h = 1 4 ，再用浓盐酸酸化至p h = 4 ，加水稀释加入三口烧瓶 中，搅拌加热回流2 4 h ，趁热过滤反应混和物，并用热水洗涤滤饼，合并滤液，用活 性炭脱色过滤，冷缩滤液，在冰水中冷却过滤，得到的滤饼再用冰水洗涤，真空干燥。 8 1 ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 一二酮n 们 将1 ，1 0 一啡咯啉加入到发烟硫酸中，搅拌加热回流，再加入浓硝酸，反应4 h ， 停止反应，冷至室温，小心倾到在冰上，用氢氧化钠中和得到5 一硝基一l ，1 0 一啡 咯啉过滤后将滤液用二氯甲烷萃取，所得二氯甲烷部分再用无水甲醇重结晶。 9 二吡啶并 3 ，2 一a ：2 。3 ，c 吩嗪1 ” 硕士论文d n a 探针型配体的合成、表征及其理论研究 将邻苯二胺缓慢滴加入1 ，l o 一啡咯啉一5 ，6 一二酮中，用乙醇作溶剂，加热回 流，停止反应，蒸去乙醇，用无水甲醇重结晶。 1 0 3 ，8 一二溴一1 ，1 0 一啡咯啉“ 冈 s ， _ e ， 将三氯化二硫和毗啶溶于1 一氯代丁烷中搅拌加热回流，通溴气，控制温度在7 8 ，反应1 2 h ，停止反应，冷却过滤后，用无水甲醇重结晶。 11 3 ，8 一二对卤代苯基1 ，1 0 一啡咯啉“” 凤 x 江醪江酚x 将3 ，8 一二溴一1 ，1 0 一啡咯啉和对一甲氧基苯基硼酸酯或对一氟苯基硼酸酯在 s u z u k i 交叉偶联的条件下反应1 2 h ，控制温度在8 0 。c ，停止反应，冷却过滤后。用 无水甲醇重结晶a 将3 ，8 一二溴一1 ，1 0 一啡咯啉换成其它的1 ，1 0 一啡咯啉衍生物 可以得到其它的卤代产物。 1 2 1 ，1 0 一二甲基一二对卤代苯基一l ，1 0 一啡咯啉“3 x x 将上述所得配体溶于甲苯中，加入稍微过量的甲基锂，反应温度一定要控制在0 5 之间，反应4 h ，停止反应，冷却过滤后，用无水甲醇重结晶。 1 1 2 2 金属配合物的合成方法 1 c u ( d m e s p ) ( d p e p ) ( p f 6 ) “引 d m e s p 配体溶解在二氯甲烷，在氮气保护下，加 c u ( c h 。c n ) 。 ( p f 。) ，室温搅拌， 1 0 m i n 后再加入d p e p 配体，再室温搅拌十分钟，所得溶液蒸发至于，所得固体用柱 状色谱法提纯。 2 c i s - - ( b p y ) 2 r u c l2 2 h 2 0 r “c 1 3 3 h 2 0 ，二吡啶，氯化锂在二甲基甲酰胺中搅拌加热回流8 h ，停止反应，冷 至室温，加入丙酮o 下冷却夜，过滤，得到的滤饼再用1 ：l 的水与二乙基醚溶 液洗涤三次，抽滤真空干燥。 3 r u ( b p y ) z d m t a t p c 1 2 i o h 2 0 称取c i s - - ( b p y ) 2 r u c l 2 。2 h 2 0 和d m t a t p 加入甲醇和水，在氩气保护下，搅拌加热 堡主堡苎型垒堡竺型墼堡堕鱼堕：墨笙墨基堡堡! 堕 回流3 h ，蒸去大部分甲醇，用s p 一葡聚凝胶c 一2 5 柱分离，以含氯化钠的丙酮一水 溶液淋洗出红色部分，浓缩得产物 4 r u ( b p y ) 2 d p t a t p ( c 1 0 4 ) 2 - 2 5 h 2 0 “ 合成过程类似上个配合物，最后加入氯化纳饱和溶液，析出晶体。 5 r u ( p h e n ) 2 p h e n d i o n e ( p f 6 ) 5 h 2 0 “” r u ( p h e n ) 2 ( 0 3 s c f 3 ) 2 3 溶于乙醇中，搅拌下将1 ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 一二酮加入， 搅拌加热回流2 h ，冷至室温过滤，得到的滤液加入n h t p f 。，析出沉淀，一2 0 。