兩個三環(huán)己基錫芳香羧酸酯的合成、結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及體外抗癌活性研究

庾江喜 馮泳蘭 鄺代治 張復(fù)興 蔣伍玖 朱小明

(功能金屬有機(jī)材料湖南省普通高等學(xué)校重點實驗室，衡陽師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，衡陽 421008)

0 前 言

有機(jī)錫化合物具有較高的生物活性，在殺蟲、殺菌、抗癌藥物制備等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[1-3]。研究表明，錫原子連接的烴基種類、數(shù)目及配體，對有機(jī)錫化合物的抗癌活性[4-5]、毒性[6-7]以及水溶性[8-9]有著重要影響。近年來，人們在有機(jī)錫化合物的烴基改造、配體篩選等方面開展了大量工作[1,10-11]。有機(jī)錫羧酸酯往往具有比其前體更高的生物活性[12-13]，利用有機(jī)羧酸與有機(jī)錫氧(鹵)化物反應(yīng)，合成有機(jī)錫羧酸酯，成為當(dāng)前有機(jī)錫化學(xué)研究的熱點。Sherman建議用長鏈烷基、芳基、環(huán)烷基錫代替短鏈烴基錫，以獲得低毒、高效的有機(jī)錫抗癌劑[14]；田來進(jìn)等發(fā)現(xiàn)，環(huán)己基錫羧酸酯的抗癌活性比相應(yīng)的正丁基錫、苯基錫羧酸酯高[15]。鑒于此，我們以三環(huán)己基氫氧化錫分別與呋喃-2-甲酸、2,4,6-三甲基苯甲酸反應(yīng)，合成了兩個未見文獻(xiàn)報道的三環(huán)己基錫芳香羧酸酯，并對其進(jìn)行了熱穩(wěn)定性和體外抗癌活性測試。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

三環(huán)己基氫氧化錫為化學(xué)純，購自浙江華興農(nóng)藥有限公司。呋喃-2-甲酸和2,4,6-三甲基苯甲酸為化學(xué)純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司?？ㄣK(99%)、氘代氯仿XD≥99.8%購自百靈威科技有限公司，其余試劑為分析純。二甲基亞砜(DMSO)購自天津市科密歐化學(xué)試劑廠，甲醇購自中國·天津市巴斯夫化工有限公司。人結(jié)腸癌細(xì)胞(Colo205)、人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)、人宮頸癌細(xì)胞(Hela)、人肺癌細(xì)胞(NCI-H460)細(xì)胞株取自美國模式培養(yǎng)物集存庫 (ATCC)，含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基購自美國Gibico公司，胰蛋白酶(Trypsin)購自甘肅金盛生化制藥有限公司。

熔點用X4雙目體視顯微熔點測定儀(北京泰克儀器有限公司)測定，溫度計未經(jīng)校正。C、H含量用PE-2400（Ⅱ）元素分析儀(美國PE公司)測定。紅外光譜用IR Prestige-21紅外光譜儀(日本Shimadzu公司，4 000～400 cm-1)測定。核磁共振氫譜、碳譜分別用Bruker Avance 500和Bruker Avance 400核磁共振儀(瑞士Bruker公司，TMS為內(nèi)標(biāo))測定。熱重分析于TGA Q50熱重分析儀(美國TA儀器公司)上進(jìn)行。

1.2 化合物的合成

50 mL圓底燒瓶中，加入1 mmol呋喃-2-甲酸或1 mmol 2,4,6-三甲基苯甲酸，1 mmol三環(huán)己基氫氧化錫，甲醇20 mL，攪拌回流反應(yīng)6 h。反應(yīng)完成后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，固體用體積比1∶1的苯-乙醇溶劑重結(jié)晶，得化合物1或2。

