2-苯基-4-硒唑甲酸銅配合物的合成及其與DNA的作用*

趙國(guó)良， 呂 鑫， 陳吉妃， 沈金杯， 周玉鳳， 陳 鴛

(1．浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004;2．浙江師范大學(xué) 行知學(xué)院，浙江 金華321004)

硒是生命活動(dòng)的必需微量元素之一，它具有廣泛的生物學(xué)作用:在抗氧化、抗衰老、保護(hù)心臟、預(yù)防和治療腫瘤、維持正常免疫、生殖及內(nèi)分泌功能等方面發(fā)揮著重要作用［1-2］．全世界廣泛存在著土壤缺硒的問(wèn)題，我國(guó)缺硒情況更為嚴(yán)重．硒的攝入不足對(duì)人體健康有潛在的威脅，僅靠天然食品的補(bǔ)充難以得到根本的改善．因此，研發(fā)高效安全的補(bǔ)硒食品勢(shì)在必行［3］．由于無(wú)機(jī)硒試劑存在毒性高、風(fēng)險(xiǎn)大、吸收利用率低等問(wèn)題，有機(jī)硒補(bǔ)劑的開(kāi)發(fā)與研究一直被廣為關(guān)注．

銅也是生命必需的微量元素，它在生命體中起著重要的作用，對(duì)于結(jié)締組織的形成、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及骨骼的發(fā)育都十分必要．銅參與鐵和能量的代謝，在許多酶反應(yīng)中消耗分子氧而充當(dāng)還原劑的作用［4-6］．銅配合物不僅具有抗癌活性，還具有抗炎、抗?jié)儭⒖钩榇ぁ⒖固悄虿『涂拐T變劑等作用［7-8］．

20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們合成出大量具有生物活性的有機(jī)硒化合物，其中硒唑類(lèi)衍生物具有良好的抗腫瘤、抗菌作用，具有作為藥物和藥物中間體的潛在功能［9-13］．為了制得具有更高生物活性的硒唑配合物，同時(shí)考慮到羧酸的配位能力和配位模式的多樣性，本文以2-苯基-4-硒唑甲酸(HL)為配體，與Cu(NO3)2在水溶液中反應(yīng)，制得了配合物 NH4［Cu2L5］HL·6H2O，并通過(guò)紅外光譜、摩爾電導(dǎo)及熱重分析等方法對(duì)配合物進(jìn)行了表征，用X-射線單晶衍射法確定了配合物的晶體結(jié)構(gòu)，用溴化乙錠熒光探針?lè)y(cè)試了配合物與DNA的作用．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

碳、氫、氮含量用德國(guó) Elementar公司 Vario ELⅢ型元素分析儀測(cè)定;銅含量用EDTA滴定法測(cè)定．美國(guó)Nicolet公司NEXUS 670型傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)，KBr壓片，測(cè)定范圍為400～4 000 cm-1;美國(guó)Perkin-Elmer公司LS55熒光分光光度計(jì);瑞士 METTLER-TOLEDO公司TGA/SDTA 851e型熱分析儀;德國(guó)Bruker公司APEX II CCD單晶衍射儀;上海雷磁儀器廠DDS-11A型電導(dǎo)率儀．

硒粉、硼氫化鈉、苯甲腈、1，3-二氯丙酮、重鉻酸鉀、硝酸銅、溴化乙錠(EB)、三羥甲基氨基甲烷、無(wú)水乙醇、N，N'-二甲基甲酰胺(DMF)等試劑均為分析純．小牛胸腺DNA(北京華美公司)為生化試劑，用0．1 mol·L-1NaCl溶液配制成200 μg·mL-1的溶液(DNA的起始濃度為 3．72×10-4mol·L-1)，經(jīng)測(cè)定 A260/A280=1．8 ～2．0，置4℃保存，在4 d內(nèi)使用．Tris-HCl緩沖溶液的pH值為 7．40，其中 c(Tris)為 0．01 mol·L-1．

