5-氟尿嘧啶與Zn2+配位選擇性的理論研究

和 芹

（唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000）

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合成，是臨床上常用的抗腫瘤藥物之一[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(dá)到癌細(xì)胞靶分子，且抗癌活性顯著增強(qiáng)，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(yùn)輸形式，進(jìn)而了解其高效抗癌機(jī)理具有重要意義。我們對主族金屬離子Mg2+與5-FU體系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Mg2+與5-氟尿嘧啶F11O6位點(diǎn)雙齒配位作用更強(qiáng)[6]。副族金屬離子Zn2+電子層結(jié)構(gòu)與Mg2+類似，且是生物體內(nèi)含量豐富的副族金屬離子，因此本文進(jìn)一步選取 5-FU…Zn2+為研究體系，在分子水平上研究5-FU對副族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中非?？煽縖6-9]，因此體系在 B3LYP/6-31G(d,p)水平上全優(yōu)化；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[10]程序完成，NBO分析由NBO5.0[11]完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 幾何結(jié)構(gòu)

由單體與配合物幾何結(jié)構(gòu)圖（圖 1）可見，Zn2+-F12鍵長為2.252?，明顯高于Zn2+-O6與Zn2+-O9（分別為1.880、1.937?），因此可以推斷前者配位作用最弱，這與5-FU與主族金屬離子 Mg2+的作用相似，并且小于 Mg2+-F12鍵長（2.076 ?），由于Zn2+離子半徑高于Mg2+，因此可以推斷Zn2+配位作用更強(qiáng)。另外，Zn2+-O9鍵鍵長略長于Zn2+-O6約0.157?，因此后者配位作用強(qiáng)度更大，配位選擇性更高，這在二階微擾能及NBO鍵級上均有所體現(xiàn)。

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Zn2+離子與O6F12位點(diǎn)配合物穩(wěn)定化能絕對值更高，分別高于O9位點(diǎn)配合物87.3、48.3kJ/mol，因此可以推斷Zn2+更易與前者配位。此外，還可以看到相對于主族金屬離子Mg2+（B3LYP/6-311G（d,p）水平上計算穩(wěn)定化能分別為-612.1、-523.1kJ/mol），Zn2+離子與 5-FU 的作用顯著增強(qiáng)，穩(wěn)定化能明顯增高。

圖1 B3LYP/6-311G(d,p)優(yōu)化單體與二聚物構(gòu)型

表1 配合物穩(wěn)定化能 kJ/mol

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雙齒配位配合物，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 110.1kJ/mol，因此為得到更準(zhǔn)確的穩(wěn)定化能，有必要使用大基組。

2.3 NBO分析

NBO鍵級及給體孤對電子與受體反鍵軌道作用二階微擾能E(2)列于表2。由表2數(shù)據(jù)可以看到，5-FU與Zn2+離子配位鍵離子成份分別占78.1%、96.2%、73.3%，因此主要是離子作用。

表2 B3LYP/6-311G(d,p)水平上NBO分析

另外，由表 2還可以看到，Zn2+與 O6位點(diǎn)作用最強(qiáng)，二階微擾能最高，為274.3 kJ/mol，與O9位點(diǎn)作用次之（266.9 kJ/mol），與F12位點(diǎn)作用最弱，且二階微擾能高低與NBO鍵級大小一致。

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Zn2+所得配合物幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性等進(jìn)行研究。計算結(jié)果顯示：（1）Zn2+與 F12O6位點(diǎn)作用所得配合物穩(wěn)定性更高，為主要作用方式。（2）5-氟尿嘧啶與Zn2+配位鍵主要是離子作用。（3）與 Mg2+相比，5-氟尿嘧啶與Zn2+配位作用更強(qiáng)。