氫鍵構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三正丁基錫羧酸酯的合成、結(jié)構(gòu)及抗癌活性

鄺代治 庾江喜 馮泳蘭 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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，衡陽師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，衡陽 421008)

0 前 言

超分子化合物具有特殊的結(jié)構(gòu)，由于在催化、磁性、氣體存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)成像和藥物傳遞等功能材料領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值而引起人們的興趣[1-4]。研究表明，分子間的氫鍵、π-π堆積、C-H…π等弱相互作用是構(gòu)筑超分子化合物的主要工具[5-6]。一些由弱作用組裝的結(jié)構(gòu)新穎的鏈狀、螺旋狀、層狀、蜂窩狀的金屬超分子配合物被人們不斷挖掘[7-9]。

有機(jī)錫化合物具有較強(qiáng)的生物活性和豐富多變的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)，是合成化學(xué)、藥物化學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)之一[10-11]。有機(jī)錫化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，除了與中心錫原子連接的烴基、配體以及反應(yīng)條件有關(guān)外[12-15]，還與溶劑分子參與配位[16]和分子間的弱作用[12]有關(guān)。近年來，弱作用構(gòu)筑的有機(jī)錫超分子已有報(bào)道[17-18]。為了進(jìn)一步研究配體、分子間弱作用對(duì)有機(jī)錫化合物的空間結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響，我們用微波輻射方法，以μ-氧-雙(三正丁基錫)分別與二苯乙醇酸、2-氯煙酸反應(yīng)，合成了氫鍵構(gòu)筑的二、三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三正丁基錫羧酸酯(1)和(2)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并研究了它們的抗癌活性及熱穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

配合物的合成于MicroSYNTH微波合成儀 (萊伯泰科公司)上進(jìn)行。熔點(diǎn)用X4雙目體視顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京泰克儀器有限公司)測(cè)定，溫度計(jì)未經(jīng)校正。C、H、N含量用PE-2400（Ⅱ）元素分析儀 (美國PE公司)測(cè)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(cè)定。核磁共振氫譜、碳譜分別用Bruker Avance 400和Bruker Avance 500核磁共振儀 (瑞士Bruker公司，TMS為內(nèi)標(biāo))測(cè)定。熱重分析在TG 209 F3熱重分析儀(德國Netzsch公司)上進(jìn)行。

二苯乙醇酸按文獻(xiàn)[19]方法合成。μ-氧-雙(三正丁基錫)(96%)、2-氯煙酸(98%)購自上海晶純生化科技股份有限公司。卡鉑(99%)、氘代甲醇和氘代氯仿(XD≥99.8%)購自百靈威科技有限公司，其余試劑為分析純。乙醇、苯購自天津市大茂化學(xué)試劑廠，二甲基亞砜(DMSO)購自天津市科密歐化學(xué)試劑廠。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。

1.2 配合物的合成

50 mL 圓底燒瓶中，加入 0.5 mmol(0.298 g)(n-Bu3Sn)2O，1 mmol(0.228 g) 二苯乙醇酸或 1 mmol(0.158 g)2-氯煙酸，乙醇和苯各 10 mL，攪拌混合均勻，然后置于微波合成儀中反應(yīng)，設(shè)定輻射功率800 W，溫度90℃，時(shí)間30 min。反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，過濾，濾液靜置數(shù)天后，得配合物1或2。

