（无机化学专业论文）芳酰腙类配合物的合成、晶体结构及性质研究.pdf

摘要 本文基于金属元素与具有生物功能的含肽键芳酰腙类配体形成配合物的协同作用和 应用前景，合成了2 4 种未见文献报道的芳酰腙与过渡及稀土元素的配合物( 含与另一配 体的混配体配合物) ，培养出了五个配合物的单晶；研究了配体及其配合物的荧光性质和 抑菌活性，并初探了配合物与c t d n a 的作用机理，具体如下： 1 合成：在水醇混合溶剂中，以n ( 2 异丙酸) 水杨酰腙( c l o h l o n 2 0 4 ，h 3 l 1 ) 为配体 与金属离子c u 2 + 、n i 2 + 、z n 2 + 、c p 、i m l l 2 + 、n i 2 + 、c d 2 + 和s m 3 + 的盐反应，合成了8 种新 颖的配合物，并且得到了其中3 个配合物的单晶；以h 3 l 1 、对羟基苯甲酸( p h b a ) 为配 体与稀土盐反应，制得了4 个新颖的稀土混配体配合物，培养出1 个配合物的单晶；以 n - ( 2 乙酸) 水杨酰腙( h 3 l 2 ) 为配体和金属盐反应，合成出了1 1 种金属配合物；以n ( 2 乙酸) 水杨酰腙( h 3 l 2 ) 、咪唑( c 3 h 4 n 2 ，h n ) 为配体与过渡金属离子c d 2 + 反应，合成了 1 种新颖的混配体配合物c d 6 ( h l 2 ) 6 ( h 1 1 ) 1 2 ( h 2 0 ) l o ，并且得到了该配合物的单晶。 2 表征：通过元素分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、x 一射线粉末衍射、x 射线 单晶衍射以及t g d t g 等手段对配合物的成键情况、结构和物理化学性质进行了表征， 确定了配合物的组成并测定了部分配合物的晶体结构。 3 性质：在室温下研究了2 种配体h 3 l 1 、h 3 l 2 及9 种配合物c d 6 ( h l 2 ) 6 ( m 1 ) 1 2 ( h 2 0 ) l o 、 c d ( h 2 l 1 ) 2 6 h 2 0 、c d ( h 2 l 2 ) 2 3 h 2 0 、e u ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 、 s m 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( h e l ) 2 ( h 2 0 ) 4 】、 【p r 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 。2 h 2 0 “( n d 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 2 h 2 0 、 ( s m 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( i - 1 2 0 ) 2 5 h 2 0 、 e u 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 4 h 2 0 的固体荧光性质，结果显示所测试的所有 c d ( i i ) 配合物均具有出优良的荧光性质，是潜在的荧光材料；用孢子萌发法测定了5 种药 剂h 3 l 2 、y ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 、e r ( h 2 l 2 ) 饵l 2 ) 4 h 2 0 、y ( n 0 3 ) 3 4 h 2 0 和e r ( n 0 3 ) 3 5 h 2 0 对小 麦条锈病菌孢子萌发的抑制作用。结果显示，配合物的抑菌活性明显优于配体和稀土硝酸 盐；用生长速率法测定了6 种药剂y ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 2 h 2 0 、h 3 l 2 、p h b a 、 ( p u ( i - 1 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( n 2 0 ) 2 2 h 2 0 、h 3 l 1 和y ( n 0 3 ) 3 4 h 2 0 对苹果树腐烂病病原真菌生长速 率的影响。结果显示，配体h 3 l 1 和p h b a 对该病菌有很好的抑菌效果，配合物均不理想。 4 配合物与c t - d n a 作用的光谱研究：通过紫外光谱、荧光光谱和荧光猝灭光谱研究 了配合物与c t - d n a 的作用机理，结果显示配合物c d 6 ( h u ) 6 ( i m ) 1 2 ( h 2 0 ) 1 0 、c o ( h 2 l 1 ) 2 3 h 2 0 刁, x l ：i s m ( h 2 l 1 ) ( h l l ) ( h 2 0 ) 4 】是以插入方式与c t - d n a 相互作用的，而配合物c d ( h 2 l 1 ) 2 6 h 2 0 与d n a 的作用方式除部分插入式结合以外还存在静电式结合，配合物z n ( h 2 l 1 ) 2 和 ( p r 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 口2 0 ) 2 2 h 2 0 是以表面沟槽方式结合的。 