1，10-菲啰啉鉺（Ⅲ）配合物的合成及生物活性研究

費寶麗，燕慶玲，李 雯，夏 兵，邵奎占，蘇忠民，孫為銀

（1.南京林業(yè)大學化學工程學院，江蘇 南京 210037；

2.南京林業(yè)大學理學院，江蘇 南京 210037；

3.東北師范大學化學學院，吉林 長春 130024；

4.南京大學配位化學國家重點實驗室，江蘇 南京 210093）

1，10-菲啰啉鉺（Ⅲ）配合物的合成及生物活性研究

費寶麗1，燕慶玲1，李 雯1，夏 兵2，邵奎占3，蘇忠民3，孫為銀4

（1.南京林業(yè)大學化學工程學院，江蘇 南京 210037；

2.南京林業(yè)大學理學院，江蘇 南京 210037；

3.東北師范大學化學學院，吉林 長春 130024；

4.南京大學配位化學國家重點實驗室，江蘇 南京 210093）

通過X射線單晶衍射表征了一種1，10-菲啰啉鉺稀土配合物［Er（NO3）3（phen）2］，并研究了1，10-菲啰啉及其配合物的抑菌活性.利用紫外光譜、熒光光譜和黏度法研究了配合物與DNA的相互作用.結(jié)果表明，配合物以溝槽和部分插入等多種方式與DNA作用.

鉺配合物；抑菌活性；DNA

我國的豐產(chǎn)元素稀土具有特殊的外層電子構(gòu)型，所以其離子不僅具有抗炎、殺菌、抗凝血等生理及藥理活性，而且具有一定的發(fā)光性質(zhì)等［1－8］.稀土是低毒物質(zhì)，具有特定生物活性的有機配體與稀土離子形成配合物，不但能夠產(chǎn)生協(xié)同的生物效應，而且還能降低稀土的毒性［9－10］.1，10-菲啰啉為平面剛性結(jié)構(gòu)，具有生理活性，在很多領(lǐng)域中起重要作用.對1，10-菲啰啉及其衍生物配合物的研究一直是配位化學領(lǐng)域的熱點之一［11］.在研究配合物與DNA作用的領(lǐng)域中，1，10-菲啰啉通常作為第二配體來構(gòu)建多元配合物，但很少有文獻報道單純的1，10-菲啰啉配合物與DNA的作用方式.鉺在地殼中的豐度為3.8，也應算是稀土中的“貴族”，近年來對鉺配合物的研究日益活躍［12－14］.本文以1，10-菲啰啉作為配體，得到了與文獻［15］結(jié)構(gòu)一致的鉺配合物單晶，用X射線單晶衍射表征了其晶體結(jié)構(gòu)，利用瓊脂擴散法研究了配體和配合物的抑菌活性，采用紫外光譜、熒光光譜和黏度法研究了配合物與DNA的相互作用.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器：德國Bruker Smart-APEX CCD X射線單晶衍射儀；德國Elementar Vario Micro型元素分析儀；北京TU-181型紫外－可見分光光譜儀；PerKinElmer LS-55Fluorescence Spectrometer；烏氏黏度計.

試劑：Tris-HCl緩沖溶液用二次蒸餾水配制，含有5×10－3mol／L tris（三羥甲基氨基甲烷）和5×10－2mol／L NaCl，用鹽酸調(diào)節(jié)酸度使pH＝7.1；DNA濃度的確定，將適量的鮭魚精DNA用緩沖溶液溶解，并將其稀釋到所需濃度，測量其在260和280nm處的吸光度，若A260／A280＝1.8～1.9，說明DNA中不含蛋白質(zhì)，不需要進一步處理，DNA的濃度由波長為260nm處測得的吸光度確定（摩爾消光系數(shù)為6 600L·mol－1·cm－1）；鮭魚精DNA（南京都萊生物科技有限公司）；其他試劑均為分析純，所有試劑均為商品購買.

1.2 標題配合物的合成

參照文獻［16］合成配體 H2L（H2L＝水楊醛縮乙醇胺），將溶有0.444g ErN3O9·5H2O（1mmol）的5mL甲醇慢慢滴加到溶有0.165g H2L（1mmol）的10mL甲醇溶液中.在30℃條件下攪拌10min后，向上述混合液中滴加0.200g 1，10-菲啰啉（1mmol）的5mL甲醇溶液，磁力攪拌1h，冷卻至室溫.過濾得到大量黃色沉淀，該沉淀用DMF溶解后乙醚擴散，3周后可得到適合X射線單晶衍射的塊狀晶體，產(chǎn)率為19.34%.晶體的元素分析（單位為質(zhì)量分數(shù)／%，括號內(nèi)為計算值）：C 40.50（40.39），H 2.47（2.26），N 13.71（13.74）.本文原設(shè)計合成水楊醛縮乙醇胺Schiff堿1，10-菲啰啉鉺三元配合物，結(jié)果意外地得到了標題配合物.雖然配體H2L未參與配位，但對配合物單晶的形成起到一定作用.

