3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱及其铜配合物的合成与表征

3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱及其铜配合物的合成与表征

作为一种高效的生物催化剂，酶的高效性、特异性和反应条件对反应条件具有显著的房性特征。设计合成与酶活性接近甚至相当的酶模型体系是酶的化学模拟中非常活跃的课题。由于天然酶结构的复杂性,许多酶催化反应机理尚不完全清楚。人们试图通过设计合成出与天然酶活性中心相似的模型化合物用以模拟酶的结构和功能,从而获得从天然酶研究中难以得到的信息,其主要目的在于阐明酶催化作用的机制和非生物条件下获得与天然酶相当的催化效果。近10年来,金属配合物及其金属胶束模拟酶的研究工作进展显著,已成为化学模拟酶领域的热点研究方向。以辣根过氧化物酶(Horseradishperoxidase,HRP)为代表的过氧化物酶及其模拟酶在结构、化学性质及应用方面的研究多有报道。HRP除了价格昂贵、容易失活以外,用于免疫分析时,不利于抗原和抗体之间的反应,而且标记过程复杂。因此模拟酶的研究工作具有重要的意义。近年来,人们对含硫﹑含氮席夫碱化合物在抗菌、抗病毒和抗癌活性方面的研究十分活跃,发现了许多生物活性明显的化合物。实践表明,某些含O、N的席夫碱化合物、金属配合物还具有仿酶催化活性,如水杨醛缩2-氨基-4-苯基噻唑的配合物在H2O2氧化抗坏血酸(Vc)体系中,具有辣根过氧化物酶(HRP)的催化功能。作者在此合成了3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱及其铜(Ⅱ)配合物,考察其在H2O2氧化抗坏血酸(Vc)体系中,仿辣根过氧化物酶(HRP)的催化功能,获得了一些有意义的结论。1实验1.1a-400型热东南角UV-2450型紫外可见分光光度计,苏州岛津仪器有限公司;FTIR-8400型红外光谱仪,Shimadzu;STA-499型热天平,德国耐驰公司。N,N-二甲基甲酰胺、30%过氧化氢、乙醇胺、氨基甲磺酸、氢氧化钠、磷酸二氢钾、抗坏血酸、盐酸,广东汕头市西陇化工厂;无水乙醇,广东省廉江市爱廉化学试剂有限公司;牛磺酸,国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钾,广州化学试剂厂;CuCl2·2H2O,南召化工厂;3,5-二溴水杨醛,江阴新星化工厂。所用试剂均为分析纯。1.2酶催化剂的制备1.2.1,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱的合成称取5.6g3,5-二溴水杨醛溶于20mL无水乙醇中,用移液管吸取1.1mL乙醇胺溶于20mL无水乙醇中,两者混合,在50～60℃水浴中搅拌反应1h,于通风处自然挥发结晶,得黄色针状晶体,再经乙醇重结晶,得3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱纯品。1.2.2仿酶催化剂的制备称取合成的3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱0.683g溶于10mL无水乙醇中,再称取0.41gCuCl2·2H2O溶于少量无水乙醇中,两者混合,于65℃水浴中搅拌反应45min。自然挥发结晶,再经无水乙醇重结晶,获得3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物纯品,即为仿酶催化剂。反应过程如下:1.3配合物的活性测定催化效果评价方法的建立:抗坏血酸(VC)在265nm处有吸收峰,当被H2O2氧化后(变为脱氢Vc)此峰消失。因此,通过测定265nm处反应前后吸光度值的变化△A,可表征配合物催化剂的活性强弱。即A终值越小(即△A越大)说明催化剂的活性越强。在10mL比色管中,依次加入2.0mL一定pH值的磷酸缓冲溶液、0.1mL一定浓度的配合物的二甲基甲酰胺(DMF)溶液、0.5mL一定浓度的VC水溶液,用二次蒸馏水稀释至刻度,将此液移于石英比色皿中,以配合物空白溶液为参比,在265nm处利用紫外分光光度计测定吸光度初值(A初),然后在石英比色皿中加入5μL0.3%H2O2水溶液,10min后,同法测定吸光度A终。计算△A=A初-A终。2结果与讨论2.1模仿酶催化剂的结构性能2.1.1苯环骨架t-席夫碱IR表征结果表明,3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱的红外光谱图中,除3,5-二溴水杨醛的特征峰外,还出现了新的吸收峰,其中1634.36cm-1为C=N吸收峰,这是席夫碱的特征吸收峰;1591cm-1、1438cm-1和1409cm-1为苯环骨架特征吸收峰;1204cm-1为酚羟基的弯曲振动吸收峰,这些新的吸收峰是由3,5-二溴水杨醛与乙醇胺反应生成席夫碱所产生的;而3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱和铜离子配位以后,席夫碱的C=N特征吸收峰移至1634.97cm-1,1204cm-1处酚羟基的弯曲振动吸收峰也消失,说明氮原子和酚羟基上的氧原子参与了配位,这表明金属铜离子与3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱之间形成了配合物。