呋喃酰腙及其鎳、錳配合物的合成與晶體結(jié)構(gòu)及抑菌活性

楊滋淵 宋 斌 徐守衛(wèi) 鄭長征＊,

(1陜西省人民醫(yī)院，西安 710068)

(2西安工程大學，環(huán)境與化學工程學院，西安 710048)

Schiff堿類化合物主要以O、N為配位原子，作為配體具有較強的配位能力和多樣的配位方式[1-3]，形成的金屬配合物在分析化學、催化化學、功能材料、生物及藥物活性等方面有廣泛的應用[4-9]。呋喃環(huán)化合物作為五元雜環(huán)化合物的典型代表，廣泛存在于自然界，大多具有抑菌、消毒、殺蟲等生物活性[10-13]。從生物化學方面看，呋喃環(huán)中的氧原子可參與生物體中氫鍵的形成，增加授受間分子親和性，將呋喃環(huán)導入Schiff堿類化合物后得到的化合物擁有更好的抑菌活性[14]。因此研究呋喃酰腙及其配合物的抑菌活性具有重要意義。本文用2-呋喃甲醛與4-甲氧基苯甲酰肼縮合出一個未見報道的新型呋喃酰腙化合物2-呋喃甲醛縮對甲氧基苯甲酰腙，用溶劑揮發(fā)法獲得配體及其與Ni、Mn的兩個配合物單晶，通過X-射線單晶衍射確定了晶體結(jié)構(gòu)，用瓊脂擴散法測定了抑菌活性。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

4-甲氧基苯甲酸乙酯、2-呋喃甲醛(使用前經(jīng)蒸餾)、水合肼(80%)以及其它試劑均為市售分析純。

Varian-400型核磁共振儀(美國)，F(xiàn)TIR-8400 型紅外光譜儀(KBr壓片)(日本)，Vario ELⅢ型元素分析儀(德國)，Bruker Smart-APEXII CCD 單晶衍射儀(德國)。

1.2 配合物的合成

1.2.1 配體2-呋喃甲醛縮對甲氧基苯甲酰腙(HL)的合成

4-甲氧基苯甲酰肼參考文獻方法[15]制備，產(chǎn)率83%。

攪拌下，用恒壓滴液漏斗向溶有8.30 g(0.05 mol)4-甲氧基苯甲酰肼的50 mL乙醇溶液中緩慢滴入新蒸餾的4.80 g(0.05 mol)2-呋喃甲醛，TLC跟蹤，反應完成后冷卻至室溫析出淺黃色固體，抽濾，少量冰無水乙醇洗滌得粗品。粗品用無水乙醇重結(jié)晶，真空干燥得淡黃色固體，產(chǎn)率78%。稱取0.122 g(0.5 mmol)配體HL攪拌溶解在30 mL乙醇和DMF(體積比為14∶1)的混合溶劑中，過濾，濾液室溫靜置揮發(fā)14 d，得到適合X-射線單晶衍射測試的無色單晶。合成路線圖見圖1。

圖1 合成路線圖Fig.1 Synthetic route

1H NMR(DMSO)δ：7.05～7.89(4H，Ar-H)，7.82(s，H，-CH=N)，6.63～7.4(3H，F(xiàn)uran ring-H)，6.90(s，H，-NH-)，3.84(s，3H，-OCH3)。 FT-IR(KBr) ν/cm-1：3 451(m)，1 642(s)，1 574(s)，1 511(w)，1 258(m)，1 177(w)。Anal.Calc.for C13H12N2O3(%)：C，63.75；H，4.86；N，11.51；Found(%)：C，63.93；H，4.95；N，11.47。

1.2.2 配合物NiL2的合成

稱取0.244 g(1 mmol)配體HL溶解在30 mL乙醇和丙酮(體積比為2∶1)的混合溶劑中，攪拌下用恒壓滴液漏斗緩慢滴入溶有0.290 8 g(1 mmol)Ni(NO3)2·6H2O的乙醇溶液10 mL，室溫反應2h后過濾，得黃綠色濾液，室溫靜置揮發(fā)20 d，獲得適合X-射線單晶衍射測試的紅色長條狀單晶。FTIR(KBr) ν/cm-1：1 606(s)，1 495(s)，1 466(w)，1 374(s)，1343(w)，1250(s)，1169(m)，1020(w)，564(s)，510(m)。

1.2.3 配合物Mn(HL)2Cl2的合成

稱取0.244 g(1 mmol)配體HL溶解在30 mL乙醇和丙酮(體積比為2∶1)的混合溶劑中，攪拌下用恒壓滴液漏斗緩慢滴入溶有0.197 9 g(1 mmol)MnCl2·4H2O的乙醇溶液10 mL，室溫反應2 h后過濾，得淺棕黃色濾液，室溫靜置揮發(fā)18 d，出現(xiàn)適合X-射線單晶衍射測試的淡黃色方塊狀單晶。FTIR(KBr)ν/cm-1：3 150(m),1 610(s),1 562(m)，1 508(s)，1 352(w)，1 296(w)，1 255(s)，1 183(w)，1 021(w)，631(s)，552(m)。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

