5-氟尿嘧啶與Mg2+配位選擇性的理論研究

和 芹，周 莉，孫建武

（1.唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000；2.河北省定州中學(xué)，河北 定州 073000；3.河北省唐山市開灤一中，河北 唐山 063000）

?化學(xué)研究?

5-氟尿嘧啶與Mg2+配位選擇性的理論研究

和 芹1，周 莉2，孫建武3

（1.唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000；2.河北省定州中學(xué)，河北 定州 073000；3.河北省唐山市開灤一中，河北 唐山 063000）

在B3LYP/6-31G(d,p)、B3LYP/6-311G(d,p)水平上對5-氟尿嘧啶（5-FU）與Mg2+配合物幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性進行研究，計算結(jié)果顯示5-FU···Mg2+（F12O6）配合物穩(wěn)定性更高，NBO分析表明O6、O9與F12位點孤對電子雜化方式不同，與Mg2+作用也存在一定差異。

B3LYP；5-氟尿嘧啶；Mg2+；NBO

5-氟尿嘧啶（5-FU）能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的作用，干擾DNA的合成，是臨床上常用的抗腫瘤藥物之一，因此一直是理論與實驗研究的熱點[1-5]。張貴珠等[1]研究發(fā)現(xiàn)金屬離子配位的5-FU更易于達到癌細胞靶分子，且抗癌活性顯著增強，因此研究5-FU與金屬離子的相互作用對于了解藥物在體內(nèi)的存在和運輸形式，進而了解其高效抗癌機理具有重要意義。盡管如此，關(guān)于5-FU與金屬離子作用的理論研究至今仍未見報道，因此當(dāng)前研究尤為必要。Mg2+是生物體內(nèi)含量最豐富的金屬離子，本文選取5-FU···Mg2+為研究體系，在分子水平上研究5-FU對金屬離子的配位選擇性。

1 計算方法

B3LYP方法在金屬離子配合物計算時非常可靠[6-8]，因此為研究基組大小對體系的影響，在B3LYP/6-311G(d,p)水平上全優(yōu)化，頻率分析表明所有結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，全部計算由GAUSSIAN03[9]程序完成，NBO分析由NBO5.0[10]完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 幾何結(jié)構(gòu)

為尋找5-FU合適配位點，在B3LYP/6-311G(d,p)水平上做靜電勢，所得靜電勢3D圖如圖1(d)所示。由圖1(d)可知O6位點靜電勢最負(fù)，O9位點次之，而F12位點靜電勢最低，因此，合適的配位位點為O6，其次為O9，F(xiàn)12最差。由單體與配合物幾何結(jié)構(gòu)圖可以看到，Mg2+-F12鍵長為2.076，明顯高于Mg2+-O6與Mg2+-O9（分別為1.905、1.818?），因此可以推斷前者配位作用最弱。另外，由于在5-FU···Mg2+(F12O6)配合物中Mg2+同時與F12、O6配位，在幾何結(jié)構(gòu)上需滿足一定的拓?fù)潢P(guān)系；另一方面，5-FU···Mg2+(O9)配合物中Mg2+明顯偏離配位平面，因此，此時不能由簡單的鍵長數(shù)據(jù)判斷Mg2+-O6與Mg2+-O9鍵強弱，具體判斷方法見NBO分析。

2.2 能量分析

B3LYP/6-31G（d,p）與B3LYP/6-311G(d,p)水平上計算穩(wěn)定化能列于表1。由表1可知，B3LYP/6-31G(d,p)與B3LYP/6-311G(d,p)水平上計算O6F12位點配合物穩(wěn)定化能絕對值更高，分別高于O9位點配合物102.0、89.0kJ/mol，因此可以推斷金屬離子更易與前者配位。另一方面，由表1數(shù)據(jù)可知基組水平對穩(wěn)定化能存在顯著影響，例如對于O6F12位點配合物，在B3LYP/6-31G(d,p)水平上計算穩(wěn)定化能較B3LYP/6-311G(d,p)水平低32.6kJ/mol，因此為得到更準(zhǔn)確的穩(wěn)定化能，有必要使用大基組。