配合物 1：無色透明晶體 0.268 g，收率 50.1%。m.p.36～37 ℃。元素分析(C26H40O4Sn)，理論值(%)：C 58.34，H 7.53；實(shí)測(cè)值(%)：C 58.31，H 7.52。IR(KBr，cm-1)：3 059(w)，3 028(w)，2 955(s)，2 922(m)，2 855(m)，1 645(vs)，1 593(m)，1 491(m)，1 452(m)，1 414(w)，1 377(m)，1 337(m)，1 315(s)，1 167(m)，1 084(w)，1 053(m)，964(w)，939(w)，908(w)，876(w)，808(w)，756(s)，698(vs)，675(s)，623(w)，606(w)，525(w)，459(w)，430(w)。1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ 7.28～7.51(m，10H，Ph-H),4.62(s,1H,Ph2C(OH)-),1.19～1.63(m,18H,-CH2-)，0.85(t,J=7.2 Hz,9H,Me-H)。13C NMR(CDCl3，100 MHz)，δ 13.58(Me-C)，17.03(SnCH2-，1J(119Sn-13C)=344 Hz，1J(117Sn-13C)=329 Hz)，26.92(SnCH2CH2CH2-，3J(119Sn-13C)=63 Hz，3J(117Sn-13C)=61 Hz)，27.65(SnCH2CH2-，2J(119Sn-13C)=22 Hz)，81.22(Ph2C(OH)-)，127.37(3-Ph-C)，127.42(4-Ph-C)，127.75(2-Ph-C)，143.48(1-Ph-C)，178.33(-COO)。

配合物 2：無色透明晶體 0.299 g，收率 64.3%。m.p.69～71 ℃。元素分析 (C18H32ClNO3Sn)，理論值(%)：C 46.53，H 6.94，N 3.01；實(shí)測(cè)值(%)：C 46.53，H 6.98，N 3.03。IR(KBr，cm-1)：2 953(s)，2 924(s)，2 855(m)，1 607(vs)，1 580(m)，1 466(m)，1 450(m)，1 391(s)，1 267(w)，1 196(w)，1 169(m)，1 124(w)，1 078(m)，1 022(w)，997(w)，854(m)，822(w)，777(m)，737(w)，683(m)，658(w)，617(w)，592(w)，484(w)，463(w)，407(w)。1H NMR(CD3OD，500 MHz)，δ 8.37(dd，J=5，2 Hz，1H，6-Py-H)，8.01(dd，J=7.5，2 Hz，1H，4-Py-H)，7.41(dd，J=7.5，5 Hz，1H，5-Py-H)，1.27～1.73(m，18H，-CH2-)，0.92(t,J=7.2 Hz,9H,Me-H)。13C NMR(CDCl3,100 MHz)，δ 13.61(Me-C)，16.94(SnCH2-，1J(119Sn-13C)=348 Hz，1J(117Sn-13C)=332 Hz)，27.02(SnCH2CH2CH2-，3J(119Sn-13C)=63 Hz，3J(117Sn-13C)=61 Hz)，27.81(SnCH2CH2-，2J(119Sn-13C)=21 Hz)，110.04，121.96，132.89，140.25，150.80(Py-C)，162.83(-COO)。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定

選取尺寸為 0.21 mm×0.17 mm×0.13 mm (1)和0.23 mm×0.19 mm×0.17 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 Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，于 296(2)K，以φ～ω掃描方式收集衍射數(shù)據(jù)。配合物1在2.32°～26.99°范圍內(nèi)共收集 117 536 個(gè)衍射點(diǎn)，其中獨(dú)立衍射點(diǎn)11 019個(gè)(Rint=0.044 4)，用于結(jié)構(gòu)精修的可觀察衍射點(diǎn) 7 056個(gè)(I＞2σ(I))；配合物 2在1.96°～27.48°范圍內(nèi)共收集 20 639 個(gè)衍射點(diǎn)，其中獨(dú)立衍射點(diǎn)5 158個(gè)(Rint=0.028 4)，用于結(jié)構(gòu)精修的可觀察衍射點(diǎn)4 759個(gè)(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、配位水分子的氫原子坐標(biāo)在差值Fourier合成中陸續(xù)確定，其余氫原子由理論加氫法給出在晶胞中的位置坐標(biāo)。對(duì)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。全部結(jié)構(gòu)分析計(jì)算工作采用SHELXTL程序[20-21]完成。配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)列于表1。

