（无机化学专业论文）nn二3氨丙基3羟基丙胺的合成和多氮配合物的研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i ll m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g s y n t h e s i so fn ，n b i s ( 3 7 一a m i n o p r o p y l ) 一3 - h y d r o x y p r o p y l a m i n ea n dr e s e a r c ho nt h e p o l y n i t r o g e nc o m p l e x e s m a j o r ：i n o r g a n i cc h e m i s t r y c a n d i d a t e ：y i nz h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f h o n gz h o u w u h a ni n s t i t u eo f t e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，p r c h i n a m a y , 2 0 1 0 腓15 舢8 胂79m 刁 舢1胛y 摘要 摘要 本论文选择以侧臂式多氮席夫碱大环配合物和新型多氮配合物为研 究对象，针对近来的悬臂式基团对配合物功能改良的研究热点。一方面 以正丙醇胺为原料合成了一种新型悬臂式多胺n ，n - - ( 3 氨丙基) 3 一羟基 丙胺，并合成了其多胺配合物和席夫碱大环镍配合物。并用x - 射线晶体 衍射、元素分析、核磁共振、红外光谱对合成的化合物进行了表征，获 得了两个配合物的晶体结构，研究了金属离子的组合、配位空腔大小和 环侧链取代基团对配合物生物性质的影响。 另一方面用2 ，6 二甲酰基4 氟苯酚分别与二胺和氯化镍反应合成两 个双核镍配合物。用元素分析、质谱、红外光谱及x 一射线晶体衍射对合 成的化合物进行了表征，获得了2 个配合物的晶体结构。主要工作如下： 1 以正丙醇胺为原料，经过加成、催化加氢反应合成了一种新型的多胺 化合物，通过元素分析、红外、核磁确定其结构。因为r a n e y - n i 催化加 氢的方法比用硼氢化钠还原的方法更容易提纯且产率高，所以此法是制 各多胺的一种简单有效的方法。 2 以n ，n - - - ( 3 - 氨丙基) 3 羟基丙胺为原料，合成了一个由碳酸根桥联的 三核铜开环配合物量。并通过循环伏安对配合物l 的电化学性质进行了研 究；借助变温磁化率实验对配合物l 的磁相互作用进行了研究；通过紫 外光谱法对配合物与小牛胸腺d n a 的相互作用和其对磷酸单酯水解的 催化活性进行了研究。 3 通过模板反应用2 , 6 二甲酰基4 氯苯酚和n ，n - - - ( 3 氨丙基) 3 一羟基 丙胺、2 ，6 二甲酰基4 氟苯酚和1 ，2 丙二胺合成了两个希夫碱大环双核镍 配合物2 兰，并通过i r 、u v 和x 射线晶体衍射对合成的配合物进行了表 征。对配合物的电化学性质以及配合物分别与小牛胸腺d n a 和超螺旋 d n a ( p b r3 2 2 ) 的相互作用进行了研究。 4 以2 ，6 一二甲酰基4 氟苯酚和氯化镍反应合成了一个对称的双核镍配合 物垒，并通过i r 、u v 和x - 射线晶体衍射对合成的配合物进行了表征。 对配合物的电化学性质以及配合物分别与小牛胸腺d n a 和超螺旋d n a 武汉一l 程大学硕士学位论文 ( p b r3 2 2 ) 的相互作用进行了研究。 关键词：多胺，席夫碱，配合物，d n a 切割，电化学 i i d e t e r m i n e d b yx r a yd i f f c r a c t i o n s ，e l e m e n t a l a n a l y s i s ，u v , i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y , 1 h n m r a l s ot h eb i o l o g i c a le f f e c to w i n gt ot h ec a v i t ys i z e ， c o m b i n a t i o nb e t w e e nm e t a li o n sa n dt h es i d e c h a i ng r o u po ft h ec o m p l e xh a d b e e n i n v e s t i g a t e d o nt h eo t h e rh a n d ，2 ，6 一d i f o r m y l - f l u o r i n p h e n o lh a db e e nr e