選取尺寸分別為0.26 mm×0.19 mm×0.14 mm的配體HL單晶、0.32 mm×0.27 mm×0.19 mm的配合物NiL2單晶和0.34 mm×0.26 mm×0.17 mm的配合物Mn(HL)2Cl2單晶置于Bruker Smart-APEXⅡCCD單晶衍射儀上，用經(jīng)石墨單色器單色化的Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，在 296(2)K 下以 φ-ω掃描方式分別在 1.63°≤θ≤25.09°、2.38°≤θ≤25.10°和 2.01°≤θ≤25.10°范圍內(nèi)收集單晶衍射數(shù)據(jù)，對全部衍射強度數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗吸收校正、Lp校正后用直接法解得晶體結(jié)構(gòu)，對全部非氫原子坐標及其各向異性熱參數(shù)進行全矩陣最小二乘法修正，氫原子為理論加氫。所有計算用SHELX-97程序完成[16](有關晶體學數(shù)據(jù)見表1)。

表1 配體和配合物的晶體學數(shù)據(jù)Table 1 Crystal data and structure refinement for the ligand and complexes

CCDC:926194,HL；926193,NiL2；926195,Mn(HL)2Cl2。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

2.1.1 配體HL的晶體結(jié)構(gòu)

配體HL的分子結(jié)構(gòu)如圖2，主要鍵長和鍵角見表3。HL中呋喃環(huán)與苯環(huán)的二面角為27.868°，表明HL的結(jié)構(gòu)略有扭曲。HL的單個晶胞含有18個配體分子，配體分子間存在三中心氫鍵(氫鍵參數(shù)見表 2)，3個非氫原子 N1、O2和 N2#1(對稱操作碼：#1-y+4/3，x-y+2/3，z-1/3)共享 1 個 H2A#1，其中 N1 與N2#1的距離為 0.309 77(35)nm，O2與N2#1的距離為0.299 24(35)nm。不同分子通過這種氫鍵作用不僅在分子間形成一個五元環(huán)結(jié)構(gòu) (五元環(huán)由N1、N1、C6、O2、H2A#1構(gòu)成)， 而且使配合物分子相互交錯排布呈現(xiàn)出鏈式結(jié)構(gòu)。配體分子間氫鍵作用力見圖3。

圖2 配體HL的橢球圖Fig.2 Ellipsoid(50%)structure of HL

表2 配體HL和配合物MnL2Cl2的氫鍵參數(shù)Table 2 Hydrogen bond lengths and angles

圖3 配體HL的分子間氫鍵Fig.3 Hydrogen bonds of HL

2.2.2 配合物的晶體結(jié)構(gòu)

配合物NiL2的分子結(jié)構(gòu)圖如圖4，主要鍵長和鍵角見表3。NiL2的單個晶胞含有2個配合物分子，每個配合物分子由1個配位中心Ni（Ⅱ）和2個配體分子構(gòu)成，Ni（Ⅱ）采用四配位形式，分別與2個羰基O和2個亞胺基N配位，形成2個閉合的五元環(huán)，構(gòu)成平面四方構(gòu)型。Ni（Ⅱ）周圍4個鍵鍵長范圍為0.1828(2)～0.1851(2)nm，鍵角在 83.68(8)°～96.32(8)°之間。相鄰分子的呋喃環(huán)和苯環(huán)之間存在邊對面π…π作用力，呋喃環(huán)與苯環(huán)π平面的二面角為65.630(101)°，呋喃環(huán)上C2到苯環(huán)質(zhì)心Cg#1(對稱操作碼：#1-x+1，-y+2，-z+2)(C7、C8、C9、C10、C11、C12)的距離為0.388 93(35)nm。分子間邊對面π…π作用力使配合物分子構(gòu)成兩個方向上的層狀結(jié)構(gòu)。分子間邊對面π…π作用力見圖5。

