（无机化学专业论文）钯（Ⅱ）混配配合物中的弱相互作用及其生物活性研究.pdf

摘要 钯为重要的贵金属元素，其二价阳离子以形成四配位平面正方形 配合物为结构特征。在其混合配体配合物p d a b ( a 、b 为两种不同的配 体1 中，两类配体间的适当组合可引发分子内和分子间的许多弱相互作 用，如d 电子反馈作用、氢键、疏水或芳环堆砌等，而这些弱相互作 用对配合物性质影响很大，并且往往是诱导超分子化合物形成的关键 因素，甚至对其生物活性也会产生重要影响。本文围绕混配配合物中 不同配体间的组合，合成了2 0 余个钯( i i ) 的混合配体配合物，从这些 配合物的晶体结构测定结果和它们在溶液中的稳定性测定结果相结合 的角度，详细研究了配合物分子内或分子间的弱相互作用；对这些配 合物的抗肿瘤活性进行了体外筛选，并用各种实验方法初步研究了它 们与d n a 的作用，结果表明，所研究的钯配合物的抗肿瘤活性和其与 d n a 的作用情况均与配合物中的弱相互作用密切相关。全文共分七 章，第一章为文献综述和选题的意义；第二章为混合配体配合物的合 成与表征；第三章为混合配体配合物晶体结构的测定。根据分子结构 和晶体结构着重阐述了分子内或分子间的弱相互作用；第四章为溶液 中配合物稳定性测定。从溶液中稳定性的表征常数，结合第三章晶体 结构测定结果，进一步讨论了配合物分子内的弱相互作用；第五章为 配合物的抗肿瘤活性测定；第六章用多种实验方法详细研究了配合物 与d n a 的作用方式及规律；第七章为结论。 本文具体研究内容包括四部分： 一、合成了以联毗啶( b i p y ) 、邻菲哕啉( p h e n ) 、5 一硝基邻菲哆啉( n p h e n ) 、 邻菲哕啉一5 ，6 一二酮( d p h e n ) 、联喹啉( b i q u ) 为第一配体，以c r 、苯丙氨 酸根( p h e 一) 、酪氨酸根( t y r 一) 、( a s p 2 一) 、赖氨酸根( b 僵一) 、色 氨酸根( t r p 一) 、组氨酸根( h i s 一) 、丙二酸根( m a l 2 。) 、苄基丙二酸根( b m a l 2 一) 和苯l 基n - - 酸根( p m a l 2 _ ) 为第二配体的共2 2 个混配配合物筛4 备了 其中6 个混配配合物和1 个单配体配合物单晶，用x 射线单晶衍射法 测定了晶体结构。结果表明，配体间的组合直接影响配合物分子内或 分子间的弱相互作用，并对分子和晶体结构产生重要影响，这是构筑 配位超分子化合物的基础。 二、用p h 电位滴定法测定了钯的混合配体配合物在水溶液中的稳定常 数及表征常数，根据表征常数的实测值与统计值的比较，推断了水溶 液中配合物分子内可能存在的弱相互作用，并同晶体结构中的结构数 据结合起来，相互印证，互相补充，进一步探讨了分子内弱相互作用 的规律。 三、测定了其中1 6 个不同类型配合物对肺腺癌细胞a g z y - 8 3 a 的体 外抑制活性，同时用荧光法对活性进行了筛选，并同顺铂的活性进行 了对比。结果表明，这些配合物对癌细胞均有不同程度的抑制能力， 其中的7 个活性相对较好，并发现其活性高低与配合物分子内弱相互 作用密切相关。 四、用包括荧光光谱、紫外光谱、圆二色谱在内的多种光谱学手段测 定了钯配合物与鱼精d n a 的作用规律，对部分典型配合物还借助凝胶 电泳技术测定了其对p b r 3 2 2 质粒d n a 谱带迁移率和形态的影响；计 算了双螫合型钯配合物与d n a 之间的键合常数。根据上述多种实验结 果对配合物与d n a 之间可能的作用机理进行了初步讨论。为了进一步 探讨配合物与d n a 作用的可能机理，还合成了以b i p y 或p h e n 为一个 配体，以腺嘌呤为配合物靶向小分子( 另一配体) 的2 个钯三元配合物单 晶，并测定了晶体结构；还测定了有关配合物的水解反应速率。从水 解反应、配合物晶体结构中的配位位置方面进一步讨论了配合物与 d n a 可能发生的共价机理，并与顺铂同鸟嘌呤的作用机理进行了初步 比较。 关键词：钯( i i ) ，混配配合物，弱相互作用，d n a ，晶体结构，稳定性 a b s t r a c t p a l l a d i u mi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr a r em e t a lw i t hc h a r a c t e r i z e d s q u a r e p l a n a rs t r u c t u r eo f i t sb i v a l e n tc a t i o ni ni t sm i x e dl i g a n dc o m p l e x p d a b ( w h e r e a 、ba r et w od i f f e r e n tl i g a n d s ) ，t h ei n t e r a c t i o no fd i f f e r e n t l i g a n d c a l lc a u s e m a n y i n t e r m o