关键词：芳酰腙配合物，对羟基苯甲酸，荧光性质，c t - d n a ，生物活性 i i s t u d i e so ns y n t h e s i s ，c r y s t a ls t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so ft h ec o m p l e x e s w i t ha r y l - a r o y l h y d r a z o n e a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h es y n e r g i e sa n dt h ea p p l i e dp r o s p e c to ft h ea r y l a r o y l h y d r a z o n ec o m p l e x e s c o n t a i n i n gp e p t i d eb o n d ，t w e n t y - f o u rn o v e lm e t a lc o m p l e x e sw i ma r y l a c y l h y d r a z o n e sw e r e s y n t h e s i z e d ( c o n t a i n i n gt h em i x e dl i g a n d sc o m p l e x e sw i t l lt h eo t h e rl i g a n d ) ，a n df i v es i n g l e c r y s t a l sw e r ea l s oo b t m n e d a tt h es a m et i m e ，t h eb i o a c t i v i t ya n df l u o r e s c e n tp r o p e r t yo fs o m e c o m p o u n d sh a v e b e e ns t u d i e d i na d d i t i o n , t h e m e c h a n i s mo ft h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n c o m p l e x e sa n dc a l ft h y m u sd n a w a sa l s op r o b e di n t op r i m a r i l y t h em a i nw o r ki sa sf o l l o w s 1 s y n t h e s i s i nam i x e ds o l u t i o no fa q u a - e t h a n o l ，e i g h tn o v e lm e t a li o n ( c u 2 + ， n i 2 + , z n 2 + , c r 2 + l 、4 n 2 + ，n i 2 + ，c d 2 + , s m 3 + ) c o m p l e x e sw i t hn 一( 2 p r o p i o n i ca c i d ) s a l i c y l o y l h y d r a z o n e ( c l o h l o n 2 0 4 ，h 3 l 1 ) h a v eb e e ns y n t h e s i z e d ，a tt h es a m et i m e ，a n dt h r e es i n g l ec r y s t a l sa r ea l s o o b t a i n e d f o u rr a r ee a r t hc o m p l e x e sc o n t a i n i n g4 - h y d r o x y b e n z o i ca c i d ( p h b a ) a n dh 3 l 1h a v e b e e ns y n t h e s i z e d o n ec r y s t a lo ft h e mh a sb e e no b t a i n e d i na d d i t i o n ，e l e v e nm e t a lc o m p l e x e s w i t hn ( 2 - p r o p i o n i ca c i d ) s a l i c y l o y lh y d r a z o n ea l s oh a v eb e e ns y n t h e s i z e di nm i x e ds o l u t i o no f a q u a e t h a n o m o r e o v e r , an o v e lc a d m i u m ( r 0c o m p l e xw i t hn - ( 2 一a c e t i ca c i d ) 一s a l i c y l o y l h y d r a z o n e ( c 9 h 8 n 2 0 4 ，h 3 l 2 ) a n di m i d a z o l e ( h 1 1 ) w a sp r e p a r e da n dc h a r a c t e r i z e d t h ec r y