1．2 配合物的合成

配體按文獻(xiàn)［14］合成，產(chǎn)物熔點(diǎn)169℃，與文獻(xiàn)相符．

配合物的合成:稱(chēng)取1 mmol的硝酸銅溶于10 mL水中，加入過(guò)量的濃氨水制得銅氨溶液;另取1 mmol的硒唑甲酸于10 mL水中，加入濃氨水使其溶解．將兩溶液混合后室溫?cái)嚢?2 h，過(guò)濾，將濾液靜置，數(shù)日后得到適合X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)的綠色晶體，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇洗滌，干燥，得產(chǎn)物0．22 g，產(chǎn)率約25%．

1．3 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定及結(jié)構(gòu)解析

選用大小為 0．185 mm ×0．121 mm ×0．037 mm的配合物單晶，在德國(guó)Bruker APEX II CCD單晶衍射儀上進(jìn)行X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)．用輻射Mo Kα 射線(λ =0．071 073 nm)，在 1．53°≤2θ≤25．00°收集衍射點(diǎn)．衍射數(shù)據(jù)經(jīng)LP因子校正，晶體結(jié)構(gòu)由直接法解出．所有非氫原子的坐標(biāo)通過(guò)全矩陣最小二乘法給出，并經(jīng)各向異性溫度因子修正．各向異性化所有非氫原子的溫度因子后，對(duì)碳原子進(jìn)行理論加氫．水上的氫通過(guò)Fourier合成得到，并對(duì)鍵長(zhǎng)、鍵角加以限制(d(O—H)=0．085(2)nm，d(H—H)=0．130(2)nm)．配合物最后一致性因子為 R1=0．065 8(I＞2σ(I))，wR2=0．184 5．晶體結(jié)構(gòu)分析工作在Pentium PC計(jì)算機(jī)上用SHELXS-97程序［15］完成．

1．4 配合物與DNA作用

10 mL比色管中加入2．0 mL溴化乙錠(EB)溶液(100 μg·mL-1)，1．0 mL 小牛胸腺 DNA 溶液(200 μg·mL-1)，2．0 mL Tris-HCl緩沖溶液(pH=7．40)，放置2 h，加入不同量的配合物溶液(1×10-5mol·L-1的 DMF溶液)，稀釋至刻度，反應(yīng)12 h，以251 nm為激發(fā)光波長(zhǎng)，掃描混合體系在530～700 nm波長(zhǎng)的熒光光譜．

2 結(jié)果和討論

2．1 配合物的化學(xué)組成和紅外光譜

配合物的元素分析wB測(cè)定值為:C 40．92%，H 3．03%，N 5．57%，Cu 7．22%．按配合物分子式C60H53N7Cu2O18Se6得 wB計(jì)算值為:C 41．12%，H 3．09%，N 5．62%，Cu 7．29%．紅外光譜(KBr壓片)σ/cm-1:3 415(m，br)，3 098(s)，1 624(vs)，1 505(w);1 470(s)，1 445(w)，1 346(s)，1 264(m)，1 225(w)，1 076(w)，1 001(m)，931(w)，898(w)，823(w)，771(s)，740(w)，699(s)，632(w)，566(w)，450(w)，425(w)．

由配合物的元素分析可知，配合物由2個(gè)中心離子Cu(Ⅱ)、5個(gè)2-苯基-4-硒唑甲酸根配體(L-1)、1個(gè)銨根離子、1個(gè)游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子(HL)和6個(gè)水分子組成．25℃時(shí)，1．0×10-3mol·L-1配合物DMF溶液的摩爾電導(dǎo)率為78．1 S·cm2·mol-1，故可知其在 DMF 中為1∶1電解質(zhì)［16］．說(shuō)明合成產(chǎn)物為離子型配合物，其分子式可表示為 NH4［Cu2L5］HL·6H2O．取1 mL上述配合物DMF溶液，加入2滴2 mol·L-1NaOH溶液，再加入2滴奈斯勒試劑，有紅棕色沉淀產(chǎn)生，證明配合物中有銨根離子存在，這與紅外光譜和晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的結(jié)果一致．