(1) 無色透明晶體 0.305 g，產(chǎn)率 63.7%。m.p.：150～151℃。元素分析(C23H36O3Sn)，理論值 (%)：C57.64，H7.57；實測值(%)：C57.61，H7.56。IR(KBr,cm-1)：2 916(s)，2 845(s)，1 624(m)，1 578(m)，1 479(m)，1 445(m)，1 389(w)，1 337(s)，1 229(w)，1 188(m)，1 132(w)，1076(w)，1042(w)，991(m)，930(w)，883(w)，841(w)，810(m)，777(m)，770(m)，665(w)，645(w)，600(w)，581(w)，473(w)，419(w)。1H NMR(CDCl3,500MHz),δ (ppm):7.51 (d,J=1.5 Hz,1H,5-Ar-H)，7.08(d,J=3.5 Hz,1H,3-Ar-H)，6.45(dd,J=3.5,1.5 Hz,1H,4-Ar-H)，1.30～2.01(m,33H,Cy-H)。13C NMR (CDCl3,100 MHz), δ(ppm):26.92,28.96,31.13,34.27(Cy-C),111.45(4-Ar-C),116.70(3-Ar-C),145.25(2-Ar-C),146.82(5-Ar-C),163.26(-COO)。

(2) 無色透明晶體 0.330 g，收率 62.1%。m.p.：109～110 ℃。元素分析(C28H44O2Sn)，理論值(%)：C 63.29，H 8.35；實測值(%)：C 63.32，H 8.32。IR(KBr,cm-1)：2 916(s)，2 847(s)，1 636(s)，1 558(w)，1 506(w)，1 447(m)，1 319(s)，1 169(w)，1 101(w)，1 038(w)，991(w)，907(w)，880(w)，856(w)，829(w)，793(w)，733(w)，621(w)，571(w)，507(w)，444(w)，419(w)。1H NMR(CDCl3,500MHz),δ(ppm):6.83(s,2H,3,5-Ar-H)，2.36 (s,6H,2,6-Ar-CH3)，2.35 (s,3H,4-Ar-CH3)，1.31～2.01(m,33H,Cy-H)。13C NMR(CDCl3,100 MHz), δ(ppm):20.49(2,6-Ar-CH3),21.04(4-Ar-CH3),26.99,29.03,31.32,34.14 (Cy-C),128.48,133.05,135.06,138.06(Ar-C),175.00(-COO)。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

分別選取尺寸為 0.29 mm×0.25 mm×0.21 mm(1)和 0.23 mm×0.21 mm×0.15 mm(2)的晶體，在 Bruker SMART APEX II CCD單晶衍射儀上，采用經(jīng)石墨單色化的 MoKα 射線(λ=0.071073nm)，于 296(2)K，以φ-ω 掃描方式收集衍射數(shù)據(jù)。配合物 1 在 2.44°≤θ≤27.42°范圍內(nèi)共收集10 219個衍射點，其中獨立衍射點4 993個(Rint=0.022 3)，用于結(jié)構(gòu)精修的可觀察衍射點 3 754 個 (I＞2σ (I))； 配合物 2 在 1.77°≤θ≤25.00°范圍內(nèi)共收集20 805個衍射點，其中獨立衍射點4 873個(Rint=0.022 1)，用于結(jié)構(gòu)精修的可觀察衍射點3 805個(I＞2σ(I))。全部數(shù)據(jù)經(jīng)Lp因子和多重掃描吸收校正。晶體結(jié)構(gòu)由直接法解出，全部非氫原子坐標(biāo)在差值Fourier合成中陸續(xù)確定，氫原子由理論加氫法給出在晶胞中的位置坐標(biāo)。對氫原子和非氫原子分別采用各向同性和各向異性熱參數(shù)進(jìn)行全矩陣最小二乘法修正。晶體結(jié)構(gòu)中的無序部分參照文獻(xiàn)[16-17]處理。全部結(jié)構(gòu)分析計算工作采用SHELXL-97程序完成。配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)列于表1。

CCDC：832549，1；809068，2。

表1 配合物(1)和(2)的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Crystal data of complex(1)and(2)