s t a l s t r u c t u r e so fl i g a n dh 3 l 2a n dc a d m i u m ( 毋c o m p l e xw e r ed e t e r m i n e db yx r a ys i n g l ec r y s t a l d i f f r a c t o m e t r y 2 c h a r a c t e r i z a t i o n t h es t r u c t u r e sa n dp h o t o p h y s i c a lp r o p e r t i e so fa b o v es y n t h e s i z e d c o m p l e x e sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e db ye l e m e n t a la n a l y s e s ，i rs p e c t r u m ，u v - v i ss p e c t r u m ， f l u o r e s c e n ts p e c t r u m ，x r a yp o w d e rd i f f r a c t i o n ，x - r a ys i n g l ed i f f r a c t i o na n dt g - d t g , t h e c o m p o s i n go ft h ec o m p l e x e sa r ec o n f i r m e d f u r t h e r m o r e ，t h ec r y s t a l s t r u c t u r e so fs o m e c o m p l e x e sh a v eb e e nd e t e r m i n e d 3 p r o p e r t y t h es o l i df l u o r e s c e n tp r o p e r t i e so ft w ol i g a n d s ( h 3 l l , h 3 l 2 ) a n dn i n e c o m p l e x e s ( c d ( h 2 l 1 ) 2 6 h 2 0 ，c d 6 ( h l 2 ) 6 ( h n ) 1 2 ( h 2 0 ) l o ，c d ( h 2 l b 2 3 h 2 0 ，e u ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 ， s m 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( h l l ) 2 ( h 2 0 ) 4 ， p r 2 ( h 2 l 1 ) 2 0 h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 】2 h 2 0 ，【( n d 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 2 h 2 0 ， ( s m 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 】5 h 2 0 ， e u 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 】4 h 2 0 ) w e r er e s e a r c h e d i nt h e i i i r o o mt e m p e r a t u r e ，a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a ta l lc a d m i u m ( 1 0c o m p l e x e st o o ko i l s p l e n d i f e r o u sf l u o r e s c e n tp r o p e r t ya n da l ep o t e n t i a lf l u o r e s c e n tm a t e r i a l t h ec o m p o u n d sh 3 ， y ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 ，e r ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 ，y ( n 0 3 ) 3 4 h 2 0a n de r ( n 0 3 ) 3 5 h 2 0a l es e l e c t e dt o t e s tf o ra n t i m i c r o b i a l a c t i v i t ya g a i n s tp u c c i n i as t r i i f o r m i sw e s t e n d o r pb ys p o r es p r o u t m e t h o d ，a n dt h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h ec o m p l e x e ss h o w e db e t t e rb i o a c t