一種鈷配合物的合成及其結(jié)構(gòu)與DNA性質(zhì)的研究

王松玲，高恩軍

(沈陽化工大學(xué) 遼寧省無機(jī)分子基化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 沈陽 110142)

癌癥作為人類生命健康的重大威脅，尋找有效地治愈藥物一直是科學(xué)家努力研究的方向[1].自從順鉑作為有效的化療藥物投入使用以來，新型金屬配合物的研發(fā)已成為研究熱點(diǎn)[2].順鉑因其毒副作用如腎毒性和臟毒性給患者治療期間帶來更多的痛苦[3]，因此研發(fā)具有優(yōu)良的抗腫瘤活性且毒副作用小的新型配合物來彌補(bǔ)順鉑的不足具有現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性.

配體的選擇多以含有N、O元素的有機(jī)化合物為主，并且N、O有機(jī)物因配位點(diǎn)良好，在配合物的研究中應(yīng)用較為廣泛，過渡區(qū)金屬因存在適當(dāng)?shù)难趸€原電位使其成為配合物合成的常用金屬，且過渡金屬配合物具有良好的生化活性[2].筆者通過溶劑熱法，選取4，5-咪唑二羧酸及氯化鈷合成新穎的鈷配合物，利用X-射線單晶衍射儀確定其結(jié)構(gòu)，通過紫外和熒光技術(shù)探索配合物與DNA的作用方式和結(jié)合能力強(qiáng)弱，借此判斷鈷配合物是否能進(jìn)一步應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞的抑制實(shí)驗(yàn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

BRUKER SMART 1000 CCD X射線衍射儀，美國(guó)Bruker公司；Perkin-Elmer LS55熒光分光光度計(jì)，美國(guó)Perkin-Elmer公司；SHIMADZU UV2700紫外可見分光光度計(jì),日本島津公司；JY-SPAT水平電泳槽，上海培清科技有限公司.

4，5-咪唑二羧酸(H2L)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、鯡魚精DNA(HS-DNA)、亞甲基藍(lán)(MB)、蒸餾水、Tris-HCl、NaCl和二水合氯化鈷，均購于國(guó)藥集團(tuán).

1.2 配合物的合成

將4，5-咪唑二羧酸(0.005 g)與氯化鈷(0.015 g)常溫下溶解于3 mL DMF/H2O(體積比1∶1)溶液中，充分?jǐn)嚢韬笾糜?0 ℃烘箱中加熱72 h，緩慢冷卻至室溫得淺粉色片狀晶體.經(jīng)X-單晶衍射確定其分子式為C16H22CoN6O12，結(jié)構(gòu)式為[Co(HL)2(H2O)2]·2C3H7NO.使用SHELXTL-2013軟件程序?qū)铣傻呐浜衔镞M(jìn)行晶體數(shù)據(jù)解析，結(jié)果如表1所示.

表1 配合物晶體數(shù)據(jù)

1.3 熒光猝滅實(shí)驗(yàn)

在MB-DNA體系[c(MB)=5×10-6mol/L，c(DNA)=1×10-6mol/L]中分別加入0～12 μmol/L的金屬配合物，采用熒光光譜法測(cè)定金屬配合物與DNA的結(jié)合能力.反應(yīng)在Tris-HCl(pH=7.4)緩沖溶液中進(jìn)行，確定激發(fā)波長(zhǎng)為680 nm[4]，選擇掃描范圍為600～800 nm.

1.4 紫外光譜滴定

鈷配合物的配制濃度為10 μmol/L，配制DNA濃度為10 μmol/L，準(zhǔn)確移取3 mL空白溶劑參比液及配合物溶液在220～400 nm范圍內(nèi)掃描，結(jié)束后在參比溶液和樣品溶液的比色皿中加入10 μL DNA溶液，充分混勻，每隔5 min掃描檢測(cè)樣品吸光度變化[5]，多次重復(fù)此過程得吸收曲線.

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的結(jié)構(gòu)

圖1為鈷配合物的結(jié)構(gòu)，展示了其配位環(huán)境.鈷原子分別與2個(gè)N(分別來自兩個(gè)H4L配體)、4個(gè)O(其中2個(gè)來自配體H4L，2個(gè)來自水分子)以配位鍵連接[3]，形成6配位化合物.Co(1)—N(1)鍵長(zhǎng)為2.105 8 nm，Co(1)—O(1)鍵長(zhǎng)為2.147 1 nm，Co(1)—O(5)鍵長(zhǎng)為2.081 6 nm.

圖1 配合物配位環(huán)境

配合物一維鏈狀結(jié)構(gòu)如圖2所示，配合物單體之間由氫鍵連接，構(gòu)成鏈狀結(jié)構(gòu).配合物的二維平面結(jié)構(gòu)如圖3所示，不同鏈狀結(jié)構(gòu)之間由氫鍵連接形成平面構(gòu)型.為使配合物結(jié)構(gòu)更清晰，圖1、圖2、圖3中的氫原子已省去[3].