1.4 體外抗癌活性測試

采用四氮唑鹽還原法(MTT法)測定配合物對人癌 細(xì) 胞 Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460 增殖的抑制活性。實驗分為藥物試驗組(分別加入不同濃度的測試藥)、對照組(只加培養(yǎng)液和細(xì)胞，不加測試藥)和空白組(只加培養(yǎng)液，不加細(xì)胞和測試藥)。取處于對數(shù)生長期的腫瘤細(xì)胞，加入適量的Trypsin消化，使貼壁細(xì)胞脫落，用含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)液在含5%(體積分?jǐn)?shù))CO2、飽和濕度培養(yǎng)箱內(nèi)于37℃下培養(yǎng)。取96孔板，將測試藥液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1) 按濃度梯度分別加入至各孔中，每個濃度設(shè)6個平行孔，于前述培養(yǎng)箱條件下培養(yǎng) 72 h，然后每孔加 MTT 40 μL(用 D-Hanks緩沖液配成4 mg·mL-1)，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，移去上清液，每孔加DMSO 150 μL，振蕩5 min，使甲瓚結(jié)晶充分溶解，利用Ap22 Speedy全自動酶免分析系統(tǒng)在570 nm波長處檢測各孔的光密度。對照藥物(卡鉑)的活性按照配合物的活性測試方法測定。實驗數(shù)據(jù)應(yīng)用Graph Pad Prism 5.0統(tǒng)計軟件分析，通過存活率百分比數(shù)據(jù)相對于藥物濃度的非線性回歸分析 (曲線擬合)，用S形劑量響應(yīng)(變量)方程確定IC50值。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的譜學(xué)研究

配體與對應(yīng)配合物的紅外光譜特征顯示，配體在2 500～3 300 cm-1處的羧羥基締合吸收峰，在其配合物中消失，表明羥基去質(zhì)子化與錫原子發(fā)生配位。1 在 2 916、2 845 cm-1和 2 在 2 916、2 847 cm-1處的強(qiáng)吸收峰，歸屬為環(huán)己基的特征吸收峰[1-2,10]。呋喃-2-甲酸在 1686、1304 cm-1和 2,4,6-三甲基苯甲酸在1 686、1 300 cm-1的羰基不對稱與對稱伸縮振動，配合物中分別向低頻和高頻區(qū)遷移，1中出現(xiàn)在1 624、1 337 cm-1處，2 中出現(xiàn) 1 636、1 319 cm-1處，兩者之差Δν為287 cm-11和 317 cm-12，表明配合物中羧基均為單齒配位[18]。1在581、473 cm-1和2在571、444 cm-1分別出現(xiàn)Sn-C、Sn-O鍵的伸縮振動吸收[19]。

配合物的1H NMR譜中，各組峰的積分面積之比與相應(yīng)的各組質(zhì)子數(shù)之比基本吻合。呋喃-2-甲酸在 12.36和 2,4,6-三甲基苯甲酸在 12.25處的羥基質(zhì)子峰，在其配合物中消失，進(jìn)一步表明1和2的形成。1 在 6.45～7.51 之間的多重峰和 2 在 6.83 的單峰，歸屬為芳環(huán)質(zhì)子吸收峰[3,5,12]，較相應(yīng)配體移向高場，其原因是羧基與錫配合后、拉電子效應(yīng)減弱，芳環(huán)電荷密度增加、屏蔽作用增強(qiáng)。1 在 1.30～2.01 和2 在 1.31～2.01 范圍內(nèi)的多重吸收，對應(yīng)于環(huán)己基氫峰[11,13,18]。配合物的13C NMR譜中，環(huán)己基碳呈現(xiàn)4條譜線，出現(xiàn)在 26.92～34.27(1)和 26.99～34.14(2)之間[1,15]； 芳 環(huán) 碳 原 子 出 現(xiàn) 在 111.45～146.82(1)和128.48～138.06(2)范圍內(nèi)[3-4]。

