單核銅（Ⅱ）配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O的合成、晶體結(jié)構及與DNA相互作用研究

王 芳，張萬舉，徐志花，張 龑，肖文平，胡思江

（1.黃岡師范學院 化工學院，湖北 黃岡，438000；2.黃岡師范學院 數(shù)學與計算機科學學院，湖北 黃岡，438000）

單核銅（Ⅱ）配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O的合成、晶體結(jié)構及與DNA相互作用研究

王 芳1，2，張萬舉1＊，徐志花1，張 龑1，肖文平1，胡思江1

（1.黃岡師范學院 化工學院，湖北 黃岡，438000；2.黃岡師范學院 數(shù)學與計算機科學學院，湖北 黃岡，438000）

合成了一個單核銅－鄰菲啰啉配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O，培養(yǎng)了配合物的單晶并通過X－射線衍射解析了其晶體結(jié)構.晶體結(jié)構研究表明，該配合物為單核銅配合物，中心銅原子處在五配位的四方錐構型中.采用光譜法研究了配合物與小牛胸腺DNA（CT－DNA）的相互作用，紫外光譜研究發(fā)現(xiàn)，DNA的加入使得配合物的紫外吸收呈現(xiàn)明顯的減色效應，但紅移不明顯，說明配合物與DNA之間可能存在較弱的插入作用；熒光光譜研究表明，配合物對EB－DNA復合物的熒光有明顯的淬滅作用，即配合物能夠競爭EB與DNA的結(jié)合，發(fā)生了類似于EB的插入作用，與紫外實驗結(jié)果一致.

單核銅（Ⅱ）配合物；晶體結(jié)構；DNA相互作用；插入結(jié)合

過渡金屬配合物與DNA的相互作用研究是近幾十年來生物無機化學領域的重要的研究課題之一，其中銅－鄰菲啰啉（phen）配合物的研究尤其引人關注［1］.銅－鄰菲啰啉配合物不僅可以抑制DNA和RNA多聚核酸酶的活性，在H2O2、O2等氧化劑存在的條件下，還可以誘導DNA斷裂［2-3］，表現(xiàn)出強烈的核酸酶功能.深入理解這些配合物與DNA的作用機制、鍵合能力及斷裂機理對于設計新型的核酸定位斷裂試劑及抗腫瘤藥物等具有重要的意義［4］.本文合成了一個單核銅－鄰菲啰啉配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O（C2O2－4＝草酸根），通過X－射線衍射解析了配合物的晶體結(jié)構.雖然該配合物的晶體結(jié)構已被報道多次，但有關該配合物與DNA相互作用研究還未見文獻報道，我們采用紫外光譜法和熒光光譜法研究了該配合物與小牛胸腺DNA（CT－DNA）的相互作用.

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

VARIAN CARY－300型紫外－可見分光光度計；Fp－750W 型熒光測定儀；pHS－25型pH 計（上海雷磁儀器廠）.

小牛胸腺 DNA（CT－DNA，Sigma），三羥甲基氨基甲烷（Tris，Sigma）；其它試劑均為國產(chǎn)分析純；實驗用水為二次蒸餾水；DNA溶液用pH＝7.13的Tris－HCl緩沖溶液配制.

1.2 配合物的合成

配體N，N’－雙（2－吡啶基）草酰胺采用文獻方法［5］合成.

攪拌下，將含有0.2mmol（27.0mg）氯化銅的甲醇溶液逐滴加到10mL含0.1mmol（36.8 mg）N，N’－雙（2－吡啶基）草酰胺和 0.2mmol NaOH（40.0mg）的甲醇溶液中.60℃下攪拌半小時后，向上述反應液中滴加5mL含0.2mmol（39.6mg）phen的甲醇溶液，此時反應體系的顏色很快變?yōu)榫G色，并有沉淀析出.繼續(xù)攪拌反應5小時，冷至室溫，抽濾，用甲醇洗滌沉淀.將得到的綠色粉末取少量在甲醇和水（V／V＝3∶1）的混合溶劑中溶解，室溫靜置約1周后得到綠色塊狀晶體.單晶X－ray衍射研究結(jié)果表明，所得單晶并非目標產(chǎn)物，而是生成了配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O，這可能是由于 N，N’－雙（2－吡啶基）草酰胺不穩(wěn)定，在實驗條件下水解引起的.

