（无机化学专业论文）邻羟基苯乙酮水杨醛schiff碱锰配合物的制备及生物活性研究.pdf

童州土学a a 露蕾厦士丰 t 静文 摘要 超氧化物歧化酶在化学、生物学及医药学领域中都具有非常重要的意义，但是天 然超氧化物歧化酶普遍存在寿命短、稳定性差、分子量大、不容易透过细胞膜等缺点， 因此，其应用受到限制。这就使超氧化物歧化酶模拟物的研究成为近年来的研究热点。 本文总结了锰超氧化物歧化酶( m n s o d ) 作用机理、结构研究，超氧化物歧化酶模拟物 的结构类型、研究状况，并详细介绍了m n s o d 模拟物的研究进展。 本文设计合成了水杨醛缩二胺、四胺的3 c , h i f f 碱配体及与水杨醛结构十分相似的 邻羟基苯乙酮类的s c h i f f 碱配体，包括：邻羟基苯乙酮缩二胺、三胺、四胺，并合成 了相应配体的锰配合物。 用元素分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱对配体和配台物进行了结构表征： 用甲醛肟法测定了配合物中金属锰的含量；测定了配合物的摩尔电导率及摩客磁化率： 用循环伏安法研究了配合物的电化学特性：利用改进的邻苯三酚自氧化法测定了配合 物的s o d 活性。 结果表明：锰离子与s c h i f f 碱配体c = n 的氮原子( n ) 和酚羟基的氧原子( 0 ) 及氯离子或醋酸根离子形成配合物。在水杨醛类s e h i f f 碱配合物中锰离子具有高自旋 的d 4 电子结构特征，并且在循环伏安曲线中有一对准可逆的氧化还原峰。但是邻羟壁 苯乙酮s c h i f f 碱类配合物却大相径庭，锰分别具有d 4 、d 5 的高自旋的电子态，虽然结 构与水杨醛十分相似但却没有s o d 活性。这一结论与相应的循环伏安曲线的分析结果 是一致的。在循环伏安曲线中，水杨醛缩三乙烯四胺锰配合物的循环伏安i i 线是叱逆 的，有一对氧化还原峰，而在邻羟基苯乙酮s e h i f f 碱类锰配合物的循环伏安曲线中是 不可逆的，只有还原峰而没有氧化峰。 密度泛函理论计算结果成功地解释了配合物的磁学性质和s o d 活性的羞异，为进 行s o d 小分子模拟化合物的设计提供了重要结构信息。 研究结果表明，合成的邻羟基苯乙酮s c h i f f 碱类配合物没有s o d 活性，而水杨醛 类的s c h i f f 碱类配合物却有较大的s o d 活性，这表明s e h i f f 碱类锰配合物结构明显影 响其s o d 活性。 关键词：锰超氧化物歧化酶模拟物s c h i f f 碱邻苯三酚自氧化法甲醛肟法 邻轻基苯乙酮 童州土学a 膨曩士牛 t 静文 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ 。- _ _ - _ _ 。_ _ _ _ - _ _ 。_ _ _ - _ _ _ - _ 。- 。_ 。_ _ _ _ _ 。_ _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ 。_ 。j - _ - _ _ 。- 1 1 一 a b s t r a c t i ti sv e r yi m p o r t a n tt h a ts u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) h a sb e e na p p l i e di nc h e m i s t r y , b i o l o g ya n dm e d i c i n e t h eu n d e r l y i n gd i s a d v a n t a g e so f n a t u r a ls u p e r o x i d ed i s m u t a s e ，s u c h a ss h o r tl i f e ，l o w e rp e n e t r a b i l i t ya n dp e r m e a b i l i t yt h r o u g hc e l lm e m b r a n e a sar e z u l to fg r e a t m o l e c u l a rw e i g h t , e t c ，r e s t r i c ti t sa p p l i c a t i o n , s ol o wm o l e c u l a rw e i g h tm i n i e so fs o di s b e c o m i n ga l li n c r e a s i n g l yh o t r e s e a e ht o p i c i nt h i sp 鹎t h es t r u c t u r e ，t h ep r o p e r t i e sm a d t h er e s e a r c hs i t u a t i o no fs u p e r o x i d ed i s m u t a s ew e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h er e