c 下冷却一 夜，过滤，得到的固体再用二乙基醚溶解，自然挥发的到产物。 6 r u ( p h e n ) 2 d p p z ( p f 6 ) 2 h 2 0 。 r u ( p h e n ) 2 p h e n d i o n e ( p f 6 ) 5 1 1 2 0 溶于乙醇中，搅拌加热回流，加入邻苯二胺， 再加热1 5 m i n ，冷至室温过滤，得到的滤液加入n h 4 p f e ，析出沉淀，得到的固体再用二 乙基醚溶解，得到的固体可用丙酮和等量的含水n h 。p f e 的混合溶液重结晶。 7 同上述方法，我们可以合成以下几种配合物：“” r u ( p h e n ) 2 d p p x ( e f t ) 2 h z 0 ，只须以3 ，4 一二甲基邻苯二胺代替邻苯二胺； r u ( p h e n ) 2 d p p m z ( p f 6 ) 2 h 2 0 ，只须以2 一甲基邻苯二胺代替邻苯二胺； r u ( p h e n ) 2 i ) p p a 3 ( p f 6 ) 2 h 2 0 ，只须以3 ，4 一二胺苯甲醛代替邻苯二胺； r u ( p h e n ) 2 d p p b ( p f 6 ) 2 h 2 0 ，只须以3 ，4 一二胺苯基甲酮代替邻苯二胺； r u ( p h e n ) 2 d p p p 2 ( p f s ) 2 h 2 0 ，只须以2 ，3 一二胺基吡啶代替邻苯二胺： r u ( p h e n ) 2 d p p p 3 ( p f 6 ) 2 h 2 0 ，只须以3 ，4 一二胺基吡啶代替邻苯二胺； r u ( p h e n ) 2 d p p n ( p 凡) 2 h 2 0 ，只须以邻萘胺代替邻苯二胺； 8 ， c u ( d p p ) 2 ( p f e ) ， c u ( d o p ) 2 ( p f 6 ) ， c u ( x o p ) 2 ( p f 6 ) ， c u ( d p e p ) 2 ( p f 6 ) 合 成共同方法“ 在氮气保护下，含2 5 - - 氯甲烷的乙腈溶液中溶解了两个等价的配体，所得混合 溶液滴加至 c u ( c h 3 c n ) 。 ( p f b ) 中，室温搅拌，所得部分蒸发至干，得到的固体再用 二乙基醚溶解，最后再用二氯甲烷重结晶。 9 l a ( p i c ) 3 ( p h e n ) 2 c h 3 c n “” 按l ：2 的摩尔比称取适量的苦昧酸镧和1 ，1 0 一啡咯啉，分别溶于乙醇中，搅拌 下将l ，1 0 一啡咯啉溶液滴入苦味酸镧溶液中，即有沉淀出现。沉淀经过滤洗涤后溶 解于乙腈，室温放置，自然挥发的到固体。 1 2 1 ，1 0 一啡咯啉、衍生物及其配合物的性质及用途 二十世纪初，人们首次合成出1 ，1 0 一啡咯啉之后，1 ，1 0 一啡咯啉过渡金属配 合物 i s - z t 得到了广泛的研究。这类配合物最先用于金属选择分析技术中，后来，人们 堡主笙塞里型垒堡笪型墼笪竺鱼盛：墨笙墨基堡笙堕堑 大量合成l ，1 0 一啡咯啉的衍生物。其与许多金属元素形成的金属配合物在很多领域 内起着重要的作用。如在分析化学、均相催化中，以及作为化学核酸酶和重要的电子 传递剂。目前，在超分子化学领域，1 ，1 0 - - 啡咯啉作为一种重要的结构单元，对超分 子化学的发展起了很大的作用，很多结构新颖的超分子化合物都含有1 ，1 0 - - 啡咯啉 单元。最近，1 ，1 0 - - 啡咯啉的另一类剪式衍生物与二价铜离子的配合物是一类更有效 的d n a 断裂剂。另外，还有其它很多1 ，1 0 - - 啡咯啉的衍生物的配合物能选择性的插 入到d n a 的碱基对之间“。 在生物化学方面，1 ，1 0 一啡咯啉配合物可作为光化学、化学和生物探针。如啡 咯啉类配体和c u 、r u 、c o 、f e 等过渡金属离子之间所形成的配合物由于对d n a 作用 具有立体选择性，可作为d n a 结构和构象的探针，对d n a 的b 型和z 型进行手性识别 3 0 3 1 l ，1 0 一啡咯啉与r u 形成的配合物因其独特的稳定性、氧化还原性、荧光激发的 寿命等，从而使其成为研究核酸二级结构和设计以核酸为靶的抗癌药物的一类重要的 化合物。 