對羥基苯乙酸銅（Ⅱ）、鋅（Ⅲ）配位聚合物的合成、晶體結構及與DNA作用

吳小勇 劉建風 趙國良＊,,2

(1浙江師范大學化學與生命科學學院，金華 321004)(2浙江師范大學行知學院，金華 321004)

對羥基苯乙酸銅（Ⅱ）、鋅（Ⅲ）配位聚合物的合成、晶體結構及與DNA作用

吳小勇1劉建風1趙國良＊,1,2

(1浙江師范大學化學與生命科學學院，金華 321004)(2浙江師范大學行知學院，金華 321004)

合成了兩種過渡金屬配合物[M(HPAA)(phen)2]HPAA·7H2O(M=Zn，1；Cu，2；HPAA-=對羥基苯乙酸根；phen=1,10-鄰菲啰啉),并通過元素分析、紅外光譜、熱重分析對其進行表征，用單晶X-射線衍射方法測定了配合物的晶體結構。結構分析顯示，兩種配合物屬于異質同晶型，不對稱單元都是由1個金屬離子，2個對羥基苯乙酸根離子，2個鄰菲啰啉分子和7個游離的水分子組成的，其中有1個對羥基苯乙酸根離子未參與配位。每個金屬離子的配位數為6，處于扭曲的八面體配位環境中。另外，用熒光光譜法研究了兩種配合物與DNA之間的相互作用。

過渡金屬配合物；對羥基苯乙酸；晶體結構 ；DNA作用

近年來，利用過渡金屬配合物作為核酸斷裂劑的研究與DNA作用的研究一直是較為活躍的研究領域[1-8]。許多研究顯示，多吡啶銅，鋅，鈷等[4-8]配合物能較好地與DNA發生插入作用，因而具有許多潛在的生物活性。Cu(Ⅱ)，Zn(Ⅱ)是生物體內氧化還原體系中具有獨特作用的酶的活性中心，銅、鋅配合物與DNA的相互作用的研究有助于認識某些疾病的致病機制和藥物治病機理，這對于新型高效低毒藥物的設計合成方面具有很大的指導意義[9-11]。然而具有生物活性的配合物的合成通常選用的配體一般都集中于多吡啶，席夫堿，咪唑類衍生物等[12-14]化合物，為了擴大配體的選擇性。本文以對羥基苯乙酸(H2PAA)為主配體，1,10-鄰菲啰啉(phen)為輔助配體，合成了兩種過渡金屬配合物[M(HPAA)(phen)2]HPAA·7H2O(M=Zn，1；Cu，2)，并對其組成、結構和與DNA作用進行了研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

小牛胸腺DNA為生化試劑，將其用0.l mol·L-1的 NaCl溶液配成 200 μg·mL-1(cDNA=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。對羥基苯乙酸、硫酸銅、硫酸鋅、鄰菲啰啉、氫氧化鈉、無水乙醇、三羥甲基氨基甲烷、溴化乙錠、氯化鈉等試劑均為市售分析純試劑，使用前未做進一步處理。

碳、氫、氮含量用德國Elementar公司Vario ELⅢ型元素分析儀測定；美國Nicolet公司NEXUS 670型傅立葉變換紅外光譜儀 (FTIR)，KBr壓片，測定范圍為400～4 000 cm-1；英國愛丁堡公司FLS920全功能型穩態熒光/瞬態熒光光譜儀；瑞士METTLER-TOLEDO公司TGA/SDTA 851e型熱分析儀；德國Bruker公司Smart APEXII CCD單晶衍射儀。

1.2 配合物的合成

先將1 mmol新制氫氧化鋅加入20 mL 50%的乙醇溶液中，攪拌。再將含2 mmol HHPAA的50%的乙醇溶液(10 mL)滴加至氫氧化鋅的燒瓶中，并不斷攪拌，保持70℃水浴加熱反應12 h，至無白色Zn(OH)2固體,水浴溫度調至40℃,再加入含2 mmol phen的50%乙醇溶液(10 mL)，有白色沉淀，繼續加熱12 h，過濾，濾液于室溫放置14 d，有大量無色晶體析出，產率約為 34%(以 Zn(OH)2計)。對C40H44N4O13Zn 進行元素分析(Mr=854.16)，實驗值(%)：C，53.34；H，7.00；N，4.42。計算值 (%)：C，53.50；H，7.05；N,4.38。 IR(cm-1):3 444.4(w)，3 056.6(w)，2 923.4(w)，1 562.3(m)，1 514.4(s)，1 381.7(m)，848.3(w)，726.2(m)。

用上述相同的方法，將新制氫氧化鋅換成氫氧化銅，其他試劑用量不變，合成了配合物2。濾液于室溫放置11 d，從濾液析出了藍色晶體，產率為21%(以 Cu(OH)2計)。對 C40H44CuN4O13進行元素分析(Mr=852.33)，實驗值(%)：C，55.29；H，6.05；N，4.59。計算值(%)：C,55.45；H,6.14；N,4.67。IR(cm-1):3 405.6(w),3 059.3(w)，2 922.6(w)，1 589.3(m)，1 514(s)，1 373.4(m)，849.2(w)，723.9(m)。