c e n td e v e l o p m e n t o f m n s o d ，t h er e a c t i v em e c h a n i s ma n dt h ea p p l i c a t i o nw e r ea l s oi n t r o d u c e d a tl e n g t ht h e r e c e n td e v e l o p m e n to f m n s o dw e r eg r e a t l yr e c o m m e n d e d t w os e h i f fb a s e sc o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e db ys a l i e y l a l d e h y d ea n df l n l i n e ，a n dt h e t h r e es c h i f fb a s e sw e r es y n t h e s i z e db y2 - h y d r o x y l b e n z o d i k e t o n ea n do t h e ra m i n e , s u c ha s d i a m i n e , t r i a m i n e ，q u a d r i a m i n e w i t ht h ea b o v em e n t i o n e db a s e ，s i xm a n g a n e s ec o m p l e x e s w e r ep r e p a r e d a l lc o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r i z e db ye l e m e n ta n a l y s i s ，i r ，u va n df r ；t h em a n g a n e s e c o n t e n to ft h ec o m p l e x e sw e r ed e t e r m i n e db yf o r m a l d e h y d eo x i m ec o l o r i m e t r y ；t h em o l a r c o n d u c t i v i t ya n dm a g n e t i cm o m e n to ft h ec o m p l e x e sw e r em e a s u r e d t h ee l e c t r o c h e m i c a l p r o p e r t i e so ft h ec o m p l e x e sw e r es t u d i e db yc y c l i cv o l t a m m e t r y t h ef r e er a d i c a li n h i b i t i o n r a t et o0 2 * w e r ed e t e r m i n d e db yi m p r o v e dp y o g a l o la u t o x i d a t i o n f r o mt h e s er e s e a r c hr e s u l t s ，t h em a n g a n e s ec o m p l e x e sa r ep r e p a r e db yt h en a t o mo f c = nd o n o rg r o u pa n dt h e0a t o mo fp h e n o l i co x y g e nd o n o rg r o u pa n di n n e rc 1a n i o no r ( a c ) a n i o n m ni o np o s s e sh i g hs p i nd 4e l e c t r o n i cs t r u c t u r ei ns a l i c y l a l d e h y d es c h i f fb a s e c o m p l e x e s ，a n d e a c hc o m p l e x h a sa p a i r o fa l m o s tr e v e m i b l ec l d r v e b u t 2 - h y d r o x y l b e n z o d i k e t o n es i m i l i t u d e dw i t hs a l i c y l a l d e h y d es e h i f fb a s e sm a n i f e s tt h eo t h e r f a c e t s ，i ti sn oa c t i v i t i e sa n dp o s s e sap a i ro fi r r e v e r s i b l ec u r v e i ti sc o n s i s t e n tt h a ts o d a c t i v i t i e so ft h es a l i c y l a l d e