兩個有機錫羥基苯甲酸酯配合物的合成、結構及抗癌活性

張復興 何唐鋒 姚淑芬 朱小明 盛良兵 鄺代治 馮泳蘭 庾江喜 蔣伍玖

(衡陽師范學院化學與材料科學學院，功能金屬有機化合物湖南省重點實驗室，功能金屬有機材料湖南省普通高等學校重點實驗室，衡陽 421008)

有機錫羧酸酯化合物具有良好的催化、防腐、殺蟲、殺菌和抗腫瘤性能，在工業、農業、醫藥等領域中有廣泛應用。近年來的研究表明許多有機錫羧酸酯具有極高效廣譜的抗癌活性，比目前臨床上廣泛使用的抗癌藥順鉑的抗癌活性還要高出許多[1-2]，因此有機錫羧酸酯是一類未來可期的高效抗癌藥，具有潛在的研究價值，因而備受人們關注[3-4]。有機錫羧酸酯不僅具有良好的性能，也具有豐富多變結構，但其結構與性能決定于直接與錫原子相連的烴基和羧酸配體的結構[5-9]，尤其是當以含有活性基團作取代基的取代羧酸為配體時，更易產生結構的多樣性[10-17]。本文合成了梯形結構的二(對氯芐基)錫鄰羥基苯甲酸酯[(μ3-O)(μ2-OH)(p-Cl-C6H4CH2Sn)2(O2CC6H4-OH-o)]2(1)和三苯基錫二(對羥基苯甲酸)酯 (2)，通過元素分析、紅外光譜進行了表征，用X射線單晶衍射測定了晶體結構，對其結構進行量子化學從頭計算，探討了配合物分子的穩定性、分子軌道能量以及一些前沿分子軌道的組成特征。測定了配合物的熱穩定性和體外抗癌活性。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

合成反應在微波有機合成系統(Micro SYNT Labstation for Microwave assisted，意大利)中完成。 配合物的紅外光譜用Shimadzu FTIR8700(KBr壓片，400～4 000 cm-1)光譜儀測定，元素組成用PE-2400型元素分析儀測定，晶體分子結構測定用Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀，配合物的熔點用北京泰克XT-4雙目體視顯微熔點儀測定(溫度計未經校正)。所有試劑為分析純。

1.2 配合物的合成

配合物1：在聚四氟乙烯微波反應罐中，加入30 mL 甲醇，0.386 g(1 mmol)二(對氯芐基)氧化錫，0.138 g(1 mmol)鄰羥基苯甲酸，將罐蓋密封好，置于微波反應器中。設置微波有機合成系統溫度120℃，微波輻射反應2 h。冷卻過濾，除去不溶性固體,濾液旋轉蒸發除去部分溶劑，放置析出白色固體，用二氯甲烷-甲醇重結晶得無色晶體0.312 g，產率67.39%。熔點：＞300℃。 紅外光譜主要吸收峰(KB，cm-1)：3 318 ν(O-H)，3 026，2 956，2 912 ν(C-H)，1 589 νas(COO-)，1 389 νs(COO-)，626 ν(Sn-O-Sn)，554 ν(Sn-C)，480 ν(Sn-O)。 元素分析按 C71H64Cl8O11Sn4計算值(%)：C，46.01；H，3.45。 實測值(%)：C，46.23；H，3.41。

配合物2：按照上述方法，用0.356 g(1 mmol)三苯基氯化錫代替二 (對氯芐基)氧化錫，0.276 g(2 mmol)對羥基苯甲酸代替鄰羥基苯甲酸，得無色透明晶體三苯基錫二(對羥基苯甲酸)酯配合物0.476 g，產率76.16%。熔點：162～164℃。紅外光譜主要吸收峰(KBr，cm-1)：3 410 ν(O-H)，3 071，3 049，2 905 ν(CH)，1 607 νas(COO-)，1 369 νs(COO-)，550 ν(Sn-C)，55 ν(Sn-O)。元素分析按 C33H30O7Sn 計算值(%)：C，60.30；H，4.60。 實測值(%)：C，60.64；H，4.53。

1.3 晶體結構測定

分別選取大小為0.24 mm×0.23 mm×0.21 mm(1)和 0.20 mm×0.19 mm×0.17 mm(2)的晶體，在 Bruker SMART APEXⅡCCD單晶衍射儀上，采用經石墨單色化的Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)，于296(2)K，以φ～ω掃描方式收集數據。可觀察衍射點分別為9 974 個(1)和 3 318 個(2)(I＞2σ(I))用于結構分析和精修。衍射強度數據經多重掃描吸收校正，晶體結構中大部分非氫原子由直接法解出[18a]，其余部分非氫原子在隨后的差值傅立葉合成中陸續確定，對所有非氫原子坐標及其溫度因子采用全矩陣最小二乘法精修。由理論加氫法給出氫原子在晶胞中的位置坐標，對氫原子和非氫原子分別采用各向同性和各向異性熱參數精修，全部結構精修工作用SHELXL-2016程序完成[18b]。配合物的主要晶體學數據列于表1。

