殼寡糖席夫堿Cu（Ⅱ）配合物的制備、表征、電化學(xué)行為及抗氧化活性

李小芳，馮小強(qiáng)，楊 聲（.天水師范學(xué)院 化工學(xué)院，甘肅 天水 7400；.定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000）

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殼寡糖席夫堿Cu（Ⅱ）配合物的制備、表征、電化學(xué)行為及抗氧化活性

李小芳1，馮小強(qiáng)1，楊 聲2
（1.天水師范學(xué)院 化工學(xué)院，甘肅 天水 741001；2.定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000）

摘 要：在無水乙醇中，對(duì)羥基苯甲醛與殼寡糖直接反應(yīng)得到希夫堿化合物，并以此為配體合成了它與Cu2+以不同摩爾配比的配合物，通過元素分析、紅外光譜、紫外―可見吸收光譜和差熱―熱重對(duì)這些化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能的表征。此外，研究了希夫堿及配合物的抗氧化活性。結(jié)果表明，希夫堿的-C=N中氮原子、酚羥基中氧原子、伯仲羥基中氧原子均參與配位。循環(huán)伏安結(jié)果表明了生成的配合物具有電化學(xué)活性，在掃描速率為0.025～1.0 V/s范圍內(nèi)，配合物在玻碳電極上的反應(yīng)主要由擴(kuò)散過程控制。對(duì)超氧負(fù)離子自由基和羥自由基的清除能力依次為Schiff-Cu13＞Schiff-Cu11＞PCS，Cu2+含量與希夫堿配合物的抗氧化活性有關(guān)。

關(guān)鍵詞：席夫堿；Cu(Ⅱ)配合物；電化學(xué)行為；抗氧化

席夫堿具有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)，具有一定的抗腫瘤活性，能夠與大多數(shù)金屬離子發(fā)生配位形成配合物后，具有更強(qiáng)的殺菌抑菌[1-2]、抗腫瘤[3-4]、抗病毒[5]等特殊生物活性，特別是含有N、O、S的席夫堿類配合物具有很高的生物功能活性。過渡金屬銅離子具有消炎、抑菌以及抗癌等作用。希夫堿及其金屬配合物由于其抗菌、抗癌等生物活性引起了人們廣泛深入的理論應(yīng)用研究，但考慮到某些席夫堿同時(shí)具有毒副作用，因此，在提高藥物的藥理活性的同時(shí)必須降低其毒副作用的研究成為研究者們努力的目標(biāo)。殼聚糖，簡(jiǎn)稱CS，是自然界中存在的唯一堿性多糖，它天然無毒，容易降解，具有抗菌抑菌、對(duì)腫瘤細(xì)胞具有較好的殺傷作用、抗氧化等多種功能活性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。殼寡糖，簡(jiǎn)稱COS，是由CS解聚而成的低分子殼聚糖，水溶性好，并且賦予了比CS更多更獨(dú)特的活性。劉正華等制備了殼聚糖席夫堿金屬［Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)］配合物，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)常見細(xì)菌大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和枯草桿菌的抑菌活性明顯強(qiáng)于配體和金屬鹽[6]。

某些腫瘤、癌變是體內(nèi)含有過多氧自由基所致，基于這點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)制備了對(duì)羥基苯甲醛縮殼寡糖席夫堿，并以此為配體合成了不同Cu2+含量的銅配合物，并對(duì)這些配合物進(jìn)行了元素分析、光譜學(xué)和差熱―熱重表征。同時(shí)，采用循環(huán)伏安法研究了金屬配合物的電化學(xué)行為，并且通過考察對(duì)超氧負(fù)離子自由基和羥基自由基的清除能力，探討了希夫堿及希夫堿銅配合物的抗氧化性，可望獲得抗氧、抗癌、抗菌等藥理活性好而毒性小的藥物，同時(shí)為尋求高效低毒抗氧化劑提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

殼寡糖（相對(duì)分子質(zhì)量＜5 000，濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公讓腹肌5司），對(duì)羥基苯甲醛（分析純，天津化學(xué)試劑一廠），無水乙醇、氯化銅均為國(guó)產(chǎn)化學(xué)純。