h y d es c h i f fb a s e sl i g a n d sa n d2 - h y d r o x y l b e n z o d i k e t o n el i g a n d s a n dt h ee l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t i e so f c y c l i cv o l t a m m e t r y d f t ( d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ) c a l c u l a t i o ne x p l a i nt h em a g n e t i ca n dt h ed i f f e r e n t s o da c t i v i t i e so ft h ec o m p l e x e s t h e s er e s e a r c ho f f e rs o r l ei m p o r t a n ti n f o r m a t k m sw h e n p r e p a r i n gs m a l ls o d m i n i c s k e y w o r d s ：m a n g a n e s es u p e r o x i d ed e m i t a s s e ，s e h i f fb a s e ，t h ep y r o g a l l o la u t o x i d u t i o n ， f o r m a l d e h y d eo x i m ec o l o r i m e t r y , 2 - h y d r o x y l b e n z o d i k e t o n e 4 童州土ti 魄蕾硪士丰土t 静文 第一章前言 1 1 超氧化物歧化酶的研究进展 自1 9 6 9 年m c c o r d 和f r i d o v i c h 证明酶促超氧化物自由基0 2 - 的起活反应是超氧 化物歧化酶( s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ，s o d ) 的特异作用以来，s o d 得到广泛深入的研究。 闷前已有多种药用s o d 应用于临床，应用范围主要集中在抗炎、抗辐射、抗肿瘤、抗 衰老和自身免疫性疾病等与活性氧损伤密切相关的一些病症i i 】。虽然s o d 可从不同的 生物中提取或通过基因工程进行表达，但是酶在稳定性、膜穿透性、生物利用度和免 疫原性等方面尚存在着一些限制应用的因素。因此，对具有s o d 活性的小分子化学物 质，即s o d 模拟物的研究受到人们的重视，并已取得了重要的进展。 l - 1 1 超氧化物歧化酶的结构 到目莳为卜，发现3 种s o d ：含锰的s o d ( m n s o d ) 和含铜锌的s o d ( c u z n s o d ) ， 含铁的f e s o d 。人的m n - s o d 主要分布在线粒体中，c u z ns o d 主要分布在细盈浆尤其 是在红细胞中，他们在防止0 ：。对细胞的损害方面有重要作用。现在对其结构己进行 了，较为深入的研究，在确定了多种不同束源的s o d 的级结构( 氨基酸序列j 的基础 - ，还对包括入线粒体m n s o d 、基因l 程人线粒体m ns o d 在内的1 0 余种s o d 的三级 结构进行r 深入的研究 2 巧j 。如嗜热菌( t t h e r m o p h i l u s ) 的m n s o d 是由2 0 3 个氨基 酸组成的四聚体，每一亚基包括n 段2 个长的反平衡螺旋和c 端的一个拧成三股的n + 0 结构。 现在发现的m n s o d 大约有3 0 多种。已完成氨基酸序列全分析的m n s o d 有近1 0 种【“1 。不同来源的m n s o d 具有不同的氨基酸组成和顺序。一般多含2 个或4 个亚基 即二聚体或四聚体( 如图1 ，1 所示) ，三聚体极少，其分子量因而有4 0 0 0 0 ，6 0 0 0 0 和 8 0 0 0 0 三个档次。通常每个亚基含有一个m n 。 a b 圈1 t t 1 h c n n o p h i l u sm n s o d 豹二聚体( a ) 和四聚体( b ) 结构 童州上学蹦蕾厦士牛土t 静文 s t a l l i n g s 与其合作者先后于1 9 8 4 ，1 9 8 5 和1 9 9 1 年分别以0 4 4 n m ，0 2 4 n m 和o 1 8 n m 不同分辨率对来自t t h e r m o p h i l u s 的m n s o d 进行了x 射线结构研究，扶而使该酶成 为m n s o d 中结构研究最为精确的一种1 7 j 。s t a l l i n g s 等的研究表明，来自t t h e r m o p h i l u s 的m n s o d 中，每个m n ( 1 1 1 ) 部具有五配位的三角双锥结构，其中一个轴向配体为水分 子，来自蛋白质辅基的4 个配位基为h i s 2 8 ，h i s 8 3 ，a s p l 6 6 和h i s l 7 0 。