CCDC：1900158，1；1900157，2。

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

續表1

1.4 配合物的體外抗癌活性測定

HT-29，HEPG2，MCF-7，Hela 和 A549 細胞取自美國組織培養庫，用含10%牛胎血清的RPMI1640(GIBICO，Invitrogen)培養液，在含 5%(V/V)CO2的培養箱內于37℃下培養，用MTT法檢測細胞增殖與生長抑制情況，調整實驗細胞數量使在570 nm獲得1.3～2.2的吸光度，將配合物測試藥液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)設置 6 個濃度，處理細胞 72 h，每個濃度至少3個平行和3次重復實驗,應用GraphPad Prism5.0軟件統計分析確定IC50值。

2 結果與討論

2.1 晶體結構

配合物的主要鍵長和鍵角分別列于表2、表3，配合物的分子結構見圖1、圖2。由分子結構圖和結構參數可知：配合物1的晶體中每一個不對稱單元包含了2個結構相同，但鍵參數完全不同的四錫核梯形結構和1個甲醇分子。梯形結構由2個鄰羥基苯甲酸、4個二(對氯芐基)錫通過μ2-OH橋聯Sn(1)和 Sn(2)，μ3-O 橋聯 Sn(1)、Sn(2)和 Sn(2ii)，由 Sn2O2構成含1個四元內環和2個四元外環的結構。內環O(5ii)-Sn(2)-O(5)-Sn(2ii)的扭轉角為0.0°，說明其是一個平面四元環，整個結構是以內環中心為對稱中心的中心對稱結構。錫原子Sn(1)、Sn(2)的配位環境不同，但構型相同，均為五配位的三角雙錐構型，其中O(1)和 O(4)、O(4)和 O(5ii)分別占據著 Sn(1)和 Sn(2)為中心的軸向位置，∠O(1)-Sn(1)-O(4)為 153.47(17)°，∠O(4)-Sn(2)-O(5ii) 為 147.13(17)°；O(5)、C(8)、C(17)和O(5)、C(25)、C(33)分別占據赤道位置，赤道位置的原子與中心錫原子Sn(1)和Sn(2)的鍵角之和分別為358.7°和 360°，表明 O(5)、C(8)、C(17)和 Sn(1)共平面性較差，而 O(5)、C(25)、C(33)和 Sn(1)則完全共平面。因此，中心錫原子均形成了五配位的畸變三角雙錐六面體，其中Sn(1)的畸變程度更高。

表2 配合物的部分鍵長(nm)Table 2 Selected bond lengths(nm)of the titled complexes

表3 配合物的部分鍵角(°)Table 3 Selected bond angles(°)of the titled complexes

圖1 配合物1的分子結構圖(橢球概率10%)Fig.1 Molecular structure of complex 1 with the ellipsoids drawn at 10%probability level

圖2 配合物2的分子結構圖(橢球概率10%)Fig.2 Molecular structure of complex 2 with the ellipsoids drawn at 10%probability level

配合物 2是以通過Sn(1)、C(14)和 C(17)三個原子的直線為二重軸的軸對稱分子。中心錫原子與3個苯環碳原子、2個不同對羥基苯甲酸配體中的羧基氧原子相連構成了三角雙錐構型，3個碳原子占據了三角雙錐赤道平面上的3個位置，2個氧原子則占據了該平面兩側的軸向位置。以錫原子為中心，處于赤道位置的3個原子之間的夾角之和為360°，說明處于赤道位置的3個原子和錫原子完全共平面；處于軸向位置的2個O原子與處于赤道位置的3個原子的鍵角在 86.6°～92.22°之間， 雖均與 90°有一定的偏差，但偏差不大；處于軸向位置原子的鍵角∠O(1i)-Sn(1)-O(1)為 177.19°，與 180°相差 2.7°。 由此說明，配合物2中心錫原子為有一定畸變程度的三角雙錐構型。

2.2 量子化學研究

根據晶體結構的原子坐標，運用Gaussian 03W程序在B3lyp/lanl2dz基組水平計算得到分子的總能量和前沿分子軌道能量。

配合物 1：ET=-1291.2237943a.u.，EHOMO=-0.12390 a.u.，ELUMO=-0.082 06 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.041 84 a.u.。配合物 2：ET=-1 527.878 618 8 a.u.，EHOMO=-0.083 92 a.u，ELUMO=0.143 90 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.227 82 a.u.。 從體系能量來看，2個配合物總能量均較低，表明2個配合物分子結構穩定。但從最高占據軌道與最低未占軌道的能量間隙ΔE來看，配合物2的ΔE較大，從氧化還原轉移的角度分析，配合物2較難失去電子而被氧化；而配合物1的ΔE小，僅有0.041 84 a.u.，表明配合物1容易失去電子而被氧化。因此，相對而言配合物2比配合物1有更好的穩定性和更難被氧化。

