鈷(Ⅱ)與芳香氮堿金屬有機(jī)配合物的合成及熒光性能

遲紅訓(xùn)， 王幸幸， 梁景松

(遼東學(xué)院 化工與材料學(xué)院， 遼寧 丹東 118003)

近年來，隨著藥物化學(xué)和生物無機(jī)化學(xué)的迅猛發(fā)展，尤其是在細(xì)胞層次及分子層次上的無機(jī)藥物研究,人們逐漸發(fā)現(xiàn)金屬離子及其配合物藥物分子在消化吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)化和生物活性等方面的作用規(guī)律，獲得一系列金屬配合物的新穎診斷和治療效果，探討了金屬配合物與DNA的作用及其生物活性間的構(gòu)效關(guān)系，掌握了許多無機(jī)準(zhǔn)藥物分子的生物作用以及結(jié)構(gòu)之間的依存關(guān)系[1-3]，從分子水平上了解某些疾病的發(fā)病機(jī)理，闡明抗腫瘤藥物的作用機(jī)理，并通過分子設(shè)計(jì)來尋找低毒高效的治療藥物，對(duì)無機(jī)藥物體外篩選及研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[4-6].過渡金屬配合物在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，尤其是在抗癌方面的研究日益受到重視，已成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)[7-9].本文合成一個(gè)鈷配合物單晶,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，研究配合物的分子結(jié)構(gòu)和分子間弱作用，通過熒光光譜法研究了配合物與DNA的作用.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

硝酸鈷，吡嗪-2,3-二羧酸，無水乙醇，均為分析純.魚精DNA(P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8 %) 為生化試劑.

Bruck smart 1000 CCD-X射線單晶衍射儀，Nicolet 470紅外光譜儀，PE-LS 55熒光光譜儀，D-MS-I 磁力攪拌器，PHS-3C精密數(shù)顯酸度計(jì)，E-201-C pH復(fù)合電極，AR2140電子分析天平，800B離心機(jī).

1.2 Co(Ⅱ)化合物的合成與表征

將10 mL、15 mmol/L硝酸鈷水溶液與10 mL、15 mmol/L吡嗪-2,3-二羧酸水溶液混合.連續(xù)攪拌下,用0.1 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液pH值至4.8,攪拌8 h后pH值相對(duì)穩(wěn)定為5.2.將該溶液過濾至燒杯中，室溫下放置3～4周，燒杯中有淡粉色晶體析出，濾紙過濾，收集晶體，于真空干燥器干燥，收率60 %.C6H10N2O8Co元素分析測(cè)定值(w/%)：C 24.23;H 3.41;N 9.47.理論計(jì)算值(w/%)：C 24.26;H 3.39;N 9.43.配合物紅外譜分析結(jié)果(σ/cm-1):3 419(s),2 360(s),1 600(s),1 444(m)，1 384(m),1 130(m),825(m),767(m).

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物晶體結(jié)構(gòu)

選取尺寸為0.24 mm×0.32 mm×0.19 mm的配合物單晶.在Bruker Smart 1000 CCDX單晶衍射儀上，用通過石墨單色器的Mo Kα為靶源(λ=0.071 073 nm)，在一定范圍內(nèi)收集其衍射數(shù)據(jù).應(yīng)用Saint軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原.采用直接法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析.氫原子采用理論加氫的方法獲得，其余非氫原子則采用最小二乘法及各向異性修正.通過X-射線衍射數(shù)據(jù)分析對(duì)配合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到該配合物的配位結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 配合物的配位結(jié)構(gòu)Fig.1 Coordinated environment of complex

在配位化學(xué)研究領(lǐng)域，吡嗪羧酸類物質(zhì)常被作為配體引入到金屬配合物中，這是因?yàn)樗c過渡金屬離子之間具有很強(qiáng)的螯合作用.在其形成的金屬配合物中，存在氫鍵作用,從而構(gòu)成零維、一維、二維以及三維結(jié)構(gòu).從圖1可以看到：配合物的每個(gè)中心離子Co(Ⅱ)采用六配位模式與其周圍的氮、氧原子及水分子形成一個(gè)八面體結(jié)構(gòu).其主要鍵長(zhǎng)(nm)為：Co(1)—N(1)，0.213(1)；Co(1)—N(1)#1，0.213(1)；Co(1)—O(1)，0.206(1)；Co(1)—O(1)#1，0.206(1)；Co(1)—O(3)，0.210(1)；Co(1)—O(3)#1，0.210(1).主要鍵角(°)為：O(3)—Co(1)—N(1)，88.35(5);O(3)—Co(1)—N(1)#1，88.35(5);O(3)—Co(1)—N(1)，91.65(5);O(3)—Co(1)—N(1)#1，91.65(5).其中總鍵角之和等于360°，說明在形成的八面體結(jié)構(gòu)中，參與配位的2個(gè)氮原子和2個(gè)氧原子處在同一平面上[10].這種配位模式特有的空間位阻和作用力，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用.