另外，由于1 ，1 0 一啡咯啉配合物相对丰富的光化学与光物理性质，可用于光器 件( 如传感器、光转换器、光电池等) 的研究与分子器件的架构”。“。 1 ，1 0 一啡咯啉及其衍生物的配合物具有一定的荧光特性。荧光是指当紫外光照 射到某些物质的时候，这些物质会射出一定频率和强度的可见光，而当紫外光停止照 射时，这些光线也随之很快的消失，这种现象称为荧光现象，一般所谈的荧光现象， 系指物质吸收紫外光后发出可见光，或吸收波长较短的可见光后发出波长较长的可见 荧光。其特点是：发射波长比入射波长长。能够产生这种现象的物质称其具有荧光性 质。荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的n 电子共轭体系的分子中，绝大多数 荧光物质含有芳环或杂环，其次吸收后被激发的分子还必须具有高的荧光效率( 荧光 效率定义为发出的光量子数吸收的光量予数) ，荧光效率低的将使所吸收能量在与 溶剂分子或其他溶质分子的相互碰撞中消耗掉而使荧光消失。如含1 ，1 0 - - 啡咯啉的 r u ( i i ) 配合物中含有苯环，有的还含有其它杂环或“电子配体，因此这类配合物多数 具有荧光特性”。 大多数过渡金属都是重要的生命元素，如铜起到输运氧气和电子载体的作用； 铁起到双氧输运和储存、电子转移及固氮的作用；钴起着氧化酶、烃基转移的作用： 锰在生物体系的0 2 n 一( n = 0 2 ) 的新陈代谢过程中起着重要的作用6 “1 。另外，过渡金 属的“树状”配合物由于其相对丰富的光化学和物理性质，已在光转换和光捕获器件 方面尝试应用。尤其对于钌，锇金属多吡啶配合物所形成的多电子转换体系广泛深入 的研究，已为长程电子和能量转换以及分子导线方面打下良好的基础口”3 。 堡主丝苎望坐堡竺型墼竺竺鱼盛：塞堡墨茎堡堡堕壅 1 3 过渡金属席夫碱配合物开发和应用状况 过渡金属席夫碱配合物是指配体中含有席夫碱特征基团的配合物，这类配体通常 是由芳香二醛( 苯、吡啶、呋喃、噻吩等) 或二酮化合物与多胺反应而生成”，它 们的主要共同点是都含有不饱和席夫碱官能团一h c = n 一，该基团上的氮原子上有一对孤 对电子，受氮原子强的电负性和邻位上双键电子云密度离域的影响，这对孤对电子有 很强的配位能力。 席夫碱过渡金属配合物代表着一类重要且十分诱人的配位化合物”。含多功能 基的席夫碱配体不仅能制得稳定的过渡金属、非过渡金属、镧系金属和锕系金属配合 物，而且这类配体及其配合物在立体化学、结构学、异构现象、磁学、光谱学、动力 学和反应机理、配位反应、分析化学、催化、稳定剂、染料和颜料、摄影、电光显示 以及农业等领域都有着重要的作用”“。另外，作为生物无机化学领域的一个重要组 成部分，过渡金属席夫碱配合物在萃取和分离”。、载氧体模型化合物、抗癌、抑 菌化合物以及仿酶催化剂等方面也取得了广泛应用”1 。 1 48 - 羟基喹啉配合物的性质及用途 8 一羟基喹啉为荧光效率很低的物质，但它与金属螯合之后，荧光效率大大提高， 成为强荧光材料。近年来，它们在有机电致发光( e 1 e c t r o l u m i n e s c e n c ee l ) 方面扮演 重要角色。如，以8 一羟基喹啉铝( h l q s ) 为发光材料，制得了具有直流电压低、发光 强度高的有机薄膜电致发光器件。另外，8 一羟基喹啉配合物具有成膜质量好、载流子 迁移率高、热稳定性好及荧光效率较大等特点”4 。1 。 在结构上，8 一羟基喹啉金属螯合物的分子结构有独特的不对称性和平面构型特 点。它可与许多金属离子中性螯合物，具有广泛的用途”1 。 