雙臂大環稀土配合物的合成及其生物活性

胡學雷，孟美娜，姜治平，張道霞，甘東東，曾令康，葛燕麗

［1．武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074；2．綠色化工過程教育部重點實驗室（武漢工程大學），湖北 武漢 430074］

0 引 言

稀土配合物具有優異的光、電、磁性質，在許多方面有特殊用途，其理論研究對新材料、催化劑、新型藥物等的開發有重要意義，已成為化學、材料學等學科發展的前沿課題之一［1－2］．含氮的大環配體具有環形空腔和多個氮原子配位點，對金屬離子尤其是稀土離子具有超強的配位能力，并能與它們形成穩定的配合物．本課題組在雙酚含氮大環稀土配合物的設計、合成、結構與性質研究方面作了大量的工作，獲得了多個系列的單核、橋聯雙核、橋聯四核稀土大環配合物并研究了其晶體結構、熒光性質及相關的生物活性［3－10］．為進一步發展新型的大環稀土配合物系列，本課題組近期用三足式有機胺（三氨基丙基胺trpn）與2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚在高氯酸鉺為模板的條件下通過［2＋2］縮合反應合成了一個新型的雙臂大環稀土鉺配合物［Er L］Cl O4·2 H2O（圖1，L為失去兩個酚氧氫離子的負二價雙臂雙酚大環配體），并通過元素分析、紅外光譜、紫外光譜和電噴霧質譜對其進行了表征，配合物對DNA有較明顯的切割活性和對大腸桿菌均有一定的抑制作用．

圖1 配合物［ErL］ClO4·2H 2 O的化學結構Fig．1 The chemical structure of the compex［Er L］ClO4·2 H 2 O

1 實驗部分

1．1 試劑與儀器

合成所用試劑均為分析純；丙烯腈和DMF為蒸餾得到；活性二氧化錳用分析純MnCO3熱分解制得；2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚和三氨基丙基胺（trpn）分別參照文獻［10］合成，物理參數與文獻值一致；其它試劑均為分析純．配合物的電子吸收光譜在Shimadzu UV－2450PC紫外分光光度計上測定；紅外光譜在Perk－Elmer FT－IR光度計上測量（KBr壓片）；電噴霧質譜（ES－MS）在 FininiganLCQ質譜儀測定，樣品濃度約為1．0×10－3mmol／dm3，樣品稀溶液在針電壓＋4．5 k V下以5×10－6dm3min－1噴霧，流動相為甲醇，收集正離子處理．

1．2 配合物［Er L］Cl O4·2 H 2 O的合成

稱取286．1 mg Er（ClO4）3·6H2O和82．4 mg 2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚，溶解于20 m L無水甲醇中，轉移到100 m L三口瓶中，在回流溫度下滴加94．5 mg trpn的甲醇溶液，滴加完畢后回流8 h，冷卻至室溫，過濾后用乙醚擴散，得到配合物黃色粉末99．69 mg，收率為44%．元素分析C36H58Cl N6O8Er：實測值（計算值）∕%：C，47．68（47．75）；H，6．93（6．46）；N，8．87（9．28）．紫外可見光譜（λmax／nm）［ε／（dm3·mol－1·cm－1）］：268（39 700），398（17 400）；紅外光譜（cm－1）：3 428（—OH），1 653（—C —N—），1 100（Cl O－4）．

1．3 與DNA的相互作用

CT－DNA溶液的配置：將CT－DNA用p H為7．2的5 mmol／L Tris－HCl，50 mmol／L NaCl緩沖溶液溶解后，用紫外光譜測定A260／A280＝1．8，說明該CT－DNA樣品中不含蛋白質及苯酚．測定溶液在260 nm處的A值，通過Lambert定律A＝εbc（ε＝6 600 L／（mol·cm）），計算出 CTDNA的濃度．

1．3．1 紫外光譜 配合物用重蒸的DMF溶解，配成數量級為10－5的溶液．以Tris緩沖溶液作為參照，向5×10－5mol／L的配合物溶液和參照溶液中同時加入等量的DNA溶液，使DNA與配合物的濃度比值不斷上升，直至飽和，放置一段時間測定配合物的紫外光譜．

1．3．2 熒光光譜 溴乙錠（EB）與DNA按等體積混合的復合物溶液，以520 nm為激發波長，掃描EB－DNA復合體系在540～740 nm范圍的熒光光譜．逐漸減小配合物與EB－DNA復合物溶液的濃度比，室溫下依次測量其熒光光譜．

