（分析化学专业论文）稀土杂环类配合物的合成、表征及其生物活性研究.pdf

上海师范大学硕：l ：学位论文 论文题目：稀土杂环类配合物的合成、表征及生物活性研究 专业：分析化学 学位申请人：马树芝 指导教师：何其庄 中文摘要 本文采用回流冷凝法首次合成了两类新型的稀土三元配合物r e ( l ) ( p h e n ) c l ( h 2 0 ) ( r e = l a 3 + ，c e ”，p r 3 + ，n d ”，s l n 3 + ，e u 3 + ，y ”，e i r 3 + ，g d 3 + ；l = 席夫碱水杨醛缩苯 丙氨酸；p h e n = 邻菲咯啉) 和i 也( p m b p ) 3 p h e i l ( i 汪= s i n 3 + ，e u 3 + ，y 3 + ，e r 3 + ，g d 3 + ； p m b p = 1 一苯基3 一甲基4 苯甲酰基5 一吡唑酮；p h e n = 邻菲咯啉) ，并通过x r d 、元素 分析、摩尔电导、红外光谱、拉曼光谱、紫外光谱、1 m 州r 谱、质谱等对配合 物的组成和性质进行了相关研究。差热一热重分析结果表明所合成的两类稀土配 合物均具有较好的热稳定性。 采用培养基扩散法、营养肉汤稀释法对两类配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄 球菌和白色念珠菌的抗菌活性进行了研究。抗菌结果表明，所合成的配合物对这 三种菌都具有较好的抑制作用，属于广谱抗菌剂，且具有良好的抗菌耐久性和长效 性。应用倒置光显镜、荧光显微镜等形态学和m 1 t 活性检测、流式细胞仪凋亡 检测等实验方法，研究了三元配合物的抗肿瘤作用，实验结果表明：两类配合物 对白血病l 西6 2 肿瘤细胞的生长和增殖有明显的抑制作用，与对照组相比有显著 差异性，抑制率随剂量的增大而提高，配合物对肿瘤细胞的抑制率与用药剂量呈 明显性正相关。稀土水杨醛缩苯丙氨酸席夫碱邻菲咯啉三元配合物的半数抑制浓 度i c 5 0 约为5 飕m 1 1 ，作用时间为7 2h 时，抑制率达到最大值；稀土酰基吡唑啉 酮邻菲咯啉三元配合物的半数抑制浓度i c 5 0 约为7 5 烬m l 一，作用时间为7 2h 时， 抑制率达到晟大值。采用紫外光谱法研究了稀土镧水杨醛缩苯丙氨酸席夫碱邻菲 咯啉三元配合物及稀土酰基吡唑啉酮邻菲咯啉三元配合物与c t d n a 的作用，结 果表明前者与c t d n a 相互作用发生增色效应；后者与c t d n a 相互作用发生增 色效应且使其紫外吸收峰发生红移。 关键词：配合物；稀土；席夫碱；酰基吡唑啉酮；邻菲咯啉；抗菌剂；抗肿瘤；d n a 论文类型：研究报告 上海师范大学硕士学位论文 t h e s i st o p i c ： s y n t h e s i s ， c h a r a c t e i ? 泣a t i o na n db i o a c t i v i t i e so fr a r ee a r t h h e t e r o c y c i e 劬a l o 西cc o m p l e x e s d i s i p i i n e ：a n a l y t ：i c a lc h e m i s t r y a p p h c a n t ：m as h u z h i s u p e r v i s o r ：h eq i z h u a n g a b s t r a c t n e ws o l i dt e m a 巧c o m p l e x e so fa r ee a n hi o n s ( i 也= l a 3 + ，c e ”，p r 3 + ，n d 3 + ，s m 3 + ， e u 3 + ，y 3 + ，e r 3 + ，g d 3 。w i t ho p h e n a n t h f o l i n e ( p h e n ) a n ds c h i f j fb a s es a l i c y l a i d e h y d e l p h e n y l a l a n i n e ( k h l ) a n dr a r ee a i t h i o n s ( r e = s m 3 + ，e u 3 + ，y ”，e r 3 + ，g d 3 + ) w i t h o p h e n a n t l 啪l i n e ( p h e n ) a 1 1 d l p h e n y l 一3 一m e t h y l - 4 - b e l l z o y l - 5 - p y r a z o l o n e ( h p m b p ) w e r es y n t h e s i z e di ne t l l a i l o ls o i u t i o n t h ec o m p o s i t i o n so ft h ec o m p l e x e sw e r e r e s p e c t i v e i yc o n f i n n e dt ob e ：i 疆( l ) ( p h e n ) c l ( h 2 0 ) a n di 适( p m b p ) 3 p h e nb a s e 彻t h e x r d ，e l e m e n t a l卸a l y s i s ， m o l a r c o n d u c t a n c e ，f t i r ，r a m 柚，u v - v i s ，1 i n m r ， m a l d i m se t c t h es t a b i l 时o f h e a tw a sp r o v e db yt l l ed a t ao f t g d t a t h ea n t i b a c t e r i a ia c t i v i t i e so ft l l ec o m p l e x e sw e r ee v a l u a t e db yt h ea g a r - d i f m s i o n m e t