Spectum One 3.0型紅外光譜儀（美國(guó)Perkin Elmere），UV-2450型紫外―可見分光光度計(jì)（日本島津），TG-DTA 分析儀（美國(guó)Perkin Elmere），CHI660B型電化學(xué)工作站（上海辰華儀器有限公司）。

1.2 席夫堿Cu(Ⅱ)配合物的制備

將6.16 g殼寡糖在25 mL無水乙醇溶劑中浸泡溶脹后，加入0.24 g對(duì)羥基苯甲醛和0.5 g NaOH，60℃下加熱回流反應(yīng)20 h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾干燥，并用無水乙醇索氏提取產(chǎn)物，以除去產(chǎn)品中多余的對(duì)羥基苯甲醛。干燥后得到對(duì)羥基苯甲醛縮殼寡糖席夫堿，記作PCS。

稱取0.5 g PCS溶于蒸餾水中，室溫下加入一定質(zhì)量的CuCl2（席夫堿與Cu2+的物質(zhì)的量比為1∶1或1∶3），攪拌6 h后，將沉淀抽濾、洗滌3次，干燥后得到藍(lán)色粉末狀的席夫堿Cu(Ⅱ)配合物，將產(chǎn)物分別記作Schiff-Cu11和Schiff-Cu13。Schiff-Cu11元素分析（%，括號(hào)里為計(jì)算值）: C 49.01(49.52)，H 5.46(5.39)，N 4.44 (4.44)，Cu(Ⅱ) 10.08(10.16)，計(jì)算出PCS與Cu(Ⅱ)摩爾配比1∶0.5。Schiff-Cu13元素分析（%，括號(hào)里為計(jì)算值）: C 48.47(48.90)，H 4.66(4.70)，N 4.33(4.39)，Cu(Ⅱ) 16.38(17.05)，計(jì)算出PCS與Cu(Ⅱ)摩爾配比1∶0.85。

1.3 抗氧化活性

根據(jù)已報(bào)道文獻(xiàn)[7]的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)過程，測(cè)定了PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13對(duì)超氧負(fù)離子自由基和羥自由基的清除作用。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

COS、對(duì)羥基苯甲醛、PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13用1.0 %的醋酸溶解，配制1.0 mg/mL的溶液測(cè)定紫外光譜圖，如圖1所示。COS只在199 nm有1個(gè)強(qiáng)吸收峰，對(duì)羥基苯甲醛在302 nm、254 nm存在吸收峰。PCS在282 nm、220 nm和200 nm處出現(xiàn)三個(gè)紫外吸收峰，分別歸屬為酚亞胺C=N基團(tuán)n→π* 躍遷、芳香類化合物特有的B帶吸收帶和酚亞胺C=N產(chǎn)生π→π* 躍遷。PCS與金屬銅離子發(fā)生配位后，PCS配體的特征峰在配合物中仍然存在，但均有不同程度的位移，Schiff-Cu11中酚亞胺的的R帶吸收峰和芳香類化合物B帶吸收帶僅在267 nm有峰，K帶吸收峰紅移至209 nm，Schiff-Cu13中酚亞胺的R帶吸收峰和芳香類化合物B帶吸收帶僅在250 nm有峰，K帶吸收峰紅移至207 nm。紫外光譜圖表明PCS和Cu2+配位形成了新的化合物。

對(duì)羥基苯甲醛、COS、PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13的紅外光譜如圖2所示。COS在1606.7 cm-1歸屬為N-H的變形振動(dòng)，在1028 cm-1和1069 cm-1處的吸收分別是伯醇羥基和仲醇羥基的伸縮振動(dòng)吸收峰。形成PCS后，在1603.2 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰歸屬為-C=N的吸收，而伯、仲醇羥基的吸收峰位未發(fā)生變化，并在1216.3 cm-1和775 cm-1處分別出現(xiàn)酚羥基和苯環(huán)的特征吸收峰。PCS與銅離子形成配合物后，1603.2 cm-1處-C=N的吸收峰位移至1607 cm-1，1216.3 cm-1處的酚羥基吸收峰位移至1265 cm-1，1028 cm-1和1069 cm-1處伯、仲醇羥基的吸收峰分別位移至1020 cm-1和1084 cm-1處，并在692 cm-1、673 cm-1、603 cm-1、526 cm-1、494 cm-1、421～354 cm-1出現(xiàn)O-Cu和N-Cu的吸收峰。說明PCS中酚羥基中氧原子、-C=N中氮原子、伯、仲醇羥基的氧原子參與了配位。

