[Ni(DTPB)Cl](NO3)3·5H2O 的合成、晶體結構和SOD模擬活性*

張 勇 王繼猛 舒威虎 陳 琪 黃朝志 廖展如

(1湖北理工學院化學與材料工程學院，湖北黃石435003;2華中師范大學化學學院，湖北武漢430079)

鎳是生物體(微生物、植物、動物和人)中必需的痕量元素，在生命過程中起著重要的作用。Ni-SOD(鎳超氧化物歧化酶)是近年來發(fā)現的只存在于某些極少數原核細菌中的一種超氧化物歧化酶，它是單核鎳酶，與CuZn-SOD(銅鋅超氧化物歧化酶)一樣，其活性中心都有組氨酸殘基的咪唑基團參與中心金屬離子的配位，且具有與CuZn-SOD相似的生物活性[1-2]。苯并咪唑基(Bzim)的堿性最接近組氨(His)[pKb(His)=9.96，pKb(Bzim)=8.47]，可成為組氨酸殘基較為理想的模擬物[3]。目前，用含有苯并咪唑的配體與過渡金屬形成配合物模擬SOD的工作相當活躍[4-8]。

在本文中，我們選擇了含有多個配位點的八齒配體 1，1，4，7，7- 五(2＇- 苯并咪唑甲基)-二乙基三胺(C44H43N13，DTPB)來模擬SOD活性中心的組氨酸殘基，合成了沒有報道過的單核鎳DTPB配合物，并用鄰苯三酚自氧化法測試了其模擬SOD活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

除鄰苯二胺為化學純以外，實驗所用試劑均為市售分析純。所用儀器為Perkin-Elmer 2400元素分析儀，HP 8453 UV-Vis紫外光譜儀，AV-500型核磁共振儀，Perkin-Elmer 1700紅外光譜儀(KBr壓片法)。晶體結構測定使用Brucker Smart-2000 CCD單晶衍射儀。

1.2 配體DTPB的合成

配體DTPB的合成參照文獻[9-10]稍作改進，其化學結構式見圖1。將二乙三胺五乙酸(DTPA)和鄰苯二胺(OPD)按物質的量之比1∶5投料，乙二醇做溶劑，控溫在180～200°C，在 N2的氣氛下回流6～8 h，直到無水蒸氣放出。反應后將反應液趁熱倒入適量的冰水中，得到大量的灰白色固體。以95%的乙醇作溶劑重結晶3次，得白色粉末，產率75%，元素分析和1HNMR數據與文獻[9]的報道一致。

圖 1 配體 DTPB(1，1，4，7，7- 五

(2＇-苯并咪唑甲基)-二乙基三胺)的結構

1.3 標題配合物的合成

稱取1 mmol DTPB(0.76 g)溶于40 mL乙醇中，緩慢加入 2.2 mmol NiCl2·6H2O(0.53 g)的20 mL的乙醇溶液，再加入4 mmol NaNO3(0.34 g)，反應混合液在60℃的水浴中加熱6 h，得淺藍色透明溶液，過濾，將濾液于室溫靜置1周后，析出淺藍色的塊狀晶體，即標題配合物[Ni(DTPB)Cl](NO3)3·5H2O，產率:75%。元素分析:實驗值(計算值，%):C 47.24(47.10)，H 4.86(4.69)，N 17.24(17.13)。IR(KBr，cm-1):3 424(m，H-OH)，2 942(m，C-H)，1 626，1 532，1 428(m，苯環(huán) C=C)，327(w，Ni-Cl)，288(m，Ni-N).UV-Vis[λmax，nm(ε，L mol-1cm-1)]:275(26 800)(溶劑為甲醇)。

1.4 晶體的測定

選取大小為 0.20 mm ×0.10 mm ×0.10 mm的淺藍色塊狀標題化合物單晶置于Brucker Smart-2000 CCD單晶衍射儀上，采用石墨單色化的 Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，于292(2)K，以 ω/2θ方式掃描，在 1.83°＜θ＜25.00°范圍內共收集到衍射點22 029個，其中獨立衍射點9 493個(Rint=0.073 9)，I＞2σ(I)的可觀測的衍射點5 502個。全部衍射數據經Lp因子和經驗吸收校正。晶體結構由直接法解出，非氫原子坐標是在以后的數輪差值Fourier合成中陸續(xù)確定的。對全部氫原子的坐標及各向異性參數用SHELXS-97程序，以最小二乘法對結構進行精修。標題化合物的劍橋晶體數據庫編號:CCDC 606551。

2 結果與討論

2.1 合成

改進的配體合成方法在合成時采用N2保護，這不僅可以阻止在高溫條件下鄰苯二胺的氧化，更便于用簡單的重結晶方法來提純配體，測定配體 DTPB的熔點為:157～158℃ (與文獻[9]的報道一致)，配體的產率也大大提高(文獻[9]報道的產率為32%)。合成配合物采用的鎳鹽是過量的，但得到的卻是單核鎳配合物。

2.2 晶體結構

標題配合物的晶體屬于三斜晶系，Pī空間群，晶胞參數為a=0.871 62(6)nm，b=1.515 6(11)nm，c=2.151 9(15)nm，α =99.538 0(10)°，β =90.226 0(10)°，γ =102.584 0(10)°，V=2.733 8(3)nm3，Dc=1.351 g/cm3，Z=2，F(000)=1 148，最終殘差因子R1=0.071 0，wR2=0.167 9(對I＞2σ(I)的衍射點)和R1=0.115 6，wR2=0.188 4(對所有的衍射點)。化合物的重要鍵長和鍵角列于表 1，化合物的陽離子結構見圖2，晶胞堆積圖見圖3。