1 5 本文的主要工作 本文工作分四大部分：( 一) ：i ，1 0 一啡咯啉二酮及相关中间产物的合成、表征及 晶体结构；( 二) ：2 ，3 一二氨基吩嗪的合成及其晶体结构；( 三) ：( 1 ，1 0 一啡咯啉57 ，6 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 - 吡嗪) 的合成、表征以及其钌金属配合物与d n a 相互作用的模拟；( 四) ：c u ( l ) z 2 h ：o ( l = 8 一羟基喹啉) 配合物的合成及其晶体结构。 堡主堡茎里竺垒堡盐型里堡盟鱼堕：墨堡墨薹堡垒! ! ! l 1 6 本文的研究方法 实验部分。固相配位化学是一个新的研究领域，在利用固相配位化学反应合成金 属配合物方面已取得了较好的结果，如合成金属配合物的顺反几何异构体，新的原子 簇合物以及只能在固态时存在的固配化合物等，并总结出了固相配位化学反应本身所 特有的些规律n 2 ”1 。在实验中，我们采用常规溶液反应法和固相反应法相比较的 方法合成了目标配合物。 结构表征部分，配合物及配体的结构表征最为可靠的方法就是解析单晶结构，这 就要求首先要用所得的配合物及配体培养出相应的单晶来。常用的单晶培养方法有以 下三种：( 1 ) 常温挥发法：即把配合物及配体溶于选中的溶剂中，然后在常温下使溶 剂挥发，从而使单晶析出的方法。这种方法适用于配合物及配体在有机溶剂中溶解度 适中，且溶剂易于挥发的情况；( 2 ) ：降温法：即将配合物及配体在加热情况下溶于 溶剂，然后使温度缓慢降低，从而使单晶析出的方法。这种方法适用于配合物及配体 在同一中溶剂中高温溶解度大，低温溶解度小，即溶解度随温差变化较大的情况：( 3 ) 恒温挥发法：即在加热的情况下使配合物及配体溶于溶剂中，然后保持一定的高温， 使溶剂慢慢挥发，从而使单晶析出。这种情况适用于溶解度适中，但溶剂沸点较高时 的情况。同时采用其它目前比较先进的的表征手段，即x 一射线单晶衍射法、x 一射线 粉末衍射法、核磁共振法、傅立叶红外光谱法、可见紫外光谱法、热重分析法对所 合成的配合物及配体进行分析。 随着现代科学的发展，化学已由传统意义上的实验科学，走上了实验与理论并重 的阶段。理论化学的精确性与前瞻性愈来愈好，其发展正呈渐旺之势。 理论化学的核心是分子的量子力学。这是一门将分子的性质与电子和核的运动相 联系的科学。量子力学建立至今已有7 0 多年，人们逐步认识到通过求薛定谔方程， 原则上可以对大多数化学现象作出定量预测。随着量子化学理论、方程、程序和计算 机的不断发展，理论量子化学愈来愈显示出其强大的生命力。愈来愈多以前只能通过 实验完成的研究工作将在计算机上完成，在许多方面理论方法甚至比实验方法更为有 力。因为理论方法不受实验条件的限制，任何化学物种及其变化均可通过计算加以研 究。对离子和反应活性中间体这些实验上难以观测的对象来说计算就显示出其优越 性。对诸如反应中间体或激发态等，只能从计算获得它们的详细信息。对于易燃、易 爆、有毒乃至不知能否存在的各种危险化合物的研究，尽可以通过计算进行“分子设 计”、进行各种静态和动态的研究。计算工作不仅易于进行，而且与所获得的信息量 相比，它所耗的人力、财力甚少。例如模拟( 1 ，i 0 一啡咯啉5 ，67 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 - 毗嗪) 的钌金属配合物与d n a 的相互作用机理中，由于它是实验中 难以进行的工作，本文采用了已经得到广泛应用的密度泛函理论和方法”1 进行计 堡主笙苎型垒堡笪型墼笪塑盒堕：耋堑墨茎堡丝堕堑 算，得到了相当多的信息。 当然计算并发万能，它属于“纸上谈兵”，真正解决问题还要靠实验。我们主张 理论计算和实验工作的完美结合，相辅相成。本文正是本着这一原则，在理论计算研 究和实验研究两方面着手，两者并重，把两者紧密结合起来，对比参照，相互补充a 1 7 本文的创新点 首次合成了种新型1 ，1 0 一啡咯啉衍生物：( 1 ，l o 一啡咯啉57 ，6 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 一毗嗪) 。