2.2 晶體結(jié)構(gòu)分析

在配合物的結(jié)構(gòu)解析過程中，對無序的環(huán)己基通過設(shè)置自由變量精修進(jìn)行了無序的處理，在此基礎(chǔ)上分別限制相鄰的C-C鍵長和間隔一個C原子的2個C原子之間的距離、使其在合理的范圍內(nèi)，并強(qiáng)制無序的原子對具有相同的原子位移因子進(jìn)行精修。

圖1 配合物的分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structures of complex 1 and 2 with 15%probability ellipsoids

表2 配合物的主要鍵長和鍵角Table 2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)for the complexes

配合物的分子結(jié)構(gòu)見圖1，主要鍵長和鍵角列于表2。從分子結(jié)構(gòu)圖和結(jié)構(gòu)參數(shù)可知，配合物1和2的中心錫原子均為四面體構(gòu)型，兩個化合物的中心結(jié)構(gòu)類似，但它們所對應(yīng)的鍵參數(shù)有較明顯差異。配合物1中的3個Sn-C鍵長最大差值為0.007 nm，而2的3個Sn-C鍵長最大差值只有0.002 nm。錫原子與配位羧基氧的距離Sn(1)-O(1)分別為 0.208 8 nm(1)和 0.206 5 nm(2)，均小于 Sn-C 鍵長，比類似化合物的Sn-O鍵還短[20-21]，表明配合物中Sn(1)與O(1)原子間形成了穩(wěn)定的配鍵。兩化合物中，3組對應(yīng)的∠C(n)-Sn(1)-O(1)角差異更為明顯，均明顯地偏離正四面體的109.5°，說明中心錫均為畸變四面體構(gòu)型，且1比2變形更明顯。

如圖2所示，配合物1的晶體中，存在著較豐富的氫鍵作用(鍵參數(shù)列于表3)，一分子呋喃甲酸的呋喃環(huán)H與相鄰呋喃甲酸分子的呋喃環(huán)O、另一相鄰呋喃甲酸分子的羰基O分別形成氫鍵，組成一維帶狀結(jié)構(gòu)。兩相鄰帶狀鏈間，經(jīng)環(huán)己基H與另鏈羰基O之間的氫鍵作用，進(jìn)一步擴(kuò)展成二維網(wǎng)狀。

圖2 氫鍵構(gòu)筑的配合物1二維結(jié)構(gòu)Fig.2 2D structure of complex 1 by hydrogen bonding interactions

表3 配合物1的氫鍵數(shù)據(jù)Table 3 Parameters of hydrogen bonding interactions in complex 1

2.3 熱穩(wěn)定性分析

為了研究配合物的熱穩(wěn)定性，在氮氣氛下、以10℃·min-1的升溫速率，于50～400℃范圍內(nèi)進(jìn)行實驗，測得配合物1和2的熱重分析曲線如圖3所示。隨著溫度的上升，兩配合物均出現(xiàn)了較為明顯的失重過程：配合物1在190～295℃范圍內(nèi)，總重量損失了72.3%；配合物2在220～340℃范圍內(nèi)，總重量損失了74.0%。假定殘渣對應(yīng)的成分是SnO2，理論計算值分別為 31.4%(1)和 28.4%(2)，實測值與計算值基本一致。熱重分析顯示：配合物1和2具有較好的熱穩(wěn)定性，分別在190、220℃以下可以穩(wěn)定存在，且2比1的熱穩(wěn)定性更好。

圖3 配合物的熱重分析曲線Fig.3 Thermogravimetric analysis curves of complex 1 and 2

2.5 體外抗腫瘤活性

配合物的體外抗癌活性測試結(jié)果列于表4。由表中數(shù)據(jù)可知，配合物1和2對人癌細(xì)胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460 增殖均有較高的抑制活性。配合物1對人宮頸癌細(xì)胞的抑制效果最好，其次是對人乳腺癌細(xì)胞和人肺癌細(xì)胞，具有幾乎等同的抑制效果，對人結(jié)腸癌細(xì)胞的抑制作用稍弱，對人肝癌細(xì)胞的抑制活性更次之。配合物2對人肝癌細(xì)胞的抑制活性最強(qiáng)，其次是對人結(jié)腸癌細(xì)胞，對上述2種癌細(xì)胞的抑制活性均高于1，也明顯高于臨床使用的卡鉑；對人宮頸癌細(xì)胞、人肺癌細(xì)胞、人乳腺癌細(xì)胞的抑制活性依次減弱，對這3種癌細(xì)胞的抑制效果較1弱，但仍遠(yuǎn)高于卡鉑。配合物體外抗癌活性的測試結(jié)果表明，配合物1和2可能具有一定的藥用價值。