i v i t yt h a nl i g a n da n d r a r ee a r t hn i t r a t e t h e b i o a c t i v i t ya g a i n s t t h e a p p l e c a n k e ro ft h e c o m p o u n d s y ( h 2 l 2 ) ( h l 2 ) 4 h 2 0 ，h 3 l 2 ，y ( n 0 3 ) 3 4 1 - 1 2 0 ， ( p r 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 】2 h 2 0 ，h 3 l 1 a n dp h b a a l et e s t e db yp h o t o e l e c t r i ct u r b i d i m e t r ym e t h o d ，a n dt h er e u l t ss h o w e dt h a tt h el i g a n dh 3 l 1a n d p h b ap o s s e s s e de x c e l l e n tb i o a c t i v i t y 4 s t u d i e so nt h ei n t e r a c t i o no ft h ec o m p l e x e sw i t hd n a b ys p e c t r a ：d n ab i n d i n g m e c h a n i s m so ft h ec o m p l e x e sa l eo b s e r v e db yu v - v i ss p e c t r u ma n df l u o r e s c e n ts p e c t r u m a n a l y s i s t 1 1 er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o m p l e x e sc d 6 l 2 ) 6 ( h n ) 1 2 ( h 2 0 ) l o ，c o ( h 2 l 1 ) 2 3 h 2 0a n d s m ( h 2 l 1 ) 但l 1 ) ( h 2 0 ) 4 p o s s i b l ya r eb o u n d t oc a l ft h y m u sd n a m a i n l yb yi n t e r c a l a t i o n ，w h i l e c o m p l e xc d 饵2 l 1 ) 2 6 h 2 0i n t e r a c t sw i t hc a l ft h y m u sd n ab yp a r ti n t e r c a l a t i o na n de l e c t r o s t a t i c e f f e c t i o n t h ec o m p l e x e sz n ( h 2 l 1 ) 2a n d 【f p r 2 ( h 2 l 1 ) 2 ( p h b a ) 4 ( h 2 0 ) 2 】2 h 2 0m a i n l yi n t e r a c t s w i t hc a l ft h y m u sd n a b yg r o o v eb i n d i n g k e yw o r d s ：a r y l a c y l h y d r a z o n ec o m p l e x e s ，4 - h y d r o x y b e n z o i ca c i d ，f l u o r e s c e n tp r o p e r t y , c a l f t h y m u sd n a ，b i o a c t i v i t y i v 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位i 台义的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩i = f j 或手 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：耋蜂指导教师签名： 矽8 年占只1 日渺8 年占b2 - l 西北大学学位论文独创性声明 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，本论文万包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它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i 9 意。 学位论文作者签名：歪j 7 鹰 矽p 易年占月i 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 自从在1 8 9 3 年维尔纳提出配位理论以来，配位化学的发展已有1 0 0 多年的历史。配 位化学己成为当代化学的前沿领域之一，它的发展打破了传统的有机化学和无机化学之间 的界线。其新奇的特殊性能在生产实践中取得了重大的应用，花样繁多的价键和空间结构 引起了结构化学和理论化学家的深切关注【1 捌。