l e c u l a ra n di n t r a m o l e c u l a r i n t e r a c t i o n s ，w h i c hh a v ei m p o r t a n te f f e c to n t h e p r o p e r t yo fc o m p l e x ，s u c h a st h ef e e d b a c kd o n a t i o n 、h y d r o g e n b o n d s 、h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o na n d a r o m a t i cr i n gs t a c k i n ge ta 1 t h e s ew e a ki n t e r a c t i o nu s u a l l ya r et h ek e y f a c t o r s i n d u c i n g f o r m a t i o no f s u p e r m o l e c u l e ，e v e n c a u s e i m p o r t a n t i n f l u e n c eo i li t sb i o l o g i c a la c t i v i t i e s i nt h i sp a p e r ，w es y n t h e s i z e dm o r e t h a n2 0c o m p l e x e sa c c o r d i n gt ot h ec o m b i n a t i o no fd i f f e r e n tl i g a n d s ，t h e i n t e r a c t i o no fi n t e r m o l e c u l a ra n di n t r a m o l e c u l a ri n t e r a c t i o no fc o m p l e x e s w e r es t u d i e db a s e do i lt h e i rc r y s t a ls t r u c t u r e sa n ds t a b i l i t yi ns o l u t i o n ，t h e i n h i b i t i o n a c t i v i t y o ft h e s e c o m p l e xw e r ed e t e r m i n e d i nv i t r o t h e i r i n t e r a c t i o nw i 氇d n aw e r ed e t e r m i n e db ym a n ye x p e r i m e n t a lm e t h o d s ， t h e r ea r es e v e ns e c t i o n si nt h i sp a p e r ：p a r t1i si n t r o d u c t i o na n dt h e s i g n i f i c a n c eo ft h ep a p e r p a r t2i 8t h es y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no f m i x e dl i g a n dc o m p l e x e s p a r t3i st h ed e t e r m i n a t i o no f c r y s t a ls t r u c t u r ei n w h i c hw e a ki n t e r m o l e c u l a ro ri n t r a m o l e c u l a ri n t e r a c t i o nw a sd i s c u s s e di n t e r m so fm o l e c u l a rs t r u c t u r ea n d c r y s t a l s 垃u e 嵫e p a r t4i st h e d e t e r m i n a t i o no fs t a b i l i t yi ns o l u t i o n t h ew e a ki n t e r a c t i o n sw a sf u r t h e r d i s c u s s e do nt h eb a s i so ft h ec h a r a e t e r i z a t o nc o n s t a n ti ns o l u t i o na n dt h e c r y s t a ld a t ai np a r t3 。