CCDC:1030063，1；1030062，2。

1.4 抗癌活性測(cè)定

配合物的體外抗癌活性測(cè)試在中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院完成。采用四氮唑鹽還原法 (MTT法)測(cè)定配合物對(duì)人癌細(xì)胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460 增殖的抑制活性。實(shí)驗(yàn)分為藥物試驗(yàn)組 (分別加入不同濃度的測(cè)試藥)、對(duì)照組(只加培養(yǎng)液和細(xì)胞，不加測(cè)試藥)和空白組(只加培養(yǎng)液，不加細(xì)胞和測(cè)試藥)。取處于對(duì)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(cè)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(gè)濃度設(shè)6個(gè)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(dòng)酶免分析系統(tǒng)在570 nm波長處檢測(cè)各孔的光密度。對(duì)照藥物(卡鉑)的活性按照配合物的活性測(cè)試方法測(cè)定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用Graph Pad Prism 5.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，通過存活率百分比數(shù)據(jù)相對(duì)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。

表1 配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Crystal data and structure refinements of the complexes

2 結(jié)果與討論

2.1 譜學(xué)表征

配合物的紅外光譜中，1在 2 955、2 922、2 855 cm-1和 2 在 2 953、2 924、2 855 cm-1均出現(xiàn)飽和 CH的特征吸收，表明配合物中丁基的存在[10,12]。羧基去質(zhì)子化與錫發(fā)生配位后，在配合物的紅外光譜中，二苯乙醇酸和2-氯煙酸的羧羥基締合吸收峰(2 400～3 500 cm-1，2 200～3 200 cm-1)消失；二苯乙醇酸在 1 719、1 246 cm-1和 2-氯煙酸在 1 582、1 261 cm-1處的羧基不對(duì)稱與對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在配合物的紅外光譜中分別遷移到1645、1315 cm-1(1)和1 607、1 391 cm-1(2)，其差值 Δν分別為 330和 216 cm-1，說明1和2中羧基均為單齒配位[14,16-18]，與X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。此外，配合物在525、459 cm-1(1)和 592、463 cm-1(2)出現(xiàn) Sn-C、Sn-O 伸縮振動(dòng)吸收[22]。

配合物的1H NMR譜中，各組峰的積分面積之比與預(yù)期的各組質(zhì)子數(shù)基本吻合。1 在 7.28～7.51 范圍內(nèi)的多重峰，歸屬為苯環(huán)質(zhì)子吸收峰[10,12-18]；2中吡啶環(huán)的3個(gè)氫受鄰近質(zhì)子影響，呈3組雙二重峰[23]。配合物的13C NMR譜中，芳環(huán)碳原子出現(xiàn)在127.37～143.48(1)和 110.04～150.80(2)范圍內(nèi)[10,13-18]。1 和 2 中羧基碳信號(hào)分別出現(xiàn)在 178.33、162.83，與文獻(xiàn)值[13-14,16-18]基本一致。

2.2 晶體結(jié)構(gòu)

在晶體解析過程中，對(duì)1中無序的丁基，同一個(gè)丁基的4個(gè)碳原子被限制具有相同的位移參數(shù)進(jìn)行精修；對(duì)丁基的部分C-C和4個(gè)苯環(huán)的全部CC鍵長作了限制性處理，使其在合理的范圍內(nèi)。對(duì)2中C7-C8鍵長進(jìn)行限制，使其具有化學(xué)合理性。

配合物1、2的分子結(jié)構(gòu)分別見圖1、2，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2的N原子未參與配位。1的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)單元中包含2個(gè)結(jié)構(gòu)相似的獨(dú)立配合物分子，與2分子結(jié)構(gòu)類似，中心錫原子的配位環(huán)境類同，錫原子與3個(gè)碳、1個(gè)羧基氧、1個(gè)水分子的氧原子配位。與錫原子相連的5個(gè)鍵長均不等，水分子氧與錫形成的配鍵最長，還由于1和2中配體的空間效應(yīng)不同，使軸向角∠O-Sn-O偏離線性角，赤道位置的丁基均分別偏離位阻較大的二苯乙醇酸、2-氯煙酸，因此，錫與配位原子組成畸變?nèi)请p錐構(gòu)型。

