（有机化学专业论文）几种新型配合物的合成、表征及与dna的相互作用.pdf

摘要 本文简单介绍了苯并咪唑类化合物的合成方法及其在医学、纺织 等行业应用，并介绍了使用一些常用的实验方法，如紫外光谱，荧光 光谱、黏度法等，研究苯并咪唑类配合物与d n a 的作用机制。 在微波辐射的条件下快速的合成了2 , 6 二( 苯并咪唑2 ) 吡啶 ( h 2 b z i m p y ) ，与常规方法相比，反应时间大大缩短，产率与传统合成 方法相当，并摸索到了化合物的最佳微波合成条件；在常规方法下合 成四个配合物，分别为2 , 6 - 二( 苯并咪唑一2 ) 毗啶锌( i i ) 、2 , 6 一二( 苯并眯 唑2 弘比啶镍( i i ) 、2 , 6 二( 苯并眯唑- 2 ) l 】g 啶镉( i i ) 和2 , 6 二( 苯并咪唑27 ) 吡啶铬( 1 i d ，并通过红外、紫外、荧光、差热热重等对其进行了表征， 利用循环伏安和微分脉冲伏安法等电化学方法测定了配合物的电化 学行为，发现配合物的电极反应均为不可逆反应。此外，还研究了配 合物的紫外光谱对溶液p h 值的依赖性，其中锌配合物最明显，在酸 性环境中，随着p h 值上升，吸收强度下降，吸收波长向长波方向偏 移( 从3 2 8 3 3 ln m ) ，在碱性环境中，3 3 1n m 附近的吸收峰一直下降， 但在3 6 1n m 附近的吸收峰却逐渐上升，当p h 值等于9 1 4 后紫外吸 收基本不变。这是由于h 2 b z i m p y 过渡金属离子形成稳定的三齿配合 物，该配体中的氨基氢( n - h ) 在形成配合物后容易离解，造成紫外光 谱的相应变化，并且该氢的离解程度受中心离子的性质和环境( 如p h 值等) 的影响。反过来，氢的离解程度又影响配合物的电荷分布，进 而影响其电化学和光谱化学性质。 采用紫外光谱，荧光光谱、黏度法考察了这四种配合物与d n a 的相互作用。研究发现这两种【z n ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 n 0 3 ，2 h 2 0 、 n i ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 n 0 3 与d n a 作用时吸收强度都减少，吸收峰红移， 其减色效应分别为6 0 9 ， 8 2 ，且吸收峰红移了2n m ；荧光强度 都增强，分别增强为原来的2 8 、1 9 倍；黏度随d n a 浓度的增大都 增大，表明这两种配合物以插入方式与d n a 结合。而 c d ( h 2 b z i m p y ) c 1 2 、 c r ( h 2 b z i m p y ) c 1 3 配合物的吸收强度减少，但几 乎没发生红移，荧光强度随d n a 浓度的增大反而下降，黏度也成下 降的趋势，表明它们与d n a 是以静电作用或部分插入方式相结合的。 关键词：2 , 6 一二( 苯并咪唑一2 ) 毗啶；配合物；光谱法；黏度法；d n a i i a b s t r a c t i nt h ep a p e r , s y n t h e s i sm e t h o da n da p p l i c a t i o n s o fb e n z i m i d a z o l e c o m p l e x e s o nt h em e d i c i n ea n d d r y g o o d s e t ca r ei n t r o d u c e d e x p e r i m e n t a l m e t h o d sf o r s t u d y i n g m e c h a n i s m so fb e n z i m i d a z o l e c o m p l e x e sb i n d i n gt od n a a r er e v i e w e d ，i n c l u d i n gu v ，f l u o r e s c e n c e ， v i s c o s i t ym e a s u r e m e n t a n de l e c t r o c h e m i s t r ym e t h o d 2 , 6 b i s f b e n z i m i d a z y 一2 ) p y r i d i n e h a sb e e ns y n t h e s i z e d r a p i d l yb y m i c r o w a v ei r r a d i a t i o n ，t h ey i e l d sa r et h es a m ea sc o n v e n t i o n a ls y n t h e s i s ， a n dt h er e a c t i o nr a t ei nt h i sc o n d i t i o ni s8 0t i m e sa st h a ti nc o n v e n t i o n a l s y n t h e s i sc o n d i t i o n ，s o t h er e a c t i o nt i m ei sg r e a t l yr e