后3 个配位基 位于赤道平面，h i s 2 8 的咪唑基则占据着另一个轴向位置，图1 - 2 是 圈i 一2 il t h e r m o p h i l u sm n s o d 活忭 i l f 佗的结构 t t h e r m o p h i l u sm n s o d 活性部位的结构示意图【8 1 。由图1 2 可见，活性部位处在个主 要由疏水残基构成的疏水壳子里，两个亚基链共同形成一个信道，该信道终止于金属 离子附近的x y r 3 6 和h i s 3 2m n s o d 残基，是底物或其它内界配体接近m n ( 1 1 ) 离子的 努由之路。h i s 3 3 ，t r p 8 7 ，h i s 8 3 和t y r 3 6 形成个疏水l1 袋，该1 5 1 袋构成底物结合部 位捧t 。其它来源m n s o d 活性部位的m n ( i i i ) 离子的配位情况基本相似i j 】，如在b s t e a r o t h e m a o p h i l u sm n s o d 中m n ( i i i ) 离子与配体的配位情况和t t h e r m o p h i l i sm n s o d 活性部位相似【5 1 。 1 1 2 锰超氧化物歧化酶( m n s o d ) 作用机理 m n s o d 的催化作用是通过m n ( 1 ) 和m n ( i i ) 的交替电子得失来实现的1 9 】： m n o n ) + 0 z _ + m n ( 1 i ) + 0 2 m n ( 1 1 1 + 0 2 ! + m n o ) + h 2 0 2 这里m n ( m ) 先被0 2 还原为m n ( i i ) ，并生成0 2 。m n ( i i ) 再被0 2 。氧化为m n ( i i i ) 且生成h 2 0 z 。一般认为在催化过程中，0 2 一首先与金属离子形成内界配合物( i n n e r c o m p l e x ) 1 0 1 。s t a l l i n g s 等发现与m n s o d 非常相似的f e s o d 活力易受n 3 一抑制这说 明n 3 一占据了0 2 与之配位的配位点而导致酶失去活性【i l l 。对e c o i lf e s o d 详细的动 力学研究1 1 0 i 表明在第一步反应即f e ( i i i ) s o d 与0 2 反应时生成h + 伴随着c 2 的还原而 6 童州土学量口磐蕾曩士牛土t 论文 被吸收掉。反应中限速步聚是质子的传递过程f 9 】，p h 对反应影响很大。m n s o d 作用 机理要更复杂些，对0 2 一的歧化反应也有两个动力学步骤，但其转化数远低于 f e s o d 【i ”，这可能意味着在催化过程中形成了终止物种( 侧式配位的双氧配合物) 。有 了这个假定，动力学数据就能与f e s o d 的动力学数据相一致。 1 2 超氧化物歧化酶模拟物的研究状况 s o d 模拟物是能够歧化0 2 并能在生理条件下保持稳定的小分子物质，多数来自化 合物，故又称为模拟化合物或模型化合物。到目前为止，发现合成的有s o d 活性的化 合物很多，但主要还是配合物。 1 2 1 配合物型s o d 模拟物 配合物是s o d 模拟物研究的主要对象。1 9 8 7 年d a r r 等【1 习报道利用m n 0 2 和脱铁敏b ( d f b ) 反应制得的绿色可溶性配合物m n d f b 具有良好的s o d 活力。该配合物浓度为 1 9 r a o i li 时具有1 个单位s o d 的活力，它与0 2 - 反应的= 级速率常数k = i 7x1 0 6 i 。m 】。s1 且具育不与血清蛋白结合等优点。若有抗坏血酸存在则d f b 与m n o 。i 巧形 成酶活力更强、性质更为稳定的粉红色配合物。已有研究证明m n d f 8 能迅速清除0 2 。 而使细胞免受氧化损害。目前，有关锰配合物的报道资料比较多。锰的人环多氨配合 物如5 ，5 ，7 ，1 2 ，1 2 ，1 4 一六甲基一l ，4 ，8 ，l l 四氮杂环十四烷合锰( i i ) 和l ，4 ，7 ，1 0 ，1 3 一 五氮杂环十五烷m n ( i i ) 配合物等均有更明显的s o d 活性，动物实验表明后者能有效减 轻心脏缺血再灌注损伤【u j 。n ，n 一乙二胺二乙酸和氨三乙酸( n t a ) 等氨羧类mr - ( i i ) 配合物也有良好的s o d 活性，都具有t “n - s o d 活性部位相似的结构。类似于n t a 的具有三 角架型配体与m n ( i i ) 形成三角双锥结构的配合物一般都有m n s o d 的活性，如三角双 锥结构的配合物m n ( o b z ) 0 t b ( 3 ，5 i p r 2 p z ) 3 和m n ( o b z ) o ，5 _ - i p r z p z ) ( h b ( 3 ，5 一i p r 2 p z ) 3 ， 用黄嘌岭氧化酶_ n b t 法测定其s o d 活力分别为i c 5 0 = 0 8 m n o l l 和0 7 5 p m o l l 。 