2-（2-吡啶基）苯并噻唑的Mn（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Co（Ⅱ）的金屬配合物的合成以及與DNA相互作用的研究

蔡健，賀玉婷，李紅霞，岳淑美

（長春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長春 130032）

含氮雜環(huán)化合物的唑類配合物中研究最多的是三唑[1-2]、咪唑[3]、咔唑[4]以及易合成且活性良好的噁唑[5-6]等，這幾種唑類化合物在抗癌、抗腫瘤領(lǐng)域都有著很好的發(fā)展?jié)摿?。特殊的結(jié)構(gòu)給予了含氮雜環(huán)化合物許多獨(dú)特的功能，吸引了大量的科研專家對其進(jìn)行性能研究[7]。含有平面芳香環(huán)的金屬化合物可通過嵌插結(jié)合的方式進(jìn)入DNA的堿基對之間[8]，因此這些金屬化合物特別容易形成π-π＊堆積，且它們可以通過非共價(jià)鍵互相配位的方式結(jié)合，如靜電作用、疏水作用、范德華力等[9]。含有氮雜環(huán)給電子配體的過渡金屬配合物因能與DNA配位而可能成為一種以DNA為靶分子的金屬抗癌劑。如果可以發(fā)現(xiàn)能夠定向破壞DNA的配合物，那樣將對抗癌藥物的開發(fā)以及癌癥的治療，提供了更多的方法和手段。開展對本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的探討，有助于人們進(jìn)一步了解DNA與配位化合物的作用方式，希望可以在藥物的藥理、開發(fā)核酸探針、篩選及設(shè)計(jì)藥物等方面提供一定的理論基礎(chǔ)[10]。

本研究主要合成了2-（2-吡啶基）苯并噻唑金屬錳、鋅、鈷的配合物，并利用紫外光譜和熒光光譜對以2-（2-吡啶基）苯并噻唑?yàn)榕潴w的配合物與小牛胸腺DNA的作用方式進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)金屬錳、鋅、鈷的配合物可以與DNA通過靜電或溝壑的方式進(jìn)行結(jié)合，并能有效斷裂DNA。本文工作包括如下：（1）以多聚磷酸、2-吡啶甲酸和鄰苯硫酚為原料合成配體2-（2-吡啶基）苯并噻唑；（2）合成以Mn（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Co（Ⅱ）為中心離子，以2-（2-吡啶基）苯并噻唑?yàn)榕潴w的配合物；（3）分別用紫外可見光譜和熒光光譜對金屬配合物和小牛胸腺DNA的相互作用方式進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 主要化學(xué)試劑及儀器

主要化學(xué)試劑見表1。

儀器：TU-1901型雙光束紫外-可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）、RF-5301PC型熒光分光光度計(jì)（日本島津）。

表1 主要化學(xué)試劑

1.2 2-（2-吡啶基）苯并噻唑的合成方法

將20 mL多聚磷酸加入到250 mL的圓底燒瓶中，待溫度升至110 ℃后，分別加入2-吡啶甲酸25mmol（3.1 g）和鄰苯硫酚 25mmol（2.5 mL），然后升溫到180℃反應(yīng)3h，趁熱倒入300 mL的冰水混合物中，不斷攪拌，用NaOH溶液調(diào)至pH為6～7。然后過濾、洗滌、干燥，用甲醇溶液重結(jié)晶，可得到綠色的粉末。

1.3 配合物2-（2-吡啶基）苯并噻唑錳（1）的合成

取1mmol的氯化錳和1mmol的配體2-（2-吡啶基）苯并噻唑溶于10mL的甲醇中，再加入少量的硫氰化鉀放入錐形瓶中，將其置于磁力加熱攪拌器上加熱回流攪拌4h，濃縮至5mL。將其充分反應(yīng)過后的液體倒入洗凈烘干的小瓶中，將小瓶放入一個(gè)裝有1/3乙醚的大瓶中，用乙醚蒸汽擴(kuò)散的方法得到金屬錳配合物的粉末。

1.4 配合物2-（2-吡啶基）苯并噻唑鋅（2）的合成

將0.216g配體溶解到15.20mL甲醇中，用電子天平稱量0.1725g的氯化鋅溶于另外的5mL甲醇中，然后將兩種溶液均勻混合，裝進(jìn)反應(yīng)釜中，放進(jìn)烘箱約5天后，關(guān)閉烘箱，再冷卻2天，根據(jù)其在乙醚中溶解度小的原理利用乙醚蒸汽培養(yǎng)數(shù)日后得到無色粉末。

1.5 配合物2-（2-吡啶基）苯并噻唑鈷（3）的合成

將 0.0318 g的 CoCl2·6H2O（0.1 mmol）和 0.0212g的配體（0.1 mmol）溶于15mL無水甲醇中，用磁力攪拌器加熱至配體溶解，反應(yīng)一段時(shí)間后，將溶液放進(jìn)反應(yīng)釜中，溫度設(shè)置120℃，用烘箱烘5天，結(jié)束后關(guān)閉烘箱，留反應(yīng)釜在烘箱內(nèi)冷卻2天，再用乙醚蒸汽擴(kuò)散培養(yǎng)單晶，5天后得到淡黃色的粉末。

1.6 溶液的配制

Tris-HCl/NaCl緩沖溶液的配制：先量取4.2mL濃鹽酸溶于500mL蒸餾水，備用。再稱取6.057g三羥甲基氨基甲烷溶于500mL蒸餾水，用稀釋后的濃鹽酸溶液調(diào)節(jié)三羥甲基氨基甲烷溶液的pH等于7.00。最后稱取5.844g氯化鈉，加入到以上兩種溶液的混合溶液中，來平衡該溶液的離子強(qiáng)度，并定容至1000mL。

