（无机化学专业论文）钒化合物的合成、表征及其生物活性研究.pdf

l l l l l l | l f f | | | | | | l | i f m l l l f | 嘲f | l l l l | | l f l y 19 0 3 0 4 3 i n s t i t u t i o nc o d e ：10 2 6 9 s t u d e n ti d ：51 0 8 0 6 0 6 0 1 7 s t h 由o ns y n t h e s i s ，c h n r n c t e r i ：n t i o na n dbi o t o g i c n l p r o p e r t i e so fv a n n d i u mc o m p l e x e s f a c u l 坶： m a j o r ： 旦量巳垡幽竺丝2 z 丝鱼丝i 塞业 礁q ：鬯丝i ( 丝l 翟丝i j 匿业 r e s e a r c hf i e i d ：q 2 丝地丝鲤鲤丝q 缨垫业 s u p e r v i s o r ：4 苎苎q i 鲤丝! 已致正鹜苎墅2 q i z i 丝g 星丝鲤丝望 s t u d e n t ： q 鱼! 丝星致丝g c o m p l e t e di nm a y2 0 l l q以佧眭濉如 i l 郑重声明：本人呈交的学位论文钒化合物的合成、表征及其生物活性研究， 是在华东师范大学攻读硕士学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明 确说明并表示谢意。 作者签名：日期：如j f 年j 月谚日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 s t u d y0 ns y n t l l e s i s ，c h 缸a c t e 血a t i o na 1 1 db i o l o 西嘲p r o p e n i 铬o f 、a d i 啪 c 伽叩l e x e s 系本人在华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士学位 论文，本论文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关 规定保留和使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和 “知网 送交学位论文的印刷版和电子版：允许学位论文进入华东师范大学图书 馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共 建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或 者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密学位论文木， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 新签名乏丝嗵!本人签名盏亟 劫，年，月2 ，日 ：l c “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权) 。 碰硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 单永奎 蠢摺 年f ；哆牛崔坎客 主席 吴丧平 猃抠 ，罕乐! j 币悲大、害 了宏明套彳髻 争笨夕币花大学 论文摘要 钒作为人体必需的微量元素，在葡萄糖的代谢过程中起着非常重要的作用。 钒的化合物具有模拟胰岛素的生理功能，是一类有良好应用自仃景的糖尿病治疗药 物。目前研究发现：无机钒化合物具有较好的类胰岛素活性，目前已有少数投入 到临床试验阶段。但是无机钒酸盐的毒性大、脂溶性小、生物利用度低、所需剂 量大，于是人们的研究兴趣又转向了钒的有机配合物。因此，选择适当的配体或 者配位原子与其结合，克服无机钒化合物的缺陷，以达到促进吸收、提高药效和 降低毒性的目的。因此，钒的有机配合物引起了包括生物、化学和医药等众多研 究领域的关注。 本论文设计合成了两类钒配合物，一类是以吡啶羧酸羟胺钒，另一类是以多 钒磷酸簇合物，并对其进行了表征；同时研究了配合物的蛋白质酪氨酸酶p t p l b 筛选和抑菌肺炎克雷柏菌活性实验。具体工作如下： 第一：设计合成了两种新的吡啶羧酸羟胺钒配合物，以2 吡啶一甲酸和2 3 吡啶二甲酸为配体，在水溶液和中性p h 值的条件合成了2 吡啶一甲酸羟胺钒配 合物、2 ，3 吡啶二甲酸羟胺钒钾配合物。对新合成的配合物进行了一系列的表征 和测试，确定了配合物的基本组成和配位情况，主要测试包括：元素分析、红外 光谱分析、紫外光谱分析、热重分析和x 一射线单晶衍射。 