1.3 配合物的晶體結(jié)構測定

晶體的X射線衍射數(shù)據(jù)采用BRUKERSMART APEX CCD面探衍射儀在室溫下用MoKα輻射（λ＝0.71073?）收集，吸收校正使用SADABS程序.晶體結(jié)構用SHELXL－97程序以直接法解析，用全矩陣最小二乘法修正.H原子位置用理論加氫確定，修正采用riding方式，Uiso取為riding原子Ueq的1.2倍，芳香環(huán)上C—H鍵長固定為0.93?，水的 H原子位置用差值Fourier圖確定，修正時將其位置固定，并將Uiso固定為0.08?2.所有計算使用SHELXTL程序完成.

1.4 配合物與DNA相互作用研究

1.4.1 紫外光譜滴定 Tris－HCl緩沖液的配制：稱取0.6057g（5mmol）的Tris溶于25mL水中，得到0.2mol／L的 Tris溶液，再加入37.5mL的0.1mol／L的 HCl溶液，稀釋至100mL，得到pH值為7.13的Tris－HCl緩沖溶液.

在樣品池和空白池分別裝3mL配合物溶液及Tris－HCl緩沖溶液，配合物濃度為1.0×10－5mol／L，用1cm石英比色皿在240～360nm的波長范圍內(nèi)對其進行掃描.然后用微量管往兩池同時依次加入等量的DNA緩沖溶液，加完后充分混合并且靜止10min再進行波長掃描，測定DNA與金屬配合物相互作用的吸收光譜.實驗過程中等量的DNA緩沖溶液被加入到空白池中以扣除DNA濃度對其紫外吸收的影響.

1.4.2 熒光光譜滴定 以522nm作為激發(fā)波長記錄溴化乙錠（EB）－DNA復合物的熒光.然后往樣品池中逐步加入等量的配合物緩沖溶液，測定不同濃度的配合物－溴化乙錠（EB）－DNA系列試樣在540～650nm波長區(qū)間內(nèi)的熒光強度變化.系列試樣中溴化乙錠的濃度為2.0×10－6mol·L－1，DNA的濃度為1.0×10－4mol·L－1，配合物的濃度依次為：（a）0，（b）4.0×10－6，（c）8.0×10－6，（d）12.0×10－6，（e）16.0×10－6mol·L－1.

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構描述

配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O 由一個單核銅單元［Cu（phen）（C2O4）H2O］和一個游離水分子組成，配合物的晶體結(jié)構如圖1所示，晶體學數(shù)據(jù)見表1，部分鍵長鍵角見表2.

如圖1所示，配合物中心銅原子與phen的兩個氮原子（N1、N2），C2O2－4中的兩個氧原子（O1、O2）和一個配位水中的氧原子（O5）配位，處在五配位的變形四方錐構型的配位環(huán)境中.N1、N2、O1、O2構成四方錐的底面，而四方錐的頂點位置被O5占據(jù).四方錐底面的四個原子與它們組成的最小二乘平面的偏差分別為0.0062（8）?（N1）、0.0062（8）?（N2）、0.0062（8）?（O1）、0.0063（8）?（O2）.Cu1位于四方錐的底面上，偏離其配位平面的距離為0.2174（7）?.中心銅原子與配位原子構成兩個五元環(huán)，phen以雙齒形式參與配位，與銅原子配位的螯合角為82.26（6）°，而 C2O2－4中兩個配位氧原子與銅原子間的螯合角為84.91（5）°.配合物中，游離的水分子（O6）以氫鍵的形式與單核銅單元中的配位水分子（O5）相連（如圖1中虛線所示）.

圖1 配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O的晶體結(jié)構Fig.1 Ortep drawing of complex［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O

表1 配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O的晶體結(jié)構參數(shù)Tab.1 Crystal data and structure refinement of the complex

表2 配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O的部分鍵長（?）鍵角（°）Tab.2 Selected bond distances（?）and angles（°）in the complex

2.2 配合物與DNA相互作用研究

2.2.1 紫外光譜配合物［Cu（phen）C2O4）H2O］·H2O相互作用的紫外光譜如圖2所示.配合物在272nm處出現(xiàn)了很強的紫外吸收譜帶，這是由于配合物中配體phen的π－π＊躍遷引起的.由圖2可知，隨著DNA的加入，配合物的紫外吸收呈現(xiàn)明顯的減色效應［r＝8時（r＝［DNA］／［Complex］），減色率為22.82%］，表明配合物與DNA可能發(fā)生了部分插入作用［1，6］；但紅移現(xiàn)象并不明顯，說明該配合物與DNA的作用較弱.