s p e c t i v e l yw i t h n ，n t b i s ( 3 - a m i n o p r o p y l ) 一3 一h y d r o x y p r o p y l a m i n ea n dd i a m i n et os y n t h e s i z e t w od i n u c l e a rn i c k l em a c r o c y c l i cc o m p l e x e s t h o s es y n t h e t i c c o m p o u n d s w e r ec h a r a c t e r i z e d b y e l e m e n t a l a n a l y s i s ，m a s ss p e c t r o m e t r y , i n f r a r e d s p e c t r o s c o p ya n dx r a yc r y s t a l l o g r a p h yd i f f r a c t i o n s ，a n dt h ec r y s t a ls t r u c t u r e s o ft w on e w c o m p l e x e sw e r eo b t a i n e d t h em a i nw o r kw eh a v ed o n ec a nb ec l a s s i f i e da s f o l l o w i n g ： 1 t h r o u g ht w os t e pr e a c t i o n s ，a d d i t i o na n dh y d r o g e n a t i o nc a t a l y s t s ，t h e n o v e l p o l y a m i n en a m e dn ，n - b i s ( 3 - a m i n o p r o p y l ) 一3 - h y d r o x y p r o p y l a m i n e w a ss y n t h e s i z e db yu s i n g3 - h y d r o x y p r o p y l a m i n ea ss t a r t i n gm a t e r i a l s t h e s t r u c t u r eo ft h ep r o d u c tw a sc h a r a c t e r i z e db yi r , e l e m e n ta n a l y s i sa n d 1 h nt h e h i g h e ry i e l dw a so b t a i n e db yh y d r o g e n a t i o nc a t a l y s t st h a n r e d u c t i o nw i t hn a b h 4 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sk i n do fh y d r o g e n a t i o n r e a c t i o n c a t a l y z e db yr a n e y - n i i sa s i m p l e a n de f f i c i e n tm e t h o df o r s y n t h e s i z i n gp o l y m i n e i 旦坚燮塑笙塞 2 an e wt r i n u c l e a r c o p p e r ( i i ) c o m p l e x 羔b r i d g e dw i t hc a r b o n a t ew a s s y n t h e s l 趵dw i t h ( 3 l a m i n o p r o p y l ) 3 - h y d r o x y p r o p y l 锄i n e m e j e c t r o 。c h e m i s t r yc h a r a c t e r i z a t i o na n dm a g n e t i s mi n t e r a c t i o n sb e t 、e e nm e t a l 1 0 n sh a v eb e e n s t u d i e db y r e c o r d i n gt h ec y c l i c v o l t a m m o g r a m sa n d v 锄a b l e t e i n pe r a ：_ t u r e m a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t yd a t ao ft h e c o m p l e x e s r e s p e