呋喃酰腙及其鎳、錳配合物的合成與晶體結構及抑菌活性

楊滋淵 宋 斌 徐守衛 鄭長征＊,

(1陜西省人民醫院，西安 710068)

(2西安工程大學，環境與化學工程學院，西安 710048)

Schiff堿類化合物主要以O、N為配位原子，作為配體具有較強的配位能力和多樣的配位方式[1-3]，形成的金屬配合物在分析化學、催化化學、功能材料、生物及藥物活性等方面有廣泛的應用[4-9]。呋喃環化合物作為五元雜環化合物的典型代表，廣泛存在于自然界，大多具有抑菌、消毒、殺蟲等生物活性[10-13]。從生物化學方面看，呋喃環中的氧原子可參與生物體中氫鍵的形成，增加授受間分子親和性，將呋喃環導入Schiff堿類化合物后得到的化合物擁有更好的抑菌活性[14]。因此研究呋喃酰腙及其配合物的抑菌活性具有重要意義。本文用2-呋喃甲醛與4-甲氧基苯甲酰肼縮合出一個未見報道的新型呋喃酰腙化合物2-呋喃甲醛縮對甲氧基苯甲酰腙，用溶劑揮發法獲得配體及其與Ni、Mn的兩個配合物單晶，通過X-射線單晶衍射確定了晶體結構，用瓊脂擴散法測定了抑菌活性。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

4-甲氧基苯甲酸乙酯、2-呋喃甲醛(使用前經蒸餾)、水合肼(80%)以及其它試劑均為市售分析純。

Varian-400型核磁共振儀(美國)，FTIR-8400 型紅外光譜儀(KBr壓片)(日本)，Vario ELⅢ型元素分析儀(德國)，Bruker Smart-APEXII CCD 單晶衍射儀(德國)。

1.2 配合物的合成

1.2.1 配體2-呋喃甲醛縮對甲氧基苯甲酰腙(HL)的合成

4-甲氧基苯甲酰肼參考文獻方法[15]制備，產率83%。

攪拌下，用恒壓滴液漏斗向溶有8.30 g(0.05 mol)4-甲氧基苯甲酰肼的50 mL乙醇溶液中緩慢滴入新蒸餾的4.80 g(0.05 mol)2-呋喃甲醛，TLC跟蹤，反應完成后冷卻至室溫析出淺黃色固體，抽濾，少量冰無水乙醇洗滌得粗品。粗品用無水乙醇重結晶，真空干燥得淡黃色固體，產率78%。稱取0.122 g(0.5 mmol)配體HL攪拌溶解在30 mL乙醇和DMF(體積比為14∶1)的混合溶劑中，過濾，濾液室溫靜置揮發14 d，得到適合X-射線單晶衍射測試的無色單晶。合成路線圖見圖1。

圖1 合成路線圖Fig.1 Synthetic route

1H NMR(DMSO)δ：7.05～7.89(4H，Ar-H)，7.82(s，H，-CH=N)，6.63～7.4(3H，Furan ring-H)，6.90(s，H，-NH-)，3.84(s，3H，-OCH3)。 FT-IR(KBr) ν/cm-1：3 451(m)，1 642(s)，1 574(s)，1 511(w)，1 258(m)，1 177(w)。Anal.Calc.for C13H12N2O3(%)：C，63.75；H，4.86；N，11.51；Found(%)：C，63.93；H，4.95；N，11.47。

1.2.2 配合物NiL2的合成

稱取0.244 g(1 mmol)配體HL溶解在30 mL乙醇和丙酮(體積比為2∶1)的混合溶劑中，攪拌下用恒壓滴液漏斗緩慢滴入溶有0.290 8 g(1 mmol)Ni(NO3)2·6H2O的乙醇溶液10 mL，室溫反應2h后過濾，得黃綠色濾液，室溫靜置揮發20 d，獲得適合X-射線單晶衍射測試的紅色長條狀單晶。FTIR(KBr) ν/cm-1：1 606(s)，1 495(s)，1 466(w)，1 374(s)，1343(w)，1250(s)，1169(m)，1020(w)，564(s)，510(m)。

