一維鏈狀三環(huán)己基錫羧酸酯的合成、晶體結(jié)構(gòu)及生物活性

阿達(dá)瑪 杜大峰 朱東升 許 林

(東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130024)

一維鏈狀三環(huán)己基錫羧酸酯的合成、晶體結(jié)構(gòu)及生物活性

阿達(dá)瑪 杜大峰 朱東升＊許 林

(東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130024)

本文以含酯基剛性一元酸L1H(8-乙氧羰基-1-萘甲酸)和含羰基柔性一元酸L2H(4-羰基-4-苯基丁酸)作為多齒配體，分別與三環(huán)己基氫氧化錫發(fā)生自組裝反應(yīng)，獲得了2個(gè)新型三環(huán)己基錫羧酸酯配合物[(C6H11)3SnL1](1)和[(C6H11)3SnL2](2)(C6H11為環(huán)己基)。采用元素分析、1H NMR、FTIR及晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定等手段對(duì)配合物1和2進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，在2個(gè)新配合物中，錫原子均為六配位，構(gòu)成以錫原子為中心的扭曲單加帽三角雙錐構(gòu)型，并且通過O→Sn分子間配位鍵形成了一維超分子鏈。初步研究了殺菌活性和抗癌活性。

有機(jī)錫羧酸酯；三環(huán)己基氫氧化錫；8-乙氧羰基-1-萘甲酸；4-羰基-4-苯基丁酸；晶體結(jié)構(gòu)；生物活性

在過去的幾十年里，有機(jī)錫碳酸酯由于具有廣泛的生物活性、催化活性和新奇多變的結(jié)構(gòu)[1-4]，一直受到人們的高度重視。文獻(xiàn)報(bào)道了單體、二聚體、四聚體、低聚梯形、六聚鼓形、一維、二維和三維等結(jié)構(gòu)的有機(jī)錫羧酸酯[5-6]。到目前為止，通過O→Sn分子間配位形成的一維鏈狀有機(jī)錫羧酸酯中，與錫原子成鍵和分子間配位的2個(gè)氧原子來源于同1個(gè)羧基(Scheme 1)[7-9]，2個(gè)相鄰錫原子均間隔3個(gè)原子(0.519±0.021)nm[8]。

為了使與錫原子成鍵和分子間配位的2個(gè)氧原子來源不同的基團(tuán)，也就是使2個(gè)相鄰的錫原子間隔更多個(gè)原子，進(jìn)一步探究一維鏈狀有機(jī)錫羧酸酯新的配位模式。本文以含酯基剛性一元酸L1H(8-乙氧羰基-1-萘甲酸)和含羰基柔性一元酸L2H(4-羰基-4-苯基丁酸)作為多齒配體，分別與三環(huán)己基氫氧化錫發(fā)生自組裝反應(yīng)，獲得了2個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的三環(huán)己基錫羧酸酯配合物[(C6H11)3SnL1](1)和[(C6H11)3SnL2](2)(C6H11為環(huán)己基)(Scheme 2)。在配合物1中，8-乙氧羰基-1-萘甲酸的羧基氧原子與錫原子成鍵，酯基氧原子與錫原子形成分子間配位鍵，2個(gè)相鄰錫原子間隔7個(gè)原子(0.699 6 nm)；在配合物2中，4-羰基-4-苯基丁酸的羧基氧原子與錫原子成鍵，并發(fā)現(xiàn)尚未見報(bào)道的羰基氧原子與錫原子形成分子間配位鍵，2個(gè)相鄰錫原子間隔6個(gè)原子 (0.7280 nm)；獲得的重要結(jié)果是使相鄰的2個(gè)錫原子距離從(0.519±0.021)nm 增大到 0.7280 nm，2 個(gè)新配合物均通過O→Sn分子間配位鍵形成一維超分子鏈。初步生物活性測(cè)試結(jié)果表明，新配合物1和2具有一定抑菌性和抗癌活性，這一結(jié)果為進(jìn)一步研究有機(jī)錫羧酸酯的構(gòu)效關(guān)系，提供了重要信息。

Scheme 1 One-dimensional supramolecular chain through intermolecular Sn…O interactions