c t i v e l y t h ec l e a v a g er e a c t i o n so fd n a w i t hc 伽叩l e x e s 、v e r es t u d i e d 觚dt h e c a t a l y t i ca c t i v i t yo fp h o s p h a t ee s t e r h y d r o l y s i sh a v eb e e na l s o j t w od l n u c l e a ri l i c k e lm a c r o c y c l i cs c h i f fb a s e c o m p l e x e s2 电h a db e e n s y n t h e s l 窈db ys t e p w i s et e m p l a t em e t h o dw i t h2 ，6 d i f o r m y l f l u o 血p h e n o l 觚d d 1 锄m e ，n ，n 一b i s ( 3 a m i n o p r o p y l ) 一3 h y d r o x y p r o p y l a m i n ea n d 2 o m 咖n y l c h l o r o p h e n o la s s t a r t i n g m a t e r i a l s ，r e s p e c t i v e l y t h e e l e c t r o c h e m l s t r yc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nm e t a li o n sh a v eb e e nd e p i c t e db v r e c 咖n gt h ec y c l i c v o l t a m m o g r a m so ft h ec o m p l e x e s i na d d i t i o n ，t h e 1 r l t e l a c t i o n sb 咖e e nt h e c o m p l e x e sa n dc t - d n ah a db e e nw o r k e d o v e r 1 e c l e 钾a g ea c t i v i t yt os u p e r c o i l e d d n a ( p b r3 2 2 ) h a db e e ns t u d i e d 4 as y m m e t n cd i n u c l e a rn i c k e lc o m p l e x _ 4 w a s 蛳e s i z e db yt 1 1 er e a c t i o n b e 撕e e n 2 ，6 _ d i f o r m y l - 4 - f l u o r o p h e n o la n d n i c k l e ( i i )c h l o r i d e t h e e i e c t r o c h e m l s 时c h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nm e t a li o n sh a v eb e e nd e p i c t e db v r e c o r d l n g t h e c y c l i cv o l t a m m o g r a m so ft h e c o m p l e x i na d d i t i o n ，t h e i n t e r a c t i o n sb 咖e e nt h ec o m p l e x e sa n dc t - d n a h a db e e nw o r k e d o v e r t 1 1 e c l e a v a g e 绷1 v i t yt os u p e r c o i l e dd n a ( p b r 3 2 2 ) h a db e e ns t u d i e di no r d e rt o k e y w 。r d s ：p 。l y a m i n e ；s h i f f - b a s e ；c 。r n p l e x e s ；d n a c l e a v a g e ； e l e c t r o c h e m i s t r y 。7 i v i i i 1 1 引言1 1 2 多胺及配合物1 1 3 多氮配合物研究概况4 1 3 1 多氮大环配合物4 1 3 2 多氮配合物合成方法一6 1 4 多氮金属配合物的生物活性8 1 4 1 金属磷酸酯酶的模拟8 1 4 2 配合物的核酸活性。9 1 5 本课题的研究内容1o 第2 章n ，n - - - ( 3 一氨丙基) 3 羟基丙胺的合成及其三核铜配合物的合成和 性质研究13 2 1 引言13 v 武汉：亡程大学硕+ 学位论文 2 2 合成反应路线。