第二：设计合成了一种新的多钒磷酸盐，以磷原子为配位原子，在水溶液、 高温和高压反应釜中合成。利用元素分析、红外光谱分析、紫外光谱分析、热重 分析和x 射线单晶衍射研究了配合物的组成、分子结构和晶体结构。 第三：对新合成的配合物进行了一系列性能测试。主要包括：配合物的脂溶 性研究( 分配系数的测定) ：选择了正辛醇啦( p h = 7 4 ) 生理缓冲溶液体系，分 别测定钒配合物两相中的吸光度，计算得其分配系数；活性测试：进行了蛋白酪 氨酸磷酸酶p t p l b 模型实验和抑菌肺炎克雷柏菌活性实验，活性实验得到的初 步结论为进一步研究和建立本系列配合物作为胰岛素模拟物的构效关系奠定了 基础。 关键词：吡啶羧酸羟胺钒，多钒磷酸盐，表征，晶体结构，生物活性测试 a b s t r a c t v a j l a d i u mh a sb e e np r o p o s e da n da c c 印t e dt ob ea ne s s e n t i a l t r a c ee l e m e n ti nt h e 百u c o s em e t a b o l i s m v a n a d i u mc o m p o u n d sp o s s e s st h ep h y s i o l o 百c a le f - f c c t si n s i m u l a t i n gp h y s i o l o g i c a l 如n c t i o n so fi n s u l i n ，a n dh a v eag o o dp r o s p e c ta c t i n ga sa c l a s so fd i a b e t e sd m g s n o wi i l o r g a n i cv a n a d i u mc o m p o u n d sa n do r g a n i cv a n a d i 啪 c 0 0 r d i n a t i o nc o m p o u n d sa r es ”t h e s i s e d i th a l sb e e nf o u n dm a ts o m em o r g a n j c v a n a d i u mc o m p o u n d sh a v et h eb e t t e ri n s u l i ne f f e c t sa n dh a v eb e e nu s e di nc l i n i c a l t e s t sb u t i n o 唱a n i c v a n a d a t e sh a sm a n yd r a w b a c k s ， s u c ha s ： t o x i c i t y ， s m a l l f a t - s o l u b i l i t y ，l o wb i o a v a i l a b i l i t ya n dd o s er e q u i r e l ：l l e n t s ，s o 黟e a ta t t 锄t i o nh a sb e e i l p a i dt oo 玛a n i cv a n a d i u mc o m p l e x e s t h e r e f 0 r e ，w es h o u l ds e l e c tt h ea p p r o p r i a t e l i g a n d so rc o o r d i n a t e da t o m st oo v 凹c o m e t h ed r a w b a c k so fm e i i l o r g a l l i cv a n a d i 啪 c o m p o u n d s n o w ，o 唱a n i cv a n a d i u mc o m p o u n d sh a v eb e e nt l l ep o p u l a rt o p i c si nt h e c u l l r e n tb i o i n o 唱a n i cc h e m i s t i y i i lm i sp a p e r ，t w oc a t e g o r i e so fv a n a d i u m ( v ) c o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e da n d c h a r a c t 嘶z e d o n ei st h ev a n a d i u mp 如d i n ec a r b o x y l i ca c i dh y d r o x y l a l n i d o 柚dt h e o