p a r t5i st h ed e t e r m i n a t i o no fa n t i n o ra c t i v i t y p a r t6s t u d i e dt h ea c t i o nr u l ea n dm o d e o f c o m p l e x w i t hd n a p a r t7i st h e c o n c l u s i o no f 也i s p a p e r t h em a i nr e s e a r c hi nt h i sp a p e ri n c l u d e s ： 1 、t h e2 2m i x e d l i g a n dc o m p l e x e s w e r e s y n t h e s i z e d i nw h i c h b i p y r i d i n e ( b i p y ) 、p h e n a n t h r o l i n e ( p h e n ) 、5 - n i t r o p h e n a n t h r o l i n e ( n p h e n ) 、 p h e n a n t h r o l i n e - 5 , 6 一d i k e n t o n e ( d p h e n ) a n db i q u i n o l i n e f b i q u ) a r et h ef i r s t l i g a n d a n dc h l o r i n ei o n ( c l - ) 、p h e n y l a l a n i n e ( p h e 。) 、t y o s i n e ( t y r ) 、a s p a r a g i c r a d i c a l ( a s p ) 、2 6 * d i a m i n o c a p r o i cr a d i c a l ( 1 y s ) 、t r y p t o p h a n ( t r p ) 、 h i s t i d i n e ( h i s ) 、m a l o n a t e ( m a l 6 ) 、b e n z y lm a l o n a t e ( b m a l 2 - ) 、p h e n e t h t y l m a l o n a t e ( p m a l 2 - ) a r et h es e c o n dl i g a n d 。t h e r ea r e6m i x e dl i g a n ds i n g l e c r y s t a l a n dl m o n o l i g a n dc r y s t a l w e r es y n t h e s i z e da n dd e t e r m i n e db y s i n g l ec r y s t a lx - r a yd i f f r a c t i o n t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tc o m b i n a t i o no f d i f f e r e n t l i g a n d a f f e c tm o l e c u l a ra n dc r y s t a ls t r u c t u r e g r e a t l ya n dc a l l i n f i u e n c ew e a ki m e r m o l e c u t a ra n di n t r a r n o l e c u l a ri n t e r a c t i o n d i r e c t l y b a s e do nt h ea b o v er e a s o n s ，t h es u p e r m o l e c u l ei sf o r m e d 2 、t h es t a b i l i t yc o n s t a n ta n dc h a r a c t e r i z a t i o nc o n s t a n to ft h ec o m p l e xi n s o l u t i o nw e r ed e t e r m i n e db yd hp o t e n t i o m e t r i ct i t r a t i o n t h ep o s s i b l e w e a ki n t e r m o l e c u l a ri n t e r a c t i o no fc o m p l e xi ns o l u t i o nc a nb ei n f e r r e d f r o mt h ec o m p a r eo fc h a r a c t e r i z a t i o nc o n s t a n ta n dd e t e r m i n e dc o n s t a n t w h e nc o m b i n e dw i t ht h es t r u c t u r a ld a t ai n c r y s t a l ，t h e w e a k i n t r a m o l e c u l a ri n t e r a c t i o nw e r ef u l l yd i s c u s s e d 3 、t h ei