d u c e d m o r e o v e rt h e o p t i m u ms y n t h e s i z e d c o n d i t i o nu n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o nh a sb e e n e x p l o r e d t h e f o u r c o m p l e x e s o fz i n c ( i i ) ，n i c k e l ( i i ) ，c a d m i u m ( i i ) ， c h r o m i u m ( i i i ) w i t h2 , 6 一b i s ( b e n z i m i d a z y 一2 ) p y r i d i n ew e r es y n t h e s i z e d i n t h ec o n v e n t i o n a lc o n d i t i o n 。c h a r a c t e r i z e db yu vt g - d s c ，i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y a n df l u o r e s c e n c e s p e c t r a ,i n v e s t i g a t e d a b o u t e l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r st h r o u g hc y c l i cv o l t a m m e t r ya n d d i f f e r e n t i a l p u l s ev o l t a m m e t r yt e c h n i q u e s t h ec y c l i cv o l t a m m e t r y o ft h ec o m p l e x e s h a v es h o w e da l li r r e v e r s i b l er e d o xc o u p l e i na d d i t i o n ，u vs p e c t r aa r e v e r ys e n s i t i v e t os o l u t i o n p h ，e s p e c i a l l y t h ec o m p l e xo f z i n c ( i i ) w i t h t h e i n c r e a s i n go ft h ep hv a l u e ，t h em a x i m u ma b s o r p t i o nt h ec o m p l e xo f z i n c ( n ) a t 311u md e c r e a s e sa n da p p e a r sr e ds h i f t ，t h e na n e ws h o u l d e r a p p e a r sa t3 6 2n m f o rt h el i g a n d7 9 - - 7 + t r a n s i t i o n s ，a n dt h ea b s o r b a n c e i n c r e a s e s s i n c et h ec o m p l e x e a c t sa sd i b a s i ca c i d s ，i nw h i c hn h p r o t o n s o nb e n z i m i d a z o l em o i e t i e sa r er e s p o n s i b l ef o rad e p r o t o n a t i o n s i t e b o t hr e d u c t i o np o t e n t i a l sa r es t r o n g l yd e p e n d e n to n t h es o l u t i o np h ， w h i c hle a d st ot h eb a s i so f a p r o t o n - i n d u c e d m o l e c u l a rs w i t c h i ni n v e r s e ， t h e d e p r o t o n a t i o n o fn h p r n t o n s c a ni n f l u e n c et h ee l e c t ：1 - i c c h a r g e d i s t r i b u t i o n e l e c t l o c h e i n i c a lb e h a v i o r sa n d t h es p e c t r a p r o p e r t y 1 1 】 t h eb i n d i n go ft h i s c o m p l e x w i t hc a l ft h y m u sd n ah a sb e e n i n v e s t i g a t e db ya b s o r p t i o n ，l u m i n e s c e n c