N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯(lián)咪唑鋅（II）配合物的合成，表征及與DNA 相互作用*

楊莉?qū)帲瑒⒋喝~

（西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021）

自從1969 年首次報(bào)道順鉑對(duì)動(dòng)物腫瘤有強(qiáng)烈的抑制活性后，引起人們對(duì)金屬配合物抗腫瘤研究的重視。近年來(lái)，對(duì)金屬化合物的研究已成為抗腫瘤藥物研究中較為活躍的領(lǐng)域之一。硝基咪唑類化合物具有抗腫瘤、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗結(jié)核等多種生物活性，在生物和藥物化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1-3]。金屬配合物以硝基咪唑衍生物作為配體可提高配合物的生物活性并改善配合物在溶液中的溶解性，從而提高其生物利用率，降低其毒副作用。生物大分子的DNA 影響著生命與遺傳性狀的翻譯與轉(zhuǎn)錄，甚至影響著疾病和進(jìn)化[4,5]。Ru2+、Zn2+、Co3+等配位飽和的金屬配合物可以識(shí)別DNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu)，研究DNA與配合物間的相互作用，對(duì)定向設(shè)計(jì)及構(gòu)筑新型抗癌藥物有重要意義[6,7]。

鑒于此我們?cè)O(shè)計(jì)合成了N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯(lián)咪唑的鋅（II）配合物，對(duì)其進(jìn)行了性質(zhì)表征，研究了其熱穩(wěn)定性和固體熒光性，并以紫外光譜、熒光光譜及粘度法對(duì)配合物與DNA 相互作用機(jī)理進(jìn)行了推測(cè)分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

小牛胸腺DNA（ct-DNA），三羥甲基氨基甲烷（Tris[（CH3OH）3CNH2]）均為生化試劑，其余均為分析純?cè)噭?，用前未作進(jìn)一步處理，蒸餾水為二次蒸餾水。配體NO2Me2biim 按文獻(xiàn)方法合成[8]。

Vario EL-IIIG 型元素分析儀（德國(guó)EA 元素分析系統(tǒng)公司）；EQUINOX55 型紅外光譜儀（德國(guó)Brucker 公司）；STA449C 型熱分析儀（德國(guó)NETZCH公司）；1800 紫外可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；Ubbeoldhe 粘度計(jì)（上海申玻玻璃儀器廠）；DDS-307型電導(dǎo)儀（上海大譜儀器有限公司）；F-4500 熒光分光光度計(jì)（日本日立公司）。

1.2 配合物的合成

稱取0.5mmol ZnCl2固體和 0.5mmol 配體NO2Me2biim 分別溶于15mL 甲醇中，二者混合并在室溫下攪拌24h，過(guò)濾得淺黃色溶液，放置，14d 后析出無(wú)色細(xì)小微晶顆粒，過(guò)濾，乙醇洗滌并干燥得無(wú)色配合物固體。

1.3 配體及配合物與ct-DNA 相互作用實(shí)驗(yàn)

采用文獻(xiàn)已報(bào)道的經(jīng)典方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)所需試劑及緩沖溶液進(jìn)行配制，并進(jìn)行與ct-DNA 相互作用的紫外光譜、熒光光譜及粘度法實(shí)驗(yàn)[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的性質(zhì)表征

2.1.1 元素分析及摩爾電導(dǎo)率

表1 的數(shù)據(jù)表明，配合物元素分析的實(shí)驗(yàn)值與理論值較為一致，基本可以確定其化學(xué)組成。根據(jù)摩爾電導(dǎo)率值可以判斷配合物在乙醇中屬于非電解質(zhì)[10]。

表1 配合物的元素分析及摩爾電導(dǎo)率*Tab.1 Element analysis and molar conductivity data of complex

