糠醛雙Schiff堿及其銅配合物的合成與抗菌活性研究

許多重要的生命過程涉及到有機金屬配合物，且某些過渡金屬元素與特定的金屬蛋白結合能表現出很強的生物活性[1]。Schiff堿作為配體，因其與某些過渡金屬離子形成的配合物具有獨特的抗病毒、抑制細菌生長、抑制酶活性而成為人們研究的熱點[2]。銅作為生命起源的必需元素之一，在生命體中起著重要的作用，銅配合物不僅具有抗癌活性，還具有抗炎、抗潰瘍、抗抽搐、抗糖尿病和抗誘變劑等作用。尹富玲等[3]合成了2，2′-聯吡啶和去甲基斑蝥酸根橋聯雙核銅(Ⅱ)配合物，配位后配合物的親脂性更強，表現出良好的抗菌活性。在Schiff堿中引入雜環，會增強Schiff堿的抗菌活性[4]，并且雜環中雜原子可以直接參與配位，從而為金屬離子的配位提供了多原子配位點。由于吡啶及呋喃類衍生物通常也具有生物活性[5,6]，作者合成了含吡啶酰胺基糠醛雙Schiff堿N,N′-雙(2-呋喃甲醛亞胺基乙基)-2,6-吡啶二甲酰胺，以其為配體合成了銅配合物，運用波譜分析推測了配合物的結構，并測定了糠醛雙Schiff堿及其銅配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的抗菌活性。

1 實驗

1.1 菌種與培養基

大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)均為自行保藏。牛肉膏蛋白胨培養基，自制。

1.2 試劑與儀器

呋喃甲醛、乙二胺為市售分析純，用前經減壓蒸餾處理；其余試劑除特別注明外均為分析純或化學純，用前未進行處理。

MOD-1106型元素分析儀，意大利Carlo-Erba公司；FTIR 3000型紅外光譜儀 (KBr壓片)、UV-160型紫外可見光譜儀，日本Shimadzu公司；ZAB-HF-3F型質譜儀、Variant Mercury-VX 300型核磁共振儀(300 MHz，TMS)，美國Varian公司；DDSJ-308型電導儀，上海精密科學儀器有限公司；WC-1型顯微熔點檢測儀，四川大學科儀廠；高壓滅菌鍋；721型分光光度計，上海光譜儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糖醛雙Schiff堿的合成(圖1)

(1)N,N′-雙(2-胺基乙基)-2,6-吡啶二甲酰胺(Ⅰ)的合成：將0.195 g(1 mmol)2,6-吡啶二甲酸二甲酯溶于50 mL甲醇，室溫攪拌下緩慢(約1滴·s-1)滴加到15 mL含0.60 g(10 mmol)乙二胺的15 mL甲醇溶液中，滴加完后繼續攪拌12 h，濾出少量的不溶物，然后將濾液在N2保護下回流1 h，快速減壓蒸除溶劑和過量的乙二胺，得灰白色微吸濕性固體，即中間體Ⅰ,產率(摩爾分數)95%。

(2)N,N′-雙(2-呋喃甲醛亞胺基乙基)-2,6-吡啶二甲酰胺(Ⅱ)的合成：將1 mmol中間體Ⅰ溶于15 mL甲醇，攪拌下緩慢滴加到15 mL含8.8 mmol芳香醛的乙醇溶液中，回流4 h后過濾，濾餅先后用乙醇、乙醚各洗滌3次，真空干燥，再經乙醇重結晶，得配體Ⅱ，產率65%。熔點：198～200℃；1HNMR (DMSO-d6)，δ：8.91(br,2H，amide),8.30(d, 2H,J=8.1 Hz,pyridyl H),8.08 (s, 2H,CH=N), 7.99(t, 1H, pyridyl H), 7.39(s, 2H, furanyl H), 6.75(d, 2H,J=3.0 Hz, furanyl H), 6.42(d, 2H,J=1.5 Hz,furanyl H), 3.79 (s, 8H,—CH2—)；FAB-MS，m/z，%：408 (M+1,100)；元素分析(C21H25N5O4),實測值(理論值，%)：C 61.28(61.92), H 5.01(5.16), N 16.98(17.20)。