该化合物的特点是具有长链平面共轭结构。目前该类型 化合物( 主要是l ，l o 一啡咯啉的各种衍生物) 作为配体与过渡金属如钌、钻等配合物 可以用作d n a 的插入剂和切割剂。而我们所合成的化合物是该类化合物( 主要作为 d n a 插入剂) 中共轭链最长的。它可能是一种性能更优良的d n a 插入剂。 得到了5 一硝基一1 ，1 0 一啡咯啉、2 ，3 一二氨基吩嗪三水盐酸盐和8 一羟基喹啉铜配合 物的晶体结构。首次采用键级理论研究了1 ，1 0 一啡咯啉及其衍生物的热分解机理。经 实验证实该理论方法较为可靠，具有一定的普遍性，可以推广并应用到其它1 ，1 0 一啡 咯啉衍生物的热分解机理研究中。 采用了理论与实践相结合的思路和方法，将实验数据与理论优化结果相结合。互 相佐证，相互补充，从而能够较系统而全面的阐述所研究的内容。 本文采用量子化学的方法研究了所合成的( 1 ，1 0 一啡咯啉57 ，6 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 一毗嚷) 衍生物的二阶非线性光学性质。发现该类化合物作为“共 轭桥”可得到具有较高二阶非线性极化率的分子结构。其二阶非线性极化率与文献之 相比处于较高的水平，从而使其可成为优秀的二阶非线性光学候选材料。 本文采用量子化学的方法研究了所得( 1 ，1 0 一啡咯啉5 ，67 ) 并一( 吩嗪2 ”，3 ”) 并一( 2 ，3 ，5 ，6 一毗嗪) 钌金属配合物与d n a 相互作用方式和作用机理，发现配合物从大 沟插入比从小沟方向插入更加容易进行。 堡圭笙塞型垒堡盐型里堡塑鱼堕：壅笙墨茎墨堡旦塑 第二章1 ，1 0 一啡咯啉二酮及相关中间产物的合成、表征、晶体结构 2 1 i ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 一二酮及相关中间产物的制各 关于啡咯啉类化合物的合成，前人做了许多研究工作。根据文献报道，在对原有 的工艺条件进行了改进的基础上，制备出了1 ，1 0 - - 啡咯啉一5 ，6 一二酮( 其结构如下式 b ) ，同时还得到了i ，1 0 一啡咯啉的另外两种衍生物，它们是：5 一硝基一l ，l o 一啡咯啉 ( a ) 和5 一氨基一1 ，l o 一啡咯啉( c ) 。 1 ，l o 一啡咯啉一5 ，6 - - - 酮的制各： 5 氨基- 1 ，1 0 一啡咯啉的制备： 唱+ ：暹 a b c 2 21 ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 一二酮及相关中间产物谱学表征 2 2 1 1 ，1 0 一啡咯啉5 6 一二酮及相关中间产物的红外光谱 我们对l ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 - 二酮及相关中间产物进行了红外表征，红外光谱在 b r u k e rv e c t o r 一2 2 型红外光谱仪上，以k b r 压片测得。图2 1 给出了l ，1 0 一啡咯啉 一5 ，6 一二酮及相关中间产物的红外光谱图( 其结构见1 ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 - - - 酮及相关 中间产物的制备) ，从下图可以看出：l ，1 0 一啡咯啉一5 ，6 - - - - - 酮及相关中间产物的红外 光谱有一个共同而显著特征：在1 5 0 0 c m - l 1 6 0 0 c m l 内。芳环骨架振动引起的c = c 伸缩 振动吸收峰；在1 0 0 0 c m - 6 5 0 c m - 1 内由于= c - h 的面外弯曲振动产生的强吸收峰。 i ，i 0 一啡咯啉在3 3 8 8 5 c i n - 1 附近由于= c - h 伸缩振动( 1 ) ) 产生了吸收峰。 5 一硝基一l ，1 0 一啡咯啉在1 5 0 0 c m - 1 附近由于c = n 伸缩振动( u 。) 