2.1.2c=n--#电子受害者由表1可知,270nm附近的吸收带为芳环的内跃迁,在配合物中变化不大,402.5nm的吸收带为配体的C=Nπ-π*电子跃迁,当席夫碱配体与铜(Ⅱ)形成配合物后,席夫碱的吸收峰紫移至379.5nm,而且苯环的B带也发生了紫移,这是由于C=N中的N原子参与了配位,破坏了分子的有序性,从而使跃迁能级增大,吸收光谱发生紫移。2.1.3配合物浓度对席夫碱降解过程的影响图1是在空气氛条件下测定的TG图。由图1曲线a可以看出,在0～146℃为一平台,对应于3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱热稳定区间;在146～248℃出现失重,失重量占试样总质量的26.54%,相当于1mol席夫碱失去6molH2O,推测席夫碱结构中含有与氢键相结合的水分子;248℃开始失重,此后为席夫碱降解过程。从图1曲线b可以看出,在25～158℃出现失重,失重量占试样总质量的4.1%,相当于1mol配合物失去1molH2O,可归属为配合物中的配位水;在158～220℃出现平台,对应于3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物热稳定区间,220℃开始失重,是配合物的降解过程,与席夫碱相比这一阶段提前了,可能是由于席夫碱与铜(Ⅱ)配位后,其分子内的氢键结合被破坏,结晶度发生改变,热稳定性减弱。2.2酶催化剂对氧化抗坏死酸的催化剂性能2.2.1不同铜配合物的催化效果3种3,5-二溴水杨醛席夫碱铜(Ⅱ)配合物与HRP催化H2O2氧化抗坏血酸的活性见表2。由表2可以看出,在相同情况下,3种铜(Ⅱ)配合物均具有辣根过氧化物酶(HRP)的催化功能,其中乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物的催化效果最好,与HPR催化效果相当,即3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物有可能成为一种理想的仿酶催化剂。2.2.2ph值对天然过氧化物酶催化反应的影响由图2可以看出,在所研究的溶液pH值范围内,随溶液pH值的增加,△A先上升,在pH值7.0左右达到最大值,然后下降,与pH值对天然过氧化物酶催化反应的影响类似。此类酶催化反应体系的最适pH值为7.0左右。2.2.3关于压力动力学的研究2.2.3.配合物的lnc0/ct-t反应方程不同抗坏血酸浓度下ln(c0/ct)随时间t的变化关系见图3。由图3可以看出,不同浓度抗坏血酸的ln(c0/ct)-t基本呈线性关系,相关系数R都大于0.99,符合一级反应特征。这说明配合物催化过氧化氢氧化抗坏血酸溶液的反应可以用一级反应方程式描述:ln(c0/ct)=kt+c,式中k为表观反应速率常数(min-1)。实验结果表明,溶液初始浓度越大,表观反应速率常数越小。2.2.3.配合物浓度对催化反应的影响不同配合物浓度下ln(c0/ct)随时间t的变化关系见图4。由图4可以看出,随着配合物浓度的降低,催化反应速率常数也减小。这是因为催化剂能降低反应的活化能,催化剂浓度越小,反应的活化能下降越少,这与阿仑尼乌斯公式相符。2.2.3.缓冲溶液ph值对催化反应的影响缓冲溶液不同pH值下ln(c0/ct)随时间t的变化关系见图5。由图5可以看出,当缓冲溶液pH值为7.0时,即溶液在中性条件下,催化反应速率常数最大。这与图2结论一致。2.3金属配合物催化采用三元混合物模型Patel等认为过氧化物酶在H2O2作用下变为活性酶与底物作用生成产物。Reedijk等采用N-甲基咪唑铜配合物作为催化剂在碱性条件下催化2,6-二甲基酚(DMP)的氧化反应。Reedijk等研究认为配合物在催化氧化还原反应过程中通过活性配合物与底物作用,继而生成产物。而该动力学的主要特征是发生决速步骤之前,催化剂与底物通过可逆反应形成中间体复合物。即具有反应性的催化剂与底物首先通过可逆反应形成中间体复合物,然后该中间体复合物通过决速步骤形成产物,同时催化剂被还原。在综合前人研究的基础上,作者提出了金属配合物催化H2O2氧化抗坏血酸反应的三元复合物模型。假定金属配合物CuR在氧化剂H2O2的作用下很快变成活性物种CuR*,然后CuR*与抗坏血酸S结合形成三元复合物CuR*S。三元复合物分解生成产物P,同时CuR*被还原为初始态CuR,此步为反应决速步骤。在过量H2O2的存在下,CuR又继续生成活性物种CuR*。同时,抗坏血酸S在水溶液本体相中与抗坏血酸反应生成产物。整个反应过程可用下图表示:图中Ks为平衡常数,中间体复合物CuR*S通过决速步骤得到产物P,K1是决速步骤的一级速率常数。在此过程中,由于中间体复合物CuR*S的形成,过氧化氢氧化抗坏血酸的反应转化为分子内的电子转移反应,从而降低了反应的活化能。3模拟辣根过氧化物酶配合物(1)利用溶液法,合成了3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物并利用紫外光谱、红外光谱、热重分析等技术对配合物的结构进行了确认。(2)将3,5-二溴水杨醛缩乙醇胺席夫碱铜(Ⅱ)配合物首次作为模拟辣根过氧化物酶,成功地用于催化过氧化氢氧化抗坏血酸反应,显示出了良好的催化活性。同时与其它配合物比较,