鈷(Ⅱ)與芳香氮堿金屬有機配合物的合成及熒光性能

遲紅訓， 王幸幸， 梁景松

(遼東學院 化工與材料學院， 遼寧 丹東 118003)

近年來，隨著藥物化學和生物無機化學的迅猛發展，尤其是在細胞層次及分子層次上的無機藥物研究,人們逐漸發現金屬離子及其配合物藥物分子在消化吸收、轉運轉化和生物活性等方面的作用規律，獲得一系列金屬配合物的新穎診斷和治療效果，探討了金屬配合物與DNA的作用及其生物活性間的構效關系，掌握了許多無機準藥物分子的生物作用以及結構之間的依存關系[1-3]，從分子水平上了解某些疾病的發病機理，闡明抗腫瘤藥物的作用機理，并通過分子設計來尋找低毒高效的治療藥物，對無機藥物體外篩選及研發具有重要的指導意義[4-6].過渡金屬配合物在醫學研究領域，尤其是在抗癌方面的研究日益受到重視，已成為目前研究的一個熱點[7-9].本文合成一個鈷配合物單晶,對結構進行了表征，研究配合物的分子結構和分子間弱作用，通過熒光光譜法研究了配合物與DNA的作用.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

硝酸鈷，吡嗪-2,3-二羧酸，無水乙醇，均為分析純.魚精DNA(P的質量分數8 %) 為生化試劑.

Bruck smart 1000 CCD-X射線單晶衍射儀，Nicolet 470紅外光譜儀，PE-LS 55熒光光譜儀，D-MS-I 磁力攪拌器，PHS-3C精密數顯酸度計，E-201-C pH復合電極，AR2140電子分析天平，800B離心機.

1.2 Co(Ⅱ)化合物的合成與表征

將10 mL、15 mmol/L硝酸鈷水溶液與10 mL、15 mmol/L吡嗪-2,3-二羧酸水溶液混合.連續攪拌下,用0.1 mol/L鹽酸調節混合溶液pH值至4.8,攪拌8 h后pH值相對穩定為5.2.將該溶液過濾至燒杯中，室溫下放置3～4周，燒杯中有淡粉色晶體析出，濾紙過濾，收集晶體，于真空干燥器干燥，收率60 %.C6H10N2O8Co元素分析測定值(w/%)：C 24.23;H 3.41;N 9.47.理論計算值(w/%)：C 24.26;H 3.39;N 9.43.配合物紅外譜分析結果(σ/cm-1):3 419(s),2 360(s),1 600(s),1 444(m)，1 384(m),1 130(m),825(m),767(m).

2 結果與討論

2.1 化合物晶體結構

選取尺寸為0.24 mm×0.32 mm×0.19 mm的配合物單晶.在Bruker Smart 1000 CCDX單晶衍射儀上，用通過石墨單色器的Mo Kα為靶源(λ=0.071 073 nm)，在一定范圍內收集其衍射數據.應用Saint軟件包對數據進行還原.采用直接法對晶體結構進行解析.氫原子采用理論加氫的方法獲得，其余非氫原子則采用最小二乘法及各向異性修正.通過X-射線衍射數據分析對配合物的分子結構進行分析，得到該配合物的配位結構如圖1所示.

圖1 配合物的配位結構Fig.1 Coordinated environment of complex

在配位化學研究領域，吡嗪羧酸類物質常被作為配體引入到金屬配合物中，這是因為它與過渡金屬離子之間具有很強的螯合作用.在其形成的金屬配合物中，存在氫鍵作用,從而構成零維、一維、二維以及三維結構.從圖1可以看到：配合物的每個中心離子Co(Ⅱ)采用六配位模式與其周圍的氮、氧原子及水分子形成一個八面體結構.其主要鍵長(nm)為：Co(1)—N(1)，0.213(1)；Co(1)—N(1)#1，0.213(1)；Co(1)—O(1)，0.206(1)；Co(1)—O(1)#1，0.206(1)；Co(1)—O(3)，0.210(1)；Co(1)—O(3)#1，0.210(1).主要鍵角(°)為：O(3)—Co(1)—N(1)，88.35(5);O(3)—Co(1)—N(1)#1，88.35(5);O(3)—Co(1)—N(1)，91.65(5);O(3)—Co(1)—N(1)#1，91.65(5).其中總鍵角之和等于360°，說明在形成的八面體結構中，參與配位的2個氮原子和2個氧原子處在同一平面上[10].這種配位模式特有的空間位阻和作用力，對整個結構的穩定性起到至關重要的作用.