圖1 配合物1的不對(duì)稱單元(橢球率15%)Fig.1 Asymmetric unit of complex 1 with 15%probability ellipsoids

圖2 配合物2的分子結(jié)構(gòu)圖(橢球率15%)Fig.2 Molecular structure of complex 2 with 15%probability ellipsoids

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

續(xù)表2

表3 配合物的氫鍵數(shù)據(jù)Table 3 Parameters of hydrogen bonding interactions in the complexes

圖3 O-H…O和C-H…π作用構(gòu)筑的配合物1二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Fig.3 2D network structure of complex 1 by O-H…O and C-H…π interactions

2個(gè)配合物的晶體中存在氫鍵弱作用，氫鍵參數(shù)列于表3。配合物1中，1個(gè)配合物分子的配位水與鄰近的2個(gè)配合物分子的羰基氧或醇羥基分別形成O-H…O氫鍵，由這種分子之間的交叉氫鍵弱作用組成13元環(huán)拓展的一維無限鏈結(jié)構(gòu)。兩條相鄰的鏈之間，通過1條鏈的苯環(huán)氫與另一條鏈上的苯環(huán)發(fā)生C-H…π作用，擴(kuò)展成二維網(wǎng)狀，如圖3所示，Cg(Centroid：0.649 30，-0.489 10，-1.026 90)代表1中C27～C32原子組成的苯環(huán)質(zhì)心。配合物2中，與錫配位水分子的2個(gè)O-H鍵分別與一鄰近配合物分子的羰基氧和另一配合物分子的吡啶N原子形成O-H…O和O-H…N氫鍵、向空間拓展成三維大環(huán)超分子網(wǎng)絡(luò)。其中在ab面上構(gòu)成相互連接的28元環(huán)和16元環(huán)，在ac面上則形成互相銜接的32元環(huán)和12元環(huán)。

2.3 抗癌活性

配合物的體外抗癌活性測(cè)試結(jié)果列于表4。由表4可知，配合物1對(duì)5種人體癌細(xì)胞的抑制活性遠(yuǎn)高于臨床使用的藥物卡鉑，特別對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞、人肺癌細(xì)胞的抑制作用更明顯。

圖4 O-H…O和O-H…N作用構(gòu)筑的配合物2三維超分子結(jié)構(gòu)Fig.4 3D supermolecular structure of complex 2 by O-H…O and O-H…N interactions

表4 配合物1、2和卡鉑對(duì)腫瘤細(xì)胞的半抑制率Table 4 IC50of complex 1,2 and carboplatin on tumor cells μmol·L-1

配合物2除對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞和人肝癌細(xì)胞的抑制作用弱于卡鉑外，對(duì)人乳腺癌細(xì)胞、人宮頸癌細(xì)胞、人肺癌細(xì)胞的抑制活性也遠(yuǎn)優(yōu)于臨床使用的藥物卡鉑，尤其對(duì)人肺癌細(xì)胞的抑制效果最好。配合物1和2均分別約為卡鉑對(duì)人乳腺癌細(xì)胞、人宮頸癌細(xì)胞、人肺癌細(xì)胞抑制率的40～290倍，兩者均具有一定的藥用價(jià)值，且1和2具有更高的抗腫瘤活性，這種差異可能與配體性質(zhì)有關(guān)。

2.4 熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

在空氣氛下、以20℃·min-1的升溫速率，于40～600℃范圍內(nèi)，對(duì)配合物1、2進(jìn)行熱穩(wěn)定性測(cè)試，其熱失重曲線分別如圖5a、5b所示。從圖5a可見，隨著溫度的上升，配合物1出現(xiàn)了兩段較為明顯的失重過程：在165～300℃范圍內(nèi)，總重量損失了29.03%，對(duì)應(yīng)于 3個(gè)正丁基的損失 (計(jì)算值32.01%)；300～400 ℃范圍內(nèi)，又發(fā)生分解，失重42.90%，對(duì)應(yīng)于二苯乙醇酸根和水分子的離去(計(jì)算值45.82%)，此后繼續(xù)升溫，重量不再變化。配合物2在170～338℃范圍內(nèi)，總重量損失了67.7%，當(dāng)溫度高于338℃時(shí)，重量基本不再變化，如圖5b所示。假定殘?jiān)鼘?duì)應(yīng)的成分是SnO2，理論計(jì)算值分別為 28.15%(1)和 32.40%(2)，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本吻合。熱重分析結(jié)果表明：配合物1和2具有較好的熱穩(wěn)定性，分別在165、170℃以下可穩(wěn)定存在，兩者熱穩(wěn)定性的差異可能與配體分子及分子間的弱作用力有關(guān)。