设计和合成具有特定结构和优良性质的配 合物是近年来化学研究的一个重要方向【3 】。 目前配位化学的研究主要集中在揭示金属离子和生命体系相互作用的生物配位化学， 以及开发人类需要的功能分子和功能材料。随着功能配合物和生物无机化学的不断发展， 人们发现某些酰腙及其配合物具有许多特殊的物理、化学性质及生化功能。对它们的应用 研究涉足药物、生物活性、模拟生物体系、催化反应及工业产品的改性等领域。这对配位 化学、生物无机化学及材料化学等的发展起着重要的推动作用。 酰腙类配体及其配合物在生命科学中的广泛应用更是引起了科学工作者的浓厚兴趣 【4 】 o 1 2 芳酰腙类配体的生物学意义及其配合物的研究状况 1 2 1 芳酰腙类配体的生物学意义 芳酰腙是一类具有优良生物活性和强配位能力的配体，它的强配位能力使其几乎可与 所有的金属离子形成配合物。芳酰腙主要以氮和氧原子为配位原子，与生物环境较接近，且 该类有机配体能与细胞中的过渡金属形成稳定的螯合物，使相关的酶无法替代它而与这些 金属结合，从而影响细胞体的有关酶促反应。研究还发现，在大量具有生物活性的腙类化 合物中，含肽键芳酰类腙的代谢产物均系低毒或无毒【4 】，而且形成配合物后的生物活性比 自由配体要显著增加，如三齿配体水杨醛缩苯甲酰腙与铜的配合物具有良好的抑菌活性 【5 1 。所以研究芳酰腙与金属的配位化学，将为人们认识细胞体的生命活动提供一定的信息。 1 2 2 芳酰腙配合物的研究状况 自1 9 6 3 年j a w o r k s k i 和h o f f m o v 6 】等报道了各种苯腙作为小麦叶锈病的铲锄剂后，人们 相继研究了仪蚁腙用于防治火蚁，嘧菌腙用于防治水稻的稻尾孢、稻长蠕孢和稻梨孢等病 菌【7 1 。1 9 8 8 年，r b j o h a r i 等报道了苯甲醛水杨酰腙在3 7 。c 琼脂的培养环境中，对黑曲霉 ( a s p e r g i u u s ) 和构巢曲霉菌( a n i d u l e n c e ) 都显出抗菌活性【8 】o 现已报道的酰腙类配合物 西北大学硕士学位论文 中，绝大多数为过渡金属配合物，主要由我国和印度学者完成。其中对芳酰腙与过渡金属 的配合物研究得较为深入，有关结构和光、电、磁性质及生物活性已有大量报道【9 d 6 1 。自 2 0 世纪8 0 年代开始，陆续出现了稀土与腙的配合物的报导【1 7 2 2 】。起初人们的研究内容主要 是酰腙的配位方式、合成方法和物理性质的研究【2 3 ，2 4 1 ，进行抗菌活性试验的较为少见 2 5 - 2 7 】，自从8 0 年代以后有关腙类配合物的报道每年都在呈上升趋势，尤其是在最近几年。 2 0 0 3 年，本课题组报道了水杨醛水杨酰腙与铜的配合物及其对辣椒疫霉菌、棉花枯萎病菌 和烟草赤星菌等均有不同程度的抑制作用【2 钔。此后又报道了2 羰基丙酸水杨酰腙合铜的合 成、结构及其对小麦锈病、黄瓜霜霉、白菜黑斑病的抑杀菌活性【2 9 1 。2 0 0 6 年，宋发辉、祝 心德等研究发现，配体o 一乙基硫代磷酰二肼的双水杨醛席夫碱对水稻幼苗细胞有一定的激 活作用【4 】。2 0 0 7 年b e r n h a r d t ，p a u lv 等人报道了酰腙类的三齿螯合配体h p c i h 和它的衍生物 能够有效地治疗铁离子的紊乱，其作用实质是形成了铁配合物【3 0 】。2 0 0 7 年张玲等人合成了 配体芳香醛( 3 ，5 一二苄氧基) 苯甲酰腙( h l ) 及其过渡金属配合物m l 2 5 h 2 0 m = c o ( n ) ， z n ( i i ) ，m n ( i i ) ，抑菌活性试验结果显示锌配合物比配体具有更好的生物活性，并且配体形 成配合物后抑菌活性发生了巨大的变化【3 1 1 。 1 2 3 酰腙类化合物的配位化学 酰腙化合物具有很强的配位能力，它能与过渡元素、稀土离子3 2 1 、甚至碱土金属中 的钡离子【3 3 】，非金属如s i 【3 4 1 形成配合物。其中研究最多的是第- - n 族过渡金属配合物。 因为多数第一过渡金属是生物体的必需元素，并且廉价易得，它们的许多配合物表现出优 良的生物活性【”】，稀土配合物相对较少。酰腙基团存在酮式、烯醇式和脱氢共轭式，基 ，一 团本身可以单齿和双齿配位，加上取代基的配位，酰腙化合物表现出多样的配位方式。 1 2 3 1 酰腙基团的酮式、烯醇式和脱氢共轭式配位 研究发现，酰腙存在三种配位方式：酮式、烯醇式和脱氢共轭式。当酰腙以中性分子 形式参与配位时，其配位形式为酮式配位；以烯醇式配位时，一般脱去胺基n 上的质子， 以负价离子的形式参与配位；如果分子中还存在其他可脱质子的配位基团，就可能脱去两 个或更多的质子，形成二价阴离子和更高价的阴离子参与配位。酰腙的第三种配位形式是 在胺基n i t 脱去质子后，和羰基形成局部的共轭参与配位。 如同羰基化合物c ( o ) c h 2 与其烯醇式c ( o h ) = c h 互变异构一样，酰腙基团同样存 在酮式和烯醇式互变异构：酮式中的次胺基h 转移到羰基o 上形成双键共轭的烯醇式， 故其存在酮式配位和烯醇式配位，未配位的酰腙主要以酮式存在，因为烯醇式是不稳定的。 2 西北大学硕士学位论文 配位以后究竟以哪种形式存在，还取决于反应溶液的酸碱度，而且阴离子和溶剂都会对其 产生影响。 一i 一n 一一n c o 酮式 一千卜n 一 o h 烯酵式 酰腙基团除可以酮式和烯醇式配位外，还可以以脱氢共轭形式参与配位。