e t i t r a t i o na n d v i s c o s i t y m e a s u r e m e n t s t h er e s u l t s s u g g e s t t h a tt h ea b s o r b a n c eo f z n ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 + ， n i ( u 2 b z i m p y ) n 0 3 + d e c r e a s ea n dt h ew a v e l e n g t h h a v eal i t t l er e ds h i f tw i t hi n c r e a s i n gd n ac o n c e n t r a t i o n sd u et ot h e i n t e r a c t i o no ft h ed n a j is t a c ka n dc o m p l e xj i s y s t e m ；t h ep e r c e n t a g e h y p o c h r o m i c i t y o fm l c tb a n do f z n ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 + ， n i ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 u p o nb i n d i n gt od n a w e r ef o u n dt ob e6 0 9 ， 18 2 a n db a t h o c h r o m i s mo fa b o u t2n m 1n n lr e ds h i f tr e s p e c t i v e l y t h ei n t e n s i t yo f z n ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 + ， n i ( h 2 b z i m p y ) n 0 3 + b o t he x h i b i t a no b v i o u se n h a n c e m e n tw h e nd n ai sa d d e d t h ee m i s s i o ni n t e n s i t y g r o w s t oa b o u t2 8a n d1 9t i m e s l a r g e rt h a n i na b s e n c ed n a r e s p e c t i v e l y t h ev i s c o s i t i e so f d n ar i s ei nt h e p r e s e n c eo f i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o no f t h et w o c o m p l e x e s ，w h i c h c o u l d s u g g e s t t h a tt h et w o c o m p l e x e s i n t e r c a l a t ei n t ot h ed n ab a s e p a i r s b u tt h ea b s o r b a n t eo f c d ( h 2 b z i m p y ) c 1 2 ，f c r ( h 2 b z i m p y ) c 1 3 】d e s c e n d w i t h o u t s h i f t t h e i n t e n s i t y c o m ed o w nw i t h i n c r e a s i n g d n ac o n c e n t r a t i o n sa n dt h e v i s c o s i t yo f d n a g od o w n i nt h e p r e s e n c e o f i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no f t h et w oc o m p l e x e s i ns u m m a r y , t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et w oc o m p l e x e s c o u l db i n dt od n a b yp a r t i a l ，s u r f a c eb a n d i n g k e yw o r d s ：2 ，6 - b i s ( b e n z i m i d a z y 一2 ) p y r i d i n e ；c o m p l e x ；s p e c t r o s c o p y ； v i s c o s i t ym e a s u r e m e n t ；d n a i v 第一章综述 1 1 研究苯并眯唑类化合物的意义与动态 近年来，随着人类对生物体内各种生理过程认识的不断加深，模 拟生物有机体的结构、性质，从而制造仿生制品已越来越受到重视。 