Scheme 2 Synthetic routes of the complexes 1 and 2

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

4-羰基-4-苯基丁酸L2H按文獻(xiàn)[10]方法合成；其它試劑均為分析純。

Perkin-Elmer PE 2400 CHN元素分析儀(美國(guó))；錫含量用重量法測(cè)定；Vertex 70 FTIR型紅外光譜儀 (德國(guó))，KBr壓片；WRS-1A 數(shù)字熔點(diǎn)儀 (上海)；Bruker AV 300 MHz型核磁共振儀 (瑞士)，溶劑為CDCl3，內(nèi)標(biāo) TMS；Bruker Smart Apex CCD 射線衍射儀(德國(guó))。

1.2 配合物1和2的合成

將三環(huán)己基氫氧化錫(0.385 g，1 mmol)和配體L1H(0.244 g，1 mmol)加入到 50 mL 苯中，攪拌回流分水，反應(yīng)6 h，達(dá)到理論脫水量。減壓蒸去溶劑，剩余物用乙醇重結(jié)晶2次，獲得配合物1，產(chǎn)率62%。m.p.138～140 ℃。IR(KBr壓片，cm-1)：480，539，1 397，1 638；1H NMR (CDCl3，ppm)，δ：1.33(t，3H，CCH3)，1.42～1.52(m，33H，cyclohexyl-H)，4.25(q，2H，OCH2)，7.15～8.60(m，6H，Ar-H)。Anal.Calcd.for C32H44O4Sn(%)：C 62.86,H 7.25,Sn 19.42；found(%)：C 62.88,H 7.20，Sn 19.35。

同上操作，將配體L1H換成配體L2H(0.178 g，1 mmol)，獲得配合物 2，產(chǎn)率 68%。m.p.110～112 ℃。IR(KBr壓片，cm-1)：485，549，1414，1637；1H NMR(CDCl3，ppm)，δ：1.43 ～1.54(m，33H，cyclohexane-H)，2.39(t,2H,CH2-COOSn)，2.79(t，2H，CH2-COC6H5)，7.34～7.89(m，5H，Ar-H)。Anal.Calcd.for C28H42O3Sn(%)：C 68.85,H 4.95，Sn 26.20；found(%)：C 68.87，H 4.90，Sn 26.17。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定

在乙醇中培養(yǎng)配合物1和2的單晶，分別取尺寸為 0.42 mm×0.37 mm×0.32 mm 和 0.40 mm×0.32 mm×0.27 mm 的單晶，用 Bruker Smart Apex CCD 單晶衍射儀收集衍射數(shù)據(jù)。在(296±2)K下，用經(jīng)過石墨單色化的 Mo Kα(λ=0.071073 nm)作為入射輻射，以 ω-φ 掃描方式，分別在 3.62°≤2θ≤52.92°和 3.72°≤2θ≤50.04°范圍內(nèi)共收集 6111 和 4705 個(gè)獨(dú)立衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，其中3 488和3 968個(gè)為可觀測(cè)點(diǎn)(I＞2σ(I))，并用于結(jié)構(gòu)修正，晶體結(jié)構(gòu)用 SHEXS-97程序由直接法解解出，部分非氫原子坐標(biāo)在隨后的數(shù)輪差值Fourier合成中陸續(xù)確定。全部非氫原子坐標(biāo)及其各向異性熱參數(shù)用SHEXL-97程序[11]進(jìn)行最小二乘法精修，最終殘差因子R1=0.0487和0.0350。

1.4 生物活性實(shí)驗(yàn)

1.4.1 抑菌實(shí)驗(yàn)

培養(yǎng)皿及實(shí)驗(yàn)器材均經(jīng)180℃的高溫滅菌處理2 h。普通肉湯瓊脂培養(yǎng)基用稀堿調(diào)節(jié)pH值為7.2～7.4 后，于 20 ℃滅菌處理 30 min。取 5 mL 培養(yǎng)基傾入培養(yǎng)皿中，制成平板，冷卻至室溫，將2 mL(1×1012cfu·mL-1)菌液平鋪于平板中，涂抹均勻，形成菌液膜。吸取0.2 mL一定濃度樣品的乙醇溶液，均勻噴灑到直徑為0.3 cm的濾紙片上，待乙醇揮發(fā)后，將濾紙片蓋在培養(yǎng)皿的中央，置于37℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)24 h，取出，測(cè)量抑菌圈直徑。