1 4 2 2 1 n ，n 一- - ( 3 一氨丙基) 3 羟基丙胺的合成14 2 2 2 三核配合物的制备14 2 3 实验部分l5 2 3 1 实验与原料1 5 2 3 2 仪器及方法15 2 3 3n ，n 一- ( 2 乙氰基) 3 羟基丙胺( l 1 ) 的合成：1 7 2 3 4 配体前驱物一n ，n 。一- - - ( 3 一氨丙基) 3 羟基丙胺( h 2 l 2 ) 的合成18 2 3 5 配合物 c u l 2 】3 ( c 1 0 4 ) 4 ( c 0 3 ) 1 的制备18 2 4 结果与讨论1 9 2 4 1 配合物1 的晶体结构1 9 2 4 2 电化学性质2 3 2 4 3 磁性分析2 4 2 4 4 配合物1 与磷酸单酯作用的实验结果2 5 2 4 5 紫外光谱法研究配合物1 与c t o d n a 的相互作用2 8 2 5 小结2 8 第3 章大环双核镍配合物的合成及其性质研究31 3 1 合成路线的设计31 v i 3 2 3 3 3 3 3 3 3 4 3 2 3 配合物23 的制各3 5 3 3 结果与讨论3 6 3 3 1 配合物的晶体结构3 6 3 3 2 配合物23 的电化学性质4 4 3 3 - 3 紫外光谱法研究配合物23 与c t - d n a 的相互作用4 5 3 3 4 配合物23 对p b r 3 2 2 型d n a 的切割活性研究4 8 3 4 小结51 第4 章双核镍醛配合物的合成、电化学及d n a 切割研究5 3 4 1 合成路线的设计5 3 4 2 实验部分5 4 4 2 1 试剂与原料5 4 v i i 武汉jr ：程大学硕士学位论文 4 2 2 仪器与方法5 4 4 2 3 配合物4 的制备5 4 4 3 结果与讨论5 4 4 3 1 配合物4 的晶体结构5 4 4 3 2 配合物4 的电化学性质5 9 4 3 3 配合物4 与c t - d n a 的结合作用5 9 4 3 4 配合物4 与d n a ( p b r 3 2 2 ) 的相互作用6 0 4 4 小结6 2 第5 章总结6 3 参考文献6 5 附录。7 5 硕士期间已经发表和待发表的论文7 7 致谢7 8 第1 章绪论 第1 章绪论 配位化学，作为现代化学学科中最为活跃的前沿领域之一，它是一门 在无机化学的基础上形成、发展起来并得到广泛研究的边缘学科，是研 究金属的原子或离子与无机或有机的离子或者分子相互反应形成的配位 化合物的特点以及它们的成键、结构、反应、分类和合成的学科。但是 其研究的范围已经远远的超出了纯无机化学学科所涉及的领域【1 2 】。随着 合成技术和分析技术的的快速发展，配位化学已经延伸和渗透到了有机 化学、分析化学、物理化学、材料化学以及许多生命科学等学科中去了， 形成了许多崭新的新型边缘学科【3 4 l ，如金属有机化学、生物无机化学等 学科。在应用方面，如医药卫生，化学分析、金属的提取和分离以及仿 生研究【5 棚，配位化学都具备着广阔的前景。因此对于配位化学的研究不 仅有着理论上的意义，而且也有着应用上的意义。 大环配体由于空间构型和电子结构的多样性，产生了一系列特殊的物 理性质和化学性质，在合成、分离、污染处理、医药卫生以及仿生研究 等方面有广泛的应用前景。特别是某些大环配合物能进行能量转移，对 光、电、热敏感的性质，分别具有识别、选择性传输和催化等功能，对 开发新的材料和新型技术有着重要的意义【7 一。近几十年来，配位化学的 研究热点主要集中在以揭示金属离子和生命体系相互作用为主要研究内 容的生物配位化学和以开发新颖光学、电学和磁性分子材料为主要目的 的功能配位化学。在各国有关配位化学研究的学者的共同努力下，这些 领域的研究成果日新月异，不断地推动了配位化学这门学科的发展研究 【9 - 1 0 1 。 1 2 多胺及配合物 多胺化合物有较强的配位能力，多胺化合物所形成的配合物具有高的 武汉工程大学硕士学位论文 热力学稳定性，多胺化合物能够与大多数过渡金属、稀土金属及有机离 子形成配合物，在水的软化、工业清洗、解毒药物、分离分析和萃取这 些过程中应用性很广，并因为它们能够进行分子识别与转移，超分子自 组装，金属蛋白酶的模拟和在医学上的应用得到了人们极大的关注引起 了全世界的学者对其研究的兴趣。 合成功能性多胺是研究金属配合物的前提。多胺按其形状分类有： 链状多胺、支链多胺和环状多胺。支链多胺的合成方面可归纳如下：1 ) 用 对甲苯磺酰氮杂环丙烷与烷基胺反应制备n ，n ，n ，n i 四( 2 一对甲基苯磺 酰氨乙基) 烷基胺，再用氢溴酸或浓硫酸水解制备三胺盐，离子交换色谱 柱制备三胺【1 1 1 ，我们所采用的烷基胺是正丙醇胺，以正丙醇胺与丙烯腈 反应后，得到产物多腈再经金属钠还原就可以得到带侧臂的支链多胺【l 2 1 。 