利用过渡金属配合物模拟金属蛋白酶的活性中心，从而研究其生物作 用机制，一直是生物无机化学的研究热点之一。咪唑具有特异的质子 接受性能、共轭酸碱性能及识别配位性能，享有“生命配体”之美誉。 在自然界中，眯唑作为酶的活性中心功能基团，参与了不少重要的生 物化学反应，对生命活动起着十分重要的作用。同时由于它具有较强 的配位能力和配位构型的多样性，受到化学家的青睐【1 1 。但咪唑不易 合成，而苯并咪唑易合成且在一定程度上性能与之类似。研究发现苯 并眯唑类衍生物( b e n z i m i d a z o l ed e r i v a t i v e s ) 具有多方面的药理活性，如 抗癌、抗真菌、治疗低血糖和生理紊乱等驻捌，并可用于模拟天然超 氧化物歧化酶( s o d ) 的活性部位研究生物活性1 4 1 、环氧树骺的新型固 化剂、催化剂及某些金属的表面处理剂【5 】，还可作为有机合成反应的 中间体【6 。7 1 。因此含苯并咪唑基的配体与过渡金属配合物已成为许多 金属酶和金属蛋白活性部位极好的模型化合物【8 】，并且在光化学，光 物理，电子和能量转移，d n a 结构的探测等方面具有重要意义。2 ， 6 - 二( 苯并咪唑一2 ) 吡啶( 简写为h 2 b z i m p y ) 可以作为一个三齿配体与 某些过渡金属离子( 如f e 2 + 、r u 2 + ) 形成稳定的配合物【9 o l ，该配体中的 胺基氢在形成配合物后较易解离，并且该氢的解离程度受中心离子的 性质和环境( 如p h 值等) 的影响。反过来，氢的解离程度又影响着配 合体的电荷分布，进而影响其氧化还原电位等物理化学性质。对这类 配合物的深入研究对于指导超分子体系的设计、能量转化与贮藏、分 子装置的设计等具有重要意义。当前，已合成和表征了2 ，6 - 二( 苯 并眯唑一2 ) 吡啶与m n ( i i ) 、f e ( i i ) 、c o o i ) 、n i ( i i ) 、f e ( i i i ) 、r u ( i i ) 、 c u ( i i ) 、t b ( i i i ) 、c e ( i i i ) 、e u ( i i i ) 等过渡金属不同配位比例的配合物 。1 6 1 ，并研究了c r ( ! i i ) 、c o ( i i ) 、r u ( i i ) 等配合物与脱氧核糖核酸( d n a ) 的相互作用【1 5 1 【1 6 1 【9 3 1 。 过渡金属苯并咪唑配合物不仅能识别核酸的结构，用作d n a 的 结构探针，还可作为d n a 的分子光开关和光裂解试剂，而且在研究 药物作用机制，抗癌药以及特效的化学治疗药物等方面都具有十分重 要的应用价值。因此目前科学界在配合物与d n a 键合工作上仍然是 一个研究热点。现今的研究主要在以下几个方面：( 1 ) 如何设计和合 成既有识别系统又具有断裂系统的化学核酸酶，对d n a 进行选择性 定点断裂，用于肿瘤基因治疗。( 2 ) 寻找和设计具有d n a 分子光开关 和d n a 传感器性能的分子试剂，研究它们的作用机制并用于d n a 的应用检测。( 3 ) 由于癌变的过程从b - d n a 转化为z - d n a ，如何从 大段的b d n a 中去检测一小段z - d n a 。( 4 ) 除少数病毒的r n a 以外， 大多数r n a 分子都是单链，如何去检测病毒r n a 分子的局部双螺 旋结构。 1 2 苯并咪唑类化合物合成方法的研究进展 苯并咪唑衍生物是许多新型药物的有效成分，如：克敏唑 ( c e l m i z o l e ，抗组织胺药) ，乙硝静( e t o n i t a z e n e ，强镇痛药) 、氯苄 甲咪唑( c h l o r o m i d a z o l e ，解痉剂和抗真菌药) 等都属于这类衍生物， 其合成具有一定的理论意义和较高的实用价值。此类物质一般是选择 邻苯二胺和相应羧酸通过分子间的缩合反应来制备 1 7 1 8 】。h e o b r e k e r 在1 8 7 2 年首次合成第一个苯并咪唑类化合物2 ，5 - 二甲基苯并咪唑 【19 2 心c 聪。 一叱c 吼 三年后，l a d e n u r g 用乙酸和5 - 甲基邻苯二胺加热回流也得到了同样的 化合物【1 9 。 叱c 龠n h h 。2 + c h a c o o h 翌叩四c h ， 。 从此以后，邻苯二胺衍生物和有机酸关环反应就成为苯并眯唑类化合 物制备最常用的方法 2 0 - 2 1 1 。起初，人们把有机酸和邻苯二胺直接混合 进行加热制取，这个方法对于结构较为简单的甲酸、乙酸、丙酸等短 链脂肪酸和邻苯二胺较易发生反应，产率也较高。但是对于长链脂肪 酸和芳香酸发生反应却是十分困难。后来p h i l i p s 加入无机酸( 通常 n h 4 c 1 ) 作反应介质，产率不仅有所提高，而且使一些在低温下本来 不发生的反应得以产生。遗憾的是，对于芳香酸如苯甲酸普通加热回 流仍然难以凑效。1 9 4 7 年，p o r a i , k o s h i t s 等提出了有机酸与邻苯二胺 也。h 卫卜l 盖障酗一 ee 【占h j n h 关环反应历程。从以上历程可以看出，无机酸起了催化作用。