自由配體在3 441 cm-1和1 685 cm-1處分別出現(xiàn)υO(shè)H和υCOOH的伸縮振動(dòng)，形成配合物后:υO(shè)H位移至3 415 cm-1處，且峰形明顯變寬、變強(qiáng)，說(shuō)明配合物中有水;1 685 cm-1處的υCOOH振動(dòng)峰明顯減弱，而在1 624 cm-1處出現(xiàn)了υas(—COO—)的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，在1 445 cm-1和1 346 cm-1處出現(xiàn)了υs(—COO—)的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，其Δυ值分別為179 cm-1和278 cm-1，表明配體中羧基是以單齒和橋式二齒形式參與配位的［17］．配合物在1 505 cm-1處的弱伸縮振動(dòng)和771 cm-1處的強(qiáng)吸收峰可歸屬為硒唑環(huán)的振動(dòng)峰［18］;3 098 cm-1處強(qiáng)而尖的振動(dòng)峰為銨根離子的

2．2 配合物的熱重分析

在升溫速率為10℃·min-1條件下，于空氣氣氛中測(cè)定了配合物在30～800℃的熱分解情況．圖1為配合物的TG-DTG曲線．從圖1可以看出:配合物在30～143℃的失重率為7．02%，對(duì)應(yīng)于失去配合物中的6個(gè)結(jié)晶水和1個(gè)氨分子(理論失重率為7．15%);在200～245℃的失重率為23．42%，對(duì)應(yīng)于失去配合物中的1個(gè)游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和其中2個(gè)配體中的苯基(理論失重率為23．07%);在245～570℃的失重率為52．68%，對(duì)應(yīng)于配合物中配體的分解(理論失重率為53．59%);殘留率為16．88%，與配合物中 Cu和 Se的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(理論值為16．19%)基本相符．

圖1 配合物的TG-DTG曲線

2．3 配合物的晶體結(jié)構(gòu)

配合物的主要晶體學(xué)數(shù)據(jù)列于表1，主要的鍵長(zhǎng)和鍵角列于表2和表3．

圖2 配合物的分子結(jié)構(gòu)(橢球率30%)

表1 配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)

表2 配合物的主要鍵長(zhǎng)