1.3 化合物與DNA作用方式的研究

1.3.1 紫外光譜測定方法

在紫外－可見光譜儀中，向參比池中加入3mL的tris-HCl緩沖溶液（pH＝7.1），樣品池中加入3mL的化合物溶液，每隔5min向參比池和樣品池中各加入相同體積（20μL／次）的DNA溶液，測定200～300nm范圍內(nèi)的紫外光譜.

1.3.2 熒光光譜測定方法

向樣品池中加入3mL濃度為1.157mmol／L的化合物溶液，逐漸向該化合物溶液中加入相同體積（20μL／次）7.714×10－2mmol／L的DNA溶液，使DNA與化合物的濃度比值不斷增加，用540nm的波長激發(fā)，記錄發(fā)射峰的波長和強度.

1.3.3 黏度測定方法

恒溫槽中水浴的溫度恒定在25℃，黏度計中加入10mL 0.143mmol／L的DNA溶液，測定溶液通過毛細管所花費的時間t0（s），之后向溶液中逐漸加入被測試化合物溶液（75μL／次），測定混合溶液流過黏度計中毛細管所花費的時間t（s）.測試液的相對黏度按公式η＝（t－t0）／t0，以（η／η0）1／3對結(jié)合比r（r＝n（被測試化合物）／n（DNA））作圖，可以看出被測試化合物對DNA的影響.

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

晶體結(jié)構(gòu)分析表明，該晶體屬于單斜晶系，空間群為C2／c，分子結(jié)構(gòu)圖見圖1.

標題配合物［Er（NO3）3（C12H8N2）2］呈單核結(jié)構(gòu)，幾何構(gòu)型為變形的四方反棱柱構(gòu)型.每個結(jié)構(gòu)單元由1個Er3＋、3個NO－3和2個1，10-菲啰啉分子組成.中心離子Er3＋配位數(shù)為10，分別與2個1，10-菲啰啉的4個N原子和3個NO－3的6個O原子配位，其中3個NO－3均以雙齒配位方式與Er3＋鍵合.

2.2 抑菌活性

采用瓊脂擴散法，對常見菌種革蘭氏陰性菌大腸桿菌（E.Coli）和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌（S.Aureus）進行實驗，測定配體1，10-菲啰啉和配合物的抑菌能力大小，結(jié)果以抑菌圈直徑大小表示.表1列出了不同濃度下配體及配合物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑平均值.

圖1 配合物的分子結(jié)構(gòu)圖

表1 化合物的抑菌圈直徑平均值

抑菌實驗結(jié)果表明，化合物對E.Coli和S.Aureus均有一定的抑制作用.從表1可以看出，配合物對E.Coli的抑菌效果比配體1，10-菲啰啉好，并且隨著配合物濃度的增加，抑菌活性增強，原因可能是形成配合物后，Er3＋與1，10-菲啰啉的協(xié)同作用，使得抑菌效果顯著增強.對S.Aureus的抑菌效果只有在一定濃度下才有體現(xiàn).

2.3 與DNA的作用分析

2.3.1 紫外光譜

紫外－可見吸收光譜是研究小分子與DNA結(jié)合的一種最有效的方法，加入DNA后，若化合物的吸收峰強度減小，通常被認為化合物與DNA以插入方式結(jié)合.吸收峰有無紅移能反映化合物與DNA的作用方式，紅移較大，插入能力強，紅移較小，插入能力弱［17］.配合物與DNA作用的紫外－可見吸收光譜見圖2.從圖2中可以看出，當沒有DNA存在時，配合物在229和264nm處有吸收峰，隨著DNA加入量的增加，在229和264nm分別出現(xiàn)了3.85%和5.90%的減色率.原因可能是配合物與DNA堿基對發(fā)生π電子堆積，使其π空軌道與堿基的π電子軌道發(fā)生耦合，能量降低，從而導致π→π＊躍遷能減小，使得配合物的吸光度值降低.但是，吸收峰未發(fā)生紅移，由此初步判斷配合物與DNA可能以溝槽方式結(jié)合.