圖5 配合物的熱重分析曲線Fig.5 Thermogravimetric analysis curves of the complexes

[1]Nayak S,Harms K,Dehnen S.Inorg.Chem.,2011,50(7):2714-2716

[2]Zhang S,Shi W,Li L,et al.Inorg.Chem.,2014,53(19):10340-10346

[3]Tan Y X,He Y P,Zhang J.Cryst.Growth Des.,2012,12(5):2468-2471

[4]Rocca J D,Liu D,Lin W.Acc.Chem.Res.,2011,44(10):957-968

[5]Ma Y,Cheng A L,Zhang J Y,et al.Cryst.Growth Des.,2009,9(2):867-873

[6]Mistri S,Zangrando E,Figuerola A,et al.Cryst.Growth Des.,2014,14(7):3276-3285

[7]HUANG Yan-Ping(黃燕萍),ZHANG Xiao(張瀟),LIU Lei(劉蕾),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2014,30(5):1001-1008

[8]LIU Dong-Sheng(劉冬生),SUI Yan(隋巖),CHEN Wen-Tong(陳文通),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2011,27(8):1607-1612

[9]WEN Li-Yuan(溫麗媛),YIN Han-Dong(尹漢東),WANG Da-Qi(王大奇).Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2009,25(8):1470-1473

[10]Mu?oz-Flores B M,Santillán R,Farfán N,et al.J.Organomet.Chem.,2014,769:64-71

[11]Jr C E C,Roner M R.J.Organomet.Chem.,2014,751:67-82

[12]Chandrasekhar V,Thirumoorthi R.Organometallics,2009,28(7):2096-2106

[13]Iqbal M,Ali S,Muhammad N,et al.J.Organomet.Chem.,2013,723:214-223

[14]Xiao X,Han X,Mei Z,et al.J.Organomet.Chem.,2013,729:28-39

[15]Ma C,Yang M,Zhang R,et al.Inorg.Chim.Acta,2008,361(9-10):2979-2984

[16]Wang H,Li D,Hong M,et al.J.Organomet.Chem.,2013,740:1-9

[17]YU Jiang-Xi(庾江喜),FENG Yong-Lan(馮泳蘭),KUANG Dai-Zhi(鄺代治),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2014,30(6):1267-1272

[18]KUANG Dai-Zhi(鄺代治),FENG Yong-Lan(馮泳蘭),YU Jiang-Xi(庾江喜),et al.Chem.J.Chinese Universities(高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)),2014,35(8):1629-1634

[19]WANG Qing-Lian(王清廉),SHEN Feng-Jia(沈鳳嘉).Experiments in Organic Chemistry.2nd Ed.(有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).2版).Beijing:Higher Education Press,1994:233-241

[20]Sheldrick G M.SHELXS-97,Program for Crystal Structure Solution,University of G?ttingen,Germany,1997.

[21]Sheldrick G M.SHELXL-97,Program for Crystal Structure Refinement,University of G?ttingen,Germany,1997.

[22]KE Yi-Kan(柯以侃),DONG Hui-Ru(董慧茹).Analysis Chemistry Handbook:Vol.3(分析化學(xué)手冊(cè):第三分冊(cè)).Beijing:Chemical Industry Press,1988:932-935

[23]YU Jiang-Xi(庾江喜),FENG Yong-Lan(馮泳蘭),KUANG Dai-Zhi(鄺代治),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2012,28(2):279-284