酰腙-菲啰啉鐠配合物的合成及性質(zhì)研究

陳鳳英，楊妙妙，李曉

（商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛 726000）

酰肼類化合物本身就具有非常強(qiáng)的生物活性，能夠在類似人體環(huán)境的情況下與生物體中的微量元素反應(yīng)，因此引起了人們廣泛的關(guān)注[1]。但是人們?cè)谘芯康倪^程中發(fā)現(xiàn)，酰肼類化合物分子結(jié)構(gòu)中含有-NH-NH2基團(tuán)，而-NH-NH2基團(tuán)本身具有一定的毒性[2]，限制了該類化合物的發(fā)展。酰腙化合物是通過酰肼的氫原子與醛或酮的氧原子發(fā)生親核加成反應(yīng)后再失去水的產(chǎn)物。由于酰腙分子中不存在-NH2基團(tuán)，其代謝產(chǎn)物均是低毒或無毒[3-4]。國內(nèi)外研究者通過對(duì)酰腙類化合物進(jìn)行全面的研究，發(fā)現(xiàn)酰腙類化合物具有很好的生物活性，如對(duì)腫瘤、癌癥的抑制作用[5-7]等。1,10-菲啰啉分子存在著大的共扼體系，具有良好的分子內(nèi)和分子間電子傳遞和能量傳遞能力，能夠與多種金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的配位化合物，具有十分豐富的配位化學(xué)內(nèi)容[8-10]。為此，本文合成了2-羰基丙酸-4-硝基苯甲酰腙及1,10-菲啰啉與鐠的配合物，通過紫外光譜法研究了配合物與BSA在不同溫度下的結(jié)合常數(shù)，并討論了銅離子對(duì)配合物與BSA結(jié)合常數(shù)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

2-羰基丙酸-4-硝基苯甲酰腙為實(shí)驗(yàn)室合成，硝酸鐠由氧化鐠與硝酸反應(yīng)結(jié)晶制得。1,10-菲啰啉、乙醇、甲醇、硫酸銅、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）均為分析純?cè)噭?，BSA為生化試劑。

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、數(shù)控超聲波清洗機(jī)、傅里葉變換紅外光譜儀、熱分析儀、紅外干烘箱、紫外可見光譜儀、電子天平等。

1.2 酰腙-菲啰啉鐠配合物的制備

用10 mL蒸餾水溶解1 mmol Pr(NO3)3·6H2O得到硝酸鐠溶液，稱取2 mmol 2-羰基丙酸-4-硝基苯甲酰腙和2 mmol 1,10-菲啰啉用50 mL乙醇溶解得到配體溶液，然后在不斷攪拌下將硝酸鐠溶液緩慢滴加到配體溶液中，80℃水浴加熱反應(yīng)6 h。將反應(yīng)液冷卻，過濾、洗滌得到配合物的粗產(chǎn)品，再用甲醇重結(jié)晶得到酰腙－菲啰啉鐠配合物。

1.3 配合物與BSA的相互作用

稱取一定量酰腙－菲啰啉鐠配合物放入燒杯，加入少量的DMF使其完全溶解，將其轉(zhuǎn)入25 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度配制成濃度為2.0×10-4mol·L-1的配合物溶液。

稱取一定量的Tris和NaCl，用蒸餾水配制成pH=7.4 的含有0.1 mol·L-1NaCl的 0.1 mol·L-1的Tris-HCl緩沖溶液。

稱取0.033 0 g BSA，溶于50 mL容量瓶中，用Tris-HCl緩沖溶液溶解定容，得到1×10-5mol·L-1的BSA溶液，于4℃冰箱中保存。

稱取0.025 0 g CuSO4·5H2O，用蒸餾水先配制成 1×10-3mol·L-1的硫酸銅溶液，取 1 mL 稀釋至 100 mL，得到 1×10-5mol·L-1的硫酸銅溶液。

在編號(hào)為1～12的10mL比色管中依次按照表1中比例加入1×10-5mol·L-1BSA溶液和配合物溶液，加Tris-HCl溶液定容至5 mL，搖勻，分別在25℃和37℃下反應(yīng)30 min，以pH=7.4的Tris-HCl溶液為空白，測定不同溶液的紫外可見光譜。

表1 溶液的配制比例

1.4 共存金屬離子對(duì)配合物與BSA的相互作用的影響

在編號(hào)為1～12的10 mL比色管中按照表1中比例加入BSA溶液、配合物溶液和1 mL硫酸銅溶液，用Tris-HCl溶液定容至5 mL，搖勻，在37℃下反應(yīng)30 min，以pH=7.4的Tris-HCl溶液為空白，測定不同溶液的紫外可見光譜，考察共存銅離子對(duì)配合物與BSA的相互作用的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的紅外光譜

在波數(shù)為4 000～400 cm-1，采用KBr壓片法測試了酰腙－菲啰啉鐠配合物的紅外光譜，所得譜圖如圖1所示。配合物的紅外光譜圖在3 500 cm-1出現(xiàn)了一個(gè)較寬的峰，此峰可歸屬為水分子中O-H鍵的伸縮振動(dòng)，說明配合物中存在著水分子。C=O和C=N的伸縮振動(dòng)分別出現(xiàn)在1 350 cm-1和1 580 cm-1附近，說明酰基氧原子和亞氨基氮原子與鐠離子發(fā)生了配位，同時(shí)在780 cm-1和800 cm-1出現(xiàn)了Pr-O和Pr-N鍵的振動(dòng)峰，進(jìn)一步證明配體與鐠離子發(fā)生了配位[11]，形成了金屬配合物。