表4 配合物1、2和卡鉑對腫瘤細(xì)胞的半抑制率Table 4 IC50(μmol·mL-1)of complex 1,2 and carboplatin on tumor cells

[1]GONG Gen-Feo(龔根飛),SONG Ran(宋冉),ZOU Ying-Bo(鄒引波),et al.Chinese J.Org.Chem.(有機(jī)化學(xué)),2013,33(4):803-807

[2]Salam M A,Affan M A,Arafat M A,et al.Heteroatom Chemistry,2013,24(1):43-52

[3]Hussain M,Rehman Z,Hanif M,et al.Appl.Organomet.Chem.,2011,25:412-419

[4]Hong M,Yin H,Zhang X,et al.J.Organomet.Chem.,2013,724:23-31

[5]Du D,Jiang Z,Liu C,et al.J.Organomet.Chem.,2011,696:2549-2558

[6]Gajda T,Jancsó A.Met.Ions Life Sci.,2010,7:111-151

[7]Gielen M.Coordin.Chem.Rev.,1996,151:41-51

[8]Han G,Yang P.J.Inorg.Biochem.,2002,91:230-236

[9]Gielen M,Biesemans M,Vos D D,et al.J.Inorg.Biochem.,2000,79:139-145

[10]ZHONG Gui-Yun(鐘桂云),LIU Qing-Fu(劉清福),SUN Li-Juan(孫麗娟),et al.Chinese J.Org.Chem.(有機(jī)化學(xué)),2011,31(5):728-732

[11]LI Qing-Shan(李青山),LI Ting-Fang(李庭芳),YANG Hui-Yuan(楊慧元),et al.Acta Pharmaceutica Sinica(藥學(xué)學(xué)報),2000,35(9):659-662

[12]Sun M L,Ruan B F,Zhang Q,et al.J.Organomet.Chem.,2011,696:3180-3185

[13]ADAMA Moussa Sakho(阿達(dá)瑪),DU Da-Feng(杜大峰),ZHU Dong-Sheng(朱東升),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報),2011,27(1):107-113

[14]Sherman L R,Huber F.Appl.Organomet.Chem.,1988,2:65-72

[15]Tian L,Qian B,Sun Y,et al.Appl.Organomet.Chem.,2005,19:980-987

[16]CHEN Xiao-Ming(陳小明),CAI Ji-Wen(蔡繼文).Crystal Structure Analysis:Principles and Practice:Second Edition(單晶結(jié)構(gòu)分析原理與實踐).Beijing:Science Press,2007:212-222

[17]Müller P,Spek R H I A L,Schneider T R,et al.Crystal Structure Refinement-A Crystallographer's Guide to SHELXL.New York:Oxford University Press,2006:63-96

[18]LUO Ning(羅寧),SUN Li-Juan(孫麗娟),LIU Zhi-Zhong(劉治中),et al.Chinese J.Appl.Chem.(應(yīng)用化學(xué)),2000,17(2):154-158

[19]KE Yi-Kan(柯以侃),DONG Hui-Ru(董慧茹).Analysis Chemistry handbook:Vol.3(分析化學(xué)手冊:第三分冊).Beijing:Chemical Industry Press,1998:932-935

[20]Gómez-Ruiz S,Kaluderovic′G N,Prashar S,et al.J.Inorg.Biochem.,2008,102:2087-2096

[21]ChandrasekharV,BaskarV,BoomishankarR,etal.Organometallics,2003,22:3710-3716