3，4-二甲氧基苯乙酸鄰菲咯啉鋅配合物的合成及與DNA作用

郭航鳴 趙國良 吳小勇 沈金杯

(1金華職業技術學院，金華 321017)(2浙江師范大學化學與生命科學學院，金華 321004)

3，4-二甲氧基苯乙酸鄰菲咯啉鋅配合物的合成及與DNA作用

郭航鳴＊,1趙國良2吳小勇2沈金杯2

(1金華職業技術學院，金華 321017)(2浙江師范大學化學與生命科學學院，金華 321004)

以 3，4-二甲氧基苯乙酸(HDMPA，C10H12O4)為第一配體，鄰菲咯啉(phen)為第二配體，Zn(OH)2為金屬源合成了配合物[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O，并通過元素分析、紅外光譜、摩爾電導對其進行表征及研究，用單晶X-射線衍射方法測定了配合物的晶體結構。 配合物屬于單斜晶系,空間群 C2/c，晶胞參數：a=2.04729(4)nm，b=1.00619(2)nm，c=1.81294(4)nm，β=112.9860(10)°，晶胞體積：V=3.43806(12)nm3，晶胞內結構基元數Z=4，式量Mr=744.05。在配合物中，中心金屬鋅(Ⅱ)離子與2個二甲氧基苯乙酸根離子中的2個氧原子和1個鄰菲咯啉中的2個氮原子配位，配位數為4。用溴化乙錠熒光探針法測試了配合物與DNA的作用，結果表明標題配合物具有較強的插入作用。

鋅(Ⅱ)配合物；3，4-二甲氧基苯乙酸；晶體結構；DNA

鋅是重要的生命元素，鋅幾乎對人體的每個組織都是至關重要的，鋅具有特殊的生理功能，它是生物體中最好的強路易斯酸或電子接受體，體內約95%的鋅存在于細胞內，鋅與配體的結合是構成調節此微量元素細胞內水平的重要機制；鋅也是組成水解金屬酶的主要金屬離子，具有快速的配體交換作用，鋅提供的高度局部化的電荷中心成為很好的攻擊基團，特別是在那些受約束的與底物結合得很弱的部位，這些在金屬酶的催化作用中有重要意義；鋅不存在氧化還原作用，但具有與蛋白質構成穩定復合物的能力[1-2]。近年來，有關鋅與核酸的作用、鋅配合物與核酸的作用方式和識別機理以及相關的生物活性的研究一直很活躍[3-14]，這對于進一步深入了解核酸結構、功能及某些抗腫瘤藥物機理、鋅及其相關配合物的生物效應和配位化學的發展都有重要的意義。

本文以3，4-二甲氧基苯乙酸，鄰菲咯啉和氫氧化鋅為原料，合成了鋅(Ⅱ)配合物[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O，并測得單晶結構；用溴化乙錠熒光探針法測試了配合物與DNA的作用。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

3，4-二甲氧基苯乙酸，鄰菲咯啉，無水乙醇，氫氧化鈉，硫酸鋅，氯化鈉，溴化乙錠(EB)，三羥甲基氨基甲烷，均為分析純試劑且直接使用；氫氧化鋅由硫酸鋅和氫氧化鈉制備。

小牛胸腺DNA(北京華美公司)，將其用0.1 mol·L-1的 NaCl溶液配成 200 μg·mL-1(DNA 起始濃度3.72×10-4mol·L-1)，經純度測定 A260/A280=1.8～2.0，置4℃保存，在4 d之內使用；Tris-HCl緩沖溶液的pH為 7.40，其中 cTris為 0.01 mol·L-1。

德國Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀，杭州梵隆儀器有限公司DDS-12型數字電導率儀，德國Elementar公司Vario ELⅢ型元素分析儀，美國Nicolet NEXUS-670紅外光譜儀。

1.2 配合物的合成

分別稱取 0.20 g(1 mmol)3，4-二甲氧基苯乙酸(HDMPA)和 0.09 g(0.5 mmol) 鄰菲咯啉(phen)，0.05 g(0.5 mmol)Zn(OH)2置于錐形瓶中，加入20 mL的蒸餾水，在磁力攪拌器上持續加熱攪拌反應4 h后，濾去少許不溶物，收集濾液放置。2個月后，濾液中得到無色單晶，產率 75%(以 Zn(OH)2計)，IR(KBr，cm-1)：3 424，1 603，1 568，1 516，1 429，1 378，856，733。元素分析實驗值(%)：C，48.99；H，5.63；N，4.13，按 C32H42N2O14Zn 計 算 值 (%)：C 49.20，H 5.68，N 4.06，實驗值與理論值非常吻合。 25 ℃時，1.0×10-3mol·L-1DMF 溶液的摩爾電導為 1.1 S·cm2·mol-1。故可知其在DMF中為非電解質，說明生成的產物為配合物且為分子型配合物[15]。