平面型m n - s c h i f f 碱配合物曾被认为没有s 0 0 活性，但b a u d r y “”的研究证明这类配 合物也有较强的s o d 活性，且其活力不受血清蛋白的影响。双核和多核配合物作为 m n s 0 0 模拟化合物豹研究也在进行中，其酶的活性可能更好l l5 1 。 国内廖展如等【1 6 1 合成t n ，n ，n ，n 一四( 2 苯并眯唑甲基) 一1 ，4 一二乙氨基乙= 醚( e g t b ) 的双核铜( 1 i ) 、锰( i i ) 、铁( 1 i i ) 的系列配合物，并研究了它们的性质，其 酶活性在浓度为1 0 1 一l o 屯0 1 l 时，对邻苯三酚自氧化有5 0 以上的抑制率，比天然s o d 有分子量小、脂溶性好、膜透性高、性质稳定和价格低廉等优点，可望应用于医学或 农业。 7 童州土学a a 籍蕾厦士丰业t 论文 王多宁等报道了中药有效成分金属配合物原儿茶醛缩氨基硫脲铜( i i ) 配合物( p t c ) 清除0 2 自由基及其生物学作用的实验观察。以黄嘌呤一黄瞟呤氧化酶一l u m j i q o l 化学 发光体系测定p t c 的s o d 活性，并观察p t c 对激活的人白细胞吞噬发光、血液流变性、 脂质过氧化产物的影响和对烧伤后继发氧化损伤的保护作用。结果表明p t c 具有很高的 s o d 活性，能显著地抑制酵母多糖激活的人白细胞的吞噬发光，其i d 5 0 ( 抑制发光强度 5 0 的剂量) 为1 5 0 9 9 ，是s o d i d 5 0 ( 3 0 0 9 9 l 1 ) 的2 倍。p t c 还能降低由于白细胞的 激活而引起的人血液粘度和脂质过氧化产物丙二醛d a ) 的升高，减轻小鼠烧伤模型的 炎症反应，使烧伤小鼠血清中增高的m d a 和一氧化氮( n o ) 代谢产物显著降低。因此，p t c 是+ 强效0 2 清除剂，对0 2 介导的氧化损伤有明显保护作用i l 7 1o 另据报道某些氨基酸 金属配合物也有很高的s o d 活性。对数种作为s o d 模拟物的c u ( i i ) 氨基酸配合物，在 p h 7 8 及温度( 2 0 0 0 5 ) c 条件下，用细胞色素c 法测定各配合物对0 2 - 歧化反应的催 化活性，得到了催化速率常数k c a t ，其值比非催化速率常数k 提高了4 5 个数量级i i “。 采用脉冲辐解法分别测得苏氨酸铜不同体系在不同温度下催化0 2 歧化反应的速率常 数，结果发现在相同条件下，十二酰苏氨酸铜活性几乎与天然s 0 0 相当1 9 1 。c u n e r 等1 2 。1 最近证明4 ，5 一二水杨叉替亚氨基苯并一1 5 一冠一5 与铜( 1 1 ) 、锰( 1 1 ) 、铁( i l i ) 所 形成的配合物为强效s o d 模拟物。 1 2 1 其它类型的s o d 模拟化合物 实验证明在体外氧自由基产生体系中，b2 受体激动药沙丁胺醇、妥布他林、茶丙 特罗和酚诺特罗也具有清除0 2 的作用，其中酚诺特罗作用最强，妥布他林和茶丙特罗 次之。哮喘病人呼吸道炎症细胞产生释放的一些炎症介质加剧了哮喘状态，其中0 2 就起重要的作用。因此，b2 受体激动药这种模拟s o d 的作用在砰吸道局部清除p2 对平 喘有一定的意义【2 。 o f f e r 等嘲报道一氧化氮稳定自由基( n o s ) 对各种类型的氧化应激如氧中毒、缺血 再灌流损伤、急性创伤、电离辐射和强氧化剂接触等都有保护作用。这种保护作用的 原因之一就是认为n o s 能促进0 2 的歧化反应而清除r o s ，但缺乏直接的证据。他们利用 酶促反应生成0 2 一- 和h 2 0 2 以直接灭活番木瓜蛋白酶作为0 2 。损害的指标，证明t n 0 确 有模拟s o d 的作用，这是n o s 能保护细胞免受氧化应激损伤的重要机制。其它一些小分 子的有机氮氧化物( n i t r o x i d e s ) 如1 一氧一4 一羟基一2 ，2 ，6 ，6 一四乙基哌啶( t e m p 0 1 ) 也是 s o d 模拟物，且能透过细胞膜进入细胞内产生抗氧化作用。实际上，n o s 和这些氮氧化 物都是反应性自由基，可参与一些类型的氧化还原反应，能与0 2 + 发生反应而将之清除 8 童州上学蹦蕾曩士丰土t 静文 【2 j 24 i 。 1 2 3 酶模拟物结构类型 1 2 3 1 苯并睬唑类 配体n ，n ，n ，n 、_ 四( 2 亚甲基苯并咪唑) 一l ，3 一二氨基一2 丙醇( l ) 是模拟组氨酸眯 唑残基的优良化学类似物。i ) is m u k e s 等2 7 以它为配体，以一个c l 为桥基，合成了第一 个酶的功能模拟物卜3 a ( 如图卜3 a ) 。尽管未能得到晶体结构，但e s r 谱证实其为双 核锰结构，锰离子日j 距3 3 。动力学研究表明催化反应在 m n 2 ( 1 1 ，1 1 ) ) 和 m n f f l i i ，i i i ) 之间进行，初始反应速率与 h 2 0 2 】2 成正比，转化数约为2 0 0 。