t h e ri s p o l y o x o v a n d a t e sp h o s p h a t ec o m p l e x w eh a ds t u d i e dm ep t p 1bp r o t c i n t y r o s i n a s ea c t i v i t y 锄db a c t 谢o s t a t i cp n e u m o n i ac l a yc y p r e s sb a c t 喇ae x p 嘶m e l l t s t h em a i nw o r ko fm er e s e a r c ha sf o l l o w s ： 1 t w on e wv a i l a d i u m ( v ) p 蜘d i n eh y d r o x y l 锄i d oc o m p l e x e sw i t h2 p 如d i n e c a r b o i l i ca c i da n d2 ，3 一p 蜘d i n et 、) l ，oc a r b o n i ca c i dw e r ep r 印a r e di nn e u t r a ls o l u t i o n t h eb a s i cc o m p o s i t i o n so ft h ec o m p l e x e sw e r ed e t e m l i n e db yt h ee l e m e l l t a la j l a l y s i s ， t h e r n l o g r a v i m e t r i ca n a l y s i s ，t h ei r ，n l eu vs p e c t r a 卸dt h es i n 酉ec u s t a ld i 衢a c t i o n a i l a l y s i sr e s p e c t i v e l y 2 o n en e wv a n a d i 啪p h o s p h a t ec o m p l e xw i t hpa t o mw 嬲s ”t l l e s i z e di nt h e w a t e rs o l u t i o n 、h i 曲t 锄p e r a t l l r ea n dt e n o n - l i n e ds t a i n l e s ss t e e la u t o c l a v e b yt h e e l e m e i l t a la i l a l y s i s ，t h e n l l o g r a v i m e t r i c 锄a l y s i s ，m e 瓜，m eu v s p e c t r aa n dt h es i n 酉e c 叫s t a ld i 衢a c t i o na i l a l y s i s ，m ec o m p o s i t i o n 、m o l e c u l a rs t m c t u r ea 1 1 dc 巧s t a ls t m c t u 】汜 w e r es t u d i e d 3 as 嘶e sp e 墒r n l a n c eo fn e ws y n t h e s i z e dc o m p l e x e sw e r et e s t e d ，i n c l u d i n g ： f a t - s o l u b i l i t ys t u d y ( d e t e 肌i n a t i o no ft h ep a n i t i o nc o e m c i e n t ) ：t h ea b s o r b a n c eo f v a n a d i u mc o m p l e x e sd i s s o l v e di nal o e b s r i n g e rb i c a r b o n a t e ( k r b ) b u f f e r ( p h = 7 4 ) ，l o c t a n o ls y s t e mw e r ed e t e m i n a t e dr e s p e c t i v e l y ，a n di t sp a n i t i o nc o e 缳c i e n tw a s c a l c u l a t e di na c c o r d a n c ew i mf o r m u l a ；a c t i v i t yt e s t ：t h ep r o t e i nt ”o s i n ep h o s p h a t a s e p t p1ba n db a c t e r i o s t a t i cp n e u m