1.3 配合物與DNA作用

10 mL 比色管中加入 2.0 mL EB 溶液(100 μg·mL-1),1.0 mL DNA 溶液 (200 μg·mL-1),2.0 mL Tris緩沖溶液 (pH為7.40)，放置2 h，加入不同量的配合物溶液(1.0×10-4mol·L-1)，稀釋至刻度，反應 12 h，以251 nm為激發波長，掃描EB-DNA復合體系在520～700 nm波段的熒光光譜。

1.4 配合物的晶體結構

選用大小為 0.215 mm×0.174 mm×0.134 mm 的配合物單晶，在德國Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀上進行衍射實驗。用輻射Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)，在設定的角度內(2.16°≤θ≤27.55°)范圍內收集衍射點。衍射數據用程序SADABS[16]進行經驗吸收校正。晶體結構用SHELXS-97[17]軟件由直接法解出，精修采用SHELXL-97[18]，所有非氫原子的坐標及各向異性溫度因子用全矩陣最小二乘法修正，除水上的氫原子外所有氫原子均為理論加氫，水上的氫原子通過差值Fourier合成得到，并對鍵長和鍵角加以限制(d(O-H)=0.085 nm，d(H-H)=0.138 nm)，配合物最后的殘差因子 R1=0.0381，wR2=0.0918。配合物的主要晶體學參數及主要鍵長、鍵角分別列于表1、表2。

CCDC：793918。

表1 配合物的晶體學數據Table 1 Crystal data of the complex

續表1

表2配合物的主要鍵長和鍵角Table 2 Selected bond distances(nm)and bond angles(°)of the complex

表3 氫鍵列表Table 3 Hydrogen bonds for complex

2 結果與討論

2.1 配合物的紅外光譜

配合物的紅外光譜圖中在3424 cm-1處出現的寬的吸收帶可歸因于分子中水的O-H伸縮振動。自由配體HDMPA于1 718 cm-1處的特征吸收峰νC=O(-COOH)在形成配合物后消失，而出現了羧酸根-COO-式的反對稱和對稱伸縮振動吸收峰νas(COO-)1603cm-1和 νa(COO-)1378 cm-1,Δν(νas-νs)=225 cm-1,兩者的差值大，表明羧基中的氧原子以單齒型式參與了配位[19]。鄰菲咯啉在形成三元配合物后，C=N特征伸縮振動峰從1568 cm-1紅移至1516 cm-1處，面外變角振動 δC-H從 742 cm-1移至為 733 cm-1，δC-C也從876 cm-1向低波數方向856 cm-1移動，表明鄰菲咯啉中的2個氮原子同時參與配位。這也與晶體結構的分析結果一致。

2.2 配合物的晶體結構

圖1 [Zn(DMPA)2(phen)]配合物的分子結構圖(橢球率30%)Fig.1 Molecular structure of[Zn(DMPA)2(phen)],ellipsoids are shown at the 30%probability level

配合物的分子結構如圖1所示，其分子結構中有一條二重對稱軸，最小不對稱單元只包含半個分子。整個配合物包括1個Zn(Ⅱ)離子、2個3，4-二甲氧基苯乙酸根離子、1個鄰菲咯啉分子以及6個水分子。Zn(Ⅱ)離子為四配位，呈畸變的四面體構型，O1，Zn，O1A 所在的平面與 N1，Zn，N1A 所在平面幾乎垂直，夾角為81.599°。鄰菲咯啉與Zn(Ⅱ)雙齒螯合，d(Zn-N)=0.207 76(16)nm，與文獻報道的四配位Zn(Ⅱ)配合物接近[20]，螯合角為 80.455°。 2 個 3，4-二甲氧基苯乙酸根與Zn(Ⅱ)離子單齒配位，Zn-O鍵長分別為0.196 01(14)和0.196 01(15)nm，與類似的四配位的 Zn(Ⅱ)羧酸配合物接近[21]，O1A-Zn-O1=119.57(9)°。2個3,4-二甲氧基苯乙酸根的苯環平面幾乎平行，夾角為0.166°，鄰菲咯啉所在的最小二乘平面與2個3，4-二甲氧基苯乙酸根的苯環所確定的最小二乘平面也近似平行，夾角都為2.020°。