2.3.2 熒光光譜

熒光光譜作為一種快速、靈敏的譜學技術(shù)也可以用來研究配合物與DNA的作用機制.當配合物與DNA作用后，配合物插入到DNA堿基對中，在DNA的疏水環(huán)境中受到保護，熒光會增強.如果配合物的熒光強度隨DNA濃度的增加而增強，表明配合物插入DNA，并且熒光光譜變化幅度的大小也能反映配合物與DNA作用的強度［18－19］.圖3為鉺菲啰啉配合物與DNA作用的熒光光譜.配合物在615nm處發(fā)出較強的熒光，隨著DNA濃度的增大，熒光增強，并伴隨微弱的紅移現(xiàn)象，這是由于疏水性的DNA大分子對配合物的保護作用減弱了溶劑分子對配合物熒光的猝滅，使被測試配合物的發(fā)光增強，但由于熒光強度增強不是非常顯著，由此推斷配合物與DNA的作用方式為非經(jīng)典的插入作用，可能為部分插入或溝槽方式插入.

圖2 配合物與DNA作用的吸收光譜

圖3 配合物與DNA作用的熒光光譜

2.3.3 黏度法

黏度法是一種比光譜數(shù)據(jù)更有效的判斷化合物與DNA作用模式的手段之一.通常情況下，當物質(zhì)與DNA是插入模式作用時，會導致DNA鏈長度增加而使其黏度增加；當物質(zhì)與DNA以靜電或溝槽結(jié)合模式作用時，DNA溶液的黏度變化不明顯；而當物質(zhì)以部分插入方式與DNA作用時，可使DNA雙鏈彎曲或膠結(jié)，使DNA的黏度減小［20］.

配合物的加入對DNA黏度的影響見圖4.由圖4可見，隨著配合物濃度的升高，DNA溶液的黏度先增加，后減少，再增加，呈波浪狀變化；繼續(xù)增加配合物的濃度，DNA溶液的黏度呈明顯下降趨勢.這一現(xiàn)象與歐陽澤英等報道的稀土配合物［La（BBA）2（NO3）2］·NO3·2H2O［BBA為二（2-苯并咪唑亞甲基）胺］以插入和靜電等多種方式與DNA作用的黏度變化類似［21］，由此推斷本文的配合物以溝槽和部分插入等多種模式與DNA作用.

圖4 配合物的加入對DNA黏度的影響

3 結(jié)論

以1，10-菲啰啉作為配體，意外得到了一個1，10-菲啰啉鉺配合物［Er（NO3）3（C12H8N2）2］，通過 X射線單晶衍射表征了其晶體結(jié)構(gòu).抑菌活性實驗表明，目標化合物對E.Coli具有較好的抑制作用，并且隨著配合物濃度的增加，抑菌活性顯著增強.通過紫外光譜法、熒光光譜法和黏度法研究了配合物與DNA的相互作用，結(jié)果表明配合物以溝槽和部分插入等多種方式與DNA作用.

［1］ 侯安新，劉義，董家新，等.鉺離子及其陽離子卟啉配合物對金黃色葡萄球菌生長的抑制和刺激作用［J］.無機化學學報，2005，21（9）：1301-1305.

［2］ 朱早龍，劉景旺，達文燕，等.稀土姜黃素大環(huán)配合物的合成、表征及其熒光性質(zhì)和抑菌活性研究［J］.化學通報，2009，（1）：59-64.

［3］ 宋玉民，董銀龍，付云龍，等.稀土與華法靈、水楊酸三元配合物的合成和抗凝血作用研究［J］.化學學報，2007，65（8）：678-682.

［4］ TEDMANN O M，MADAN S K，ZAVALIJ P Y，et al.Crystal structure and fluorescence of a europium（Ⅲ）complex：EuCl3（2，2′-bipyridine N，N dioxide）·2CH3OH［J］.Inorg Chim Acta，2007，360：3408-3413.

［5］ LIU Y Q，ZENG X R，HUANG L，et al.Crystal structure and fluorescent study of a terbium（Ⅲ）coordination polymer［J］.Chinese J Struct Chem，2010，29（4）：608-612.

［6］ LENIEC G，TYPEK J，KACZMAREK S M.Magnetic properties of a new Er（Ⅲ）macrobicyclic complex studied by EPR［J］.Appl Magn Reson，2008，35：197-203.

［7］ KACZMAREK M T，KNBICKI M，MONDRY A，et al.Self-assembled lanthanide salicylaldimines with a unique coordination mode［J］.Eur J Inorg Chem，2010：2193-2200.