杨锐等人在 研究镝( i i i ) 与n ( 2 - 异丙酸) 水杨酰腙和1 ，1 0 菲哕啉三元配合物时，发现该配合物中的酰腙 配体的配位方式是脱氢共轭式3 6 1 。 0 ( 7 ) 一0 恩一一j 一坠卜 l 匕 一c n h 一= 专一c 2 套卜 脱氢共轭式燃 c c 秽燃 c 彩晦举 戮啪回 辫、 劭高鲫 娴器 即 ( 1 ) 酸碱度对酰腙基团配位形式的影响 一般，酸性有利于酮式配位，碱性增强有利于烯醇式配位。在碱性条件下，由于o 的吸电子能力比n 强，o h 比n h 容易失去h ，故碱性有利于烯醇式配位。在一般情况下， 在常见的有机溶剂中如甲醇、乙醇中酰腙配体和金属盐呈弱酸性，以酸调节p h 到强酸性 时，酰腙以酮式配位【5 】，以强碱如氢氧化钾、醇钠调节p h 值至碱性或弱碱性或以弱碱如 氨水调节p h 值至中性时【5 ，3 7 1 ，酰腙以烯醇式配位。但是也有例外，如2 , 6 二乙酰基吡啶 二( 缩氨基脲) ( h 2 l 1 ) 与c o ( n 0 3 ) 2 6 h 2 0 在碱性溶液l m o l l 氨水中反应得到酮式产物 c o ( h 2 l 1 ) ( h 2 0 ) 2 ( n 0 3 ) 2 h 2 0 3 引，乙酰基丙酮苯甲酰腙( h 2 l 2 ) 与f e c l 3 、k o h 以摩尔比2 ：1 ： 3 反应得到酮式烯醇式共存的配合物f e l 2 ( h l 2 ) 3 9 1 。 h 。r 2 浴甲开户甲开7 m 臼v 0m eh 人氐式丫随 o 西北大学硕士学位论文 2 ，6 二乙酰基吡啶二( 缩氨基脲)乙酰基丙酮苯甲酰腙 ( 2 ) 阴离子对酰腙基团配位形式的影响 若不调节溶液的p h ，酰腙和金属盐在有机溶剂中反应，配位形式受盐阴离子的控制。 一般地说，与硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐、硫氰酸盐反应得到酮式产物【4 0 】；与醋酸盐反 应得到烯醇式产物，但也有个别得到酮式产物的，如环己酮异吡啶甲酰腙( h l 3 ) 与醋酸酮 反应得到酮式产物c u ( h l 3 ) 2 ( o a c ) 2 4 1 】。二苯基乙二酮二苯甲酰腙( h 2 l 4 ) 与醋酸镍在 d m s o m e o h 中反应得到酮式产物n i ( h 2 l 4 ) ( o a c ) 2 4 2 】；酰腙与金属氯化物反应可以以两 种方式参与配位，但难以总结出规律。如很相似的配体对二甲基氨基苯甲醛吡啶甲酰腙和 异吡啶甲酰腙在相同条件下与c i s r u ( b i p y ) 2 c 1 2 反应分别得到烯醇式和酮式配位产物【4 3 1 。 d 删国 蚧已酮异吡喔甲甑脲 p h p h ，nn 、 h n 、n h m k o - c 1 n 之 n 氏 n h 2 h p n 诫n h h 、 h 。n 名叼。、n h 2 h 2 n ，c 叼o 、n h 2 二苯基乙二酮二苯甲酰腙 m n q 洲一扩 电电 艮琏phf c 朔r ( , 4 l c e ( h 。淑 配合物l i l l 5 3 配合物 l n ( h l 6 ) 2 c 1 3 ( h 2 0 ) n 4 西北大学硕士学位论文 1 2 3 2 酰腙基团的单齿和双齿配位 酰腙基团本身含有2 个配位原子羰基o 和亚胺n ，一般情况下以双齿配位与金属离 子形成稳定的五元环。但当羰基o 和亚胺n 附近存在其他适合的配位点时，也可能以单 齿o 或n 配位。如乙酰基二茂铁水杨酰腙( h l 7 ) 与l n c l 3 反应得到以羰基o 和酚基配 位而亚胺n 未配位的酮式产物 l n ( h l 7 ) 2 ( h 2 0 ) c l 】n i l 2 0 4 5 1 。邻氨基苯乙酮水杨酰腙( h 2 l 8 ) 与c d c l 2 反应得到以亚胺n 和氨基配位而羰基o 未配位的酮式产物c d ( h 2 l s ) c 1 2 【4 6 1 。 f c m e 声n 州n m e n 文， 卜c 舟 l n ( h l 7 ) 2 ( h 2 0 ) c 1 1 1 h 2 0c d ( h 2 l 8 ) c h 1 2 3 3 其它配位原子参与的配位形式及多变的价态 若酰腙基团两边的取代基的合适位置( 一般为邻位) 有可配位的原子如o 、n 、s 、 p 或基团如o h 、n h 2 、c = o 、c o o h ，则整个化合物呈现可变的，多齿的，单阴离子到 多阴离子( 即中性、负一价、负二价、负三价、中性和负价混合价态及负价混合价态) 的 多种配位形式。如水杨醛苯甲酰腙在不同条件下的配位反应，至少会有以下4 种配位方式 【4 7 】：单阴离子的羰基o ，亚胺n ，酚基o 三齿配位i ；中性的羰基o ，亚胺n 双齿配位 i i ；单阴离子的亚胺n ，酚基o 双齿配位i ；双阴离子的烯醇式o 、亚胺n 、酚基o 的 三齿配位。 p h 西北大学硕士学位论文 o 1 5 0 0 。 从氢键的定义可以看出静电作用( 偶极偶极、偶极电荷作用) 对氢键的重要性。虽然氢 键的研究己有相当长的历史，但是对其本质的认识还在深化中【9 5 1 。早先，氢键被认为主要 存在于电负性较强的非氢原子间。如o h o 【9 6 】，但随着对晶体结构研究的不断深入，现 在己经认识n c 原子也可能参与弱氢键的形成，如c h o 。