由分子堆積圖2可以看出，配合物分子以Y字形整齊排列，沿b軸方向相鄰配合物分子之間交錯排列，3，4-二甲氧基苯乙酸根苯環平面與鄰菲咯啉平面間的六元環平面質心距最短為0.36146(1)nm，存在明顯的π-π堆積作用力；沿a方向，相鄰配合物分子間通過3，4-二甲氧基苯乙酸根苯環平面間的疏水作用力堆積在一起。

圖2 配合物的晶胞堆積圖Fig.2 Packing diagram of the complex

有趣的是配合物分子堆積過程中形成了許多一維的螺旋形孔洞，晶格水就存在于這些孔洞中形成了一維的螺旋形氫鍵鏈，如圖3所示。每個水分子都用自己的一個氫與相鄰的水分子首尾相接形成一個氫鍵，同時以另外一個氫與周圍的羧基氧形成氫鍵。H鍵、π-π堆積及疏水相互作用是晶體形成及穩定的主要動力。

圖3 一維螺旋形氫鍵鏈Fig.3 View of the 1D helical chain of hydrogen-bonding

2.3 配合物與DNA作用

以溴化乙錠為熒光探針，測試了配合物對EBDNA復合體系的熒光猝滅曲線。圖4為不同濃度的配合物對EB-DNA復合體系的熒光猝滅圖。圖中配合物與DNA濃度之比從上往下依次增大(濃度比：r1=0；r2=0.13；r3=0.27；r4=0.40；r5=0.54；r6=0.67)。 配合物在592 nm處沒有熒光，DNA-EB體系在592 nm處發出強烈的熒光，隨著配合物濃度的增加，EBDNA復合體系熒光發生了不同程度的猝滅，由此推測配合物與DNA發生了插入作用。根據Sternvolmer[22]方程：F0/F=1+Ksqr，我們可以計算出這配合物與DNA的結合常數Ksq為8.89，插入作用較強[23]，其原因可能是配合物中鄰菲咯啉具有較大的剛性芳香環而且它與2個3，4-二甲氧基苯乙酸根離子平面又幾乎平行之故。

圖4 配合物對EB-DNA復合物體系的熒光猝滅圖Fig.4 Fluorescence spectra of EB-DNA system in the absence and presence of increasing amount of complex

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Synthesis and DNA-Binding of Zinc(Ⅱ)Complex with 3,4-Dimethoxyphenylacetic Acid and 1,10-Phenanthroline

GUO Hang-Ming＊,1ZHAO Guo-Liang2WU Xiao-Yong2SHEN Jin-Bei2
(1College of Vocation and Technology,Jinhua,Zhejiang 321017,China)(2College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China)

A zinc(Ⅱ) complex[Zn(DMPA)2(phen)]·6H2O was synthesized from 3,4-dimethoxyphenylacetic acid(HDMPA=C10H12O4),1,10-phenanthroline(phen)and Zn(OH)2,and characterized by elemental analysis,infrared radiation,molar conductance.Its crystal structure was determined by single crystal X-ray diffraction method.The complex,C32H42N2O14Zn,crystallizes in the monoclinic system,space group C2/c,with cell parameters:a=2.047 29(4)nm,b=1.006 19(2)nm,c=1.812 94(4)nm, β=112.986 0(10)°,cell volume:V=3.438 06(12)nm3,number of molecules inside the cell:Z=4,relative molecular mass:Mr=744.05.The crystal structure shows the zinc(Ⅱ)atom is four-coordinated by two oxygen atoms from two DMPA-anions and two nitrogen atoms of 1,10-phenanthroline molecule.The interaction between complex and DNA was studied by EtBr fluoescent probe,and the results show that the complex interact with DNA by intercalative mode.CCDC:793918.

zinc(Ⅱ)complex;3,4-dimethoxyphenylacetic acid;crystal structure;DNA

O614.24+1

：A

：1001-4861(2011)05-0855-05

2010-10-08。收修改稿日期：2010-11-23。

浙江省自然科學基金資助項目(No.Y4080532)。

＊通訊聯系人。 E-mail：guohm8282@sina.com