2.1.2 紅外光譜分析

表2 配體及配合物的紅外光譜數(shù)據(jù)（cm-1）Tab.2 IR data of the ligand and complex（cm-1）

以KBr 壓片測(cè)定配體及其配合物的紅外光譜。與配體N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯(lián)咪唑的紅外光譜相比較，形成配合物后特征吸收峰發(fā)生偏移主要表現(xiàn)在咪唑環(huán)上的振動(dòng)吸收，其中vC=N伸縮振動(dòng)和配體相比由1530cm-1向低波數(shù)1513cm-1發(fā)生了紅移且強(qiáng)度降低，說(shuō)明金屬與咪唑環(huán)上的3 位N 發(fā)生了配位。這是N 原子與金屬配位引起C=N 核間電子密度降低造成的。而位于指紋區(qū)的423cm-1吸收峰可以指派為配位鍵vZn-N。

2.1.3 紫外-可見光譜分析

用Tris-HCl 緩沖溶液配制配體及其配合物（1.0×10-4mol·L-1）的溶液，掃描它們的紫外-可見吸收光譜。圖1 表明，配體在200～400nm 范圍內(nèi)有兩個(gè)主要吸收峰，分別位于240 和336nm 處，可分別歸屬為有機(jī)配體咪唑環(huán)共軛體系的π→π*和n→π*躍遷。配合物和配體呈現(xiàn)有類似的雙吸收峰，但吸收峰的強(qiáng)度發(fā)生了改變，這是金屬離子與配體發(fā)生配位的結(jié)果。

圖1 配體和配合物的紫外吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis spectrum of ligand and its complex

2.1.4 固體熒光光譜分析

在室溫條件下，分別測(cè)定了配體NO2Me2biim 和配合物固體熒光光譜（見圖2）。在280nm 紫外光激發(fā)下，配體分別在471，485 和493nm 處有極弱的熒光發(fā)射峰，主要是配體內(nèi)的π→π*躍遷所致。而其Zn 配合物在300nm 激發(fā)光激發(fā)下于421，452 和467nm 處產(chǎn)生較強(qiáng)的藍(lán)光熒光發(fā)射光譜，Zn2+離子是d10電子構(gòu)型，不易被氧化或還原，因此，配合物的熒光光譜既不是來(lái)源于金屬向配體（M→L）的電荷轉(zhuǎn)移，也不是配體到金屬（L→M）的電荷轉(zhuǎn)移，可能歸咎于配體之間的π→π*躍遷。相較于配體，配合物熒光發(fā)射峰發(fā)生了紫移，是由于配體與金屬配位后配體的共軛程度降低而引起的[11]。

圖2 配體L 和配合物的固體熒光光譜Fig.2 Fluorescence spectra of ligand and its complex

2.1.5 熱重分析 N2氣氛下，流速30cm3·min-1，升溫速率為20℃·min-1進(jìn)行熱重分析，測(cè)得配合物從室溫到1000℃溫度范圍內(nèi)的TG-DSC 曲線，見圖3。

圖3 配合物的熱重曲線圖Fig.3 Thermogravimetric analysis of complex

由圖3 可以看出，配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]熱分解過(guò)程，在320℃之前配合物比較穩(wěn)定，說(shuō)明其組成中的水分子為配位水分子，不易失去。其后快速失重直到360℃左右，對(duì)應(yīng)于失去一個(gè)配位水分子及配體咪唑環(huán)上的甲基、硝基等側(cè)鏈基團(tuán)（失重實(shí)測(cè)值27.3%，理論值26%）。DSC 曲線上在320～330℃有一小的吸熱峰，在350℃有一尖銳的放熱峰，為配合物的融化吸熱及分解放熱。隨著溫度升高，有機(jī)配體剩余部分緩慢分解（總失重實(shí)測(cè)值63.58%，理論值62.26%），DSC 曲線在700℃左右開始出現(xiàn)一較寬的放熱峰，可能為殘余物ZnCl2的相變放熱，同時(shí)TG 曲線一直在下滑，意味著ZnCl2在高溫N2氣氛下的不斷揮發(fā)。

綜合元素分析、紫外、紅外、摩爾電導(dǎo)率、固體熒光及熱重等分析數(shù)據(jù)，并結(jié)合甲硝唑配合物文獻(xiàn)[12]，推測(cè)配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]的可能結(jié)構(gòu)為四配位單核鋅配合物如Chart 1 所示。

圖示1 配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]的可能結(jié)構(gòu)Chart 1 Possible structure of complex[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]