1 9 5 7 年，h e i n 等人用磷酸或多聚磷酸为催化剂，解决了普通加热条件下 芳香酸和邻苯二胺关环反应的困难，并发现了多聚磷酸效果明显优于 磷酸。然而这些反应通常需要较高的压力和较长的反应时间，因此寻 找反应条件温和，方便实用的合成方法引起了人们的重视。由于微波 促进的有机化学反应具有加热时间短、产率高、对环境友好等优点而 受到人们的关注，因而微波技术日益被人们重视2 2 1 。微波对物质的加 热是从物质分子出发的( 又称“内加热”) ，热能来自样品内部，本身 3 不需要传热媒介，不靠对流，能量利用效率高，因此样品温度快速上 升，从而可以全面、快速、均匀地加热样品，避免了反应物因长时间 受热而引起破坏，有利于产率及纯度的提高。 我们利用邻苯二胺和吡啶2 ，6 二甲酸在p p a 作催化剂和溶剂的 条件下，通过微波辐射成功地合成了2 ，6 - 二( 苯并咪唑27 ) 吡啶，与 常规方法相比，产率与传统合成方法相当，反应时间却大大缩短( 反 应速度是常规条件下反应速度的8 0 倍) 。 1 3 苯并眯唑类化合物的应用 1 3 1 苯并咪唑类化合物在医药行业上的应用 苯并眯唑类化合物在医药行业上有许多用途，主要如下：第一， 驱虫剂。有些苯并眯唑类化合物能有效地驱除人和动物体内的蠕虫、 钩虫、包虫、血吸虫、蛲线虫等，如奥芬达唑是一种新型的高效、广 谱、低毒的苯并眯唑氨基甲酸酯类抗蠕虫药物【2 舶。这类药物不仅驱虫 效果显著，而且能不同程度的抑制虫卵的发育，目前已被列为防治肠 线虫病的首选药物【2 4 删。第二，质子泵抑制剂。这类含苯并眯唑基团 的药物如奥美拉唑、泛拉唑，泮拖拉唑钠，及日本化学制药株式会社 研制莱敏拉唑等广泛用来治疗溃疡性胃炎，抗炎活性高，效果好，毒 性低，能有效抑制胃酸分泌【3 5 m l 。第三，杀菌剂，一些苯并眯唑类物 质如2 氨基苯并咪唑是效果良好的杀菌剂f 3 扪。第四，一些含氨基的苯 并咪唑衍生物用作局部麻醉剂【3 9 1 。第五，其他药剂，有些苯并咪唑基 团的物质用作止痛剂、抗癌剂、抗痉挛剂、抗血小板聚集、抑制中枢 神经兴奋、抑制单胺氧化酶等【4 0 1 。苯并眯唑衍生物还可用作铜铝等金 属防腐剂、光敏剂、无银照相、表面活性剂、荧光增白剂及光敏染料 等。苯并咪唑可用作抗辐射剂，效果达9 0 。聚苯并眯唑由于高热稳 定性、化学稳定性、低温稳定性及黏结性好，又具不燃性及抗吸潮性， 4 已广泛用于太空服装等空间用材料【4 。 1 3 2 苯并咪唑类化合物在维生素b l ：研究中的应用 苯并咪唑类化合物存在于v b l 2 中，维生素b 1 2 ( v i t a m i nt 3 1 2 ) 就是 苯并咪唑核苷酸与可啉环n ( c o r r i n er i n g ) 的内络盐h 1 1 。v b l 2 在人体内 对氧的传递、储存和活化、电子传递和酶催化等生命和化学过程中起 着十分重要的作用。医学上，v b ，2 为抗贫血药，用于巨幼红细胞性 贫血及神经炎的辅助治疗【4 2 1 。维生素v b ，2 制剂维斯克对促进烧伤、 放射线引起的创伤愈合起重要作用，维生素v b 。2 还能用于预防和治 疗1 ：3 腔粘膜炎1 4 3 - 4 4 】。由于v b 。2 在人体中会分解出含苯并咪唑基团的 小分子物质，因而苯并昧唑类化合物的研究引起了科学家们的浓厚的 兴趣。 1 3 3 苯并眯唑类化合物在仿生酶研究中的应用 酶催化反应以高效、专一、条件温和丽令人注目，但是天然酶来 源有限、制各困难，敏感而易变，开发人工酶已经成为当代仿生科技 领域的重要课题。在酶的模拟化学中，配体的选择要领是使得金属离 子所处的环境与金属酶活性中心最大程度地相似。通过对配体的设计 和剪裁可合成出与天然酶活性中心结构相似的模型化合物，用以模拟 酶的结构和功能【4 5 l 。虽然咪唑环具有特异的质子接受性能、共轭酸碱 性能及识别配位性能1 4 6 1 ，但是眯唑环制备困难，没有普遍适用的关环 反应制备方法，使咪唑类化合物作为生物酶配体的研究受到很大的限 制，然而苯并眯唑环制备比较容易，因此，常用苯并昧唑类化合物代 替咪唑类化合物进行仿生酶研究。许多研究结果显示，苯并咪唑类化 合物代替咪唑类化合物进行仿生酶研究，具有较好的生理活性。 已知许多金属酶( 如锌酶，超氧化岐化酶) 的活性中心是由金属 及咪唑基之间与之配位的组氨酸残基组成4 7 1 。超氧化岐化酶( 简称 s o d ) 是一种广泛存在于动植物体细胞内的重要金属酶。它能催化超 氧阴离子自由基歧化为0 2 和h 2 0 2 ，从而有效地防止超氧阴离子在需 氧生物体内聚积和阻遏其通过h a b e r - w e i s s 反应产生羟自由基。超氧 阴离子自由基和羟自由基能引起生物膜损伤和核酸、蛋白质等大分子 降解破坏，甚至引发各种炎症、肿瘤、白内障等疾病州。因此s o d 具有防止氧的毒性、抗癌受损性、预防衰老、防治肿瘤和癌症等作用。 超氧化岐化酶在临床医学、预防医学和基础医学中颇受青睐4 8 1 。自从 1 9 7 8 年x 射线衍射方法确证兰铜蛋白活性中心是铜离子分别与两个 组氨酸的残基的氮原子，一个蛋白氨酸的醚硫原子和一个半胱氨酸残 基的巯基硫原子形成畸变的四面体结构以来，人们纷纷合成出许多带 杂环端基如咪唑、苯并咪唑、吡唑、吡啶等的化合物，与过渡金属离 子进行配位，从而进行模拟研究。 