因为类似的荦核m n ( 1 1 ) 配 合物足北催化活性的故认为是先形成一个u 一0 桥连的双核m n ( 1 i d 中问体，其再与另 一0 ，反应，放出q 被还原。 用u c l t 3 c o o 桥代替u c 1 桥或uo l 桥可大大改变1 3 a 配合物的氧化还原性 质。图卜3b 为u c l - 桥经u c h 3 c 0 0 一桥取代后的配合物阳离子的晶体结构图( m 距：j 5 4 0a ) 。此外还得到了n 酶中存在的4 个已知氧化态相刘臆的物种。其 r ，m n 2 ( 1 l l ，1 1 1 ) 歧化产物m n 2 ( 1 1 ，1 1 1 ) 和m n 2 ( i l l ，i v ) 的形成得到了e s r 谱的汪实。 圈卜3a 配台物l a 的结构示意圈 b 阳离 - l m n 2 ( c h 3 c o o x b u t a n 0 1 ) l 孙的晶体结构图 对配合物 l m n 2 ( i i ，1 1 ) ( c h 3 c o o ) ( c 1 0 4 h ，只有存在水时，才表现催化活性。加入 c h 3 c o o 一，则会抑制催化反应，其表观速率常数k o b 。约为0 2 3 ( i b o l ，1 ) 1 si ，比m n 超氧 化物歧化酶( t r ) 小7 个数量级。这t ，r 能是冈为配合物活性中心周围缺少类似于蚩白质 残肇的质f 给、受体，使m n 。( i i i ，1 1 1 ) 等物种的还原电位得小到有效降低，导致催化反应 较难进行。根据所得结果，提f _ r 配合物催化歧化h 2 0 2 的反应机理。该机理包含1 个 责州土学矗口裙颤曩士丰土生论文 配合物的uc h 3 c 0 0 桥首先被两分子水取代的初始活化反应步1 2 8 , 2 9 。 1 2 3 2 卟琳环类 n a r u t a 等1 3 u j 通过剐性的蒽基连接的2 个卧啉环控制双核锰豹距离及其立体化学环 境，合成了含双核锰卟啉的m n c a t 功能模拟物。 该类化合物有个被卟啉环包围的空腔，锰离子间距变化范围3 8 4 ，5a 。加入 l 甲基昧唑( m e i 曲后，都表现出催化活性。其中，以配合物2 a ( 如图卜4 ，m n 间距4 5 a ) 的活性最高，0 2 生成速率为5 4s - l , 转化数最高可达1 5 1 0 4 ，说明在催化反应过程 中该化合物十分稳定。无 i e i m 时，则几乎都不表现催化活性。在该i t 2 0 2 - 锰卟啉体系 - hm e l m 的作用被认为是加速( h ) 键的均裂和稳定中间产物 m n ( i v ) ( t mo ) 11 。通过 对比，表明双核结构与合适的锰离子间距对表现催化活性是必需的。结合h ：0 旧标记和 蜷谱，提出了一个柯m e l m 参j ，在 m n ( 1 1 1 ) ( = o ) h 和 m n ( ) ( - 0 ) 2 之间循环催化h 2 0 2 的反府机理1 3 0 】。 圈卜4 配合物2 r 1 = n c 崩1 3 r k p c 扎，m 1 = m 2 = m n ”c 1 的分了结构露 1 2 3 3 三氮环类1 2 5 1 1 2 6 1 w i e g h a r d t d o l 以l ，4 ，7 - 三甲基一l ，4 ，7 一三氮环壬烷( l ) 为主要配体合成了一系列不 同氧化态的双核锰配合物，对其结构、磁性、反应性、催化活性等进行了详细研究。可 见光谱对 m n 2 ( ，l i d ( u o ) ( u c h 3 c 0 0 ) 2 ) 结构是特征的，几乎与其它配体的性质无 关。4 0 0 6 0 0 n m 问的2 个强峰( 6 0 0 l m o l - 1 c m 。1 ) ，其本质尚不清楚，可能是1 个光 子同时激发双核金属离子的2 个电子( 每个m n ( ) 1 个电子) ，也可能是双核n ( i i i ：离 子的特征，因为单核会属酶m n s o d 中未发现此特性。在 m n 2 ( u 0 ) ( u c h 3 c o o h 和 ( m n 2 ( u o h ) ( t a c h 3 c o o ) 2 ) 模型配合物中，锰离予问距按其氧化态在3 ，l 3 4 之阀 雯化与m n c a t ，( t o 糨疲氧化念物砖相似。 w l e g h a r d t 等1 2 5 i 还合成r 含0 i 同配体的非对称混价双核锰配台物，它们村j 刊的核 0 责州土蠢1 5 皤曩士丰 t 论文 结构 m n ( i i i ) ( u o h ( u c h 3 c o o ) m n ( i v ) 2 + 。晶体结构表明配体l 稳定了m n ( ) 。通 过初始反应速率计算得到配合物3 a ( 如图卜5 ，m n m n 间距2 6 6 5 a ) 和【m n 2 l ( u o ) 2 ( p c h 3 c o o ) c o p y ) ( h 2 0 ) ( c 1 0 4 h 的最大反应速率分别为5 5 s 。1 和1 3 2 s1 。 