n h i b i t i o na c t i v i t yo f1 6c o m p l e x e sa g a i n s tl u n gc a n c e ra g z y 8 3 a w e r ed e t e r m i n e di nv i t r o a tt h es a l t l et i m e s c r e e n i n gw e r ea l s od o n eb y f l u o r e s c e n c em e t h o d s t h e s ed a t aw e r ec o m p a r e dw i t h c i s p l a t i n t h e r e s u k ss h o w e dt h a ts o m ec o m p l e x e sh a v ea n t i c a n c e ra c t i v i t ya g a i n s t1 u n g c a n c e rc e l l ，s e v e no ft h e mh a v eb e t t e ra c t i v i t yc o r r e s p o n d i n gt oo t h e r sa n d t h e i ra c t i v i t yh a v er e l a t i o nw i t hw e a ki n t r a m o l e c u l a ri n t e r a c t i o n 4 、t h ea c t i o nr u l eo fc o m p l e xw i t hs p e r md n aw e r ed e t e r m i n e db y f l u o r e s c e n c es d e c t r a 、u v s p e c 仃aa n dc ds p e c t r a t h em o b i l i t yr a t i oo f s o m es p e c i f i c c o m p l e xw i t hp b r 3 2 2p l a s i dd n a w e r ed e t e r m i n e db y g e le l e c t r o p h o r e s i sa n db i n d i n gc o n s t a n t so fd i c h e l a t ep a l l a d i u mc o m p l e x 、i t l ld n aw e r ec a l c u l a t e d b a s e do nt h ea b o v er e s u l t s t h e p o s s i b l e m e c h a n i s mo fc o m p l e xw i t hd n aw e r ed i s c u s s e d i no r d e rt of u r t h e r d i s c u s st h em e c h a n i s mo fi n t e r a c t i o no fc o m p l e xw i md n a t w os i n g l e c r y s t a l o fp a l l a d i u mc o o r d i n a t e db yb i p y p h e na st h ef i r s t l i g a n dw h i l e a d e n i n e 船t h e t a r g e t m o l e c u l ew e r e s y n t h e s i z e d ，i t sc o r r e s p o n d i n g b y d r o l y s i sr e a c t i o nr a t ec o n s t a n t sw e r ed e t e r m i n e d t o o t h e i rc o v a l e n t c o m b i n a t i o nm e c h a n i s mw i t hd n aw e r ed i s c u s s e di nt e r m so f h y d r o l y s i s r e a c t i o n 、c o o r d i n a t es i t ea n dc o m p a r e dw i t lt h em e c h a n i s mo f c i s p l a t i n w i t h g u a n i n e k e y w o r d s ：p a l l a d i u m ( i i ) ，m i x e dl i g a n dc o m p l e x ，w e a ki n t e r a c t i o n d n a ，c r y s t a ls t r u c t u r e ，s t a b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：舀竖 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库迸行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：醴指导教师签名： 同 期；1 3 ：生：堡 摊 e l 期：垃i ：生 学位论文作者毕业后去向t 工作单位： 趋包丛丛至! z 缓。 