这两种方法所得到的支链多胺前者为氨乙基型，后者为氨丙基型。另外， 以支链多胺为原料与二醛类物质发生席夫碱反应后再用硼氢化钠还原， 也可以合成出环状多胺。大环多胺的空腔为过渡金属离子提供了良好的 配位环境，很多大环配合物都具有特殊的结构及性质，当两个金属离子 问的距离在一定范围内就可能会以一底物分子作为桥基而形成串连配合 物。n ，n - - - ( 3 - 氨丙基) 3 羟基丙胺是我们新合成出来的一种三胺，三个 氮原子都能与金属离子发生配位从而形成单核或者多核的配合物，由于 这种多胺是一种新型多胺，所以由它所合成出来的一个体系的相关配合 物目前还没有相关的文献报道。 本论文以n ，n - - - ( 3 - 氨丙基) 3 羟基丙胺在水溶液中与高氯酸铜反 应时，合成出了一个结构上比较新颖的具有碳酸根桥联的三角双锥结构 的三核c u ( i i ) 配合物。含碳酸根离子的配合物在过去几年都受到相当大的 关注【1 3 。1 4 】。分析其原因一是因为c 0 2 是温室气体，是产生温室效应的根 源而寻求有效的方法限制或消除空气中c 0 2 含量的增加是现代全球解决 温室效应的学者所面临的一项迫切的任务；二是因为c 0 3 2 - 是一个多功能 型桥连配体，它可以与不同的核形成各种各样的配合物，诸如双核、三 核、四核、1 d 和2 d 之类型见图1 1 ，由于微观的结构上的差异会导致它 们在宏观上性质上的差异，例如生物体内某些金属蛋白和金属酶，比如 第1 章绪论 碳酸酐酶，d 核酮糖l ，5 一二磷酸羧化酶一加氧酶，光合系统i i 中非血 红素铁或铜的环肽海鞘环酰胺配合物，均与c 0 2 的固定有关。其中碳酸 酐酶所催化的c 0 2 可逆水合和脱水反应在动物代谢组织和肺部间。酶的 c 0 2 水合反应，从与金属离子结合的羟基离子的亲核进攻活化c 0 2 分子 开始，紧随一个l i p s e o m b 及l i n d s k o g 过程形成金属一碳酸氢根中间体， 接着碳酸氢根被一个新的水分子取代而进入溶液并构成循环。然而大多 数模型化合物中的金属离子都很容易与阴离子碳酸根形成多核金属配合 物。在研究c 0 2 与金属离子配位的早期研究中人们就知道c 0 2 可以插入 到金属一阴离子配体配位键中，碳酸根离子具有3 个可配位的氧原子， 均可以与单齿或双齿形成配位，配位的方式也是各种各样。中山大学的 许星满等人就对碳酸根桥联的三核铜( i i ) 的合成及性质研究做过详细的 报道1 1 5 1 碳酸根桥联的多核金属配合物的体系中金属阳离子在元素周期表 中第一排过渡金属的结构已经得到表征，并且用于无机化学模型和接触 反应研究。这些研究都是为了寻找一个有效的体系，从而设计合成某些 可以有效的吸收并固定空气中的c 0 2 ，生成稳定的碳酸根配位的金属配合 物。尽管三角形三核铜配合物分子问的磁交换现象被人们广泛研裂1 6 】， 但是由1 t3 一c 0 3 2 - 桥联的三核铜配合物的结构极其磁性研究却报道的很 少，本课题所研究的三核铜配合物为研究同类型结构的配合物的磁性提 供了一些数据参考。 武汉工程大学硕十学位论文 m 0 占0 mm 0 占。m a b m 、m m ? m ? v c r o e f 札0 。mm 丫i m o l ，0 ，c 、o 、 o ，, c , o m 图1 1c 0 3 2 - 与不同的核形成各种配合物类型 1 3 多氮配合物研究概况 多氮配合物，顾名思义就是指在分子的配体中具有有多个氮原子的 配合物，而配体中微观上氮原子的数量、氮原子与金属离子键合的环境 都可以直接得影响到金属离子宏观上的物理和化学性质。因此，在配合 物的合成和研究中，通过设计配体的结构合成出新的多氮配合物并研究 其结构和性质的关系，一直是我们所关注的问题，并且对含多氮配合物 的新材料及其其在各个领域上的应用以及生物活性物质的模拟研究都具 有非常重要的指导意义。 1 3 1 多氮大环配合物 大环配合物是指配合物大环的骨架上含有氮，氧，硫，磷等这些配位 原子的多齿配体所生成的环状配合物。1 9 6 7 年帕特森( p e d e r s o nc j ) 合成 出了第一个含大环配体苯并1 8 冠6 的冠醚配合物1 刀，在进一步研究中发 现它们对碱金属及碱土金属阳离子具备特殊的配位能力，于是引起人们 的注意，从此就揭开了广泛研究大环配合物的序幕。到目前为止，所见报 厂窜m h * 一 尸，m ：o m o l 几 co-a g o-， 。厂订、户f m 第1 章绪论 道的大环配合物一般可以分为三个类型：含氮原子的大环配合物；含氧 原子的大环冠醚配合物；同时含氧原子和氮原子的大环配合物。其中含 氮原子的大环配合物与过渡金属有着很强的配位能力i | 刀。过渡金属多氮大 环配合物，是多氮类配合物的研究中一个很重要的分支，大量合成研究 工作表明：这类配合物在氧化还原性、催化性能及与生命现象相连的化 学与模拟许多方面表现出了与其他配合物不同的性能【8 。