表1 配合物穩(wěn)定化能（單位kJ/mol）

2.3 NBO分析

表2 B3LYP/6-311G(d,p)水平上NBO分析

給體孤對電子轉(zhuǎn)移到受體反鍵軌道有關(guān)的二階微擾能E(2)列于表2。由表2可以看到，Mg2+與O6位點作用最強，二階微擾能最高，為150.3 kJ/mol，與O9位點作用次之（133.5 kJ/mol），與F12位點作用最弱。另外，由表2與圖2可以看到，O6本身的兩孤對電子并不等價，其能量和對稱性都不相同。通過NBO計算，可知O6的3對孤對電子LP(1)O6、LP(2)O6與LP(3)O6雜化方式分別為sp0.72、sp24.78與sp1.00。LP(1)O6、LP(3)O6雜化軌道與金屬離子孤對電子反鍵軌道LP*Mg2+作用相似，LP(1)O6、LP(3)O6雜化軌道p成分分別占41.8%、50%，與LP*Mg2+從側(cè)面發(fā)生軌道作用（如圖2所示），作用較弱，因此對應(yīng)二階微擾能均較低，分別為26.5，24.7kJ/mol；而LP(2)O6雜化軌道p軌道成分占96.1%，更接近p軌道性質(zhì)，與LP*Mg2+軌道作用則是“頭碰頭”，在該作用方向上排斥作用最小，因此對應(yīng)二階微擾能明顯較高，為99.1 kJ/mol。其它配位鍵作用類似，不再累述。

圖2 B3LYP/6-311G(d,p)水平上配合物軌道作用3D圖

3 結(jié)論

在B3LYP/6-31G(d,p)、B3LYP/6-311G(d,p)水平上對5-氟尿嘧啶與金屬離子Mg2+所得配合物幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性等進行研究。計算結(jié)果表明：

（1）Mg2+與F12O6位點作用所得配合物穩(wěn)定性更高，為主要作用方式。

（2）5-氟尿嘧啶配位位點O6、O9與F12的三孤對電子雜化方式不同，與Mg2+作用也存在一定差異，在二階微擾能及軌道作用3D圖上均有所體現(xiàn)。

[1] 盧繼新,張貴珠,王月梅.金屬離子存在下5-氟尿嘧啶與脫氧核糖核酸、血清白蛋白的相互作用[J].分析化學(xué)研究簡報,2001,29(2)：192-194.

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[9] Frisch, M. J.; Trucks, G.. W.; Schlegel, H. B. et al GAUSSIAN 03; Revision E. 01; Gaussian; Inc.; Pittsburgh PA 2003

[10] Glendening, E. D.; Badenhoop, J. K.; Reed, A. E.; et al. Nature bond orbital program. Version 5.0. Madison, WI：Theoretical Chemistry Institute, University of Wisconsin, 2001.

（責(zé)任編輯、校對：琚行松）

Theoretical Study of the Interaction between 5-Fluorouracil and Mg2+

HE Qin1, ZHOU Li2, SUN Jian Wu3

(1. Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China; 2. Hebei Dingzhou Middle School, Dingzhou 073000, China; 3. No.1 Middle School of Kai Luan, Tangshan 063000, China)

The geometries and stabilities of dimers formed with 5-fluorouracil (5-FU) and Mg2+were studied at the level of B3LYP/6-31G(d,p) and B3LYP/6-311G(d,p). The results showed that 5-FU···Mg2+(F12O6) should be more stable, the NBO analysis suggested that hybrization of the lone pair of O6 and O9, as well as F12 should be more differently, thus interacted with Mg2+differently.

B3LYP; 5-fluorouracil; Mg2+; NBO

唐山師范學(xué)院發(fā)展基金資助項目（07C22）

2010-06-02

和芹（1978-），女，河北保定人，碩士，唐山師范學(xué)院化學(xué)系講師，研究方向為應(yīng)用量子化。

O641

A

1009-9115(2010)05-0001-03