电话：q2 生= 尹；删 通汛地址：锄争叼 韬烈l 到q 掣i 聊t 0 邮编：丑牡 第一章钯0 i ) 的混合配体配物研究现状 1 1 关于混配酉己合物中弱相飘作用的一般概述 在金瀛懿位化会物豹缀拘及功糍磺究巾，长或以来比较集中在磷 究众属配体间的共价结合方式、强度及其对配合物性能的影响等方 面，丽对配合物中憋体间掇豆作用贝4 研究较少。事实上，在配合物， 特剐是混合配体配合物中，由于二种或更多的配体间时配像在一个金 属离子上，网对它们在空间上彼此靠近，因而可能发生各种各样的弱 相互作用j 然而，稚共价型的弱裙嚣作用，如新鼙氯键、静电作瘸、 疏水作用及芳环堆砌等却因易为人们所忽视而发展缓慢，只是在j 厦些 年中，特勇l 楚超分子化学静港趋孝g | 超人稻静广泛关注，褥弱逐速发 展，井由此而引出了一系列有关的概念，如：自组装、超分子合成、 晶体工程等1 2 ，研究潍配配合物孛蘸髂阉豹弱楱互佟糟，不仅瓣瑾瓣金 属离子如何参与生命过程有实际意义。也悬由配位化合物形成超分子 奉系豹决定强素。 1 1 1 混配配合物( m a b ) 稳定性的表征1 1 l 漫配配会翔狸对予母体二元酝食物的稳定性存磐秘影响溷素，选 择适当的稳定常数数学表征的方式，通过溶液平衡实验数据，往往能 够对三元配合物中楚否有存在配体闽的弱棚互作用及作用强度给出重 要俯息。因此，往往将测定有关的溶液平衡数据作为研究配合物中是 否存在配体间弱相甄作用的探针。蹰前常用的稳定性表征方法有： 1 1 1 1 胰统计出发的表征 a l g k 榕度 矗l g k 为下捌反应平衡常数的对数德 m a + m 8 - 一m a b + m k 。渊 a l g k = l 鹏一l 够袅一l 够。m ( 1 ) 基于统计效应，l g k 值应小于零，若测定的al g k 值大于统计期 望值，特别是al g k 0 ，表明混配配合物中存在特殊稳定化因素，即通 常所谓配合物具有额外稳定性。 l g x 标度 它是下述歧化反应平衡常数的对数 m a 2 + m b 2 - = 一2 m a b x = 搓m e q m l g x = 2 l 毋一l 鳊一l 张： 式( 2 ) 表达了配合物m a b 相对于配合物m a 2 和m b 2 的稳定性。l g x 的统计值为0 6 ，若测定l g x o 6 ，表明配合物存在特殊化稳定因素。由 于在求算l g x 时必须知道m a 2 和m b 2 的稳定常数芦和聪，这在某 些含大分子配体，特别是生物分子配体体系就会遇到困难，因为这些 数值往往并不知道，并且测定工作也不容易，所以l g k 比l a x 标度 更具有实用意义口j 1 1 1 2 8k 、8x 标度 张锋等研究了c d ”( p h e n ) ( v d 。) 体系时【4 】，发现al # c 值异常高， 但l g x 值并不很大。在分析、比较大量混配配合物体系的al g k 和l g x 值及其影响因素后，提出6k 、8x 标度。 6k = 1 9 k 一l g k ( s ) ( 3 ) 6x = l g x l g x ( s ) ( 4 ) 8k = ( 1 2 ) 6x ( 5 ) 8k 、8 x 标度比 g k 标度更严密、可靠，并使al g k 标度与l g x 标 度统一起来，但由于计算时需要二级稳定常数数据，其应用也受到一 定的限制。 1 1 1 3 从平衡出发的标度 l g k 标度。y a m a u c h i 5 1 提出用假设的平衡 m a d + m a b 气= = = 兰m a b + m a a ( 6 ) 的平衡常数k 来衡量混配配合物的相对稳定性： l g k = l g 瞄+ l 邸。m 厶一l 鲳。一l 邸池 若混配配合物中存在a 、b 配体间相互作用，而a 、b ，a 、b 和a 、 b 间均无此类作用，则l g k 0 ，若a 、b 配体也无这种作用，则l g k = 0 。 该表达式在比较配体非配位侧基不同的一系列配体场相似、配位原子 相同的混配配合物时比较方便。但参照分子( a 和b ) 的选择至关重 要。 aal g k 标度。s i g e l 6 】认为配体间的相互作用会造成溶液中存在异 构体平衡： 、州占岳 k i 是异构体互变平衡常数，k i = 1 0 “，其中1 9 k = al g k ”e 一 l g k 。式中l g k c “b ) 。指研究系列混配配合物中无侧基或不能发生 配体间相互作用的配体配合物的l g k 值，显然l g k 标度与l g x 标 度有异曲同工之处。另外在研究配体问堆砌( 疏水、芳环堆砌) 作用 时，用堆砌度s t = k i ( k # - i ) 常可得到混配配合物配体间作用的发生及 其有效程度的直观印象。 