［8］ 楊一心，王艷，趙天成，等.稀土乙酰丙氨酸咪唑配合物的合成及光譜性質(zhì)［J］.無機化學學報，2005，21（4）：578-582.

［9］ 邱關(guān)明，李幼榮，陳石燕，等.稀土對生物機體劑量效應機理的研究進展［J］稀土，2003，24（1）：49-56.

［10］ 王東方.2-甲酰基苯磺酸鈉縮氨基硫脲鉺配合物的合成與晶體結(jié)構(gòu)［J］.濰坊學院學報，2010，10（2）：91-94.

［11］ 劉學良.以1，10-鄰菲羅啉為配體的釩氧酸鹽配合物的水熱合成［D］.廣州：暨南大學，2007：4-6.

［12］ HENRY N，LAGRENEE M，ABRAHAM F.Solvothermal synthesis，a new preparative route to mononuclear lanthanide complexes with in situ built N4O2hexadendate Schiff base.Synthesis and crystal structure of N，N′-bis［（2-salicylideneamino）ethyl］ethane-1，2-diamine nitrate［O，O］erbium（Ⅲ）hydrate［J］.Inorg Chem Commun，2008，11：1071-1074.

［13］ REN Y X，CHEN S P，XIE G，et al.Two novel erbium（Ⅲ）coordination polymers with 5-nitroisophthalic acid：syntheses and crystal structures and thermal stabilities［J］.Inorg Chim Acta，2006，359：2047-2052.

［14］ SOFER Z，TRESNAKOVA P，SPIRKOVA J，et al.Synthesis of Er-complexes for photonic applications［J］.J Phys Chem Solids，2007，68：1272-1275.

［15］ SADIKOV G G，ANTSYSHKINA A S，KUZNETSOVA I A，et al.Synthesis and the crystal and molecular structure of two modifications of bis（1，10-phenanthroline）trinitratoerbium（Ⅲ）Er（NO3）3（Phen）2［J］.Crystallography Reports，2006，51（2）：271-277.

［16］ 費寶麗，燕慶玲，李雯.Schiff堿單核及雙核配合物抗菌及催化活性的研究［J］.東北師大學報：自然科學版，2011，43（2）：89-93.

［17］ 董鳳英.含C，N，O配位原子配合物的合成、結(jié)構(gòu)、超分子組裝及其與DNA相互作用研究［D］.青島：中國海洋大學，2009：43-44.

［18］ 楊歡春，楊天林，王麗娟.2－羥基-1-萘酚醛縮2－氨基苯并噻唑銅配合物的合成及其與DNA作用的光譜研究［J］.光譜實驗室，2010，27（6）：2124-2129.

［19］ JIN L，YANG P，LI Q S.Studies on the binding of tris（1，10-phenanthroline）nickel（Ⅱ）to calf thymus DNA［J］.Chemical Research in Chinese Universities，1997，13（3）：201-206.

［20］ 王菊.乙氧基色酮希夫堿金屬配合物的合成、表征及與DNA的作用研究［D］.蘭州：蘭州大學，2009：33-34.

［21］ 歐陽澤英.含雙苯并咪唑稀土金屬配合物及其與DNA作用研究［D］.長沙：湖南師范大學，2009：44-45.

Synthesis of 1，10-phenanthroline-erbium（Ⅲ）complex and its biological activity

FEI Bao-li1，YAN Qing-ling1，LI Wen1，XIA Bing2，SHAO Kui-zhan3，SU Zhong-min3，SUN Wei-yin4

（1.College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；
2.College of Science，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；
3.Faculty of Chemistry，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；
4.State Key Laboratory of Coordination Chemistry，Nanjing University，Nanjing 210093，China）

A rare earth complex［Er（NO3）3（phen）2］was synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction.The antibacterial activities of phen and the complex have been investigated.The interaction between the complex and DNA has been studied by electronic absorption spectroscopy，fluorescence spectroscopy and viscosity measurements.All results indicated that the interaction mode of the complex and DNA includes groove binding and partial intercalation.

erbium complex；antibacterial activity；DNA

O 621.3

150·20

A

1000-1832（2011）04-0088-04

2011-05-26

國家杰出青年科學基金資助項目（20425101）；南京林業(yè)大學引進高層次留學回國人員科研基金資助項目；南京大學配位化學重點實驗室開放基金資助項目；江蘇省高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程資助項目.

費寶麗（1971—），女，博士，副教授，主要從事功能配合物和林產(chǎn)配位化學研究.

石紹慶）