与强氢键不同，弱氢键容易受 晶体环境的影响而畸变。因此，需要将距离和角度结合起来考虑。如果c h o 角度大于 15 0 。，即使c o 距离大于3 6 h 也可以认为存在弱氢剥9 7 1 。相反，对于c o 距离小于3 2 a ， 而c h o 角度仅为9 0 1 1 0 0 的情况，可能并不存在氢键。总之，对角度的考虑应优先于对 距离考虑【9 引，弱氢键的研究还在深入之中，供体的酸性、受体的碱性、距离、角度以及协 同效应等，在讨论氢键时都应予以考虑阳】。 1 3 咪唑的生物功能及其配合物的研究状况 1 3 1 咪唑的生物作用 咪唑结构是生物化学的一个重要基础，它是以组氨酸支链形式参加酶催化反应的 f l o o 。组氨酸的咪唑基不但与蛋白质分子在空间的特定结构有关，更重要的是它还是酶和 蛋白质的活性中心。咪唑环上的3 位氮原子因为有一对未成键的电子对，所以易与金属离 子形成配位键。作为配体，最主要的是咪唑环系，如含有这个环系的维生素b - 2 、红蛋白、 血红蛋白、细胞色素丙等都存在有与金属离子的配位结构【1 0 1 】。这种结构对上述活性大分 子的生理功能起着极其重要的作用，还有一些重要的生物过程中酶的催化，物质的贮存和 运送，体液中金属离子的平衡等都与组氨酸混配体配合物的形成密切相关。如c u 组氨酸 天冬酰胺、c u 一组氨酸一谷氨酰胺等，这些组氨酸的混配配合物在组织和血液之间起着交换 c u 离子的载体作用。血红素的中心离子f e ( i i ) 也形成了一个混配体配合物，它除了与原卟 啉的4 个n 配位外，还和周围肽链上特定位置的组氨酸咪唑n 配位，这样才能起到输氧 的作用1 0 2 1 。同时咪唑类杂环化合物及其衍生物还是广谱的内吸性杀菌剂【1 0 3 - 1 删，许多酶 的活性也是通过咪唑基与金属的相互作用表现出来的f 1 0 2 】。 西北大学硕士学位论文 1 3 2 眯唑与金属的配合物的研究状况 由于咪唑本身具有抑菌、抗炎、抗病毒的作用，咪唑基团也是一些合成药物中的功效 基团，所以咪唑是一个相当重要的配体，它在许多生物体系中为金属离子提供潜在的联接 点【1 1 0 1 。咪唑通常作为单齿配体通过自身的氮原子与金属离子配位形成配合物。建方方 【1 1 1 】等研究y f e ( i m ) 6 c 1 2 4 h 2 0 的晶体结构和电子光谱，配合物中咪唑均通过自身的氮( 原子以单齿形式与金属离子配位。1 9 7 7 年，h c n r i k s s o n 1 1 2 】首次报道了二醋酸二咪唑合铜配 合物 c u ( o a c ) 2 ( i m ) 2 ( o a c = 醋酸，i m = 咪咪，以下同) 的，它具有抗肿瘤作用【1 1 3 1 。a b u h i j l e h 报道的二醋酸四咪唑铜 c u ( o a c ) 2 ( i m ) 4 4 】和二乙酰水杨酸四咪唑合铜 c u ( a s p ) 2 ( h 1 1 ) 4 】( a s p = 二乙酰水杨酸) 1 1 5 1 及二乙酰水杨酸四( 1 小甲基咪唑) 合铜( i i ) c u ( a s p ) 2 0 e h l l ) 4 】， 研究发现它们均具有超氧化物歧化酶的活性【1 1 6 1 h o r r o c k s 1 1 7 埯人和c h e n 1 1 8 】等人分别合成 了用钴( i d 取代锌( i o 的金属酶的模型化合物【c o 限c 0 0 ) 2 ( m ) 2 】( i 净一c h 3 ，一c 2 h 5 ) ，并对它们 的晶体结构和谱学性质进行了研究。本课题组曾经合成过咪唑、氨基酸和稀土的三元配合 物【1 1 虬2 2 1 ，对其进行了表征和分析，研究了配合物的热化学性质和生物活性。而酰腙类和 咪唑所形成的三元配合物的报道则非常少见，就目前我们所能检索到的文献中仅有一例 1 2 3 ，是本课题组所合成的c u ( h l ) ( i m ) ( h 2 0 ) ( h l = n 2 异丙酸邻羟基苯甲酰腙) 配合物，该 配合物e p c u ( i i ) 的配位数为5 ，处于四方锥配位环境。 1 4 对羟基苯甲酸的生物功能及其配合物的研究状况 对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料，在食品添加剂、化妆品、医药、防腐剂和 杀菌剂等方面都有广泛的应用，而且还是生产染料、农药等重要的中间体。在国内主要用 作生产对羟基苯甲酸酯( 尼泊金酯) ，在国外也有用其作为抗氧化剂的。陈龙池等人研究了 不同浓度的对羟基苯甲酸对杉木幼苗生理特性的影响，结果表明，当浓度为l o m m o l l 以和 l m m o l l - 1 时显著抑制了杉木幼苗的叶绿素含量、光合作用、根系活力等生理指标，并且随 着浓度的增加对生理活性的抑制作用增大。另外，连栽杉木林土壤中积累的对羟基苯甲酸 等酚类化合物能够对杉木幼苗产生化感作用，这是导致连栽杉木生产力降低的一个不可忽 视的因烈1 2 4 1 。王泽明等人研究了四种稀土与对羟基苯甲酸及其8 一羟基喹啉三元配合物的 合成、成键特征及生物活性，结果显示配合物对霉菌有很好的抑制效果，这是由于形成配 合物后，使其脂溶性增加，有利于霉菌细胞渗入霉菌细胞内 1 2 5 1 。