1 1 2 配体间的弱相互作用的类型及其影响因素 上世纪8 0 年代初，s i g e l 4 7 l 曾综述了混配配合物中各类配体间的 弱相互作用。随着溶液化学和超分子化学的发展，尤其是众多固体配 合物单晶结构的报道，混配配合物中的弱相互作用研究又有了更深入 的研究。 1 1 2 1 配体间通过中心离子的电子转移作用 s i g e l 7 1 针对这类作用进行了系统的研究，也是最早报道这方面工 作的学者。他通过比较c u ”离子与联吡啶( b i p y ) ( 或乙二氨( e n ) ) 分 别与邻苯二酚( 或草酸) 、邻氨基苯酚( 或甘氨酸) 、邻苯二氨( 或乙 二氨) 9 组混配配合物体系的al g k 、l g k 值发现，配体之间的组合可 造成表征常数非常大的变化。当第一配体为( b i p y ) 时，第二配体从0 一， 0 一配位到n ，n 配位，a g k 和l g x 之差别各为1 9 9 和5 0 9 ，而当第 一配体为e n 时，则上述标度常数变化值仅为0 4 7 和0 6 3 8 1 说明具有 n 轨道的芳香氮碱的第一配体b i p y 体系较大的额外稳定性来自于其 与第二配体之间的n 电子协作效应。这种协作效应能力，即b i p y 对另 一配体的识别能力顺序为：0 一，0 一 0 一，n n ，n 配位。而简单的e l l 配体则不具备这一性质。这是最早提出的配合物中配体问识别作用的 实例。 混配配合物中配体间存在a 电子协作效应的事实，已通过 m ( d p x ) ( p y r ) 体系的实验结果得以证实( p y r 为邻苯二酚阴离子) 【9 i 。d p x 结构见图1 1 d p ad p m d p k 图1 1 d p x 配体的结构 各体系的测定结果见表1 1 表1 1 配合物m ( d p x ) ( p y r ) 的a l g k 和l g x 值 4 。切：d h旷幽 d p x 作为。接受中心体m 反馈电子的能力，从结构上分析d p k 应是 最强的，因为羰基的诱导效应，相当于从芳环上“收回”部分电子， 所以羰基连在芳环上能产生一种所谓一m 效应，而一个氨基( d p a ) 连 在芳环上就会产生一种+ m 效应，这是由于n 原予上的弧对电子能促 迸芳环的电子密度，从而消弱其接受中心体m 反馈电子的能力。由此 可见，m p y r 体系配合物结合d p x 的能力应是d p k d p m d p a ，这 种理论分析与实验结果( 表1 ) 顺序一致。 n 电子效应涉及高配位数混配配合物及配合物的立体构型，这方 面已有详细综述1 3 】，此处不在缀述。配体取代基团的性质是影响混配 配合物稳定性的重要因素。近些年来，我们在这方面进行了较深入细 致的研究。我们对m ( l ) 限一s a l ) ( m = c d ”、z n 2 + , l = b i p y 、p h c n 、r s a l = 水 杨酸根、5 溴水杨酸根、5 一磺基水杨酸根和3 ，5 一二硝基水杨酸根) 共1 6 个混配配合物进行了系统研究，发现l g k 或l g x 主要取决于取 代水杨酸根中取代基团的诱导效应，诱导效应越强，则表征常数越小 1 。热力学的焓变或熵变往往用于衡量混配配合物形成甚至区分弱相 互作用差别的根源，表1 2 列出了我们对前述体系中8 个混配配合物 的表征常数及热力学函数a l 。 表1 2c d 2 + 混配配合物的表征常数及热力学函数 其中s a l i 为水杨酸根，d i n i 为3 ，5 一二硝基水杨酸根。从芳香氮碱配 体结构、水杨酸类配体上取代基团性质及金属离子d 轨道能量等多种 因素分析。并由al g k 和l g x 两种标度均可看出，配合物获得额外稳 定性的顺序为：z n “ c d ”，p h e n b i p y ，s a l i d i n i 相应的热力学 焓变h 与上述顺序成比例，即l g k 或l g x 值越大，则h 代数值 越小，即化学键强调越牢，而相应的热力学熵变a s 却无脚陆此哆敢 值对自由能g 的虱射毪剖但这并雨蓟程藕啪al g k 或l g x 就一定具有较 小的h 值。我们在对p b ( l ) ( r - p h t h ) 四组混配配合物体系研究中发现 ( l = b i p y 、p h e n , r - p h t h = 邻苯二甲酸根、5 一硝基邻苯二甲酸根) 1 l b ， 较大的总稳定常数l g。一枷) 并没有获得较低的h 值，这是由于 对于二元羧酸配体( r p h t h ) ，若要与金属离子配位，首先应断裂配体 酸根与溶剂水分子形成的氢键，这就需要消耗一些能量，因此总的热 力学焓变h 不会很小，但有一点可以确信，当取代基性质造成混配 配合物al g k 、l g x 有微弱变化时，的确可以从h 数值的差别明显反 映出来，有的体系，用h 值表征配合物电子效应差别似乎比通用的 a l g k 、l g x 标度更准确。 一些c u ( b i p y ) ( l ) ( l = 乙二胺、丙二酸、邻苯二酚) 配合物 1 2 1 和p b 2 + 芳香氮碱一二元羧酸配合物 1 3 】稳定性差别也通过h 或s 数值大小 得到合理的解释。