产生了吸收峰。 在1 5 1 6 5c m l 和1 3 4 3 3c m l 为n 0 。反对称( u 。m 2 ) 和对称( us n 0 2 ) 伸缩振动产生的吸 收峰。 堡主堡苎 坐堡笪型堡笪堕鱼堕：耋堡墨墨堡堡堡塞一 2 35 - 硝基一l ，1 0 一啡咯啉的晶体结构 2 3 15 硝基一1 ，1 0 一啡咯啉的单晶的制备和晶体结构的测定 5 - 硝基一1 ，1 0 一啡咯啉的制备见2 1 节，将适当量的该化合物的粉末溶于盛有d m f 的小烧杯中，将小烧杯放置于盛有乙醚的干燥器中，并密封采用扩散法生长单晶，约 需7 天，得到适于x 射线结构测定的黄色透明单晶 选取大小0 3 6 r m x o 3 2 x m m x 0 2 5 哪的单晶进行x 一射线衍射分析，采用石墨单 色化的m o k a ( = 0 7 1 0 7 3a ) 辐射为光源，以20 扫描方式收集强度数据，在2 5 1 。 0 2 4 9 7 。范围内，在2 9 3 ( 2 ) k 下收集1 1 1 8 个反射数据，其中独立衍射点1 1 1 8 个( r i n t = 0 0 0 0 0 ) 。其中i 2o ( i ) 的1 0 7 9 个用于结构解析及修正。衍射强度数据经 l p 因子及经验吸收校正。由衍射系统消光规则确定晶体空间群。所有非氢原子由直 接法定出，氢原予由差值f o u r i e r 合成法确定。全部非氢原子坐标、各向异性温度因 子和氢原子坐标及各向同性温度因子进行全矩阵最小二乘法精修。最终偏离因子 r i = o 0 3 4 5w r 2 = 0 0 8 4 0 。其晶体学数据见表2 1 。 表2 15 一硝基一1 ，i 0 一啡咯啉晶体学数据 分子式( e m p i r i c a lf o r m u l a ) c ni i b 心0 5 分子量( f o r m u l aw e i g h t ) 2 8 8 2 1 晶体大小( c r y s t a ls i z e ) m 0 3 6m m 0 3 2 m 0 2 5m 温度( t e m p e r a t u r e ) k2 9 3 ( 2 ) k 晶系( c r y s t a ls y s t e m )单斜晶系 空间群( s p a c eg r o u p )p 1 a = 1 3 8 6 1 ( 3 ) aa = 9 0 。 晶胞参数( u n i tc e l ld i m e n s i o n s )b = 1 0 1 4 2 ( 2 ) ab = 1 0 3 7 0 ( 3 ) 。 c = 8 7 3 2 0 0 7 ) a y = 9 0 。 体积( v o l u m e )1 1 9 2 6 ( 4 ) a 3 z4 计算密度( c a l c u l a t e dd e n s it y )1 5 3 8m g l $ 3 f ( o o o )5 6 8 数据收集范围( t h e t ar a n g e )2 5 1 。0 2 4 9 7 。 堕圭鲨苎2 坠塑型墼竺丝垒堕：耋笙墨墨望丝翌塞 数据收集范围衍射点( r e f l e c t i o nc o i l e c t e d ) i “8 独立衍射点( i n d e p e n d e n tr e f l e c t i o n s ) 1 1 1 8c r ( i n t ) = 0 o o o o 最终r 因子( f i n a lri n d i c e s ) i 2o ( i ) r 1 = 0 0 3 4 5 ，w r 2 = 0 0 8 4 0 r 因子( ri n d i c e s ) ( a l ld a t a ) r 1 = 0 0 4 1 0 w r 2 ：0 0 8 8 1 限定因子( l i m i t i n gi n d i c e s ) - 1 6 = h = 1 5 一1 2 = k = 0 ，0 20 ( i ) r i = 0 0 7 5 3 w r z = 0 1 7 3 3 r 因子( ri n d i c e s ) ( a 1 1d a t a ) r 1 = 0 1 4 1 8 ，w r 2 = 0 1 9 6 5 限定因子( l i m i t i n gi n d i c e s ) 一9 = h = 8 一1 2 = k = 1 3 。