圖1 COS (1)、對(duì)羥基苯甲醛(2)、PCS (3)、Schiff-Cu11(4)和Schiff-Cu13(5)的紫外光譜

圖2 對(duì)羥基苯甲醛(1)、COS(2)、PCS (3)、 Schiff-Cu11(4)和Schiff-Cu13(5)的紅外光譜

配合物的TG-DTA-DTG曲線如圖3所示。Schiff-Cu11配合物在150℃以下沒有如何熱效應(yīng)，說明配合物中不存在游離水和配位水；在150～600℃范圍，配合物失重59.2%，在200℃時(shí)失重速率最大，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)一強(qiáng)的放熱峰，該過程屬于希夫堿配體的氧化分解。當(dāng)溫度繼續(xù)升至700℃以后，失重曲線趨于平緩，至950℃時(shí)質(zhì)量仍有36.8%的剩余，說明最終燃燒分解后的產(chǎn)物為氧化銅。Schiff-Cu13配合物在0～150℃質(zhì)量失重2.5%，說明配合物中含有配位水；在150～600℃范圍，配合物失重54%，在242.3℃時(shí)失重速率最大，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)一強(qiáng)的放熱峰，該過程是希夫堿配體的氧化分解所致。當(dāng)溫度繼續(xù)升至700℃以后，失重曲線顯示較為平緩，升至950℃時(shí)質(zhì)量剩余34.2%，說明最終燃燒分解后的產(chǎn)物為氧化銅。

圖3 Schiff-Cu11(a)和Schiff-Cu13(b)的TG-DTG-DTA分析

2.2 電化學(xué)行為

玻碳電極為工作電極，Pt片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，在氮?dú)鈿夥障聹y(cè)定配合物的循環(huán)伏安曲線。以0.5 V/s的速率掃描，發(fā)現(xiàn)在－0.8 V～1.2V的電位范圍內(nèi)PCS沒有任何氧化還原峰，而和Cu2+形成Schiff-Cu11和Schiff-Cu13配合物后，在玻碳電極表面均有電化學(xué)響應(yīng)，其中Schiff-Cu11在0.137 V和0.488 V處有兩個(gè)強(qiáng)氧化峰，Schiff-Cu13在0.166 V和0.518 V處有兩個(gè)強(qiáng)氧化峰，但都沒有觀察到相應(yīng)的還原峰，如圖4所示。表明PCS與Cu2+參與了配位反應(yīng)，生成的Schiff-Cu11和Schiff-Cu13具有電化學(xué)活性，并且配合物Schiff-Cu11和Schiff-Cu13在玻碳電極表面的氧化反應(yīng)速率較大，具有靈敏的氧化峰電流[8]，說明配合物在玻碳電極上的反應(yīng)屬于不可逆的氧化反應(yīng)。

掃速對(duì)配合物Schiff-Cu11和Schiff-Cu13循環(huán)伏安曲線的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著掃描速率的增大，氧化峰電流也隨之增強(qiáng)，并且峰電位不斷往正方向移動(dòng)。當(dāng)掃描速率在0.025～1.0 V/s變化時(shí)，Schiff-Cu11在0.137 V處氧化峰電流（Ipa）與掃描速率（v）的平方根之間存在良好的線性關(guān)系，其線性方程為：Ipa(10-4A) =0.35～10.03v1/2（R=0.998 1）；Schiff-Cu13在0.166 V處氧化峰電流（Ipa）與掃描速率（v）的平方根之間也存在良好的線性關(guān)系，其線性方程為：Ipa(10-4A) =0.63～10.55v1/2（R=0.995 2）。這些結(jié)果表明配合物Schiff-Cu11和Schiff-Cu13在玻碳電極上的反應(yīng)主要由擴(kuò)散過程控制。