1 1 ，例如某些多氮 配体与过渡金属形成的金属多氮大环配合物，就有着较好的载氧和抑菌 性能；并且有些此类型的配合物对d n a 分子具有选择性的断裂作用 1 8 - 1 9 。 自从1 9 7 0 年p i l k i n g t o n 和r o b s o n 2 0 1 首次使用2 ，6 二甲酰基苯酚和多胺为 原料合成了这类大环配合物以来，人们发现在生物体内有很多这种含 s c h i f f 碱类型的活性配合物，多以具有n ( i m i n e ) 4 0 2 型体系的s c h i f f 碱多 氮大环配体的配合物的研究越来越被重视，通过研究这种类型的配合物 的性质，可以为天然生物体内的研究提供许多可能有价值的信息【2 1 1 。并 且由于该类配合物中有着较强的与配位金属的作用，使其具备了特殊的 光、电、磁学等性质，也一直受到众多研究者的青睐。 n ( i m i n e ) 4 0 2 型s c h i f f 碱多氮大环配合物大多都是由2 , 6 一二甲酰基对 取代苯酚与含有两个伯胺的胺类化合物通过席夫碱缩合环化反应而形成 的【2 2 。2 3 】，分析其原因是由于2 , 6 二甲酰基对取代苯酚以及其一系列衍生物 都是合成s c h i f f 碱类大环配体的优良羰基试剂【2 4 】能够成功的合成出各种 类型的多氮大环配合物。人们通过研究发现：改变对苯环的对位取代基 例如o c h 3 、c h 3 、c i 、一b r 等的不同以及设计环侧链的结构不同对配合 物的电化学性质、热力学性质、磁性质及其它的生物性质都有着较大的 影响【2 5 。2 7 1 。所以通过设计合成出含有不同的苯环取代基和不同环侧链的 n ( i m i n e ) 4 0 2 型配合物并研究它们的结构与性质之间的差异，可以使我们更 加深入地了解并掌握配合物中金属离子之间的相互作用的规律以及金属 离子与配体的键合关系原理。 武汉t 程人学硕士学位论文 1 3 2 多氮配合物合成方法 许多年来，人们合成出了许许多多的多氮配合物，合成的多胺类配 合物主要为s c h i f f 碱类、环状多胺类、酰胺类和烷基多胺类。多氮配合 物的合成方法也比较多，我们在这里主要介绍与本文有关的s c h i f f 碱类 多氮配合物和环状多胺类配合物的合成方法。 ( 1 ) s c h i f f 碱类多氮配合物 s c h i f f 碱类多氮配合物的合成原理是：在无水和中性或弱碱性的条件 使胺基上的氮原子对羰基的氧原子进行亲核取代，从而形成含c = n 键的 s c h i f f 碱配体。s c h i f f 碱配合物的合成方法可归纳为以下四类： 1 ) 直接法：将含羰基的化合物与原料胺按照一定的物质的量之比直 接反应得到s c h i f f 碱配体，然后在溶液中缓慢滴加金属离子( 通常金属 离子的量与配体量相比稍微过量) 使其配位形成席夫碱配合物。直接法 的优点是产率较高，而且简单快速，开链型多氮类配合物常常采用这种 方法合成。但是它的缺点是对于成环类配合物的合成，使用直接法就需 要考虑溶剂选择的种类和控制反应物的的浓度、反应温度、加料速度等 因素。其合成通法如图1 2 所示。 m 2 + n 2 n - c c h 2 ) n n 屹 z n _ 2 ，3 ，4 ；z = o c h 3 ，c h 3 ，c l , a r y 图1 2 直接合成法通式 ( 哎) n 蛰- 冷z n n d ( c h 小 2 ) 模板法：用直接法合成的时候发现有的大环配体不易成环，此时就 可以改用模板法合成大环金属配合物。模板法是按一定物质的量的比例 使用金属离子作为模板试剂加入到羰基化合物中与二胺反应，可以得到 含有大环的s c h i f f 碱金属配合物。在此过程中，利用配位作用，将胺基 环化。模板法 选择性好，以 成中系统地采 盐与一系列的 c a ( i i ) ，s r ( i i ) ， 进行回流等反 子具有与配体 发生配位的强配位能力从而将主族金属离子置换出来，形成一个更稳定 的目标产物。另外，置换反应与其他几个合成方法相比还有一个重要得 特征就是当我们用碱土金属离子作为模板的时候，碱土金属离子可以被 两种金属离子所取代。 4 ) 逐滴反应法( d r o pb yd r o pr e a c t i o n ) ：针对某些s c h i f f 碱容易析出固 体，很难溶解到反应溶剂中，上述三种合成法都不能采用。该方法的步 骤是先将伯胺类化合物与金属离子所形成溶液混合在一起，然后再逐滴 的缓慢滴入醛或酮的溶液，在剧烈搅拌下，一旦形成少量配体，配体就 会立即与己存在的相对配体的量过量的金属离子发生反应生成配合物。 ( 2 ) 环状多胺类配合物 大环类多胺类化合物也是一种合成模拟生物酶的常用配体，其配合 物由于在热力学和动力学上具有较好的稳定性，从而让人们越来越多的 关注和研究这类化合物，并且在生物、化工、药物合成等方面具备了广 泛应用前景【3 0 1 。 