如肖小明等【9 】合成的三齿配体2 ，6 - 二( 苯并咪唑27 ) 吡啶 ( h 2 b z i m p y ) 及其一系列的配合物【1 0 1 帕如钌配合物 r u ( h 2 b z i m p y ) 2 】2 + 具有丰富的光化学和光物理性质，分子的可塑性也很大，还具有较大 的7 i ：电子结构和强的电子离域性以及优良的电荷转移特性，因此可以 成为优良的三阶非线光学材料，此外2 ，6 - - - ( 苯并咪唑。2 ) 吡啶配合 物具有对周围环境变化较为敏感的m l c t 吸收和荧光特性等优点以 及与核酸独特的结合方式，有可能发展成d n a 结构探针【5 6 1 。因此 我们合成了一些2 ，6 - 二( 苯并咪唑2 ) 吡啶配合物，并研究其光谱性 质，以寻找新型非放射性标记核酸探针。 1 4 苯并咪唑类配合物与d n a 作用的研究方法 1 4 1 紫外光谱 紫外光谱是研究配合物与d n a 作用的最常用的方法之一。d n a 6 的碱基是许多配合物与d n a 结合的位点。当苯并昧唑类配合物与 d n a 结合后，其电子结构会受到d n a 的扰动，导致其配体所处环境 发生改变，配合物的特征峰会发生位移。一般来讲，配合物以插入模 式与d n a 作用时，其吸收光谱会出现一定的减色效应和峰位红移现 象。这是因为插入配体与d n a 的碱基对发生豇电子堆积后，使其 空轨道与碱基的电子轨道发生偶合，能级下降，从而导致兀一丌+ 跃迁能减小，产生红移现象。同时，偶合后的轨道因部分填充电子， 使跃迁几率减小，产生减色效应。减色效应与配合物的插入程度有关， 减色效应越明显，吸收峰红移越大，表明插入程度越强( 4 9 1 。如c u ( i m ) 。+ 与鱼精d n a 结合后，d n a 的最大吸收峰向长波方向移动8n i n ，且 呈减色效应，表明此配合物能够加合到鱼精d n a 的亲核位点，从而 导致了d n a 的特性紫外最大吸收波长发生位移5 0 1 。 1 4 2 荧光光谱 荧光光谱也可以用来研究配合物与d n a 的作用机制。若配合物 与d n a 结合后，荧光光谱发生变化，说明配合物与d n a 之间发生 了某种方式的结合。荧光光谱变化幅度的大小也能反映配合物与 d n a 作用的强弱。在水溶液中，水分子和配合物分子之间的碰撞导 致的能量交换会对其发光有一定的猝灭作用。但配合物插入d n a 后， 在d n a 沟内的疏水环境中受到一定程度的保护，发光会有所增强， 这种作用是一种插入模式；当配合物的荧光强度随d n a 的浓度的增 加而下降，这是由于d n a 的磷酸骨架带有负电荷而成为多聚阴离子， 而游离或水合状态的配离子带正电荷，容易被带高负电荷阴离子 d n a 猝灭，从而荧光强度下降，这种作用则是一种表面键合模式。 j n r u ( b p y ) 2 c y i p ( c 1 0 4 ) 2 2 h 2 0 ， r u ( p h e n ) 2 c y i p ( c 1 0 4 ) 2 2 h 2 0 的荧光 强度随d n a 的浓度增加，先增大，而后不再随d n a 浓度的改变而 7 变化， 且被阴离子f e ( c n ) 6 4 。发光猝灭减弱， 说明 f r u ( b p y ) 2 c y i p ( c 1 0 4 ) 2 。2 h 2 0 ，m ( p h e n ) 2 c y i p 】( c 1 0 4 ) 2 2 h 2 0 与d n a 之间存在插入作用【5 | 】。 1 4 3 黏度法研究 - - 光谱学方法对于确定配合物与d n a 的作用模式只能提供必要的 证据。在缺少高精度晶体结构数据和核磁数据的情况下，黏度这种对 d n a 长度变化比较敏感的流体力学方法是检测溶液状态下配合物与 d n a 作用模式的最有效的手段之一。一般来讲，当小分子配合物以 插入模式与d n a 作用时，d n a 的相邻碱基对的距离会变大以容纳插 入配体，因而导致d n a 双螺旋伸长，d n a 溶液的黏度增加：当配合 物以静电或沟面结合等非插入模式与d n a 作用时，d n a 溶液的黏度 无明显变化；以部分插入方式与d n a 作用时，则可能使d n a 的双 螺旋扭结，使其黏度减小5 2 渤】。 r u ( b p y ) 2 t a t p 2 + 与d n a 作用后，d n a 的黏度随配合物浓度的增加而增加，表明是通过插入方式与d n a 结 合。d n a 溶液的黏度在配合物浓度较低时接近于直线增长，在浓度 较高时，则增长缓慢。黏度曲线的斜率大小，表明配合物与d n a 键 合能力的大小弹1 。 1 4 4 电化学方法研究 电化学方法研究既是一个有效的手段，也是对其它方法的补充。 电化学方法研究d n a 与配合物分子的相互作用是基于d n a 分子存 在与否时体系的伏安特性的差别，包括由于插入反应引起的体系半波 电位( e 。，2 ) 的移动和当小分子与d n a 分子结合后其扩散系数( d ) 值大幅度的下降而导致扩散电流的减小等电化学行为的差别。a j b a r d 5 5 1 从实验中得知半波电位( e l ，2 ) 正移表明存在插入作用；体系 的半波电位( e i ，2 ) 负移表明为静电作用。