圖4 PCS (a)、Schiff-Cu11(b)和Schiff-Cu13(c)的循環(huán)伏安曲線

圖5 掃速對(duì)Cu(Ⅱ)配合物循環(huán)伏安曲線的影響

2.3 抗氧化活性

PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13對(duì)·O2-和OH-的清除率如圖6所示。由圖6可知，PCS、Schiff-Cu11 和Schiff-Cu13對(duì)·O2-和OH-均具有不同程度的清除效果，其中配合物Schiff-Cu11和Schiff-Cu13對(duì)兩種自由基的清除率均大于配體PCS，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陽性對(duì)照Vc。并且發(fā)現(xiàn)，隨著樣品質(zhì)量濃度的逐漸增大，對(duì)·O2-和OH-自由基的清除率也隨之逐漸提高，說明清除率的大小與濃度之間呈正相關(guān)。Vc、PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13分別對(duì)·O2-和OH-的清除能力大小一致，從強(qiáng)到弱依次都是Vc＞Schiff-Cu13＞Schiff-Cu11＞PCS。這可能是由于：一方面，PCS分子中存在的C=N、N-H和O-H活性基團(tuán)能夠與自由基發(fā)生反應(yīng)；另一方面，Cu2+的d軌道電子較活潑，并且存在空軌道，這樣Cu2+也容易與自由基之間發(fā)生反應(yīng)，從而表現(xiàn)出一定的抗氧化活性?？寡趸瘜?shí)驗(yàn)結(jié)果表明配合物Schiff-Cu11和Schiff-Cu13對(duì)·O2-和OH-均具有清除能力，且抗氧化活性強(qiáng)于PCS，可能是形成配合物后構(gòu)型發(fā)生改變，Cu2+和PCS的協(xié)同作用所致。

圖6 PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13清除· O2-(a)和OH-(b)的能力

3 結(jié)論

1）PCS的-C=N中氮原子、酚羥基中氧原子、伯仲羥基仲氧原子均參與了與Cu2+的配位。

2）生成的金屬配合物具有電化學(xué)活性，在玻碳電極上的反應(yīng)主要由擴(kuò)散過程控制。

3）PCS、Schiff-Cu11和Schiff-Cu13對(duì)·O2-和OH-均具有清除能力，清除率的大小與濃度之間呈正相關(guān)，清除能力從強(qiáng)到弱依次為Vc＞Schiff-Cu13＞Schiff-Cu11＞PCS。

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Preparation，Characteristic，Electrochemical Behavior and Antioxidant Activity of Oligochitosan Schiff Base Copper Complex

LI Xiao-fang1, FENG Xiao-qiang1, YANG Sheng2

（1.College of Life Science and Chemistry, Tianshui Normal University, Tianshui 741001, China; 2.Ding Xi Teachers’College, Dingxi 743000, China）

Abstract:Schiff base was synthesized by the reaction of oligochitosan with p-hydroxybenza-dehyde, and acted it as ligand to prepare schiff base-copper complexes.The structures of these coordination complexes were characterized with infrared spectroscopy, UV-visible spectroscopy and thermal weight methods.Moreover, the antioxidant activities of Schiff base-copper complexes were evaluated.Results showed that coordination was happened between the N atom of -C=N group, O atom of phenolic hydroxyl group, O atoms of primary and secondary hydroxyl group and copper ion.Cyclic voltammetry curves indicated that Schiff base-copper complexes possessed electrochemical activity, and the reaction of central Cu2+at glassy carbon electrodes was controlled by diffusion process mechanism in the range of scan rate from 0.025 to 1.0 V/s.Complexes exhibited the antioxidant activity in different level.The order of Schiff base-copper complex’s scavenging effect on superoxide anion radical and hydroxyl radical was Schiff-Cu13＞Schiff-Cu11＞PCS.The content of Cu2+was related to antioxidant activity of schiff base-copper complex.

Key words:schiff base; Cu(Ⅱ) complex; electrochemical behavior; antioxidant activity

中圖分類號(hào)：O611.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-8405(2016)01-0055-06

DOI:10.16561/j.cnki.xws.2016.01.09

收稿日期：2015-11-12

基金項(xiàng)目：天水師范學(xué)院“青藍(lán)”人才工程和中青年教師科研資助項(xiàng)目（TSA1508）。

作者簡(jiǎn)介：李小芳（1983～），女，實(shí)驗(yàn)師；研究方向：天然高分子生物活性的研究。tslxffxq@163.com