大环多胺化合物可以由s c i h i f f 碱类多氮化合物经还原剂还原得到， 潘志权等【3 1 】以n i 2 + 作为模板，通过环缩合反应，用间苯二甲醛与二乙烯 三胺制得的s c h i f f 碱大环配合物再通过一系列过程如n a b i - h 还原、去模 板、质子化等得到了一种新型的大环多氮配体的氢溴酸盐。此外以结构 简单的单胺作为原料，使其与卤代物进行亲核取代反应也可以制得大环 多氮类化合物。 武汉j 二程大学硕士学位论文 1 4 多氦金属配合物的生物活性 通过生物学家数个世纪的研究发现生物体内的各种蛋白质和酶都需 通过要金属离子的作用才能得以形成。随着生物技术的发展和研究的进 行，越来越多的金属酶被发现，例如含有微量元素铜的血红蛋白、铜锌 超氧化物歧化酶和含有超微量元素镍的尿素酶、氧化酶、镍超氧化物歧 化酶等。由于s c h i f f 碱多氮配体以n 、o 、s 等生物体内重要元素作为配 位原子，其配位环境与生物体内环境比较相近，作为模拟研究生物体中 含铜、镍元素的金属酶的配体是非常合适的。到目前为止，人们已经合 成了许多结构新颖而且可以应用于模拟酶研究的镍、铜金属配合物，特 别是多核铜、镍的多氮配合物具有生物酶活性的潜力【3 2 删。所以本文所 合成的四个配合物也是主要以三核铜和双核镍的多氮配合物为研究对象 的。 1 4 1 金属磷酸酯酶的模拟 如今过渡金属配合物模拟水解酶( h y d r o l a s e ) 的研究进展越来越显著， 己经成为模拟酶研究领域的热点问题。研究磷酸酯酶模型对我们更加深 入的了解天然水解酶催化的机理和设计新型的高效催化剂具有非常重要 的作用。 在天然的磷酸酯水解金属酶结构中，位于活性中心的常见金属离子 一般为二价金属离子，例如z n 2 + 、m 9 2 + 割l 种金属离子【4 1 】，而以高价态 金属离子作为活性中心的酶则非常少见，所以我们的研究也是基于常见 的二价金属离子为目标。目前磷酸酯水解酶的模型配合物中，大多以含n 和。电子供给体的配位基作为配体。含有c u 2 + 、z n 2 + 等的二价金属活性 中心的配合物常常运用于人类遗传学和生物基因工程等方面 4 2 弗1 。磷酸 酯尤其是磷酸二酯常常被作为d n a 和r n a 的模拟底物用于水解金属酶 的模拟研究中。 对磷酸酯酶模型物的研究，从早期的侧重于模拟磷酸酯酶催化中心， 到中期对磷酸酯酶催化中心和结合中心的综合模拟，再到近期的对催化 第1 章绪论 中心和协同作用的研究，经历了三个研究阶段h 6 4 7 1 。b r e s l o w 等人【4 8 1 首次 报道了双核z n ( i i ) 配合物图1 3 中配合物1 的金属离子协同催化磷酸酯的 水解。而南京大学的郭子健教授等合成了一种不对称的双核锌模型配合 物图1 3 配合物2 4 9 1 ，通过水解性质研究发现这种配合物能使磷酸二酯键 模型物b n p p 的水解速率提高1 0 5 倍。 2 图1 3 双核z n 模拟配合物 在自然界中到目前为止还未发现以c u 2 + 作为活性中心的水解酶，但是 在模拟水解酶实验e ? c u ( i i ) 模型配合物却表现出很高的反应活性。加拿大 的k a r u n a k a r a ns 等【5 0 】首次报道了一种通过苯酚桥联的两个c u ( i i ) 中心配 合物具有很好的催化磷酸二酯的水解的活性。这为以后在模拟水解酶的 研究中做了极为重要的铺垫。 1 4 2 配合物的核酸活性 最近3 0 年来，研究发现配合物在核酸酶模拟方面也有一定的应用， 人工合成的化合物特别是过渡金属类配合物作为核酸模拟酶的研究已经 成为生物无机化学领域的热门课题，其中研究最早、最多也是最为深入 的是l ，lo 一菲咯啉一铜配合物 5 1 - 5 2 】，自19 7 9 年s i g m a n 等人发现第一个双1 ，10 一 菲咯啉铜以来，越来越多的过渡金属配合物被合成并用于核酸切割试剂 ( 核酸酶) 的研究【5 n o l 。核酸切割是指通过生物化学反应用配合物将长链的 核酸分子( d n a 和r n a ) 切割使其断裂成较短的碎片。人工核酸切割试剂 武汉- t 程大学硕士学位论文 切割d n a 的作用机理一共可分为三类：酯水解切割、自由基氧化切割和 消除机理切割【6 1 - 6 3 。金属配合物从某种程度上说，完全可以作为一种切 割试剂去使用，对研究人工核酸切割有着非同小可的作用，势必直接或 者间接的帮助人们更加深入的了解核酸酶催化机理以及核酸与d n a 的相 互作用原理，在分子微观水平上指导抗肿瘤药物的合成，并找到能够替 代天然的核酸酶的有效途径，合成能对核酸定点切割的人工试剂等有着 极大的潜力和发展。 