但由于获得热力学函数数据需用专门的量热法或温 度系数法，这项工作实验量大，计算也比较繁琐，因此有关用热力学 函数衡量配合物稳定性的成因或区分表征常数差别方面的文献积累还 不多。 1 1 2 2 配体间的静电作用和氢键形成 1 4 , 1 5 由于在同一金属离子上配位，配体a ，b 在空间上靠近。如果它们 具有荷电的侧基或适于形成氢键的基团，则常常可形成氢键或发生静 电作用而影响配合物的性质。一个典型的例子是含有d 一或l 一组氨 酸( h i s ) 为一个配体的c u 2 + 混合氨基酸配合物。当另一个配体为质子 6 n t h 鞋搽l ，c n h c h 2 c h 2 c h 2 - - a 卜c 0 0 h 化的碱性氨基酸b h ( 如精氨酸刚9，赖氨酸 n h 2 i h 2 n ( c h 2 ) 4 - - c t i c k ) 0 h ) 时，劐h i s 与b h 的手性甄配对三元混配酝合 物的形成及稳定性影响很大。c u ( l h i s ) 一b h ) 比c u ( d h i s ) ( l b h ) 骞易形成和稳定得多。这一结暴被解释必配体l h i s 摩由囱配位的 羧藏氧与l b h 的质子化的侧基间形成氢键，丽d h i s 与l b h 之 间不能形成氢键所歪。图1 2 形象地说明了这个问题。配合物的合成 和x 射线结构测试结果证实了上述解释是正确静。c u ( l - - h i s ) ( l - - b h ) ( 其中b h 为质子他的精氮酸或质子他的赖氨酸) 已被合成并经x 射 线衍射努桥证明有辅向配像的l 一挂i s 的羧基氧与毛一b 差酌端基氮形 成的氢键，而c “d h i s ) ( l b h ) 则因不筷稳定丽难以合成。“c u 放 骞孛悭示踩磷究表鞠，人类纛清孛麓c u 2 + 离子主要激与组氨羧帮靛掇侯 形成氢键的极性侧潺的天门冬酰胺( 提供一c o n h 2 ) 、酪氨酸( 提供一 0 h ) 帮谷爨蘸骚( 旋供一e 铡遵 影瘙豹三元潺酝爱含兹瓣形式存在。 若干c u ( l - - h i s ) ( l a a ) 烈混合氨基酸配物【其中a a 为含有极性基 霾荔形成氢键熬氨蒸酸或掰生物，麴天门冬酝黩( a s h ) ，谷氨簸胺( g l n ) ， 丝瓴酸( s e t ) 等1 都已经被合成并从溶液中分离出来。已经实现利糟与 l a 辨形成三元溅配配合物的方法采辑分组氢酸光学异构体豹基豹， 可以得到l h i s 含量达9 8 的纯度。配体间形成氢键或发生静电作 用已被各秽实验方法所诞骥，广泛地存在予三元滋配配合物中。窀不 仅可以发生在配合物分子内，影响配合物的稳定能、结构、构象薄珏立 体选择性等，恧且当配合物以固态形成存在时，它还可以发生于分子 间，从而衍生出多种多样的空间缩构( 链状、层状、网状等簿) 并出现各种特殊功能( 光、电、磁、催化作用等等) 。 o 趣c 0 ( a ) c u ( l h i s ) ( l b h )( b ) c u ( d h i s ) ( l b h ) 图1 2 三元配合物配体间形成氢键举例 o 1 1 2 3 配体间的疏水作用和芳环堆砌作用 混配配合物中配体间的疏水作用是指以金属离子为桥梁把两个 配体( a 和b ) 键合成具有一定的立体结构，a 和b 中非极性链部分 在合适的空间条件下倾向于聚集在一起形成非极性链的聚集体，这种 作用能增加配合物的稳定性，其强度要比芳环堆砌要弱。a g 堆砌= 一 1 】k i m l 34k l m l ，而z x g 琳= 川1 1 肼，肿l 一1 3 耵础。其l 靛胜育 如下) i $ p 莪芳甲弼( 堆砌) 芳甲川劬链( 疏水) 脂龄日勖i 链( 疏村 【l6 。在混配配合物中，当两个配体上的疏水基团均为芳环时，其作用 方式为芳环堆砌作用，换句话说，芳环堆砌属于疏水作用的一种特例， 由于影响这类作用的因素较多，因此，将两类相似作用一起讨论更有 助于深入理解这类弱相互作用。 芳环或疏水基团大小的影响迄今，在已研究过有堆砌作用的体系 中，两个配体内均至少含有一个芳环，并且芳环大小对堆砌作用程度 ( s t 或c l o s e ) 有决定性影响。表1 3 中结果显示，亮氨酸( 1 e u ) 根脂 肪链疏水侧基在配合物中分别与b i p y 或p h e n 发生疏水作用程度顺序为 p h e n b i p y ，对c u 2 + 、z n ”体系均一致。这是由于p h e n 配体有比b i p y 较大的平面芳环。 固定一个芳环配体，另一配体配位原子与芳环之间可旋转脂肪链 的长短对芳环之间堆砌作用程度要有显著影响，如m ( p h e n ) ( l ) f m = c u ：+ 、z n 2 + 1 l = 取代苯烷基脂肪一元羧酸) 体系中1 7 1 。l 配体上脂肪链 王 稼 玛；霉 - - ( c h 2 ) n 一对参与壤砌的蕊个芳环修用程度产生直接影响，n 值太小则 两个芳环搭配不上，反之，菪n 值过大，剃芳环之间仅有崩部堆砌甚 至殴超出雄砌空间，因此合适的链长尺寸( n 值) 是影响雄砌作用的 关键因素。