圖4 配合物NiL2的橢球圖Fig.4 Ellipsoid(50%)structure of NiL2

配合物Mn(HL)2Cl2的分子結(jié)構(gòu)圖如圖6，主要鍵長和鍵角見表3。Mn(HL)2Cl2的單個晶胞含有2個配合物分子，每個配合物分子由1個配位中心Mn（Ⅱ）、2個配體分子和2個Cl構(gòu)成，Mn（Ⅱ）采用六配位形式，分別與來自配體的2個羰基O、2個亞胺基N形成2個閉合的五元環(huán)結(jié)構(gòu)，繼而與2個Cl配位形成四角雙錐構(gòu)型，2個Cl分別位于錐頂和錐底。Mn（Ⅱ）周圍鍵角范圍在 70.4(2)°～109.6(2)°，6 個鍵鍵長在0.215 9(5)～0.247 4(2)nm之間。N2上的H2與相鄰分子的 Cl1#2(對稱操作碼：#2-x+2，-y，-z+2)存在典型的分子間氫鍵N2-H2…Cl1#2(氫鍵參數(shù)見表2)，Cl1#2原子與N2的距離為0.322 14(70)nm。配合物分子中苯環(huán)與相鄰呋喃環(huán)還存在面對面π…π作用力，苯環(huán)與呋喃環(huán)π平面的二面角為6.882(269)°,苯環(huán)質(zhì)心 Cg2(C7、C8、C9、C10、C11、C12)與呋喃 環(huán) 質(zhì) 心 Cg1#2(O1#2、C1#2、C2#2、C3#2、C4#2) 距 離 為0.383 09(11)nm。分子間氫鍵和面對面π…π作用力使配合物分子構(gòu)成2D鏈式層狀結(jié)構(gòu)。分子間氫鍵和面對面π…π作用力見圖7。

圖6 配合物Mn(HL)2Cl2的橢球圖Fig.6 Ellipsoid(50%)structure of Mn(HL)2Cl2

2.2 紅外光譜分析

圖7 配合物Mn(HL)2Cl2的氫鍵和π…π作用力Fig.7 H-bonds and π…π interactions of Mn(HL)2Cl2

用KBr壓片法測定了配體HL及其Ni、Mn配合物在400～4 000 cm-1的紅外光譜，各吸收峰參照文獻[17]指認。HL在3 451 cm-1出現(xiàn)肼基(-NH-N=)中等強度而寬的νN-H吸收峰，在1 642 cm-1出現(xiàn)強而尖銳的νC=O吸收峰。在配合物NiL2中，這些峰均消失，在1 606 cm-1處出現(xiàn)強而尖銳的νC=N-N=C吸收峰，在1 250 cm-1處出現(xiàn)尖銳的烯醇νC-O吸收峰，表明在NiL2中配體HL的肼基H經(jīng)烯醇化重排后失去。在配合物Mn(HL)2Cl2中，強而尖銳的νC=O吸收峰相對于配體向低波數(shù)方向移動了32 cm-1，出現(xiàn)在1 610 cm-1，表明配體HL中的羰基O與金屬錳配位。HL中1 574 cm-1的νC=N吸收峰在形成配合物NiL2后向低波數(shù)方向移動79 cm-1，出現(xiàn)在1 495 cm-1，而在形成配合物Mn(HL)2Cl2后向低波數(shù)方向移動12 cm-1，出現(xiàn)在1 562 cm-1，表明配體HL中C=N上的N與金屬形成反饋配鍵。NiL2中νNi-N和νNi-O吸收峰分別出現(xiàn)在563 cm-1和510 cm-1處，Mn(HL)2Cl2中νMn-N和νMn-O吸收峰分別出現(xiàn)在630 cm-1和552 cm-1處[18-19]。紅外光譜分析與晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一致。

1.3 抑菌活性

采用瓊脂擴散法[20]測試配體HL及其Ni、Mn配合物對細菌菌株(由陜西省人民醫(yī)院提供)大腸桿菌(ATCC25922)、金黃色葡萄球菌(ATCC25923)和綠膿桿菌(ATCC27853)的抑制活性，供試菌經(jīng)接種活化3次后配成濃度為 5×105～5×106cfu·mL-1菌懸液備用。稱取配體和配合物各5 mg，超聲振蕩溶解在25 mL DMF中備用。將已滅菌的直徑6 mm濾紙片(新華一號)浸入上述各溶液2 h，取出放置在已涂布菌懸液的營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上，與溶劑空白對照組一起置入37℃溫箱中培育16～18 h后，測量抑菌環(huán)直徑來比較抑菌活性。測試結(jié)果列于表4。

表4 配體和配合物的抑菌活性Table 4 Antibacterial activities of the ligand and complexes

配體HL、配合物NiL2和配合物 Mn(HL)2Cl2對大腸桿菌、金色葡萄球菌和綠膿桿菌均有不同程度的抑制活性，配合物的抑菌活性都比配體的強，配合物NiL2比配合物Mn(HL)2Cl2強。配體HL、配合物NiL2和配合物Mn(HL)2Cl2對大腸桿菌和綠膿桿菌的抑制活性相當，對金色葡萄球菌均有更強的抑制活性，表明配體和配合物的抑菌活性具有選擇性。配合物NiL2對金色葡萄球菌有高達14 mm的抑菌環(huán)，表明其對金色葡萄球菌有顯著的抑制活性，可以用來作為潛在的抑菌材料。

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