1 5 本课题的研究内容 对多氮配合物的研究一直都是方兴未艾，由于其所具有的独特结构 和性质，特别是在模拟生物酶、d n a 切割以及新型材料等方面的应用， 更是吸引了越来越多的研究者们，也使这类化合物成为配位化学研究的 一大热点。基于此，本文开展了如下的工作： 1 以正丙醇胺为原料通过加成、催化加氢反应合成带羟基悬臂的新型 多胺，通过i r ，1 h n m r 确定每步产物的结构及纯度、研究了反应所需 的合成条件对产物纯度和产率的影响。 2 用合成的n ，n 二( 37 氨丙基) 一3 一羟基丙胺与高氯酸铜反应在空气中二 氧化碳的参与下得到了一个三核铜胺配合物，利用x 射线衍射，确定配 合物的晶体结构；研究其电化学性质和磁学性质；用紫外光谱法研究其 与c t - d n a 的相互作用和其催化磷酸单酯水解的催化活性。 3 用2 ，6 二甲酰基一4 氯苯酚与n ，n - - ( 3 氨丙基) 一3 羟基丙胺反应得到 相应的双核大环配合物。通过x 一射线晶体衍射，确定配合物的结构，并 研究其电化学性质；通过紫外光谱法研究其与c t - d n a 作用的性质。合 成2 , 6 一二甲酰基一4 氟苯酚，并与1 ，2 - 丙二胺反应得到相应的双核大环配 合物。通过x 射线晶体衍射，确定配合物的结构；研究了配合物的电化 学性质；通过凝胶电泳的方法考察了配合物切割p b r 3 2 2d n a 的活性。 4 以2 , 6 二甲酰基4 氟苯酚和氯化镍为原料合成新的双核镍配合物。用 x 射线晶体衍射，确定配合物的结构；考察了配合物的电化学性质；通 过紫外光谱法研究其与c t - d n a 作用的性质；通过凝胶电泳的方法探讨 第1 章绪论 配合物切割p b r3 2 2 d n a 的活性。 武汉工程大学硕? ：学位论文 1 2 的合 境问 类面 离子 子是 的目 的就是为了寻找一个有效的体系，设计合成出某些金属配合物使其通过 与碳酸根配位生成稳定体系，从而有可能可以有效的吸收并固定空气中 的c 0 2 。 悬臂多胺配体作为优良的过渡金属离子配位剂，是目前配位化学研究 的热点，且在分子自组装上有着广泛的研究前景【6 蹦9 1 ，而且也为合成同 多核或杂多核配合物也提供了一个新的途径。本章用正丙醇胺为初始原 料，通过其与丙烯腈反应，经过催化加氢等一系列反应得到一种新的带 羟基侧链的三胺配体，然后用三胺配体与铜盐反应在空气中二氧化碳的 参与下形成了具有对称结构的的三核铜的c 0 3 2 - 桥联配合物并对其进行 了电化学性质进行了分析；对其磁性进行了研究；用紫外光谱法研究其 与c t - d n a 的相互作用和以及其对磷酸单酯酶水解活性的测定。 武汉工程大学硕士学位论文 2 2 合成反应路线 2 2 1n ，n t 一二( 3 一氨丙基) - 3 - 羟基丙胺的合成 图2 1n ，n - - 二( 3 氨丙基) 一3 - 羟基丙胺的合成路线 2 2 2 三核配合物的制备 图2 2 【c u l 2 】3 ( c 1 0 4 ) 4 ( c 0 3 ) 的合成路线 1 4 章n ，n - _ 二( 3 氨丙基) 3 羟基丙胺及其三核铜配合物的合成和性质研究 分 与原料 ，二氯甲烷，氢氧化钠，丙烯腈，甲醇，无水硫酸钠，r a n e y n i ，高氯酸铜，绝对甲醇。以上未作特殊说明的试剂和溶剂均为分析纯， 丙烯腈经普通蒸馏后使用。绝对甲醇的制法参见溶剂手册【7 0 l 。高氯酸铜 的制法参见参考文酬7 l 】。高氯酸四丁基铵( t b a p ) 在水中重结晶四次见 参考文献f 7 2 】，再经1 2 0 0 ( 2 下真空干燥后使用。d m f 经无水硫酸镁及分子筛 分别干燥处理一昼夜后重蒸得到。r a n e yn i 通过a i - n i 合金在煮沸的氢氧 化钠溶液中反应制得。原料正丙醇胺为分析纯，从国药集团化学试剂有 限公司购得，用前需重蒸。溶剂二氯甲烷用前需重蒸。 2 3 2 仪器及方法 1 配合物合成及表征所用仪器及方法 配合物的晶体结构数据在b r u k e rs m a r ta p e xc c d 上收集，并用 s m a r t 和s a i n t l 7 3 , 7 4 1 程序进行数据的还原和晶胞参数修正。用经验法进 行吸收校正，晶体结构用直接法求解，所有非氢原子都用全矩阵最小二 乘法对f 2 各向异性修正。氢原子通过理论加氢加到理论位置上，高氯酸 根按作无序处理。 c 、h 、n 等元素含量使用p e r k i n e l m e r2 4 0 c 元素自动分析仪测定。 电子吸收光谱使用岛津u v 2 4 5 0 分光光度计在波长1 9 0 8 0 0n n l 范 围内测量，采用快速扫描模式，并进行基线校正。 红外光谱使用p e r k i n e l m e rf t - i r 光度计测量( k b r 压片) 。 武汉上程大学硕：仁学位论文 d y - l a 稳流稳压电泳仪( 江苏兴化分析仪器厂， 6 h _ 1 型电泳槽( 江苏兴化分析仪器厂) ；h a t