1.3 晶體結構分析

選用大小為 0.329 mm×0.219 mm×0.098 mm 的配合物 1 的單晶和 0.282 mm×0.256 mm×0.130 mm的配合物2的單晶，在德國Bruker SMART APEXⅡCCD單晶衍射儀上上進行衍射實驗。用輻射Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，在設定的 1.71°≤θ≤27.61°范圍內收集衍射數據。衍射數據用程序SADABS[15]進行經驗吸收校正。晶體結構用SHELXS-97[16]軟件由直接法解出,精修采用SHELXL-97[17]，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進行修正。除水上的氫原子外，其余氫原子均為理論加氫。水上的氫原子通過差值Fourier合成得到。主要晶體學數據列于表1，主要的鍵長和鍵角列于表2。

CCDC：729804，1；729805，2。

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

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 complexes

1.4 配合物與DNA作用的熒光光譜

在10 mL比色管中加入1.0 mL EB溶液(200 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，加入不同量的化合物溶液(10-4mol·L-1)，稀釋至刻度，反應 12 h，以251 nm為激發波長，掃描復合體系在520～700 nm波段的熒光光譜。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜

由于配合物1，2紅外光譜非常相似，以配合物2為代表分析產物的紅外光譜圖。3 405 cm-1處的寬峰屬于O-H鍵的伸縮振動，說明配合物中含有水分子。3 059～2 922 cm-1附近的峰是-CH2-伸縮振動的特征吸收峰。形成配合物后羧基反對稱伸縮振動νas(COO-)和對稱伸縮振動νs(COO-)分別位于1 589和1 373 cm-1，且Δν值為216 cm-1。這表明配合物中的HPAA-的羧基部分以雙齒鰲合配位形式與金屬結合。1 250 cm-1的峰為酚羥基C-O伸縮振動峰。參與配位的鄰菲啰啉的特征吸收峰出現在1 514、849和724 cm-1幾處，與鄰菲啰啉配體的特征吸收峰(1 587、862、739 cm-1)相比均向低波數移動，表明phen與金屬螯合配位。這些信息與單晶結構測定的結果相符。

2.2 配合物的熱重分析

配合物1和2的熱分解過程相似，現以配合物1的TG-DTG曲線來分析討論。

圖1為配合物1的TG-DTG曲線，該配合物的熱分解分4個階段進行：第一個失重臺階在30～100℃之間，質量損失為14.49%，與理論失7個晶格水相吻合 (理論失重 14.76%)；在 236～385 ℃之間為第二個失重臺階，失去總質量的17.86%，對應失去1個未配位的HPAA-離子，與理論值17.70%相對應；第三個失重臺階在385～496℃之間，質量損失為42.56%，與理論失去2個phen分子相對應，理論失重42.20%；496～557℃為最后一個失重臺階，失去13.14%的質量，對應一個螯合的HPAA-分解燃燒，推斷殘余物可能是ZnO，最終殘留量為11.95%，(理論值：11.53%)。

2.3 晶體結構分析

配合物1和2屬于異質同晶型，在這里僅描述配合物 1，[Zn(HPAA)(phen)2]HPAA·7H2O 的結構。從配合物1的分子結構圖(圖2)可以看出，該配合物的不對稱單元是由1個Zn(Ⅱ)離子、2個HPAA-離子，2個phen分子和7個游離的水分子組成，其中有1個對羥基苯乙酸根離子未參與配位。Zn(Ⅱ)離子為六配位，呈畸變的八面體構型。兩個對羥基苯乙酸根負離子以不同的方式存在于晶體中，其中1個以雙齒螯合配位模式與Zn(Ⅱ)結合，Zn-O鍵長為：Zn-O(1)0.214 5(2)nm，Zn-O(2)0.231 3(2)nm，螯合角為58.67(8)°(O(1)-Zn-O(2))，與文獻報道相似[18-20]，苯環上的酚羥基未參與配位；另1個HPAA-離子游離，未參與配位。兩個phen分子與Zn(Ⅱ)螯合配位，Zn-N鍵長在 0.210 8(3)～0.215 1(3)nm 之間，phen 分子的2個平面夾角為62.529(36)°。游離的HPAA-離子恰好位于這2個phen所形成的溝槽之中，它的苯環平面與其中1個phen分子近似平行，2個平面的夾角為 1.278(66)°，2 個分子之間的質心距為 0.349 62 nm，說明HPAA-與phen之間存在π-π堆積作用。而另1個phen平面與螯合配位的HPAA-苯環平面幾乎平行，形成的二面角為 0.201(79)°，配體 HPAA-的苯環距離phen的質心距為0.330 05 nm。從配合物的堆積圖(圖3)中，可以觀察到一有趣的現象，即沿c軸方向，Zn(Ⅱ)離子與其周圍的配體像展翅的蝴蝶整齊的排列成行，游離的HPAA-離子與水分子填充在空隙之中。