圖2 配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O（1.0×10－5 mol·L－1）與DNA相互作用前（—）、后（－－）的紫外光譜圖Fig.2 Absorption spectra of［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O（1.0×10－5 mol·L－1）in the absence（—）and presence（－－）of CT－DNA

配合物與DNA相互作用的鍵合常數(shù)根據(jù)以下公式計算［7］：

其中，［DNA］代表 DNA 的濃度，εA，εF和εB分別代表吸光度與銅配合物濃度之比、自由配合物的摩爾吸光系數(shù)和與DNA完全結(jié)合后的配合物的摩爾吸光系數(shù).由［DNA］／（εA－εF）對［DNA］作圖，得到斜率和截距，由斜率和截距之比求得配合物與DNA相互作用的鍵合常數(shù)Kb為4.42×104M－1.與經(jīng)典的DNA插入劑相比，配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O 與 DNA 相互作用的結(jié)合常數(shù)要小得多（溴化乙錠EB與DNA相互作用的結(jié)合常數(shù)為1.4×106M－1［8］），進一步說明該配合物與DNA的結(jié)合作用較弱.

2.2.2 熒光光譜 為了進一步探討配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O與 DNA 相互作用，筆者又采用溴化乙錠（EB）為熒光探針，采用熒光光譜法對其進行了研究.由于DNA分子本身的結(jié)構特點，它的熒光強度很弱.EB在溶液中的熒光也很弱，但當它平行地插入到雙螺旋DNA的堿基對之間后，其熒光強度大大增強；當EB從DNA雙螺旋堿基對間出來時，熒光強度顯著降低.因此EB常用作熒光探針來研究DNA與小分子之間的相互作用［9-10］.

圖3 配合物對EB－DNA復合物熒光的影響［EB－DNA復合物（—），加入一定量的配合物后（－－）］Fig.3 Fluorescence change that occurs when the CT－DNA－EB system is titrated with the complex

配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O對DNAEB復合物熒光的影響如圖3所示，隨著配合物的加入，EB－DNA復合物的熒光逐步降低.這是由于配合物與DNA作用后，使EB從DNA分子中游離出來［11］，說明配合物可能與DNA發(fā)生了類似EB的插入作用.即配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O中的配體phen插入DNA的堿基對中后，競爭了EB與DNA的結(jié)合，將EB從EB－DNA復合物中擠出，導致了EB－DNA復合體系熒光強度的逐步降低［12-13］，與上述紫外光譜的研究結(jié)果相吻合.

3 結(jié)論

合成了一個單核銅配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O，培養(yǎng)了配合物的單晶并通過X－ray衍射解析了其晶體結(jié)構，晶體結(jié)構研究表明，配合物中銅原子的配位環(huán)境為五配位的四方錐構型.采用紫外光譜法和熒光光譜法研究了配合物與CTDNA的相互作用，紫外光譜研究表明，配合物與DNA相互作用后其紫外吸收呈現(xiàn)出明顯的減色效應，但紅移不明顯；熒光光譜研究發(fā)現(xiàn)該配合物能夠競爭EB與DNA的結(jié)合，對EB－DNA復合物的熒光具有淬滅效應.綜合以上實驗結(jié)果，推斷配合物［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O與 CT－DNA之間可能存在較弱的部分插入作用.

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Synthesis，crystal structure and DNA－binding property of mononuclear copper（Ⅱ）complex［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O

WANG Fang1，2，ZHANG Wanju1，XU Zhihua1，ZHANG Yan1，XIAO Wenping1，HU Sijiang1
（1.School of Chemical Engineering，Huanggang Normal University，Huanggang，Hubei 438000；2.School of Mathematics and Computer Science，Huanggang Normal University，Huanggang，Hubei 438000）

A mononuclear copper（Ⅱ）complex［Cu（phen）（C2O4）H2O］·H2O was synthesised and characterized by single crystal X－ray diffraction.The single crystal X－ray analysis reveals that the Cu（Ⅱ）atom is coordinated by three O atoms and two N atoms，in a distorted square base pyramidal coordination geometry.The interaction of the complex with calf thymus DNA（CT－DNA）has also been studied by spectroscopic method.When titrated with DNA，the electronic absorption of the complex shows obvious hypochromism.The fluorescence quenching experiment suggests that the complex can reduce the emission intensity of EB－DNA system.These results suggest that the complex bind intercalatively to DNA.

mononuclear copper（Ⅱ）complex；crystal strucyure；DNA－binding；intercalation mode

O627.12

A

1000－1190（2011）03－0435－04

2011－01－13.

湖北省自然科學基金（2009CDB010）；黃岡師范學院青年基金（2011CQ132）；黃岡師范學院博士基金（09CD157）.

＊通訊聯(lián)系人.E－mail：wanjuzhang＠yahoo.com.cn.