一1 5 = l = 8 精修方法( r e f i n e m e n tm e t h o d ) f u l l m a t r i xl e a s t s q u a r e so nf 2 g o f 值( g o o d n e s s o f f i t ) o nf 208 8 4 最高和最低残余峰( l a r g e s td if lp e a kh o l e ) 0 3 7 8e a - 3 ，- 0 。3 8 3e ，a - 3 线性吸收系数u ( a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ) 0 2 8 0m + 一1 3 32 ，3 - 二氨基吩嗪三水合盐酸盐晶体结构的测定结果与讨论 2 ，3 一二氨基吩嗪的分子结构图和晶胞堆积图见图3 ，l 、3 2 。非氢原子坐标和热 参数数据列于表3 2 ，部分键长和键角列于表3 3 ，氢原子坐标和热参数数据列于表 3 4 。从分子结构图可以看出，2 ，3 一二氨基吩嗪是离域大键平面结构，2 ，3 二氨 基吩囔上的n ( 2 ) 通过和个h + 作用形成质子化阳离子。外有一个阴离子c 1 一。分子中 含有3 分子结晶水。从晶胞堆积图看出，此晶体为层状结构，在每一层中，通过水分 子和氯离子桥连形成平面网状超分子结构，其中包含以下几种氢键形式；n ( 2 ) 一h 0 ( 3 w ) ，n ( 2 ) - - h 0 ( 5 ) ，c ( 9 ) h 0 ( 3 ) ，c ( 7 ) h 0 ( 3 ) ，c ( 2 ) h 0 ( 3 ) 。另夕 ， 在层与层之间存在n n 相互作用， q 蔷。 。“。吼飞现。， 图3 1 z ，3 - 二氨基吩嗪三水台盐酸盐的分子结构图 堡主堡奎型垒塑壁型里堡堕盒壁：室堡墨茎望丝塑壅 图3 22 ，3 - ：氨基吩嗪三水合盐酸盐的晶胞堆积图 表3 22 ，3 - 二氨基吩嗪三水合盐酸盐的非氢原子坐标参数( x1 0 4 ) 和各向同性热参数( a 2xi 0 3 ) x yu ( e q ) c 1 ( 1 )6 0 1 5 ( 2 )2 2 0 2 ( 1 )9 6 3 ( 1 )5 4 ( 1 ) 0 ( i w )8 7 0 0 ( 4 )2 1 2 6 ( 2 )2 8 8 6 ( 2 )6 0 ( i ) 0 ( 2 w )2 3 8 9 ( 4 )4 4 0 ( 3 )2 6 8 7 ( 3 )6 5 ( 1 ) o ( 3 w )2 6 4 8 ( 7 )2 1 8 ( 3 )5 1 6 4 ( 3 )1 3 1 ( 2 ) n ( i )2 0 0 8 ( 4 )5 2 6 6 ( 3 )6 4 1 6 ( 3 )3 6 ( 1 ) n ( 2 )2 6 6 9 ( 4 )2 6 9 5 ( 3 )5 8 0 7 ( 3 )3 8 ( 1 ) n ( 3 )2 8 3 0 ( 4 )7 6 2 3 ( 3 )2 0 9 2 ( 3 )4 3 ( 1 ) n ( 4 )3 5 1 2 ( 5 )5 0 4 9 ( 3 )1 4 8 2 ( 3 )4 9 ( i ) c ( i )3 1 5 7 ( 5 )5 0 8 0 ( 3 )2 6 8 5 ( 3 )3 4 ( 1 ) c ( 2 )3 1 3 5 ( 5 )3 8 5 5 ( 3 )3 6 2 4 ( 3 )3 9 ( 1 ) c ( 3 )2 7 4 3 ( 5 )3 8 8 3 ( 3 )4 8 6 8 ( 3 )3 2 ( 1 ) c ( 4 )2 3 0