l 芏| 15 b 台物3 a 的晶体结构圈 1 2 3 4 水杨醛s c h i f f 碱类 p c c o r a r o 等1 3 2 - 3 4 】合成了一系列以水杨醛衍生物1 ，3 一二( 2 羟基苯亚氨基) 2m 醇 ( 2 一o h s a l p n ) 为基本配体的锰酶模型物： m n 2 ( 2 - o h ( x s a l ) p n ) 2 ) “( n = + l ，0 , - l ，一2 ； x = h ，5 c l ，3 ，5 一c 1 2 ，5 - n 0 2 ) ( 如图卜6 ) 。第一次得到了与m n c a t 4 个氧化态物种相对应的 配合物的晶体结构，各配合物的锰离子间距变化范围小于0 1la ，表明其核心基 本结构是高度不变的。配合物 m n ( 1 1 1 ) ( 2 - o h ( 5 - n 0 2 一s a l ) p n ) h 的锰离子间距为3 2 2 9a ， 催化反应速率为1 1 2 s ，转化数超过1 0 0 0 。研究表明，该系列配合物是迄今为止模拟 m n c a t 催化活性最好的一类功能模拟物。 眨n m 图16 配体2o h s a l p n 的分了结构图和配合物 m n ( 1 1 1 ) 2 - o h ( 5 一n 0 2 - s a l ) p n l h 的晶体结构圈 1 2 3 5 酚氧二醛s c h i f f 碱类 量州土f 槲曩士丰 生替文 0 k a w a 等f 3 5 】用含酚氧基的闭环和开环配体( 如图卜7 ) 合成了一系列取核锰配合物， 研究了其催化活性，得出一些重要的结论。 f i _ - r ( l d t l ， 幽卜7肯酚氧基的闭环和开环配体 用大环配合物模拟m n 酶具有下列优点：热力学稳定性、通过大环效应能抑制金属 离子的离解、可提供给配位离子良好的配位环境、能对金属离子的物理化学性质施搬 影响。因此，通过对大环的设计，可调节双核配合物的性质和功能。研究发现，( l 1 3 , 3 ) 一 双核锰配合物与h 2 0 2 反应的0 2 生成量与理论量相符，( l 1 2 j ) 一和( l l 酗) 双核锰配合物的 0 2 生成量小于理论量，而异核锰配合物则无催化活性，表明大环对称性和两锰离子电等 价性对于模拟m n 酶催化滔性是必需的。 对于开环配体l 2 _ 和l 3 + 的双核锰配合物，前者的0 2 生成量为l0 0 ，两后考的仅为 6 0 7 0 。说明两锰离子电性不等的双核配合物在与h 2 0 2 反应时，发生了副反应。 m n 2 ( i i ，1 1 ) ( l 2 ) ( c h 3 c o o ) 2 + 具有拟c s 对称性，两锰离子的一侧被两羧酸根屏蔽， ! j 一侧则为空位，能够键合h 2 0 2 ，形成c i s - m n ( ) ( o h ) 2 和c i s 一 m n ( ) ( 0 h ) 2 物种。 丽 m n 2 ( j j ，1 1 ) ( l , o ( c h 3 c 0 0 ) 2 + 、【m n 2 ( j 】m ) ( l s ) ( p h c 0 0 ) 2 ”具有c 2 ( 或拟c 2 j 对称性， 两锰离子的配位空位互为反式。由于配体l 4 和l 5 是刚性的，从t r a s ( c 2 或拟c 2 ) 构型 剥c i s ( c s ) 构型的转变非常困难，不易形成活性物种，从而导致慢的催化速率。 由此，0 k a w a 等f 3 5 , 3 6 1 得出模拟高催化活性锰酶模型物的几个前提：( 1 ) 两锰离了应有 青州太孽a 口舒 曩士丰 生静文 合适的距离：( 2 ) 两锰离子周围应具有或易形成的顺式空位：( 3 ) 两锰离子在电胜上应相 等。 1 3 论文选题的依据以及论文的主要内容 1 3 1 论文依据 综上所述，m n s o d 是除c u z b s o d 和f e s o d 之外的另外一种重要的s o d ，与c u z n s o d 、 f e s o d 相比，具有寿命长分子量小等优点。锰配合物作为m n s o d 模拟物安全性好， 在临床上具有潜在的巨大的实用价值，近十多年来受到广泛的关注 3 7 】，其研究也日趋 活跃。其中 ( t i ) 1 5 冠n 5 c 1 2 等已经被用做临床实验1 3 9 j ，并取得了令人满意的结 果，显示出良好的实用前景。 由锰超氧化物歧化酶及其化学模拟研究可见，锰的配位环境多为咪唑、胺基的氮 和羧基、酚羟基的氧以及硫等配位原子d 8 1 。s c h i f f 碱类配体具有氮原子和氧原子，能 较好的模拟天然m n s o d 的配位环境。因此，有关含s c h i f f 碱类m a 配合物的模拟物研 究发展很快1 3 9 ，4 0 i 。 锰的s c h i f f 碱类配合物结构简单，有同天然s o d 的相似的配化环境，而且可以大 量生产，有很大的应用价值。在锰的s c h i f f 碱类配合物中，以水杨醛s c h i f f 碱类为配体 的报道较多，而且该系列配合物是迄今为止模拟锰超氧化物歧化酶最好的一类功能模 拟物，但是与水杨醛结构非常相似的邻羟基苯乙酮类的s c h i f f 碱却很少有报道。为了 找到更多的具有s o d 活性的配合物，寻找s o d 模拟物的活性与结构关系的规律，我 们在研究水杨醛s c h i f f 碱类锰配合物的基础上，选择邻羟基苯乙酮类的s c h i f f 碱锰配合 物作为研究对象。 