1.4.2 抗癌實(shí)驗(yàn)

取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的Hela細(xì)胞，加入適量的Trypsin液消化，使貼壁細(xì)胞脫落，用10 mL含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的新生牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)液配成單細(xì)胞懸液。計(jì)數(shù)后，用完全培養(yǎng)液稀釋成10×105cell·mL-1的細(xì)胞懸液。取96孔板，每孔加上述細(xì)胞懸液100 μL，在含體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2的培養(yǎng)箱內(nèi)于37℃下培養(yǎng)24 h。依次加入6個(gè)濃度的樣品和DMSO，每個(gè)濃度4孔。于前述培養(yǎng)箱條件下，繼續(xù)培養(yǎng)48 h，培養(yǎng)終止前2 h，每孔加入1 mg·mL-1的 MTT 100 μL，繼續(xù)溫育 4 h，吸去上清液，每孔加入150 μL的酸性DMSO，搖勻，用酶標(biāo)儀于570 nm處測(cè)定每個(gè)小孔的OD值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

配體L1H和L2H的紅外光譜中，在3 443和2 800 cm-1處存在O-H伸縮振動(dòng)和OH…O締合吸收峰。羧基與錫原子成鍵后，O-H和OH…O的吸收峰消失，相應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯變化，νas(COO)和νsym(COO)分別發(fā)生紅移[10]。用 νas(COO)與 νsym(COO)的差值Δν可以判斷有機(jī)酸配體與金屬原子反應(yīng)后羧基的配位模式，如果Δν小于200 cm-1羧基是雙齒配位，如果大于200 cm-1羧基是單齒配位[12-13]。配合物1和2的不對(duì)稱振動(dòng)νas(COO)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)νsym(COO)的吸收峰分別為 1 638，1 637 和 1 397，1414 cm-1，二者相差 Δν(νas(COO)-νsym(COO))分別為241和223 cm-1，表明配合物1和2的羧基應(yīng)該均以單齒形式與Sn原子配位[12-13]。但由于Δν值與200 cm-1非常接近，可能羧基上未成鍵氧原子與錫原子形成了分子內(nèi)配位，而且配合物2的配位鍵比配合物1強(qiáng)，該結(jié)果與X射線單晶衍射結(jié)果一致。480和485 cm-1歸屬為Sn-O的振動(dòng)吸收峰，539和549 cm-1歸屬為Sn-C的振動(dòng)吸收峰[14-15]。

2.2 配合物1和2的晶體結(jié)構(gòu)分析

配合物1和2的晶體學(xué)參數(shù)列于表1，部分鍵長(zhǎng)和鍵角數(shù)據(jù)列于表2，分子結(jié)構(gòu)見圖1，通過O→Sn分子間配位鍵形成一維超分子鏈見圖2。

CCDC：796811，1；796812，2。

表1 配合物1和2的晶體學(xué)參數(shù)Table 1 Crystal data and structural refinement parameters for complexes 1 and 2

表2 配合物1和2部分鍵長(zhǎng)和鍵角數(shù)據(jù)Table 2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)for complexes 1 and 2

H atoms are omitted for clarity,thermal ellipsoids are drawn at 30%probability level

圖2 配合物1和2分別通過O→Sn分子間配位鍵形成一維超分子鏈Fig.2 Perspective view of one-dimentional chain formed by intermolecular O→Sn interactions of complexs 1 and 2