o n i ac l a yc ) ，p r e s sb a c t e r i ae x p “m e n t sw e r ec a r r i e d o u t t h ep r e l i m i n a r yc o n c l u s i o ni sab a s i sf o rm n h e rr e s e a - c ha n de s t a b l i s h m e n to f s t m c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i po fv a j l a d i u mc o m p l e x e sa si n s u l i nm i m i c s k e yw o r d ：v 锄a d i u m ( v ) p 蜘d i n eh y d r o x y l a m i d o ；p o l y o x o v a n d a t e s p h o s p h a t e ；c o m p l e x e s ；c h 锄c t 甜z a t i o n ；c 叫s t a ls t m c t l l r e ； b i o l o 百c a la c t i v i t y 目录 第一章绪论1 1 1 钒的基础化学1 1 1 1 钒的基本性质及存在形式1 1 1 2 钒的生化特性与生理功能一3 1 1 3 钒的类胰岛素活性5 1 2 钒的几类重要配合物的研究进展6 1 2 1 氧钒配合物6 1 2 2 过氧钒配合物9 1 2 3 羟胺钒配合物1 2 1 2 4 钒的杂多酸配合物1 3 1 3 钒配合物的生物活性应用研究进展1 4 1 4 本论文的研究思路1 8 第二章吡啶羧酸类羟胺钒配合物的合成与表征1 9 2 o 前。言1 9 2 1 实验试剂和仪器1 9 2 1 1 实验试剂1 9 2 1 2 实验仪器2 0 2 2 吡啶羧酸类羟胺钒配合物的合成2 0 2 2 12 一吡啶一甲酸羟胺钒的合成2 0 2 2 22 ，3 吡啶二甲酸羟胺钒钾的合成2 0 2 2 3 实验结果与讨论一2 l 2 3 吡啶羧酸类羟胺钒配合物的基本表征2 2 2 3 1 元素分析2 2 2 3 2红外光谱( n i r ) 2 3 2 3 3在不同p h 值溶液中的紫外可见光谱( u v v i s ) 2 7 2 3 3 1 各种溶液的配置2 7 2 3 3 22 一吡啶一甲酸羟胺钒的紫外可见光谱2 7 2 3 3 32 ，3 吡啶二甲酸羟胺钒钾的紫外可见光谱2 8 2 4 配合物单晶结构测定与分析3 1 2 4 1 2 - 吡啶一甲酸羟胺钒 v o ( n h 2 0 ) 2 ( c 6 n 0 2 h 4 ) h 2 0 晶体结构3 l 2 4 2 2 ，3 一吡啶二甲酸羟胺钒钾k ( h 2 0 ) v o ( n h 2 0 ) 2 ( c 7 n 0 4 h 3 ) 晶体结构3 6 2 5 配合物热稳定性分析4 2 2 6 本章小结4 4 第三章多钒磷酸盐配合物的合成与表征4 5 3 o 前言4 5 3 1 实验试剂与仪器4 5 3 1 1 实验试剂4 5 3 1 2 实验仪器一4 6 3 2 多钒磷酸盐配合物的合成4 6 3 2 1 多钒磷酸盐配合物的合成4 6 3 2 2 实验结果与讨论一4 6 3 3 多钒磷酸盐配合物的基本表征4 7 3 3 1 元素分析4 7 3 3 2红外光谱( 丌- i r ) 4 8 3 3 3 在不同p h 值溶液中的紫外可见光谱( u v s ) 4 9 3 4 配合物单晶结构测定与分析5 l 3 4 1 多钒磷酸盐( n h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ) 2 ( v 0 6 ) ( v p o ) 4 ( v 0 5 p 0 4 ) 4 】晶体结构5 1 3 5 多钒磷酸盐热稳定性分析5 7 3 6 本章小结5 8 第四章钒配合物生物活性实验研究与讨论5 9 4 0 前占5 9 4 1 配合物在正辛醇k r b ( p h = 7 4 ) 体系中分配系数( p ) 的测定5 9 4 1 2 配合物分配系数5 9 4 1 2 分配系数测定6 0 4 2 配合物蛋白质酪氨酸酶p t p l b 筛选模型活性实验6 l 4 2 1 蛋白质酪氨酸磷酸酶l b ( p t p l b ) 6 1 4 2 2p t p l b 酶筛选模型的建立6 1 4 2 3 样品筛选结果与分析6 3 4 3 配合物抑菌肺炎克雷伯菌活性测试6 4 4 3 1 肺炎克雷伯菌6 4 4 3 2 抑菌试验6 4 4 3 3 抑菌活性测试结果6 5 4 4 本章小结6 6 展望6 7 参考文献6 8 攻读研究生期间的主要科研成果7 3 致i 射7 4 华东师范人学2 0 l l 届硕i ：论文 第一章绪论 1 1 钒的基础化学 钒( v ) 是一种银灰色的会属，地壳中的丰度为0 0 1 5 ，大大超过铜、锌、 钙等普通元素的含量。