圖1 糠醛雙Schiff堿的合成路徑

1.3.2 糠醛雙Schiff堿銅配合物的合成

將0.85 g(5 mmol)CuCl2·2H2O溶于20 mL乙醇中，在圓底燒瓶中加入20 mL無水乙醇和2.03 g(5 mmol)Schiff堿配體，加熱攪拌至完全溶解，攪拌下利用恒壓漏斗緩慢滴加CuCl2·2H2O的乙醇溶液到Schiff堿配體的乙醇溶液中，攪拌1 h，溶液很快變成藍色，回流3 h后，有藍黑色沉淀生成，冷卻，結晶，抽濾，用乙醇和乙醚洗滌2～3次，真空干燥得固體，即糠醛雙Schiff堿銅配合物，產率85%。

1.3.3 抗菌活性實驗

以大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌為實驗菌種，將Schiff堿及其銅配合物溶解在DMF中,以濾紙片法測定其抑菌圈大小,同時以DMF作空白。以無菌培養基為參比，在580 nm下依試管稀釋法測定最低抑菌濃度(MIC)。

2 結果與討論

2.1 銅配合物的結構

銅配合物的紅外光譜、摩爾電導率和紫外吸收數據見表1。

由表1可以看出，由于離子與配體配位使其發生一定程度的扭曲，離域共軛效應減弱，從而使CH=N 雙鍵性質增加，致使 CH=N 的特征吸收峰向低波數移動[7,8]。酰胺I(Amide Ⅰ)和酰胺Ⅱ(Amide Ⅱ)均發生位移，說明酰胺中的N原子與金屬參與配位[9]。吡啶環(py)上的特征伸縮振動沒有變化，說明吡啶環上N原子沒有參與配位。另外，銅配合物均在3400 cm-1附近出現強而寬的吸收峰，在740～665 cm-1附近出現了一對較弱、可歸屬于配位水分子的Pr和Pw吸收峰，暗示在銅配合物中均存在配位水分子[10]。

表1 Schiff堿及其銅配合物的紅外光譜、摩爾電導率和紫外吸收數據

銅配合物的紫外可見光譜的吸收帶在298～305 nm處，較配體紅移了約30 nm。這可能是由于配位原子與銅離子配位時，配體發生一定程度的扭曲，離域共軛效應減弱， CH=N 雙鍵性質增加，使該吸收帶較配體有所紅移。

在DMF中銅配合物的摩爾電導率約為80 s·cm2·mol-1，在同樣條件下 CuCl2的摩爾電導率為172 s·cm2·mol-1，表明配合物有一個Cl-參與配位[11]。

由以上結果，推測出銅配合物的結構為：

圖2 配合物的可能結構

2.2 抗菌活性

2.2.1 Schiff堿及其銅配合物對不同微生物的抑菌效果(表2)

表2 Schiff堿及其銅配合物的抗菌活性

從表2可以看出，所合成的Schiff堿及其銅配合物對幾種供試菌均有抑制作用,Schiif堿銅配合物的抗菌活性相對更強,且對革蘭氏陽性菌大腸桿菌最為敏感，抑菌效果明顯。

2.2.2 Schiff堿及其銅配合物的最低抑菌濃度(表3)

表3 Schiff堿及其銅配合物的最低抑菌濃度(OD580)

從表3可以看出，Schiff堿及其銅配合物的MIC均在0.5～1.0 g·L-1之間。在三種受試菌中，Schiff堿及其銅配合物對大腸桿菌的抗菌活性差別最為明顯，Schiff堿銅配合物的抗菌活性明顯更強，表明藥物的抗菌能力具有特異性。

2.3 討論

實驗結果表明，糠醛雙Schiff堿銅配合物的抗菌活性要比Schiff堿更好。這可能是由于Cu2+配位后,作為藥物的載體,配合物具有更佳的脂水分配系數,使其更易透過生物膜達到靶部位,因而抗菌效果加強；也可能是中心離子Cu2+增強了藥物與受體之間的電子遷移能力所致。此外，酰胺基是很好的氫鍵前體，兩個酰胺中的氮原子都參與配位，可增強N-H鍵的極性，有利于氫鍵的形成，使藥物分子更易與受體作用，從而增強了藥物分子的藥效。

3 結論

合成了糠醛雙Schiff堿N,N′-雙(2-呋喃甲醛亞胺基乙基)-2,6-吡啶二甲酰胺，并以其為配體，合成了銅配合物，對它們的抗菌活性進行了研究。結果表明，Schiff堿及其銅配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌均有一定的抑制作用，且Schiff堿銅配合物的抗菌活性更好；Schiff堿及其銅配合物的最低抑菌濃度均在0.5～1.0 g·L-1之間。

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