從圖2可以看到：中心離子為Co(Ⅱ)，它與其周圍的來自于2個(gè)不同的吡嗪-2,3-二羧酸配體的氮原子、氧原子以及2個(gè)水分子形成六配位的八面體結(jié)構(gòu).Co(Ⅱ)與2個(gè)相鄰的吡嗪-2,3-二羧酸配體反式螯合，形成一個(gè)以Co(Ⅱ)為中心的對(duì)稱的、無限延伸的一維鏈狀結(jié)構(gòu).

圖2 配合物一維結(jié)構(gòu)Fig.2 One dimension structure of the complex

從圖3可以看出：一維鏈與一維鏈之間通過O—H…O的氫鍵作用，形成穩(wěn)定的二維結(jié)構(gòu)，其中O(2)—H(3A)的距離為0.189 7 nm.從圖4可以看到：配合物的三維空間結(jié)構(gòu)是通過O(2)與H(3)之間C—H…O的氫鍵作用所形成.其中O(2)—H(3)之間的距離為0.241 7 nm.

圖3 配合物的二維氫鍵作用Fig.3 Two dimension structure of the complex

圖4 配合物的氫鍵作用Fig.4 Hydrogen bonds of the complex

2.2 化合物與DNA作用

溴化乙錠(EtBr)與DNA發(fā)生作用后，能夠破壞DNA原有緊密螺旋結(jié)構(gòu)，阻止DNA進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)錄，影響生物體的繁衍生殖進(jìn)程.如果所合成的化合物(M)與EtBr具有相似結(jié)構(gòu)，且熒光不強(qiáng)，就能夠和EtBr分子競(jìng)爭(zhēng)與DNA結(jié)合位點(diǎn)，緩釋EtBr分子，導(dǎo)致EtBr/DNA復(fù)合體系的熒光減弱：M+EtBr·DNA=M·DNA+EtBr，以插入方式與DNA作用，因此可以跟蹤反應(yīng)體系的熒光變化來判斷化合物(M)與DNA結(jié)合能力的強(qiáng)弱.依據(jù)經(jīng)典斯特恩-沃爾默(Stern-Volmer)方程[11]：

其中：I0為復(fù)合物體系(M/EtBr/DNA)中未添加配合物(M)的熒光強(qiáng)度，I為添加配合物(M)時(shí)的熒光強(qiáng)度；r為體系中配合物(M)與DNA的濃度比；Ksq為斯特恩-沃爾默(Stern-Volmer)猝滅表征常數(shù)，用于定量描述配合物與DNA的作用能力強(qiáng)弱.通過Ksq值大小，定量地比較不同配合物分子在相同環(huán)境下與DNA作用能力的強(qiáng)弱，Ksq數(shù)值越大，表明配合物分子與DNA結(jié)合能力越強(qiáng)，作用強(qiáng)度越大.

圖5為熒光法測(cè)定配合物分子與魚精DNA發(fā)生作用的結(jié)果.從圖5可以看出：DNA/EtBr復(fù)合物的熒光發(fā)射峰處于610 nm波長(zhǎng)處；隨著配合物分子濃度的逐漸增加，與EtBr的競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，使DNA/EtBr復(fù)合物體系的熒光強(qiáng)度逐漸

減弱，并導(dǎo)致了不同程度的猝滅.結(jié)果表明配合物分子的濃度越大，熒光猝滅越顯著，說明該化合物與DNA發(fā)生了不同程度地專一插入作用[12].

c(DNA)=5×10-6mol/Lc(EB)=1.0×10-6mol/L 1c(M)=0 mol/L 2c(M)=0.5×10-5mol/L 3c(M)=1.0×10-5mol/L 4c(M)=1.5×10-5mol/L 5c(M)=2.0×10-5mol/L

圖5 配合物與DNA作用的熒光光譜
Fig.5 The emission spectrum of EB bound to DNA

3 結(jié) 論

采用常溫法合成了一個(gè)鈷配合物單晶，分子式[Co(Pyzdc)(H2O)2]n·nH2O.采用紅外光譜法、元素分析法和X-射線單晶衍射技術(shù)對(duì)配合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征.通過熒光光譜研究配合物與DNA相互作用，結(jié)果顯示配合物添加到DNA/EtBr復(fù)合體系中后，能夠減弱熒光強(qiáng)度，發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象，說明該配合物能夠與溴化乙錠發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，與DNA發(fā)生作用，并插入DNA堿基對(duì)中.

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