圖1 酰腙-菲啰啉鐠配合物的紅外光譜

2.2 配合物的熱穩(wěn)定性分析

在N2氣氛中以10℃·min-1的升溫速率測試了配合物從室溫到800℃的溫度范圍內(nèi)的熱重曲線，測試結(jié)果如圖2所示。配合物在室溫～100℃失重率約5%，此為失去配合物中的少量吸附水，100℃～150℃失重率約為6%，推測此階段分解的是2個(gè)結(jié)晶水分子和1個(gè)OH-，理論失重率6.25%，說明配合物中有水分子存在，這與紅外光譜相吻合。150℃～220℃配合物的重量維持在一個(gè)水平，說明在此區(qū)間內(nèi)，配合物未發(fā)生分解。220℃～350℃配合物失重率約為20%，此處失去的為1,10-菲啰啉，理論失重率21.2%。350℃～800℃階段對(duì)應(yīng)為酰腙配體的緩慢分解。

根據(jù)紅外光譜分析和熱重曲線分析，推測該配合物分子式為PrC32H29O13N8，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 酰腙-菲啰啉鐠配合物的熱重

圖3 酰腙-菲啰啉鐠配合物的結(jié)構(gòu)

2.3 配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)

紫外光譜可以用來測定小分子藥物與蛋白質(zhì)大分子的結(jié)合常數(shù)，小分子藥物與蛋白質(zhì)大分子的結(jié)合方式可以近似表示為：

其中KA為結(jié)合常數(shù)，KD為解離常數(shù)

[P]是游離受體蛋白質(zhì)大分子的濃度，[Q]是小分子藥物的濃度，[QP]是小分子藥物與蛋白質(zhì)大分子結(jié)合物濃度，[P]0是蛋白大分子總濃度，[P]0=[P]+[QP]。

由此可得：

當(dāng)生成物QP沒有紫外吸收時(shí)，游離蛋白大分子的濃度分別可用相應(yīng)的紫外吸收強(qiáng)度表示為：

經(jīng)整理(3)式、(4)式得：

以(A-A0)-1對(duì)[Q]-1作Lineweaver-Burk雙倒數(shù)曲線圖，可由該圖的斜率和A0可求得配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)KA。

圖4是配合物在25℃和37℃時(shí)與BSA相互作用擬合得到的Lineweaver-Burk雙倒數(shù)曲線圖。由圖4的擬合結(jié)果可知，在25℃時(shí)，線性方程為 y1=0.761 96+2.392 05×10-7x，在 37 ℃時(shí)線性方程為y2=0.715 10+2.052 48×10-7x，通過計(jì)算可得在25℃和37℃時(shí)，配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)分別為 3.19×106L·mol-1和 3.48×106L·mol-1，表明配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)隨著溫度的升高增大。

圖4 配合物與BSA相互作用的雙倒數(shù)

2.4 銅離子對(duì)配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)的影響

本文選用銅離子為研究對(duì)象，在模擬人體溫度37℃時(shí)，測定其對(duì)配合物與BSA結(jié)合常數(shù)的影響，測試所得雙倒數(shù)曲線見圖5。

由圖5可知，在銅離子存在下，配合物與BSA相互作用的雙倒數(shù)線性方程為y=0.746 33+2.344×10-7x，結(jié)合常數(shù) KA分別為 3.184×106L·mol-1小于37℃下無銅離子存在時(shí)的結(jié)合常數(shù)KA=3.48×106L·mol-1?？赡苁怯捎阢~離子與配合物之間存在一定的競爭效應(yīng)，從而減弱了配合物與BSA的結(jié)合能力。

圖5 銅離子存在下配合物與BSA相互作用的雙倒數(shù)

2.5 配合物與BSA結(jié)合的作用力類型

小分子與生物大分子的作用力類型包括范德華力、靜電引力、氫鍵、疏水作用等。在保持溫度和壓力不變的情況下，生物大分子與小分子的結(jié)合反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決于結(jié)合前后體系的吉布斯自由能的變化量△G、體系焓的變化量△H以及體系熵的變化量△S。如果△G<0，△H<0，△S＞0，或者兩者兼有，均有利于結(jié)合反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，疏水作用力使體系的△H和△S變正，氫鍵結(jié)合或范德華力使體系的△H和△S變負(fù)，靜電作用力使體系的△H≤0和△S＞0。當(dāng)溫度變化不大時(shí)，△H可以近似地認(rèn)為不隨溫度變化，看作一個(gè)常數(shù)。由熱力學(xué)公式：

式中：R 為常數(shù)（8.314 5 J·mol-1·K-1）。

由(6)式、(7)式、(8)式分別計(jì)算在 25 ℃、37 ℃時(shí)，配合物與BSA作用過程的熱力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 配合物與BSA作用過程的熱力學(xué)參數(shù)

由表2可知，配合物與BSA作用過程的△G＜0，即此反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。△H＞0且△S＞0，可以推斷出配合物與BSA的作用力以疏水作用為主。

3 結(jié)論

合成了2-羰基丙酸-4-硝基苯甲酰腙、1,10-菲啰啉鐠配合物，采用紫外光譜法研究了配合物在25℃和37℃時(shí)與BSA的相互作用的結(jié)合常數(shù)，考察了共存銅離子對(duì)其結(jié)合常數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)銅離子與配合物之間存在一定的競爭效應(yīng)，使得配合物與BSA的結(jié)合常數(shù)下降。配合物與BSA結(jié)合的作用力類型研究發(fā)現(xiàn)，配合物與BSA的作用力以疏水作用為主。