圖1 配合物1的TG和DTG曲線Fig.1 TG-DTG curves of the complex 1

圖2 配合物1的分子結構Fig.2 Molecule structure of complex 1 with ellipsoids shown at 30%level

配合物中存在著豐富的氫鍵。豐富的氫鍵不僅存在于分子內，而且存在分子間。形成氫鍵的原子來自于游離水分子中的氧原子，對羥基苯乙酸根中的羧基氧原子和羥基氧原子，氫鍵鍵長范圍從0.182 nm(d(O(6)-H(6A)…O(5)#5)，#5=x，-y+1，z+1/2)至 0.22 4(2)nm(d(O1W-H1WB…O2W))(表 3)。 通過氫鍵的作用，配合物進一步形成了三維網狀結構見圖3。氫鍵作用和π-π堆積作用有利于配合物的穩定。配合物2的結構與配合物1相同，氫鍵的連接方式也一樣，只是鍵的長度有所不同，配合物2的氫鍵鍵長范圍為 0.179(3)～0.229(2)nm(表 3)。

表3 配合物的氫鍵數據表Table 3 Hydrogen bond data of complexes

圖3 配合物1的堆積圖Fig.3 Packing plot of complex 1

2.4 配合物與DNA作用的熒光光譜

溴化乙錠(EB)為一共軛平面分子，其本身的熒光很弱，但能專一性地插入DNA雙螺旋內部的堿基對之間使熒光顯著增強。如果共存于EB-DNA復合體系中的藥物分子也能與DNA發生類似于EB的插入作用，這些小分子就會競爭EB與DNA的結合位點，使EB-DNA復合體系的熒光猝滅，且EBDNA復合體系熒光猝滅的程度可以說明化合物分子與DNA插入作用的強弱。

圖4為不同濃度的兩種配合物對EB-DNA復合體系的熒光猝滅圖，從圖可看出，EB-DNA復合體系在592 nm處發出強烈的熒光，隨著不同濃度的配合物的加入，EB-DNA復合體系的熒光發生了不同程度的猝滅，由此可以推測這兩種配合物均與DNA發生了不同程度的插入作用。為了較為定量地研究配合物與DNA的結合能力。根據Stem-Volmer公式求得配合物對 EB-DNA體系的熒光淬滅常數[21]：I0/I=1+Ksqr，其中 I0和 I分別為 EB-DNA 復合體系和不同濃度的配合物加EB-DNA復合體系的熒光強度，r為配合物與DNA濃度之比，Ksq為線性Stem-Volmer淬滅常數 (1inear Stern-Volmer quench constant)。以I0/I對r作圖(小圖)，直線的斜率即為Ksq。計算得出配合物1和配合物2與DNA作用的結合常數Ksq分別為1.94和1.55，其大小定量的反應出配合物與DNA插入作用的能力。兩種配合物的配位環境相同，兩個鄰菲啰啉分子分別與金屬離子雙齒螯合配位，由于鄰菲啰啉具有較大的剛性芳香環平面，使得配合物具有更強的插入作用。通過結合常數大小的比較，可以得出配合物1插入作用稍強于配合物2。

圖4 配合物1,2對EB-DNA復合體系的熒光猝滅圖Fig.4 Emission spectra of EB-DNA system in the absence and presence of complex 1 and complex 2

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Synthesis,Crystal Structures and DNA-Binding of Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ)
Coordination Polymer Constructed from 4-Hydroxyphenylacetic Acid

WU Xiao-Yong1LIU Jian-Feng1ZHAO Guo-Liang＊,1,2
(1College of Chemistry and Life Science,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China)(2Zhejiang Normal University Xingzhi College,Jinhua,Zhejiang 321004,China)

Two transition metal complexes[M(HPAA)(phen)2]HPAA·7H2O(M=Zn,1;Cu,2;HPAA-=4-hydroxyphenylacetic acid anion;phen=1,10-phenanthroline)were sythesized and characterized by elemental analysis,IR and TG-DTG.Their crystal structures were determined by single crystal X-ray diffraction method.The crystal structure anlysis reveals two complexes belong to isomorphism,and the asymmetric unit contains one metal ion,two 4-hydroxyphenylacetic acid anions and seven free water molecules,one of acid anions is not coordinated with the metal ion.The metal ion is six-coordinated and involved in a distorted octahedral coordination geometry.In addition,the interaction of complexes with DNA were also studied by ethidium bromide (EB)fluorescence spectroscopy.CCDC:729804,1;729805,2.

transition metal complex；4-hydroxyphenylacetic acid；crystal structure；DNA-binding

O614.24+1；O614.121

A

1001-4861(2012)08-1661-07

2011-12-22。收修改稿日期：2012-03-22。

浙江省自然科學基金(No.Y4080256)資助項目。

＊通訊聯系人。 E-mail：sky53@zjnu.cn