小牛胸腺DNA（CT-DNA）的配制與濃度測定：稱取0.014g小牛胸腺DNA用Tris緩沖溶液進(jìn)行溶解，定容至100mL，之后放入冰箱在2～8℃的溫度中放置2～3天。取800ΜlDNA溶液和3200μLTris緩沖溶液混合均勻。進(jìn)行紫外光譜的測定時(shí)，現(xiàn)將混合溶液放入石英池中測定A260和A280，并計(jì)算兩者的比值得A260/A280=1.832，其值在1.8～2.0，在實(shí)驗(yàn)純度要求的范圍。

配合物緩沖溶液的配制：2-（2-吡啶基）苯并噻唑金屬錳配合物分散到10mL二甲基亞砜試劑中，然后用配制好的Tris緩沖溶液定溶至50mL，使配合物緩沖溶液的起始濃度為2×10-3mol/L。

1.7 紫外可見光譜法

按文獻(xiàn)[3]的方法，配制DNA緩沖溶液與不同濃度的金屬配合物的溶液，樣品濃度配比見表1。充分混合后，得到配合物與DNA作用后的吸收光譜，觀察其變化。

表2 樣品濃度配比

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物（1）～（3）與DNA作用的紫外吸收光譜

目前，紫外可見光譜法是研究配合物與DNA作用的最常用和最有效的方法之一。一般情況下，DNA加入到金屬配合物溶液后，若配合物的吸收峰強(qiáng)度降低、吸收的波長紅移，可以判定是配合物插入DNA的證據(jù)之一。因?yàn)榕浜衔镏械呐潴w具有較大的剛性平面結(jié)構(gòu)，可插入到DNA的堿基對間發(fā)生π電子堆積，進(jìn)而二者間發(fā)生偶合作用。偶合是由于作用配體π*電子與堿基的π電子重疊發(fā)生的。偶合后能級下降并禁阻了π→π*躍遷的能力，進(jìn)而出現(xiàn)了減色效應(yīng)[11]。若紫外可見吸收光譜譜峰產(chǎn)生小幅度的紅移，則可能是配體與DNA發(fā)生了靜電引力和溝壑作用，且出現(xiàn)不明顯的減色效應(yīng)[12-14]。配合物與DNA作用后，其吸收光譜產(chǎn)生增色效應(yīng)，且增色程度隨著DNA濃度的增加而增大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于配合物與DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA螺旋結(jié)構(gòu)的破壞。結(jié)果如圖1～3(圖中的1-6分別為表2中的樣品濃度配比)。

圖1 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Mn與DNA作用的紫外光譜

圖2 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Zn與DNA作用的紫外光譜

圖3 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Co與DNA作用的紫外光譜

本文的紫外吸收光譜得出的結(jié)果是：隨著DNA濃度的增加，配合物與DNA作用產(chǎn)生了增色效應(yīng)，表明2-（2-吡啶基）苯并噻唑Mn、Zn和Co配合物是通過靜電或溝壑的方式與DNA相互作用的。

2.2 熒光光譜研究

熒光光譜是非常靈敏且有效的檢測手段，對所研究的噻唑類金屬配合物與DNA作用的檢測和表征具有無法取代的價(jià)值[15-16]。熒光光譜法特別是針對含有熒光特性的化合物最為有效，判斷配合物與DNA作用的模式是依據(jù)兩者前后所測的熒光強(qiáng)度的不同來判定[17-20]。熒光光譜法還可以研究具有熒光靶向特點(diǎn)的物質(zhì)，可以根據(jù)所測得的熒光具體情況分析判斷它們的作用方式。

如圖4～6所示是金屬錳、鋅、鈷配合物的熒光光譜，圖中由下至上光譜圖分別加入配合物的量為0μL、0.5μL、1μL、1.5μL、2μL。

圖4 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Mn與DNA作用的熒光光譜

圖5 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Zn與DNA作用的熒光光譜

圖6 2-（2-吡啶基）苯并噻唑Co與DNA作用的熒光光譜

由此可見，隨著遺傳物質(zhì)DNA濃度呈梯度逐漸上升，噻唑類金屬錳、鋅、鈷配合物的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，說明配合物與DNA發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用。這種增強(qiáng)也許和配合物進(jìn)入DNA內(nèi)的疏水環(huán)境的程度從而改變了配合物的絡(luò)合環(huán)境有關(guān)。它避免的溶劑水分子的猝滅效果，制約著配合物結(jié)合位點(diǎn)的流動(dòng)性，從而減少了它們震動(dòng)模式，增強(qiáng)了它們的發(fā)光強(qiáng)度。

3 結(jié)論

本文合成并培養(yǎng)出三個(gè)噻唑類配合物，即Mn（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Co（Ⅱ）的金屬配合物，并通過紫外光譜和熒光光譜對其做了一些性質(zhì)研究：通過紫外光譜和熒光光譜對配合物與DNA的實(shí)驗(yàn)，得出了初步的結(jié)論，金屬配合物與DNA以非插入的作用方式破壞了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。因此推測，這三種配合物可以以此結(jié)合模式與癌細(xì)胞DNA發(fā)生作用，使癌細(xì)胞DNA損傷?？梢匝刂@個(gè)方向，繼續(xù)研究能否通過該作用方式定向破壞癌癥細(xì)胞，為研究治愈癌癥藥物的研究提供更多的選擇。