為探索配合物的電子結構與成鍵特征，對配合物分子軌道進行分析，用參與組合的各類原子軌道系數的平方和來表示該部分在分子軌道中的貢獻，并經歸一化。分別把配合物原子分為5部分，配合物1：(a)錫原子Sn；(b)對氯芐基碳原子和氯原子M；(c)配體碳原子和氧原子L；(d)橋氧原子O；(e)氫原子H。配合物2：(a)錫原子Sn；(b)苯環碳原子 C；(c)配體羥基苯基碳原子和氧原子M；(d)配體羧基碳原子和氧原子L；(e)氫原子H。取最高占據軌道與最低未占軌道，計算結果如表4、表5和圖4、圖5所示。

表4和圖3顯示配合物1的成鍵特征：前沿占有分子軌道中，配體對分子軌道的貢獻最大，達到了75.32%；其次是橋氧原子，為10.87%；對氯芐基和錫原子對分子軌道均有一定的貢獻，分別為7.59%和5.47%；說明分子中Sn-C鍵Sn-O均較穩定，尤其是配體與錫原子有較好的結合。比較HOMO與LUMO的各類原子軌道成分，可以看出，當電子從HOMO激發到LUMO軌道時，主要是配體原子上的電子通過錫原子向對氯芐基轉移，錫原子既是電子轉移的橋梁，也是電子轉移的部分受體。

表4 配合物1的分子軌道組成Table 4 Calculated some frontier molecular orbitals composition of complex 1

表5 配合物2的分子軌道組成Table 5 Calculated some frontier molecular orbitals composition of complex 2

圖3 配合物1的前沿分子軌道示意圖Fig.3 Schematic diagram of frontier MO for complex 1

圖4 配合物2的前沿分子軌道示意圖Fig.4 Schematic diagram of frontier MO for complex 2

表5和圖4顯示配合物2的成鍵特征：前沿占有分子軌道中，對分子軌道的貢獻最大是苯環碳原子，占62.44%；其次是錫原子，為22.53%；配體羧基原子也有較大的貢獻，為11.14%；說明Sn-C和Sn-O鍵有一定強度，基態時配合物穩定。比較HOMO與LUMO的各類原子軌道成分，可以看出，當電子從HOMO激發到LUMO軌道時，主要是苯環和錫原子上的電子整體向配體轉移。

2.3 熱穩定性分析

利用TG209F3熱分析儀，在空氣氛中，加熱速度為 20 ℃·min-1，氣體流速為 20 mL·min-1，在 40～700℃范圍內對配合物進行熱重測試，其結果如圖5所示。配合物1在90℃之前幾乎沒有失重；在90～240℃之間，配合物緩慢失重；在240～420℃之間，配合物的失重加快，這是有機配體大量分解階段；從420℃開始失重速度又變緩，至605℃時失重基本停止，殘留質量最后穩定在30.85%。總計失重69.15%，殘余物可被假定為SnO2，與32.56%的計算值基本吻合。

配合物2在120℃之前幾乎沒有失重；從120℃開始，先以較快的速度然后慢慢變緩持續失重，這是有機配體大量分解的階段；在618℃時幾乎停止失重，最后殘余物穩定在約25.45%。總計失重74.55%，對應于失去3個苯基和配體，殘余物可被假定為SnO2，與22.93%的計算值基本吻合。

圖5 配合物的熱分析曲線Fig.5 Thermogravimetric analysis curves of the titled complexes

2.4 抗腫瘤活性

以順鉑為對照，測試了配合物對腫瘤細胞：人結腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、宮頸癌細胞(Hela)和肺癌細胞(A549)的體外生長抑制活性，結果見表6。發現配合物對所研究癌細胞均顯示了比臨床的順鉑還強的抑制活性[19]，但相對而言配合物2的抑制作用更明顯。因此，配合物均可作為廣譜抗癌的候選化合物。

表6 配合物和順鉑對體外腫瘤細胞的半抑制率Table 6 IC50 of the titled complexes and cisplatin to tumor cells in vitro μmol·L-1

3 結 論

在微波甲醇溶劑熱條件下，合成了2個有機錫羥基苯甲酸酯配合物：梯形結構的二(對氯芐基)錫鄰羥基苯甲羧酸酯[(μ3-O)(μ2-OH)(p-Cl-C6H4CH2Sn)2(O2CC6H4-OH-o)]2和三苯基錫二(對羥基苯甲酸)酯。體外抗癌活性測試表明配合物對人結腸癌(HT-29)、肝癌細胞 (HepG2)、乳腺癌 (MCF-7)、宮頸癌細胞(Hela)和肺癌細胞(A549)均顯示出比臨床使用的順鉑還強的體外抗癌活性，可望作為廣譜抗癌的候選化合物。