然而钒在自然界中分散而不集中，提取和分离比较困难， 因而被列为稀有金属。1 8 3 0 年瑞典化学家塞夫斯特伦( s e f s t r o mng ，1 7 8 7 1 8 4 5 ) 在研究斯马兰矿区的铁矿时，用酸溶解铁，在残渣中发现了钒。自从钒被发现以 来，引起了科学家们的广泛兴趣，钒进入了生命科学的领域，经过了一个多世纪 的研究，于2 0 世纪7 0 年代术期被确定为人和动物的必需微量元烈1 】【2 】。 1 1 1 钒的基本性质及存在形式 钒( v ) 属于第一过渡系元素，位于元素周期表第四周期第v b 族，原子序 数2 3 ，价电子构型为3 d 3 4 s 2 ，相对原子质量为5 0 9 4 1 5 。自然界的钒存在两种稳定 同位素，即5 0 v 和5 1 v ，其中5 1 v 的含量为9 9 7 6 。 过渡金属钒原子的价电子构型为3 d 3 4 s 2 ，有未填满的电子层，这种电子结构 赋予钒具有多变的氧化念和几何构型，所以性质较活泼。在已知的钒化合物中， 特征的化合态有i i i 、i 、0 、+ i i 、+ i i i 、+ 和+ v 【3 】，在其常见的化合物中主 要以+ 和+ v 形式存在，在钒酸盐( + v ) 的酸性溶液中，加入还原剂( 如锌粉) 可以观察到溶液的颜色由黄色( + v ) 逐渐变为蓝色( + ) ，绿色( + i i i ) ，最 后变成紫色( + i i ) ，与钒的生物活性有关的氧化态是+ i i i 、+ 和+ v ，也是热 力学上和动力学上能够稳定存在的氧化态【4 】。由于钒价态多样化且能水解和多 聚，而且各价态的钒离子在溶液中的总浓度受p h 影响，在水溶液中不存在简单 的扩+ 、v 5 + 离子，而是以钒氧基( v 0 3 + ，v 0 2 + ) 或含氧酸根( v 0 3 ，v 0 4 3 。) 等 形式存在，因此钒的溶液化学性质比较复杂【5 1 。简单的正钒酸根离子v 0 4 3 只存 在于强碱性溶液中，向正钒酸盐溶液中加酸，是p h 值逐渐下降，会生成不同聚 合度的多钒酸盐： 2 v 0 4 3 。+ 2 h + 寻= = 苎2 h v 0 4 2 寻= = v 2 0 7 + h 2 0 3 v 2 0 7 4 。+ 6h + 寻= = 2 v 3 0 9 3 。+ 3h 2 0 1 0 v 3 0 9 3 。+ 6h + 寻= = 3v i 0 0 2 8 每+ 6h 2 0 v l 0 0 2 8 】6 + h + 寻= 兰 h v i 0 0 2 8 】5 - 华东师范人学2 0 i i 届颂i ：论义 【h v l 0 0 2 8 】5 + h + 寻= 兰【h 2 v l 0 0 2 8 】4 一 h v i 0 0 2 8 】4 + 1 4 h + 寻= = l o v 0 2 + + 8 h 2 0 从上述的聚合平衡可以看出随着p h 值的下降，聚合度增大，溶液的颜色加深， 逐渐由无色淡黄色深红色。如果加入足够量的酸，溶液中存在稳定的黄色的 v 0 2 + 。 钒酸根离子在溶液中聚合的情况除了同p h 值有密切关系以外，还同钒酸根 浓度的大小有密切关系。向浓的钒酸盐溶液中加酸到p h 大约为2 时，会沉淀出红 棕色的五氧化二钒水合物。进一步加酸，这一沉淀又会重新溶解，生成含v 0 2 + 离子的黄色溶液。它在不同p h 值不同浓度溶液中的物种分布如图1 1 所示： ， 蹈 墨 荔 图1 1 五价钒的存在形式与溶液p h 值和浓度的关系 f i g1 1d e 笋e eo fp o l y m 嘶z a t i o no fp e n t a v a l e n tv a n a d i u mc h a n g e sw i t hs 0 1 u t i o np h 由上图可以看出：当溶液p h 值 3 时，则生成多聚钒酸盐 h 2 v l 0 0 2 8 4 】，溶液呈橙色，但 若把溶液稀释( o o o o o v 华东师范人学2 0 l l 届硕i ：论文 得到的。常见的吡啶配体有下图( 1 ) 一( 4 ) ： 三臼：由三 5 ( 1 )( 2 )( 3 ) 5 ( 4 ) c 附 7 7 i c 附 h a z 撕k a ，p a n k a j 等【4 6 】合成了以甘氨酸一甘氨酸、甘氨酸亮氨酸二肽为配 体的过氧钒配合物n a v o ( 0 2 ) 2 ( p 印t i d e ) ( h 2 0 ) h 2 0 和k v o ( 0 2 ) 2 ( p e p t i d e ) ( h 2 0 ) - h 2 0 ，配合物有