熒光淬滅常數的計算根據公式［11］

F0／F＝1＋K［Q］

其中F0為EB－DNA溶液的熒光強度；F為配合物與EB－DNA混合后的熒光強度；K為線性方程淬滅系數；［Q］為配合物的濃度．

1．4 對DNA的切割作用

1．4．1 溶液的配制 TAE 緩沖溶液，Tris－HCl緩沖液，溴化乙錠染色液的配制，配合物溶液的制備均見參考文獻［9］．

1．4．2 凝膠的制備 準確稱取0．5 g瓊脂糖粉加入到100 mL錐形瓶中，加入1 mL TAE緩沖溶液和50 mL水，封好口后在微波爐中加熱5 min，瓊脂糖完全溶解，冷卻至60℃，加幾滴EB溶液，使得溶液顯淡紅色，將液體倒入帶梳子的水平槽中，室溫放置30 min后，待膠冷卻好，將水平槽放入電泳槽中．

1．4．3 時間、濃度對切割的影響 時間的影響：0號試管中加入空白對照緩沖液，1～5號中加入相同濃度的配合物，不同切割時間下觀察切割效果．

濃度的影響：0號試管中加入空白對照緩沖液，1～5號中加入1μL DNA和10μL配合物溶液（濃度分別為200、400、600、800μmol／L）．

1．5 抑菌活性

實驗菌株為金黃色葡萄球菌和大腸桿菌．固體培養基為瓊脂培養基．

將培養基分裝，液體分裝高度為試管高度的1／4，固體分裝體積為三角瓶的1／2．將瓊脂培養基在微波爐中加熱至熔化，冷卻至50℃左右，將20 mL培養基均勻的鋪在表面皿的表層，冷卻凝固．將在液體培養基中擴大培養復蘇的菌種接種到上述培養基中．把直徑6 mm經高壓蒸汽滅菌的濾紙片，分別投入已經配好的不同濃度的配合物溶液和對照樣及DMSO溶液中，浸泡2 min后備用．取20μL濃度為105 cfu／mL的菌液，均勻的倒入上述鋪有培養基的表面皿中．把抑菌片置于該培養基中，在37℃的電熱恒溫箱中培養24 h，測量每個抑菌片上產生的透明抑菌圈直徑．

2 結果與討論

2．1 合成與表征

配合物在DMF中的電子吸收光譜處于268 nm的吸收峰歸屬為苯環上π－π＊電子躍遷；398 nm處的吸收峰為含有C—N生色團的π－π＊電子躍遷，表明原料2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚與三氨基丙基胺trpn中的羰基和氨基發生縮合形成C—N雙鍵．配合物紅外光譜在1 680 cm－1附近沒有出現原料2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚的C—O的吸收峰，而在1 653 cm－1處有很強的C—N吸收峰，同樣證實了C—N基團的形成；而在1 100 cm－1處為游離的高氯酸根的特征吸收峰，表明配合物為離子型配合物．

2．2 電噴霧質譜

圖2為配合物［Er L］ClO4·2H2O的陽離子電噴霧質譜圖，質譜峰的歸屬列于表1．基峰質荷比為m／z＝803．2，歸屬為配合物的分子離子峰［Er3＋L（CH3OH）］＋，系配合物失去陰離子ClO4－再結合一個甲醇分子形成；處于m／z＝413．6質譜峰歸屬為基峰［Er3＋L（CH3OH）］＋結合一個質譜系統內存在的微量的鈉離子形成的二價碎片［Er3＋Na＋L（CH3OH）］2＋產生；在m／z＝691．22、m／z＝676．28和m／z＝301．61處的質譜峰分別歸屬為 ［Na＋（H2L）（CH3OH）2］＋、［Na＋（H2L）（CH3OH）（H2O）］＋和［（H＋）2（H2L）］2＋，它是配合物失去稀土離子后的中性大環配體在結合鈉離子、氫離子及不同數量的甲醇和水分子形成．配合物在質譜條件下有［Na＋（H2L）（CH3OH）2］＋、［Na＋（H2L）（CH3OH）（H2O）］＋和 ［（H＋）2（H2L）］2＋碎片峰的產生顯示了二十八元大環配合物［Er L］ClO4·2H2O比本課題組之前報道的二十四元大環配合物的穩定性稍差，這是由于較大的環與較小的中心離子不匹配產生的．配合物質譜圖中沒有觀察到［2＋3］型配合物或穴醚配體的裂解碎片，說明了2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚與三氨基丙基胺trpn在投料比為1∶1時，只發生了［2＋2］縮合，結合元素分析結果，推斷配合物的結構為圖1所示．