從圖2可以看到：中心離子為Co(Ⅱ)，它與其周圍的來自于2個不同的吡嗪-2,3-二羧酸配體的氮原子、氧原子以及2個水分子形成六配位的八面體結構.Co(Ⅱ)與2個相鄰的吡嗪-2,3-二羧酸配體反式螯合，形成一個以Co(Ⅱ)為中心的對稱的、無限延伸的一維鏈狀結構.

圖2 配合物一維結構Fig.2 One dimension structure of the complex

從圖3可以看出：一維鏈與一維鏈之間通過O—H…O的氫鍵作用，形成穩定的二維結構，其中O(2)—H(3A)的距離為0.189 7 nm.從圖4可以看到：配合物的三維空間結構是通過O(2)與H(3)之間C—H…O的氫鍵作用所形成.其中O(2)—H(3)之間的距離為0.241 7 nm.

圖3 配合物的二維氫鍵作用Fig.3 Two dimension structure of the complex

圖4 配合物的氫鍵作用Fig.4 Hydrogen bonds of the complex

2.2 化合物與DNA作用

溴化乙錠(EtBr)與DNA發生作用后，能夠破壞DNA原有緊密螺旋結構，阻止DNA進行復制轉錄，影響生物體的繁衍生殖進程.如果所合成的化合物(M)與EtBr具有相似結構，且熒光不強，就能夠和EtBr分子競爭與DNA結合位點，緩釋EtBr分子，導致EtBr/DNA復合體系的熒光減弱：M+EtBr·DNA=M·DNA+EtBr，以插入方式與DNA作用，因此可以跟蹤反應體系的熒光變化來判斷化合物(M)與DNA結合能力的強弱.依據經典斯特恩-沃爾默(Stern-Volmer)方程[11]：

其中：I0為復合物體系(M/EtBr/DNA)中未添加配合物(M)的熒光強度，I為添加配合物(M)時的熒光強度；r為體系中配合物(M)與DNA的濃度比；Ksq為斯特恩-沃爾默(Stern-Volmer)猝滅表征常數，用于定量描述配合物與DNA的作用能力強弱.通過Ksq值大小，定量地比較不同配合物分子在相同環境下與DNA作用能力的強弱，Ksq數值越大，表明配合物分子與DNA結合能力越強，作用強度越大.

圖5為熒光法測定配合物分子與魚精DNA發生作用的結果.從圖5可以看出：DNA/EtBr復合物的熒光發射峰處于610 nm波長處；隨著配合物分子濃度的逐漸增加，與EtBr的競爭力增強，使DNA/EtBr復合物體系的熒光強度逐漸

減弱，并導致了不同程度的猝滅.結果表明配合物分子的濃度越大，熒光猝滅越顯著，說明該化合物與DNA發生了不同程度地專一插入作用[12].

c(DNA)=5×10-6mol/Lc(EB)=1.0×10-6mol/L 1c(M)=0 mol/L 2c(M)=0.5×10-5mol/L 3c(M)=1.0×10-5mol/L 4c(M)=1.5×10-5mol/L 5c(M)=2.0×10-5mol/L

圖5 配合物與DNA作用的熒光光譜
Fig.5 The emission spectrum of EB bound to DNA

3 結 論

采用常溫法合成了一個鈷配合物單晶，分子式[Co(Pyzdc)(H2O)2]n·nH2O.采用紅外光譜法、元素分析法和X-射線單晶衍射技術對配合物的結構進行了分析表征.通過熒光光譜研究配合物與DNA相互作用，結果顯示配合物添加到DNA/EtBr復合體系中后，能夠減弱熒光強度，發生熒光猝滅現象，說明該配合物能夠與溴化乙錠發生競爭，與DNA發生作用，并插入DNA堿基對中.

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