1 3 2 论文的主要内容 在研究了较高s o d 活挂的永杨醛缩乙二胺、二乙三胺、邻苯二胺等锰配合物基础 上，为了寻找更多的具有s o d 活性的配合物，本文设计并合成了邻羟基苯乙酮缩7 _ , - - 胺、二乙三胺、三乙烯四胺及水杨醛缩l ，3 丙二胺、三乙烯四胺等s c h i f f 碱类锰配合物， 并进行紫外、红外、元素分析、荧光分析等结构表征，进行了摩尔电导率、摩尔磁化 率、循环伏安曲线的测定以及用邻苯三酚自氧化法测定s o d 活性，并用甲醛肟法测配 合物中锰含量，进一步探讨s c h i f f 碱锰配合物作为m n s o d 模拟物的活性与结构的关 系。 为了从电子结构层次解释所合成的邻羟基苯乙酮类s c h i f f 碱m n 配合物的s o d 活 性和磁学性质，还对邻羟基苯乙酮缩乙二胺、水杨醛缩乙二胺s c h i f f 碱锰配合物进行 量子化学计算。 青州太学8 0 0 8 蕾厦士卑鼻t 论文 第二章实验部分 2 1 配体的合成 2 1 1 主要仪器和试剂 元素分析仪p e r k i n e l m e r 2 4 0 c ：旋转蒸发仪( 上海申生) 。 水杨醛( a r ，上海试剂厂) ：邻羟基苯乙酮( n e wj e r s e y u s a ：l 一8 0 0 一a c r o s 一0 1 ) ： 乙二胺( a r ，上海试剂一厂) ：二一乙三胺( a r ，上海试剂一厂) ：三乙烯四胺( 广西 西陇化工) ；邻苯三酚( 遵义建宏化工有限公二j ) ：无水乙醇( 安徽特洒总厂) ；乙氰( 上 海摩尔生化实验室) 。 2 1 2 配体的合成 2 i 2 1 配体n ，n ，一双邻羟基苯乙酮缩乙二胺( l 1 ) 的合成【4 1 t 合成路线：邻羟基苯乙酮+ 乙二胺一一n ，n 一双邻羟基苯乙酮缩乙二胺 、。“二“ 芘n 南 合成步骤： 称取邻羟基苯乙酮2 8 7 克( o 0 2 3 m 0 1 ) ，溶r 无水乙醇中，乙_ 股05 克( 0 0 1 1 6 m 0 1 ) 室温下慢慢滴加乙二胺于园底烧瓶中，总溶剂为1 0 0 m l 无水乙醇，置i 一9 0 。( 2 水浴中回 流反应，生成黄色溶液，两小时后停止反应，回收无水乙醇至溶液为4 0 m l ，倒入烧杯 中冷却静置得黄色粗产品，并用无水乙醇重结晶，得到黄色片状晶体l ，2 8 9 ，理论产 量：3 】5 9 ，收率9 4 3 ，m p ，1 8 4 5 1 8 5 5 c 。 2 1 2 2 配体n ，n 一双邻羟基苯乙酮缩二乙三胺( l 2 ) 的合成 合成路线：邻羟基苯乙酮+ 二乙三胺一一n ，n 一双邻羟基苯乙酮缩二乙三胺 + h 一一。”! 洲 2 n n i lj v h 2 n 孑弋。 长 责州支学蹦t 再士丰土t 静文 合成步骤：合成方法同l i ，称取邻羟基苯乙酮2 6 克( o 0 2 1 t 0 0 1 ) ，二乙三胺 0 7 8 克( o 0 1 0 5 m 0 1 ) ，得黄色晶体，无水乙醇重结晶得黄色纯品l 2 2 ，4 9 ，理论产量：3 0 9 收率8 0 0 , 4 r n p 9 5 5 - 9 6 0 v 。 2 1 2 3 配体n ，n 一双邻羟基苯乙酮缩三乙烯四胺( l 3 ) 的合成 合成路线：邻羟基苯乙酮+ 三乙烯四胺一一n ，n 一双邻羟基苯乙酮缩二乙烯四 胺 雌j p “ + 。圳厂 r i 。f 、一 文 合成步骤：称取邻羟基苯乙酮3 3 ( o 0 2 4 m 0 1 ) 克，室温下慢慢滴加三己烯| q 胺 i 7 5 9f o 0 1 2t 0 0 1 ) 克，1 0 0 m l 无水乙醇做溶剂，至于9 0 水浴中叫流反应，生成黄色溶 液，两小时后停止反应，回收无水乙醇至溶液为4 0 m l ，倒入烧杯中冷却静置得黄色粗 产品，无水乙醇重结晶得黄色纯品l 3 ，4 0 9 ，理论产量：4 3 9 ，收率9 3 0 。 2 1 2 4 配体n ，n ，一双水杨醛缩三乙烯四胺( l 4 ) 的合成 合成路线：水杨醛+ 三乙烯四胺一一n ，n 一双水杨醛缩三乙烯四胺 h 壬o h + 。利、厂、。f 、如一 合成步骤：称取邻羟基苯乙酮1 3 5 ( o i m 0 1 ) 克，室温下慢慢滴加三乙烯四肢 7 2 9 ( 0 0 4 8 m 0 1 ) 克，下同l 3 ，反应完全后，将生成物倒入烧杯中冷却静置的黄色粗产 品，无水乙醇重结晶得黄色纯品l 4 15 3 9 ，理论产量：1 7 o g 收率9 0 。 2 1 2 5 配体n ，n ，一双承杨酲缩l ，3 一丙二胺( l 5 ) 的合成 合成路线：水杨醛1 1 ，3 一丙二胺一n n 一双水杨醛缩1 ，3 一丙_ 姣 毒 皎 青州上学$ 0 0 2 蕾庙士卑土t 论文 蜥c 0 h + n - 八n h 7 一 哎“ 合成步骤：合成方法同l i ，水杨醛6 1 克( o0 5 m 0 1 ) ，l ，3 丙二胺1 9 克( o 0 2 6 m 0 1 ) ， 得黄色晶体，无水乙醇重结晶得黄色纯品l 56 1 9