圖2 配合物一維鏈狀結(jié)構(gòu)

圖3 配合物二維平面結(jié)構(gòu)

2.2 配合物與HS-DNA作用的熒光光譜法研究

亞甲基藍(lán)(MB)是用于測(cè)定DNA結(jié)構(gòu)常見的熒光探針[6]，并且在探索金屬配合物與DNA結(jié)合的模式和過程等方面具有靈敏性和安全性.亞甲基藍(lán)(MB)長(zhǎng)期以來一直作為生物染色劑用于包括癌癥在內(nèi)等疾病的診斷.MB是一種吩噻嗪類染料[5]，可作為DNA的敏感熒光探針使用.近年來，亞甲基藍(lán)已逐步取代溴化乙錠成為常用的核酸安全試劑[5].本身熒光性較強(qiáng)的MB與DNA發(fā)生靜電結(jié)合作用后，會(huì)出現(xiàn)MB-DNA體系的熒光強(qiáng)度大大降低的現(xiàn)象.當(dāng)金屬配合物與MB-HS-DNA體系混合反應(yīng)后，會(huì)使MB-HS-DNA體系熒光強(qiáng)度上升，說明該金屬配合物也能與HS-DNA發(fā)生作用，與MB產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸收，釋放MB分子，使熒光強(qiáng)度上升.不同濃度鈷配合物與MB-HS-DNA體系作用的熒光光譜如圖4所示.1為溶液中只存在MB-DNA體系的熒光強(qiáng)度曲線，2～8為MB-DNA體系中配合物濃度逐漸升高的熒光曲線.由圖4可以看出：隨著配合物濃度的升高，MB-HS-DNA體系的熒光強(qiáng)度上升，說明鈷配合物與HS-DNA具有一定的作用能力.

根據(jù)經(jīng)典Stern-Volmer方程[6]I0/I=1+Ksq·r(I表示體系中存在配合物時(shí)的熒光強(qiáng)度；I0代表MB-DNA體系的熒光強(qiáng)度；r值通過配合物與DNA濃度的比值計(jì)算得到；Ksq為Stern-Volmer猝滅常數(shù))中Ksq判斷配合物與DNA作用能力的強(qiáng)弱.Ksq越小，說明配合物與DNA的作用能力越小，結(jié)合能力越弱.根據(jù)圖5計(jì)算得Stern-Volmer猝滅常數(shù)Ksq值為0.109 4.

c(MB)=5×10-6 mol/L c(HS-DNA)=1×10-6 mol/L

圖5 配合物的Stern-Volmer猝滅常數(shù)

2.3 配合物與HS-DNA作用的紫外光譜法研究

紫外吸收光譜法是研究金屬配合物與DNA作用的常用方法之一[7].配合物與DNA混勻后，若配合物與DNA能夠發(fā)生相互作用，會(huì)產(chǎn)生電子的能級(jí)躍遷，此時(shí)的吸光度會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地變化，配合物的特征吸收譜帶會(huì)產(chǎn)生紅移或藍(lán)移效果，產(chǎn)生增色效應(yīng)或減色效應(yīng)[8].配合物與DNA產(chǎn)生減色效應(yīng)時(shí)，一般認(rèn)為配合物與DNA發(fā)生嵌插作用[9]；配合物與DNA發(fā)生增色效應(yīng)時(shí)，一般認(rèn)為是氫鍵[10]作用或是靜電結(jié)合作用.不同濃度鈷配合物與HS-DNA體系作用的紫外光譜如圖6所示.

1 c(HS-DNA)=0 mol/L

1為未加入HS-DNA時(shí)配合物的吸光度；2～15為逐滴加入HS-DNA后配合物與HS-DNA體系紫外吸收光譜的變化情況.隨著HS-DNA的加入，反應(yīng)體系呈現(xiàn)出明顯的增色效應(yīng)，基于對(duì)配體結(jié)構(gòu)的考量，在配合物結(jié)構(gòu)中的NH與HS-DNA中的腺嘌呤的N或胸腺嘧啶的O之間可以形成有利的氫鍵[10]，判斷此鈷配合物與HS-DNA的作用方式應(yīng)為氫鍵作用[11].

3 結(jié) 論

(1) 用配體4，5-咪唑二羧酸與金屬鹽氯化鈷采取溶劑熱法合成新型鈷配合物[11]，通過X-單晶衍射儀確定該配合物為六面體構(gòu)型，分別與2個(gè)N原子、2個(gè)配體上的O原子和2個(gè)水分子上的O原子形成配位鍵.

(2) 通過紫外吸收光譜實(shí)驗(yàn)確定了該配合物與DNA的作用方式為氫鍵作用.利用配合物與MB-DNA的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)確定了配合物與DNA有較強(qiáng)的結(jié)合能力，計(jì)算熒光猝滅常數(shù)Ksq值為0.109 4.該配合物與DNA有較好的親和能力，可作為潛在的抗癌試劑進(jìn)行進(jìn)一步研究.