在配合物1和2解析結(jié)構(gòu)過程中，對(duì)配合物1的無序的環(huán)戊烷通過設(shè)置自由變量精修進(jìn)行了無序的處理，在此基礎(chǔ)上對(duì) C21、C22a、C22b、C35 進(jìn)行了限制性精修。對(duì)配合物2的C18和C19進(jìn)行了限制性精修，對(duì)C3-C4，C20-C21的鍵長(zhǎng)進(jìn)行了限制性精修，C3-C4和C20-C21的鍵長(zhǎng)均在C-C單鍵允許的鍵長(zhǎng)范圍。從圖1可以看出，在配合物1和2的晶體結(jié)構(gòu)中，各存在1個(gè)獨(dú)立分子，沒有溶劑分子。錫原子均為四配位，分別與來自3個(gè)環(huán)己基3個(gè)碳原子和羧基1個(gè)氧原子相連，構(gòu)成以錫原子為中心的畸變四面體構(gòu)型[SnC3O]。二者的Sn-O鍵長(zhǎng)比與類似報(bào)道的相應(yīng)鍵長(zhǎng)要短0.04 nm左右[16]。值得注意的是，配合物1和2的Sn1…O2距離分別為0.3209和0.294 3 nm，遠(yuǎn)大于共價(jià)半徑之和0.216 nm，卻明顯小于Sn-O范德華半徑之和0.368 nm[17]，可以認(rèn)為它們之間存在著弱相互作用，這種Sn1…O2弱配位分別靠近配合物1的鍵角C27-Sn1-C21和配合物2的鍵角C27-Sn1-C21。由于Sn1…O2弱配位的存在，使鍵角C27-Sn1-C21(119.8(2)°)和C17-Sn1-C11(122.4(2)°)大于所有以錫原子為頂點(diǎn)的鍵角；使鍵角 O1-Sn1-C33(91.21(16)°)和 O1-Sn1-O31(92.46(16)°)小于所有以錫原子為頂點(diǎn)的鍵角(見表2)。由于配合物1和2的有機(jī)酸配體分別是剛性和柔性的，配合物1的配體空阻礙要比配合物2的大，使配合物2的配位鍵鍵長(zhǎng)0.294 3 nm比配合物1的配位鍵鍵長(zhǎng)0.320 9 nm短，表明配合物2的分子內(nèi)配位能力比配合物1強(qiáng)。

更值得注意的是，配合物1和2的中心錫原子偏離由C21、C27和C33組成的平面及由C11、C17和C31組成的平面距離分別為0.03687和0.04100 nm，偏離的距離很微小，可以證明配合物1的中心錫原子處于由C21、C27和C33組成的平面上，配合物2的中心錫原子處于由C11、C17和C31組成的平面上，構(gòu)型趨向于三角錐形構(gòu)型(見圖1)，由此可以判斷，錫原子還應(yīng)該存在配位鍵。經(jīng)計(jì)算結(jié)果表明，在配合物1和2的中心錫原子Sn1與另一分子的O3A之間的距離分別為0.316 8和0.318 4 nm，均小于范德華半徑之和(0.368 nm)[17]，證明錫原子分別與配合物1中的酯基氧原子或配合物2的羰基氧原子形成了O→Sn分子間配位。這種模式的分子間配位是非常特殊的，到目前為止沒有類似報(bào)道。已經(jīng)報(bào)道的分子間配位都是與錫原子成鍵和分子間配位的2個(gè)氧原子來源于同一個(gè)羧基，2個(gè)相鄰錫原子均間隔 3 個(gè)原子(0.519±0.021)nm[7-9]。由于分子內(nèi)和分子間配位的存在，使配合物1和2的中心錫原子成為了六配位，分別與來自3個(gè)環(huán)己基3碳原子、羧基2個(gè)氧原子和另1個(gè)分子的酯基或羰基1個(gè)氧原子相連，中心錫原子的幾何配位更確切地應(yīng)描述為的扭曲單加帽三角雙錐構(gòu)型。

通過O→Sn分子間配位鍵無限地連接，使2個(gè)新配合物形成了一維鏈狀超分子有機(jī)錫羧酸酯(見圖2)。在配合物1和2中，2個(gè)相鄰錫原子間分別相隔7和6個(gè)原子，Sn…Sn間距離分別是0.6996和0.7280 nm，比已報(bào)道的相鄰的 2 個(gè)錫原子距離(0.519±0.021)nm更長(zhǎng)[8]，這是一個(gè)非常重要的結(jié)果。