赵秀嫒等人在无水乙醇 中合成了对羟基苯甲酸、1 ，1 0 一菲哕啉与镧( i ) 的配合物，研究结果表明该配合物能够 1 4 西北大学硕士学位论文 提高水稻的有效穗数、增加每穗的实粒数等有显著的作用，同时能够及显著的提高水稻的 产量【1 2 6 1 。 1 5 混配体配合物的生物学意义 在生物体系中，由于同时存在着大量各种各样的配位体，它们的浓度大大超过金属元 素，因此生物体内大量、经常存在的是混合配体配合物。其生物学的重要意义体现在以下 几个方面【1 2 7 】： 迄今已知的近千种酶中，有三分之一的酶其活性与金属离子有关，而混配配合物是金 属酶催化过程中相当重要的一环。这些金属酶不但在静态时处于混合配位环境中，在生物 反应过程中更离不开混配配合物的生成。混配配合物在生命金属元素和有机小分子输送贮 存过程中的生成是极普遍的现象。如金属铁在体内的输送；生物体氧的利用过程；生物体 中电子的传递等过程均离不开混配配合物。许多事实表明透膜传输中也涉及到多元混配体 配合物。实验表明，作为膜组成成分之一的膦酯丝氨酸和a t p 等与金属元素如m g ”、c u 2 + 、 f e 2 + 、z n 2 + 和生物胺生成多元配合物，该配合物在水相中溶解度大大减小，而脂相溶解度 大大增加，从而促进了生物胺的透膜移动。在化学治疗中的混配配合物具有的许多优点。 如铅中毒，若用e d t a 与b a l 结合治疗，可取得较好的效果，这种效果是此两种螯合剂 单独使用时都达不到的。当病毒侵入细胞时混配体配合物的作用是通过选择适当的配体或 配合物，生成相应的混配体配合物，调节了各金属离子的浓度，从而有效的控制病毒核酸 的自我复制能力，这也是治疗病毒疾病的有效手段之一。混配体配合物不但参与植物从土 壤中吸收金属离子的过程，还参与它们的代谢过程。植物的根部要从土壤中获取生命金属 元素就必须与土壤中的有机配体竞争，事实上，某些植物的根毛能够分泌一些螯合剂，像 高铁色素( f c r r i c h r o m c s ) ，把铁吸收到植物细胞内，并将它给予铁酶。 除了以上列举的几方面外，生物固氮或人工模拟生物固氮等无一不涉及到混配体配合 物的生成。从这一系列生物过程中混配配合物所扮演的角色，十分有力地证实了混配体配 合物与生命和生命活动过程之间的紧密联系。 1 6 配合物与d n a 作用的研究意义及作用方式 1 6 1 与d n a 作用的研究意义 核酸是生物体的重要组成物质。它包含了遗传信息，并参与这些信息在细胞内的表达， 从而促成代谢过程并控制这一过程。由于核酸介入了生物的生长、发育和繁殖等正常生命 活动，并与致癌等生命的异常情况也密切相关，因此研究核酸，尤其是d n a 的结构与功能的 西北大学硕士学位论文 关系，将有助于人们从分子水平上了解生命现象的本质。同时，人们为了能够从基因水平上 理解某些疾病的发病机理，并通过分子设计来寻找有效的治疗药物，d n a 往往是药物设计时 很重要的作用靶之一。金属配合物可作为d n a 结构和构象的探针，因此研究金属配合物与 d n a 的键合与识别机理成为近十年来国际上较活跃的研究领域之一【1 2 8 m 0 1 。核酸可与许多 小分子化合物如水、金属离子及其配合物、小分子有机物等发生可逆性相互作用。脱氧核 糖核酸( d n a ) 是药物分子作用的重要靶标之一，研究这些小分子和d n a 的作用机理，不仅 能阐明d n a 本身的结构、功能，还能对药物的设计、基因工程、探讨化合物的抗肿瘤机理 以及设计新颖药物分子起指导作用。 1 6 2 与d n a 作用的作用方式 小分子与核酸结合的部位是核酸的碱基、磷酸骨架和戊糖环。核酸由平行堆积的碱基、 聚合的阴离子磷酸骨架以及两条核苷酸链形成的大沟、小沟组成小分子识别位点。作用方 式大致可分为三种：非共价结合、共价结合和剪切作用。近期研究表明，小分子与d n a 相 互作用形式还有“半插入结合”( h a l f i n t e r c a l a t i o n ) ，由于超分子化学的发展，分子与核酸还 涉及到长组装( 1 0 n gr a n ga s s e m b l y ) 。 1 6 2 1 非共价结合 非共价键最主要的是氢键、离子键、范德华力和疏水作用等。虽然这些均属于弱作用 键，但在分子水平的生命现象中上述弱的作用键作用却是一种决定性的因素，形成了核酸 生物功能所需要的空间结构。当然这种结合的程度和方式与具体的环境条件有关。其主要 包括三种不同的方式，即：静电作用、沟区结合和插入结合。 i 静电结合( e l e c t r o s t a t i cb i n d i n g ) ，即分子通过非特异性的相互作用结合于带负电荷的 d n a 双螺旋外部。一般认为，静电结合没有选择性，作用于磷酸骨架【1 3 ，在药物的应用 价值不大。但也并非如此，例如，t m p y p 金属卟啉带正电的侧链与d n a 磷酸酷骨架间的 静电作用对它能嵌入结合在g c 碱基之间起了必不可少的稳定作用，文献【1 3 2 1 认为，核酸分 子表面有静电力形成的水化层中水分子排列与碱基有一关。 i i 沟内结合( g r o o v eb i n d i n g ) ，即小分子与核酸的大沟或小沟的碱基对边缘直接作用。 通常非稠合的芳环体系能通过一定的旋转后结合在小沟中a t 富集区。近年发展起来的反 意寡聚核苷酸能按严格的碱基配对原则在双螺旋的核酸的沟中形成局部的三螺旋结构，可 以精确的识别核酸的特异性序列。因此如己知靶分子的核苷