表1 配合物的部分鍵長和鍵角

圖2 配合物陽離子[Ni(DTPB)Cl]3+的結構(橢球概率30%)

圖3 標題化合物的晶胞堆積圖

晶體結構分析表明，鎳(II)離子與一個氯離子Cl(1)，配體DTPB的3個苯并咪唑氮原子[N(3)，N(5)，N(7)]以及 DTPB的2個烷胺氮原子[N(1)，N(8)]配位，形成一個六配位的扭曲八面體構型，其中配體的3個苯并咪唑氮N(3)，N(5)，N(7)和1個烷胺氮N(8)形成赤道平面，而烷胺氮N(1)和Cl(1)處于軸向位置，其軸向鍵角為177.85(10)°，稍微偏離了理想的180°。由表1可知，配體烷胺氮原子與Ni2+之間的距離[Ni(1)—N(1)，0.219 4(4)nm;Ni(1)—N(8)，0.222 7(3)nm]要明顯長于苯并咪唑氮原子與鎳(II)離子之間的距離[Ni(1)—N(3)，0.207 4(4)nm;Ni(1)—N(5)，0.206 0(3)nm;Ni(1)—N(7)，0.207 4(4)nm]，這與苯并咪唑失去H+后帶負電荷的氮離子給電子的能力比烷胺氮原子給電子能力強的事實相符合[5]。處于軸向位置的N(1)與處于赤道位置的N(3)，N(5)，N(7)，N(8)的鍵角大小分別為:N(7)—Ni(1)—N(1)，92.55(14)°;N(5)—Ni(1)—N(1)，80.46(13);N(3)—Ni(1)—N(1)，78.31(14);N(1)—Ni(1)—N(8)，82.28(13)°。后3個角偏離90°，而第1個角接近90°。處于軸向位置的Cl(1)與處于赤道位置的N(3)，N(5)，N(7)，N(8)的鍵角大小與上述情況類似。此外，處于赤道平面二對對角位置的氮原子鍵角大小為:N(7)—Ni(1)—N(5)，169.85(14)°;N(3)—Ni(1)—N(8)，159.44(15)。它們都顯著的偏離理想的180°鍵角，這說明由 N(3)，N(5)，N(7)，N(8)構成的赤道平面并不規(guī)則。已報道有晶體結構的銅、鋅和錳的DTPB-過渡金屬配合物都是雙核的[10-12]，有趣的是標題化合物是單核的，且在其陽離子[Ni(DTPB)Cl]3+的結構中，沒有配位的2個苯并咪唑環(huán)上都存在氮原子的質子化現象(N(10)或(N(11);N(12)或(N(13))。我們在合成配合物時所用金屬鹽是過量的(見1.3配合物的合成)，配合物中氮原子的質子化來源可能是鎳鹽NiCl2·6H2O(強酸弱堿鹽)在60℃的反應條件下水解造成的。苯并咪唑環(huán)上氮原子的質子化使得苯并咪唑環(huán)產生離域的正電荷，導致苯并咪唑環(huán)上氮原子與鎳(II)離子的配位能力大大減弱，以致得到了本文所報道的單核化合物。

圖3是標題化合物的單胞堆積圖。晶胞中的陰離子NO-3雖未參與配位，但參與了氫鍵的形成，同時起電荷平衡的作用。從氫鍵的鍵長和鍵角(表 2)可以看出，溶劑H2O中的O原子，Cl原子，苯并咪唑的N原子，以及沒有參與配位的NO-3相互作用產生了N—H…O，N—H…Cl，C—H…O等多種氫鍵，從而使標題化合物分子形成了一個三維的網狀結構。

表2 氫鍵的鍵長和鍵角

2.3 SOD模擬活性

參照文獻[5]，利用鄰苯三酚自氧化法，在固定波長320 nm處對標題化合物的SOD模擬活性進行了檢測。IC50值的大小決定著模擬物清除O-2功效的高低，把抑制鄰苯三酚自氧化速度50%時所需的配合物(或酶)的濃度定義為 IC50值，按下列公式計算[13]:IC50=M×V×ΔAP(Vtotal×(ΔA- ΔA'))×50%，式中M為配合物加入測定反應體系前的濃度;V為配合物加入測定反應體系前的體積;Vtotal為配合物的總體積;ΔA為鄰苯三酚自氧化速度;ΔA'為加入配合物后鄰苯三酚自氧化速度。抑制速率在35%～60%可用此公式計算。預實驗結果表明，標題化合物在pH=8.2時可觀測到抑制鄰苯三酚自氧化的明顯效果。通過測定并計算得到:在pH=8.2，溫度為25℃時，標題化合物的 IC50為50.6 mg/L，而 SOD標準物質的 IC50為 0.32 mg/L。IC50值越小，配合物(或酶)的活性越高，由此可見標題化合物確實具有一定的SOD模擬活性。但和其他一些報道的SOD模擬酶相比，它的活性要低些，可能是由于中心金屬離子已經達到了六配位的飽和結構，難以和反應底物進一步結合[14-15]。

3 結論

合成和表征了單核鎳配合物[Ni(DTPB)Cl](NO3)3·5H2O(DTPB=1，1，4，7，7- 五(2＇-苯并咪唑甲基)-二乙基三胺)，并用鄰苯三酚自氧化法測試了其模擬SOD活性。配合物屬于三斜晶系，空間群為Pī，Ni(II)原子與一個氯離子，配體DTPB的3個苯并咪唑氮原子和2個烷胺氮原子配位，形成六配位的變形八面體構型。配合物具有一定的SOD模擬活性，其 IC50為 50.6 mg/L。

致 謝

感謝華中師范大學分析測試中心孟祥高博士對解析晶體結構所提供的幫助，感謝研究生導師廖展如教授對本文測試所提供的資金支持!

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