此外根据体系电位和电流 的改变还可以得到配合物与d n a 的键合常数( k ) 和键和位点的大 小( s ) 等参数。如配合物c o ( p h e n ) 3 + 在没有d n a 存在时，e 1 ，2 = 0 1 4 0 v ；加入d n a 后，e l n = 0 1 5 4 v ，体系的电势正移1 4 m v 。而在c o ( b p y ) 3 + 体系中，没有d n a 存在时，e 1 2 - - 0 0 8 5v ；加入d n a 后，e 1 ，2 = o 0 7 1 v ，体系的电势负移1 4 m v 。所以配合物c o ( p h e n ) 3 + 与d n a 作用是插 入模式，而c o ( b p y ) 3 + 与d n a 作用是静电作用 s s i 。 此外，人们在研究配合物与d n a 的相互作用时还常常用到圆二 色谱5 6 1 、n i v i r 技术5 刀及微量热【5 剐等多种方法。总之，对于d n a 与 小分子相互作用复杂体系的研究，仅仅用一种方法难以令人满意，往 往需要综合运用各种方法和手段进行全方位的研究才能得到比较可 靠的结论。 1 5 本文的构思及主要内容 目前虽然合成了不少金属离子与苯并咪唑的固体配合物，但研究 其生物活性的还比较少，仅仅钉配合物作了比较多的研究，而且研究 苯并眯唑类配合物的结构、配位化学还有很大的空间。考虑到天然酶 中活性中心的结构特点，我们选择了锌、镍、镉、铬作为配合物中心， 设计合成一系列配合物，研究其配位化学和结构特性，考察其与d n a 的相互作用，筛选可以断裂的d n a 物种，并对作用机理进行探讨， 是本文的思路。主要内容有： 1 以邻苯二胺和吡啶2 ，6 二甲酸为原料，多聚磷酸作催化剂 和溶剂，在微波辐射下合成了2 ，6 - - - ( 苯并眯唑2 ) 毗啶，并利用红 外光谱、紫外光谱、荧光光谱等分析手段进行了结构表征，并探索了 此化合物在微波辐射下合成的最佳条件。 2 合成了2 ，6 - 二( 苯并咪唑27 ) 吡啶的四个配合物，对它们进行 q 了红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、摩尔电导、热重分析和电化学等 测定。对配合物( 1 ) 还进行了元素分析、氢核磁共振分析手段进行了 结构表征，由于实验条件的限制，没有对其他配合物进行元素分析、 氢核磁共振。 3 利用紫外光谱、荧光光谱和黏度测定，研究了四种配合物与d n a 的作用模式。 l o 第二章微波辐射下2 , 6 一二( 苯并眯唑。2 t ) 吡啶的合成 用p p a 作催化剂和溶剂，微波辐射下合成了2 , 6 二( 苯并眯唑2 t 1 吡啶，与常规方法相比，反应时间大大缩短，产率与传统合成方法相 当。并摸索到了此化合物在微波辐射下合成的最佳条件。 2 1 引言 微波在有机合成中的研究始于1 9 8 6 年。自1 9 8 6 年g e d y e f ) , 其合 作者5 9 1 研究了利用微波辐射有效地加速有机反应以来，微波促进有机 反应的研究已成为有机化学的研究热点之一，并已发展成为- - f - j 引人 注目的新兴领域m o i 迎化学( m i c r o w a v e - i n d u c e do r g a n i cr e a c t i o n e n h a n c e m e n t c h e m i s t r y ) ，有关这方面的研究进展国内外已有多篇论著 发表 6 0 - 6 7 】。由于微波促进的有机化学反应具有加热时间短、产率高、 对环境友好等优点而受到人们的关注，其中固相微波反应以其安全、 反应装置简单而倍受青睐【6 8 _ 7 0 】。 双苯并咪唑基化合物作为杂环化合物具有特殊的生理活性，19 7 2 年，r o d e r i e k 首次报道它可以作鼻病毒的掷制荆。近些年来对此类化 合物的药理研究证明，它们除了对鼻病毒有抑制作用外，对肠道病毒 及各种类型的炎症如肝炎、骨炎等具有治疗和预防作用，还可以作为 有机合成反应的中间体1 7 卜7 2 】。2 , 6 二( 苯并眯唑2 ) 毗啶亦有望具有类 似的生理活性。我们利用邻苯二胺和吡啶一2 ，6 - 二甲酸反应，在微波 辐射下合成了2 , 6 二( 苯并咪唑2 ) 吡啶。结果表明。微波下的反应 速度是常规条件下反应速度的8 0 倍，且产率与常规反应相当，并且 首次探讨了微波功率和溶剂对反应的影响。其反应方程式如下： 啪。舡咖。+ 2 告扩崦 2 2 实验部分 2 2 1 仪器与试剂： 微波炉( 格兰仕w p 7 0 0 ；广东顺德市格兰仕电器有限公司，微 波输出功率7 0 0w ，微波频率2 4 5 0m h z ) ；t u 一1 2 2 1 紫外可见分光光 度计( 北京普析通用仪器有限责任公司，波长范围从2 2 0n m 到8 0 0 n m ) ；f - 4 5 0 0 分光光度计( 日本日立，扫描波长范围2 2 0 8 0 0i 1 1 2 3 ，速 度为快速，激发狭缝宽度( e x ) 和发射狭缝宽度( e m ) 都为1 0n m ，以 3 3 0n m 为最大激发波长) ；邻苯二胺( 分析纯，德国进口分装) ：甲醇 ( 分析纯，湖南师大化学试剂厂) ；吡啶一2 ，6 - 二甲酸( 分析纯，日 本和光纯药工业株式会社) ；多聚磷酸( p p a ) ( 化学纯，上海业联联 合化工有限责任公司试剂厂) ；其他试剂均为分析纯；所用蒸馏水都 为三重蒸馏水。 