2.2 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用

2.2.1 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用的紫外光譜分析

圖4 為配體及其配合物隨著DNA 濃度增加與DNA 相互作用的紫外吸收光譜圖。

圖4 DNA 濃度對(duì)配體L 及其配合物紫外光譜的影響Fig.4 UV absorption spectra of L and its complex with increasing concentration of DNA

由圖4 可見，當(dāng)固定配體和配合物溶液的濃度時(shí)，隨著加入ct-DNA 的量的增加，配體和配合物的紫外吸收峰強(qiáng)度下降，均表現(xiàn)為減色效應(yīng)（吸光度變化ΔA：1.06→1.02，1.25→1.21），說(shuō)明配體和配合物均與DNA 發(fā)生了相互作用，可初步推測(cè)作用機(jī)制屬于嵌插作用，因?yàn)樾》肿踊衔锊迦隓NA 后，長(zhǎng)鏈DNA 的“屏蔽”使π 平面接受的光通量減少，會(huì)導(dǎo)致減色效應(yīng)[13]。

2.2.2 配體及其配合物與DNA 相互作用的熒光光譜分析

圖5 為配體及其配合物隨著DNA 濃度增加與DNA 相互作用的熒光光譜。

圖5 DNA 濃度對(duì)配體L 及其配合物熒光光譜的影響Fig.5 Fluorescence spectra of L and complex at different concentrations of DNA

熒光光譜是研究配合物與DNA 相互作用的最常見和簡(jiǎn)便的方法。如果配合物與DNA 作用后出現(xiàn)了熒光增強(qiáng)或減弱現(xiàn)象，說(shuō)明配合物與DNA 發(fā)生了一定的作用。雖不能以此作為配合物與DNA 發(fā)生嵌插或其它作用的直接判據(jù)，但熒光強(qiáng)度變化幅度的大小可反映出配合物與DNA 之間是否發(fā)生作用及其作用的強(qiáng)弱。

由圖5 可以看出，固定配體和配合物溶液的濃度，隨著DNA 濃度的增加，配體和配合物的熒光強(qiáng)度逐漸減小，且配體的熒光發(fā)射峰發(fā)生了較大的紅移，而配合物未觀察到峰位的偏移。配合物本身就具有較強(qiáng)的熒光性，當(dāng)它與DNA 發(fā)生專一作用后，DNA-配合物體系的熒光強(qiáng)度會(huì)大大降低。當(dāng)小分子與DNA 發(fā)生相互作用后，二者在水溶液中互相碰撞發(fā)生能量交換也能導(dǎo)致小分子的熒光光譜發(fā)生猝滅。

2.2.3 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用的粘度分析

圖6 為配體及其配合物濃度增加對(duì)DNA 相對(duì)粘度的影響。

圖6 配體及其配合物濃度對(duì)DNA 黏度的影響Fig.6 Effects of increasing amount of ligand and complex on the viscosity of DNA

粘度測(cè)試是研究配合物與DNA 作用方式的方法之一。配合物與CT-DNA 以嵌入方式相互作用時(shí)，DNA 雙螺旋鏈增長(zhǎng)，DNA 粘度增大；以部分插入的方式作用時(shí)，DNA 溶液的粘度降低；以靜電或溝渠方式作用時(shí)，DNA 溶液的粘度未發(fā)生明顯變化[14]。由圖6 可知，配體及配合物的濃度增加對(duì)DNA 相對(duì)粘度的影響趨勢(shì)是增大，尤其是配體影響較大，說(shuō)明二者與DNA 的作用模式是嵌插模式，而且配體與DNA 的作用較強(qiáng)。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)合成了N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯(lián)咪唑的鋅（II）配合物。通過(guò)各種光譜分析、熱重、元素分析和摩爾電導(dǎo)率對(duì)配合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，推測(cè)了配合物的可能組成。利用紫外光譜和熒光光譜研究了配體及配合物與DNA 的相互作用，并用粘度法進(jìn)一步證實(shí)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配體及其配合物與DNA 相互作用模式為嵌插式，且配體與DNA 的相互作用力較強(qiáng)。