2.3 生物活性

2.3.1 抑菌活性

分別檢測(cè)了配體L1H、配體L2H、三環(huán)己基氫氧化錫、配合物1和2對(duì)大腸桿菌的抑制作用，結(jié)果列于表3。從表3結(jié)果可以看出，配體L1H和配體L2H對(duì)大腸桿菌的抑制效果較差，三環(huán)己基氫氧化錫具有一定的抑菌效果，相比之下，配合物1和2對(duì)大腸桿菌的抑制效果較高。可見抑菌活性的大小順序?yàn)榕浜衔?＞配合物2＞三環(huán)己基氫氧化錫＞配體L1H＞配體L2H。

表3 在37℃抗菌活性Table 3 Antimicrobial abilities at 37℃

2.3.2 抗癌活性

實(shí)驗(yàn)采用四氮唑鹽還原法(MTT法)[20]測(cè)定了L1H、配體L2H、三環(huán)己基氫氧化錫、配合物1和配合物2對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞的抑制作用，測(cè)試結(jié)果見圖3。在所設(shè)計(jì)的最高濃度 6.4 μg·mL-1時(shí)，L1H 和 L2H對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞的抑制率分別為12.8%±1.6%和13.5%±2.1%，可以看出配體L1H對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞抑制率比配體L2H略低。從圖3和測(cè)試數(shù)據(jù)可知，三環(huán)己基氫氧化錫對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞抑制率比配體L1H和L2H高，但比由其獲得的配合物低，配合物1對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞抑制率比配合物2高。相比之下，抑制率高低順序?yàn)榕浜衔?＞配合物2＞三環(huán)己基氫氧化錫＞L2H＞L1H(見圖 3)。當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到最高 6.4 μg·mL-1時(shí)，配合物1和2對(duì)HeLa細(xì)胞的抑制率分別達(dá)到 91.6%±0.9%和 87.7%±0.3%，其 IC50值分別為 2.2 和 2.4 μg·mL-1，從而說明配合物 1 和 2 具有一定的抗腫瘤作用。

圖3 三環(huán)己基氫氧化錫、配合物1和2對(duì)Hela腫瘤細(xì)胞的抑制作用Fig.3 Antitumor effects against Hela cells

從抑菌和抗癌的生物活性測(cè)試結(jié)果來看，可以發(fā)現(xiàn)三環(huán)己基氫氧化錫的生物活性大于配體，由二者通過自組裝反應(yīng)，互相修飾，獲得的配合物的生物活性最高。因此，可以選擇各種有機(jī)酸和有機(jī)錫，經(jīng)過修飾，檢測(cè)生物活性，研究構(gòu)效關(guān)系，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，必將設(shè)計(jì)出生物活性更強(qiáng)的有機(jī)錫羧酸酯。

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The One-Dimensional Chain:Synthesis,Crystal Structure and Biological Activities of Tricyclohexyl Tin Carboxylates

ADAMA Moussa Sakho DU Da-Feng ZHU Dong-Sheng＊XU Lin
(Faculty of Chemistry,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)

Two new supramolecular chains,namely[(R)3SnL1](1)and[(R)3SnL2](2)(where R=cyclohexyl,HL1=8-(ethoxycarbonyl)-1-naphthoic acid,HL2=4-cyclohexyl-4-oxobutanoic acid),were synthesized by the self-assemble reaction of R3SnOH with the corresponding acids in a suitable mole ratios respectively.Complexes 1 and 2 were structurally characterized by elemental analyses,FTIR spectroscopy,1H NMR spectroscopy and single crystal X-ray diffraction analysis.The tin atom in complexes 1 and 2 adopts distorted monocapped trigonal bipyramidal geometry with six-coordinated,and exhibits a one-dimensional supramolecular chain through intermolecular O→Sn interactions.The complexes 1 and 2 show antibiotic and anti-tumour activities in vitro experiments.CCDC:796811,1;796812,2.

organotin carboxylate;tricyclohexyltin hydroxide;8-(ethoxycarbonyl)-1-naphthoic acid,4-cyclohexyl-4-oxobutanoic acid;crystal structure;biological activity

O614.43+2

A

1001-4861(2011)01-0107-07

2010-05-24。收修改稿日期：2010-08-24。

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.20971019)和吉林省科學(xué)技術(shù)廳科研基金(No.20060571，20070406)資助項(xiàng)目。＊

。E-mail：zhuds206@nenu.edu.cn