1.2.3 配合物Mn(HL)2Cl2的合成

稱取0.244 g(1 mmol)配體HL溶解在30 mL乙醇和丙酮(體積比為2∶1)的混合溶劑中，攪拌下用恒壓滴液漏斗緩慢滴入溶有0.197 9 g(1 mmol)MnCl2·4H2O的乙醇溶液10 mL，室溫反應2 h后過濾，得淺棕黃色濾液，室溫靜置揮發18 d，出現適合X-射線單晶衍射測試的淡黃色方塊狀單晶。FTIR(KBr)ν/cm-1：3 150(m),1 610(s),1 562(m)，1 508(s)，1 352(w)，1 296(w)，1 255(s)，1 183(w)，1 021(w)，631(s)，552(m)。

1.3 晶體結構測定

選取尺寸分別為0.26 mm×0.19 mm×0.14 mm的配體HL單晶、0.32 mm×0.27 mm×0.19 mm的配合物NiL2單晶和0.34 mm×0.26 mm×0.17 mm的配合物Mn(HL)2Cl2單晶置于Bruker Smart-APEXⅡCCD單晶衍射儀上，用經石墨單色器單色化的Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，在 296(2)K 下以 φ-ω掃描方式分別在 1.63°≤θ≤25.09°、2.38°≤θ≤25.10°和 2.01°≤θ≤25.10°范圍內收集單晶衍射數據，對全部衍射強度數據進行經驗吸收校正、Lp校正后用直接法解得晶體結構，對全部非氫原子坐標及其各向異性熱參數進行全矩陣最小二乘法修正，氫原子為理論加氫。所有計算用SHELX-97程序完成[16](有關晶體學數據見表1)。

表1 配體和配合物的晶體學數據Table 1 Crystal data and structure refinement for the ligand and complexes

CCDC:926194,HL；926193,NiL2；926195,Mn(HL)2Cl2。

2 結果與討論

2.1 晶體結構

2.1.1 配體HL的晶體結構

配體HL的分子結構如圖2，主要鍵長和鍵角見表3。HL中呋喃環與苯環的二面角為27.868°，表明HL的結構略有扭曲。HL的單個晶胞含有18個配體分子，配體分子間存在三中心氫鍵(氫鍵參數見表 2)，3個非氫原子 N1、O2和 N2#1(對稱操作碼：#1-y+4/3，x-y+2/3，z-1/3)共享 1 個 H2A#1，其中 N1 與N2#1的距離為 0.309 77(35)nm，O2與N2#1的距離為0.299 24(35)nm。不同分子通過這種氫鍵作用不僅在分子間形成一個五元環結構 (五元環由N1、N1、C6、O2、H2A#1構成)， 而且使配合物分子相互交錯排布呈現出鏈式結構。配體分子間氫鍵作用力見圖3。

圖2 配體HL的橢球圖Fig.2 Ellipsoid(50%)structure of HL

表2 配體HL和配合物MnL2Cl2的氫鍵參數Table 2 Hydrogen bond lengths and angles

圖3 配體HL的分子間氫鍵Fig.3 Hydrogen bonds of HL

2.2.2 配合物的晶體結構

配合物NiL2的分子結構圖如圖4，主要鍵長和鍵角見表3。NiL2的單個晶胞含有2個配合物分子，每個配合物分子由1個配位中心Ni（Ⅱ）和2個配體分子構成，Ni（Ⅱ）采用四配位形式，分別與2個羰基O和2個亞胺基N配位，形成2個閉合的五元環，構成平面四方構型。Ni（Ⅱ）周圍4個鍵鍵長范圍為0.1828(2)～0.1851(2)nm，鍵角在 83.68(8)°～96.32(8)°之間。相鄰分子的呋喃環和苯環之間存在邊對面π…π作用力，呋喃環與苯環π平面的二面角為65.630(101)°，呋喃環上C2到苯環質心Cg#1(對稱操作碼：#1-x+1，-y+2，-z+2)(C7、C8、C9、C10、C11、C12)的距離為0.388 93(35)nm。分子間邊對面π…π作用力使配合物分子構成兩個方向上的層狀結構。分子間邊對面π…π作用力見圖5。