表3 配合物的主要鍵角

圖2為配合物的分子結(jié)構(gòu)圖．由圖2可知，該配合物為硒唑甲酸根橋連的雙核結(jié)構(gòu)，配合物的最小不對(duì)稱(chēng)單元中含有2個(gè)Cu(Ⅱ)離子、5個(gè)硒唑甲酸根配體(L-)、1個(gè)游離的硒唑甲酸分子(HL)、1 個(gè) NH+4離子和6個(gè)晶格水分子．2個(gè)銅離子具有不同的配位環(huán)境和配位方式(見(jiàn)圖3)，Cu1離子與配位原子形成六配位的呈略畸變的八面體結(jié)構(gòu)，而Cu2離子與配位原子形成五配位的呈略畸變的四方錐結(jié)構(gòu)．其中:Cu1與3個(gè)硒唑甲酸根配位，配位形式均為雙齒螯合模式，每個(gè)硒唑甲酸根利用1個(gè)羧基氧和1個(gè)硒唑氮原子與Cu1形成平面五元環(huán)結(jié)構(gòu)，Cu1—O 鍵長(zhǎng)為0．192 3(3)～0．202 9(2)nm，Cu1—N 鍵長(zhǎng)為0．205 4(3)～0．241 2(4)nm，與文獻(xiàn)［14］報(bào)道的銅配合物［Cu2L2(H2O)2］類(lèi)似;Cu2也與3個(gè)硒唑甲酸根雙齒螯合配位，其中2個(gè)硒唑甲酸根以1個(gè)羧基氧和1個(gè)硒唑氮原子與Cu2形成平面五元環(huán)結(jié)構(gòu)，另外一個(gè)硒唑甲酸根利用1個(gè)羧基氧(O8)與 Cu2單齒配位，Cu2—O8鍵長(zhǎng)為0．196 0(3)nm，與文獻(xiàn)［19］報(bào)道的雙核銅配合物［Cu2(H2tea)2(dca)2］2·H2O 中 Cu2+離子分別為五配位和六配位的情況類(lèi)似．在該雙核配位體系中:由于含2個(gè)Cu(Ⅱ)離子和5個(gè)2-苯基-4-硒唑甲酸根離子(L-)，整個(gè)配位內(nèi)界顯-1價(jià)，外界的1個(gè)NH+4離子起平衡電荷的作用，使整個(gè)晶體電荷平衡;外界還有1個(gè)游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和6個(gè)晶格水分子，銨根離子、晶格水分子、游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和2-苯基-4-硒唑甲酸根之間存在氫鍵(見(jiàn)圖4)，具體地說(shuō)，硒唑甲酸上的羧基與相鄰晶胞結(jié)構(gòu)中的水分子和相鄰晶胞結(jié)構(gòu)中的羧基與水分子形成4個(gè)強(qiáng)烈的氫鍵，從而將不同結(jié)構(gòu)單元連接成為一個(gè)具有二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的配合物．

圖3 Cu(Ⅱ)的配位環(huán)境

圖4 配合物的分子堆積圖(沿c軸方向)

2．4 配合物與DNA的作用

溴化乙錠(EB)為一共軛平面分子，其本身熒光很弱，但能專(zhuān)一性地插入DNA雙螺旋內(nèi)部的堿基對(duì)之間使其熒光顯著增強(qiáng)．如果共存于EB-DNA體系中的藥物分子也能與DNA發(fā)生類(lèi)似于EB的插入作用，這個(gè)小分子就會(huì)競(jìng)爭(zhēng)EB與DNA的結(jié)合位點(diǎn)，使EB-DNA體系的熒光猝滅，而且EB-DNA體系熒光猝滅的程度可以說(shuō)明藥物分子與DNA插入作用的強(qiáng)弱［20］．

圖5反映了配合物對(duì)EB-DNA復(fù)合體系的熒光猝滅情況．配合物在592 nm處沒(méi)有熒光，DNA-EB體系在592 nm處發(fā)出強(qiáng)烈的熒光，隨著配合物濃度的增加，EB-DNA復(fù)合體系的熒光發(fā)生了不同程度的猝滅，由此推測(cè)配合物與DNA發(fā)生了插入作用．根據(jù) Stem-Volmer方程［21］:I0/I=1+Ksqr(其中:I0和I分別為EB-DNA體系與不同濃度的配合物加EB-DNA復(fù)合體系的熒光強(qiáng)度;r為配合物與DNA濃度之比)計(jì)算得到配合物與DNA作用的結(jié)合常數(shù)Ksq為193．84，表明該配合物對(duì)DNA的插入作用很強(qiáng)．通過(guò)比較文獻(xiàn)［14］中的結(jié)合常數(shù)(Ksq=0．76)，并從配合物的分子結(jié)構(gòu)圖可以看出，配合物分子中增加了5個(gè)五元環(huán)和1個(gè)四元環(huán)，這些螯合環(huán)的形成增加了配合物

圖5 配合物對(duì)EB-DNA體系的熒光猝滅

分子中配體的平面性，使得配體更容易插入到DNA分子的堿基對(duì)中去競(jìng)爭(zhēng)EB與DNA的結(jié)合位點(diǎn)，從而導(dǎo)致配合物的插入作用明顯強(qiáng)于配體．

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