2 2 2 2 , 6 - - ( 苯并眯唑2 ) 吡啶的微波合成 根据文献【7 3 7 4 】在瓷坩埚( 3 0c o ) 中加入0 4 7 6 0g o 0 0 4 4t 0 0 1 ) 邻苯 二胺和o 3 3 4 2g ( 0 0 0 2m 0 1 ) 2 , 6 一二甲酸毗啶，混合均匀，再加入一定 量的多聚磷酸，放入微波炉炉内内先在低功率下辐射2m i n ，待反应 物充分溶予多聚磷酸后，再在较高功率下间歇辐射1 7m i n ，每次1 m i n 。然后将墨绿色的反应液冷却至室温后颊入i o o 菇l 冰水中，有沉 淀析出；抽滤，滤饼用n a o h 溶液中和至p p 1 2 一1 3 。再抽滤，洗涤， 干燥，所得初产品用甲醇重结晶，得到亮白色晶体。熔点大子3 2 0 c ， 与文献值大于3 0 0 一致，从差热分析数据得知此化合物在3 4 8 7 。c 开始失重，并在此温度对应有一个吸热峰。元素分析：c 1 9 h 。3 n 5 ，计 算值：c ：7 0 6 ，h ：4 0 5 ，n ：2 1 7 ，实测值：c ：7 1 0 ，h ：4 ，0 8 ，n ：2 1 8 。实 验结果见表2 - 1 、表2 2 、表2 3 。 1 2 2 3 结果与讨论 2 3 1 化合物结构表征 2 3 1 1 紫外和荧光光谱 化合物在甲醇和乙腈溶液中均表现出两个强的趿收峰，峰值分别 为3 1 5n m 和3 3 0n l t l ，对应于c = c 键和c = n 的丌一丌+ 的电子跃迁 ( f i g 2 1 ) 。标题化合物在不同的溶剂中均能产生荧光( f i g 2 2 ) ， 在最大激发波长3 3 0i l m 下测得配体的最大发射波长为3 7 4n m ，在乙 腈中最大发射波长为3 9 6n m 。这些均与标样一致。 w a v e l e n g t l d n m f i g 2 1 e l e c t r o n i ca b s o r p t i o n s p e c t r a o f h 2 b z i m p y ( 1 0 - t o o l l ) i nc h 3 c n ( 1 ) ，c h 3 0 h ( 2 ) ， d m f ( 3 ) ，d m s o ( 4 ) ，r e s p e c t i v e l y 2 3 1 2 红外光谱 撕t v e l e n g t h n m f i g 2 2 l u m i n e s c e n c es p e c t r a o f h 2 b z i m p y ( 1 0 5 m o 札) i n c h 3 c n ( 1 ) ，c h 3 0 h ( 2 ) ，d m f ( 3 ) ， d m s o ( 4 ) ，r e s p e c t i v e l y 产物( 如图3 实线所示) ；不饱和c h 的伸缩振动3 0 5 5 6 3c m ， n i t 的伸缩振动3 3 9 3 。2 2c m 1 ，芳烃基的，c = c 骨架振动1 4 5 8 3 7c m ， 1 5 7 2 1 8c m 一，1 5 8 9 5 5c l l i 1 ，1 5 9 9 1 7c m 1 ，n h 变形振动1 3 1 7 5 5c l t i 一， 亚胺基的c = - n 的伸缩振动1 6 2 0 2 1c m 。与标样基本吻合( 如f i g 2 3 虚线所示) 。 】3 f i g 2 3 i rs p e c t r ao fh 2 b z i m p y ( s o l i d ：c o m p l e x ，d a s h ：s a m p l e ) 2 3 2 微波辐射时间对产率的影响 由表2 - 1 可见，在1 5 0w 3 0 0w 条件下，随着微波辐射时间延 长，产率先增高，后逐渐降低，而在3 0 0w 4 5 0w 条件下，随着微 波辐射时间延长，产率逐渐降低，且两种情况下微波辐射时间越长， 反应熔化物颜色越深，综合两种情况，本实验展好选用lm i n 为宜。 表2 - 1 不同辐射时间的反应产率a ) 微波功率，w辐射时间6 ) m i n产品质量，g产率惕 1 5 0 一3 0 0 3 0 0 _ 4 5 0 2 + l 2 + 3 2 + 5 2 + 7 2 + l 2 + 3 2 + 5 0 2 6 5 0 0 2 8 8 9 0 2 4 3 7 0 2 2 6 2 o 3 1 6 7 0 2 4 1 4 0 2 2 7 8 4 2 6 4 6 4 3 9 1 3 6 3 5 0 9 3 8 z 3 6 1 6 2 + 70 2 1 9 8 3 5 3 百丽舔j 甄而百五、蔽i i j 而而面订f 歹孬两盯雨了1 om l ； b 1 微波辐射时间分为两段，例：功率为1 5 0 3 0 0w 时，先在1 5 0w 辐射2 r a i n 然后在3 0 0 w 辐射1 ，3 ，5 ，7 分钟，下同) 。 p享一、8c再釜ujc翌j_ 2 3 _ 3 微波功率对产率的影响 表2 - 2 不同微波功