圖4 配合物NiL2的橢球圖Fig.4 Ellipsoid(50%)structure of NiL2

配合物Mn(HL)2Cl2的分子結構圖如圖6，主要鍵長和鍵角見表3。Mn(HL)2Cl2的單個晶胞含有2個配合物分子，每個配合物分子由1個配位中心Mn（Ⅱ）、2個配體分子和2個Cl構成，Mn（Ⅱ）采用六配位形式，分別與來自配體的2個羰基O、2個亞胺基N形成2個閉合的五元環結構，繼而與2個Cl配位形成四角雙錐構型，2個Cl分別位于錐頂和錐底。Mn（Ⅱ）周圍鍵角范圍在 70.4(2)°～109.6(2)°，6 個鍵鍵長在0.215 9(5)～0.247 4(2)nm之間。N2上的H2與相鄰分子的 Cl1#2(對稱操作碼：#2-x+2，-y，-z+2)存在典型的分子間氫鍵N2-H2…Cl1#2(氫鍵參數見表2)，Cl1#2原子與N2的距離為0.322 14(70)nm。配合物分子中苯環與相鄰呋喃環還存在面對面π…π作用力，苯環與呋喃環π平面的二面角為6.882(269)°,苯環質心 Cg2(C7、C8、C9、C10、C11、C12)與呋喃 環 質 心 Cg1#2(O1#2、C1#2、C2#2、C3#2、C4#2) 距 離 為0.383 09(11)nm。分子間氫鍵和面對面π…π作用力使配合物分子構成2D鏈式層狀結構。分子間氫鍵和面對面π…π作用力見圖7。

圖6 配合物Mn(HL)2Cl2的橢球圖Fig.6 Ellipsoid(50%)structure of Mn(HL)2Cl2

2.2 紅外光譜分析

圖7 配合物Mn(HL)2Cl2的氫鍵和π…π作用力Fig.7 H-bonds and π…π interactions of Mn(HL)2Cl2

用KBr壓片法測定了配體HL及其Ni、Mn配合物在400～4 000 cm-1的紅外光譜，各吸收峰參照文獻[17]指認。HL在3 451 cm-1出現肼基(-NH-N=)中等強度而寬的νN-H吸收峰，在1 642 cm-1出現強而尖銳的νC=O吸收峰。在配合物NiL2中，這些峰均消失，在1 606 cm-1處出現強而尖銳的νC=N-N=C吸收峰，在1 250 cm-1處出現尖銳的烯醇νC-O吸收峰，表明在NiL2中配體HL的肼基H經烯醇化重排后失去。在配合物Mn(HL)2Cl2中，強而尖銳的νC=O吸收峰相對于配體向低波數方向移動了32 cm-1，出現在1 610 cm-1，表明配體HL中的羰基O與金屬錳配位。HL中1 574 cm-1的νC=N吸收峰在形成配合物NiL2后向低波數方向移動79 cm-1，出現在1 495 cm-1，而在形成配合物Mn(HL)2Cl2后向低波數方向移動12 cm-1，出現在1 562 cm-1，表明配體HL中C=N上的N與金屬形成反饋配鍵。NiL2中νNi-N和νNi-O吸收峰分別出現在563 cm-1和510 cm-1處，Mn(HL)2Cl2中νMn-N和νMn-O吸收峰分別出現在630 cm-1和552 cm-1處[18-19]。紅外光譜分析與晶體結構分析結果一致。

1.3 抑菌活性

采用瓊脂擴散法[20]測試配體HL及其Ni、Mn配合物對細菌菌株(由陜西省人民醫院提供)大腸桿菌(ATCC25922)、金黃色葡萄球菌(ATCC25923)和綠膿桿菌(ATCC27853)的抑制活性，供試菌經接種活化3次后配成濃度為 5×105～5×106cfu·mL-1菌懸液備用。稱取配體和配合物各5 mg，超聲振蕩溶解在25 mL DMF中備用。將已滅菌的直徑6 mm濾紙片(新華一號)浸入上述各溶液2 h，取出放置在已涂布菌懸液的營養瓊脂培養基上，與溶劑空白對照組一起置入37℃溫箱中培育16～18 h后，測量抑菌環直徑來比較抑菌活性。測試結果列于表4。

表4 配體和配合物的抑菌活性Table 4 Antibacterial activities of the ligand and complexes

配體HL、配合物NiL2和配合物 Mn(HL)2Cl2對大腸桿菌、金色葡萄球菌和綠膿桿菌均有不同程度的抑制活性，配合物的抑菌活性都比配體的強，配合物NiL2比配合物Mn(HL)2Cl2強。配體HL、配合物NiL2和配合物Mn(HL)2Cl2對大腸桿菌和綠膿桿菌的抑制活性相當，對金色葡萄球菌均有更強的抑制活性，表明配體和配合物的抑菌活性具有選擇性。配合物NiL2對金色葡萄球菌有高達14 mm的抑菌環，表明其對金色葡萄球菌有顯著的抑制活性，可以用來作為潛在的抑菌材料。

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