我们在对p b 2 + - - l - 苯烷基丙二黢三元体系( l = b i p y 、p h e n 、 5 - n 0 2 p h e n ) 的研究中发现，第一配体芳环酾积及第= 配体苯环与羧基 之阕疆甲基数对芳环堆辩依蠲程度帮有显著影响h8 l ，在c d ( a t p ) ( a a ) + 体系中( a a 系列氨基酸根) 1 9 1 氨基酸j e 配位侧熬与a t p 中碱基堆 礴程发蔺群取决予蓠一配舔津配位滚拳基溺犬，l 、。 表1 3 部分配合物分子内疏水作用程度。 溶剂的影响有关溶剂对混配配合物中游环堆砌赋疏水作用的研究 还比较少。赡瘩以外主要涉及的体系有乙醇稠二氧六环。s i g e l 等人在 这方面进行了比较详细的研究 2 0 , 2 ”。表1 4 列出了溶剂极性对部分配 合物芳环堆砌的影响【2 ”。 般来说，有机溶剂的加入会促进分子内堆砌作用的发生，并使 堆砌异构体的数量增加，因为有机溶剂的加入会使溶剂的极性降低， 金属离子的水合律掰减弱，这在一定程度上增加了黼体( p a c 一和p p r 一) 对金属离子的亲台性。幽表1 4 看出，二氧六环的溶剂化效应比己 醇熨为显著，这是瘵于二氧六环分子内魄乙醇多一个( - - c h 2 c h 2 ) 的结构单元，对金属离子的“疏水”环境熙为有利。当有机溶剂浓度 超过禁一隈菠眩，京们育可能将参与难掰瀚两个芳繇分隔开来并筏之 单独溶剂化，此时众属离予的水化会进一步变小，歼式异构体形成的 丑搴增热，壤窃异摘俸吾分数( s 秭) 睫之降低。 不仅在混配配合物中疏水作用和芳环堆砌作用弓起重视，当单配 薅黪嚣霞基逮热较大蘸拳餐| | 基嚣，l ：2 墅二嚣配合携戆这类终爱邈鸯 一蟪报导1 4 , 2 2 ，但通不如混配配合物那样详细。 9 表1 4 有机溶剂对配合物m ( p h e n ) ( p c a ) + 芳环堆砌的影响 乙醇二氧六环 m ( 口h e n x p c a ) + k 1 s t k i s t (vv)(vv) c u ( p h e n ) ( p a c ) + 0 0 9 1 4 800 9 1 4 8 3 014 0 5 83 0 i2 95 6 5 0 14 55 95 01 6 3 6 2 z n ( p h e n ) ( p a c ) + c u ( p h e n ) ( p p r ) + z n ( p h e n ) ( p p r ) + 9 00 ，2 62 6 1 4 8 2 4 4 6 3 4 2 1 注：p a c 一和p p r 一分别为苯乙酸和苯丙酸根 金属离子的影响( ”i 金属离子的配体场几何构型对芳环堆砌作用有 重要影响。在c u 2 + 和z n 2 + 与b i p y 和苯甲酸( b z ) 形成的混配配合物中， 如果在苯甲酸对位引入不同的取代基，两类配合物的堆砌程度有截然 不同的变化规律。见表1 5 。若是由于苯甲酸中因引入甲基或硝基产生 的电子效应的影响，那么两类配合物的堆砌程度应用相似的变化规律。 显然，产生两类配合物变化差异的原因，主要是受c u 2 + 的平面构型和 1 0 m 柏 ” ” 盼 们 弛 射 m 硒 n 船 加 ：金 h 他 。 跖 引 拍 m 嘶 咄 帆 呲 嘶 嘶 粥 帅 o 如 硇 舯 如 0 如 0 如 如 鳃 甜 ” 拍 孵 “ m 们 柏 弘 懈 嘶 嘶 | 兰 嘶 哪 协 耋! 州 呈| 帅 0 如 如 加 如 0 如 卯 卯 0 鲫 z n 2 + 的四面体或八面体构型不同的立体因素支配的结果。由于平面型 配合物受取代基空间效应和电子效应方面比四面体和八面体配合物更 为强烈些，所以c u 2 + 配合物中堆砌异构体逐渐减少，而z n 2 + 配合物中 几乎很少变化。 表1 5 配体场几何构型对堆积作用( s t ) 的影响 注：m b z 、n b z 各表示对甲基和对硝基苯甲酸 表1 5 列出了c u 2 + 、z n 2 + 为不同配体几何构型时，混配配合物分子 内芳环堆砌度( s t ) 受第二配体结构变化值【l ”。 温度的影响一般来说，温度升高对芳环堆砌和疏水作用会产生不 利影响，原因之一是堆砌或疏水作用的能量贡献较小1 2 3 1 0 我们曾对c d 2 + 一芳香氮碱一氨基酸混配配合物的疏水或芳环堆砌作用进行了较系统 研究2 4 0 5 1 ，并就部分配合物形成的热力学函数进行了测定硼。表1 6 列出了各体系的热力学数据及对应的a l g k 、l g x 值。表1 6 中的数据 表明，对于疏水作用或芳环堆砌显著的体系( p h e 一和t r p 一) ，造成g 值 下降和l g k 、l 醪增为拖趋黝曩因是a s 摧l ) z o 无论给b j p y 还是p h e n 的系列， s 值耆敲a l a - 、1 e l l - , # a e - t r p - 俐t 顷| 享勒。以a l a 酉眙物为基隹a s 勒哟 0 3 3 2 j m o l - k 。一a h 值贝