表1 配合物［Er L］ClO4·2 H2 O的電噴霧質譜數據Table 1 The ES－MS spectroscopic data and assignments for the title complex［Er L］ClO4·2H 2 O

圖2 配合物［Er L］ClO4·2H 2 O在甲醇溶液中的電噴霧質譜Fig．2 Positive－ion ES mass spectrum of the complex［Er L］ClO4·2H 2 O in methanol

2．3 配合物與DNA的相互作用

2．3．1 電子吸收光譜 圖3是配合物與DNA相互作用的電子吸收光譜圖．隨DNA濃度增加，配合物在390～410 nm處的吸收峰發生了減色效應和紅移現象，可以初步判斷配合物以插入方式與DNA作用．減色可能的原因是配合物與DNA結合后，其π＊空軌道與DNA堿基的π軌道發生偶合，從而使π＊空軌道填充了電子，發生π→π＊躍遷的幾率減少．

按文獻［12］方程：

［DNA］／｜εa－εf｜＝［DNA］／｜εb－εf｜＋1／Kb｜εb－εf｜

其中：［DNA］為 CT－DNA 的濃度；εa為配合物與CT－DNA共存時的表觀摩爾吸光系數；εf為配合物單獨存在時的摩爾吸光系數；εb為與DNA結合的配合物的摩爾吸光系數．

以［DNA］／｜εa－εf｜對［DNA］作圖，可以得到結合常數Kb的值為1．20×104，處在配合物以插入方式結合DNA的結合常數104～106之內．

2．3．2 熒光光譜 圖4是配合物［Er L］ClO4·2H2O與EB－DNA體系相互作用的熒光光譜圖，隨著配合物濃度的增大，EB－DNA復合體系的熒光強度有明顯的淬滅，說明配合物可能取代了EB－DNA體系中部分的EB分子，導致體系熒光逐漸減弱，進而說明配合物與DNA的作用方式與EB和DNA結合方式類似，均為插入結合方式［12］．

圖4 配合物對EB－DNA體系的熒光淬滅圖Fig．4 Flourescence spectra of EB－DNA in the absence and presence of ternary complex．Arrows concentration of complex

2．4 配合物［Er L］ClO4·2H 2 O對DNA的切割作用

圖5是在p H為7．2、反應溫度和時間分別為37．5℃和6 h時，不同濃度配合物切割DNA凝膠電泳圖．實驗表明配合物能將DNA切割成環形缺刻，隨著配合物濃度的增大，切割的活性變化不明顯．配合物對DNA具有一定的切割活性．

圖5 不同濃度配合物切割PBR322 DNA的凝膠電泳圖Fig．5 Agarose gel electrophoresis for the cleavage of PBR322 DNA by different concentrations of complex

2．5 配合物［Er L］Cl O4·2 H 2 O的抑菌活性

圖6為配合物［Er L］ClO4·2H2O對大腸桿菌的抑制作用的效果圖．浸泡配合物菌樣濾片周圍產生了明顯比浸泡對照稀土鹽較大的抑菌圈，配合物［Er L］ClO4·2 H2O對大腸桿菌的生長有抑制作用，并且相應的無機稀土鹽的抑菌效果好，但配合物濃度增加對抑菌效果沒有明顯的影響．

圖6 配合物對大腸桿菌的抑制作用Fig．6 Effect on bacteriostasis of E．coli of complex

3 結 語

采用模板法用二元醛和三元有機胺進行縮合反應一般會得到三維［2＋3］型籠型配合物，其前提是投料比為2∶3和所形成的穴醚配體與模板金屬離子半徑匹配．本實驗用投料比為1∶1的2，6－二甲酰基－4－甲基苯酚和相對較長的三－（3－氨基丙基）胺 （trpn）在相對較小的Er3＋離子存在下也能發生［2＋2］模板縮合反應并合成了一個新型的懸臂大環稀土鉺配合物［Er L］Cl O4·2H2O．通過元素分析、紅外光譜、紫外光譜和電噴霧質譜對配合物進行了表征．標題配合物具有一定的DNA切割活性和對大腸桿菌也有一定的抑制作用．

致謝

感謝湖北省科技廳的資助．

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