h o da i l dm i i l i i n u m1 1 1 h i b i t o 眄c o n c e n 仃a t i o nm e t h o d t h ea 1 1 t i b a c t e r i a la c t i v i t i e s t e s t i n gs h o w e d l a ta l lt 1 1 e s ec o r n p l e x e se x h i b i t e de x c e i l e n ta n t i b a c t e r i a la b i l i 哆 a g a 访s te s c h e c h i ac o l i ，s t a p h y l o c o c c u sa u r e u sa i l dc a i l d i d aa i b i c a i l sw i t l lb r o a d a n t i m i c r o b i a ls p e c t m m s m e a i l w h i l e ，t l l ec o m p l e x e sa r ed u r a b l eq u a l i 够w eu s e i n v e r t m i c r o s c o p e ( i m ) ， f l u o r e s c e l l c e i i i i c r o s c o p e ( f c m ) ，m e t h y l 1 1 1 i a z o l y l t e t r a z o l i u m ( m r r ) c o l o m r i ca 1 1 df l o wc ”o m e t 叮t 0t e s tm ea n t i t i l m o l l re f 梵c to fm e c o m p l e x e sw i t hk 5 6 2t u m o rc e l l t h er e s e a r c hs h o w st 1 1 a tt l l ec o m p l e x e sc a ni f l i l i b i t k 5 6 2t u m o rc e l l sg r o 、v t h ，g e n e r a t i o na n di n d u c ea p o p t o s i s a n dt l l e r ew 弱s i g n i f i c a n t d i f 凳r e n c ec o m p a f e dw i t hc o n 臼o lg r o u p i n h i b i t i o nm t i oa c c r c s c e n c e db yd o s a g e s i n c r e a s i n g ，a n di th a ds i 印i f i c a i l tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hm e d i c a t i o nd o s a g e t l l e m e d i a ni n h i b i t o d ，d o s e ( i c 5 0 ) o fr e ( l ) ( p h e n ) c l ( h 2 0 ) i sa b o u t5p g 。m 1 1 ，a n dw h e n t h et i m eo fa c t i o ni s7 2 h ，t l l ei n h i b i t i o nr a t i oi sb i g g e s t ；t h em c d i 狮i n h i b i t o 巧d 0 s e 上海师范大学硕士学位论文 ( i c 5 0 ) o fr e ( p m b p ) 3 p h e ni sa b o u t7 5 嵋m l ，a n dw h e i lt h et i m eo fa c t i o ni s7 2 h ， t l l ei 1 1 l l i b i t i o nr a t i oi sb i g g e s t n ea c t i o n so ft l l em r ce a 九l l c o m p l e x e sa i l dc t d n a w i t l lu v 二v i ss p e c t r aw e r er e s e a r c h e d m e nt h ec o n c e n t 髓t i o n so ft 1 1 ec o m p l e x e sr e ( l ) ( p h e n ) c l ( h 2 0 ) a r ci n c r e a s e d ，t h el a 唱e s ta b s o 叩t i o ni na 2 6 0i sg r a d u a l l ys 们n g ； w h e nt 1 1 ec o n c e n 仃a t i o n so ft 1 1 ec o m p l e x e sr e ( p m b p ) 3 p h e na r ei n c r e a s e d ，t 1 1 el a 玛e s t a b s o 叩t i 彻i na 2 6 0i s 伊a d u a l l yr e ds h i ra n da l s os t 唧1 9 k e y w o r d s ：c o m p l e x ；r a r ee a n h ；s c h i f fb a s e ；a c y l p y r a z o l o n e ；o p h e n a n t l l r o l i n e ； a n t i b a c t e r i a l ；a n t i t u m o u r ；d n a p a p e rt y p e ：r e s e a f c hr e p o n i i l 上海师范大学硕士学位论文 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 作者签名：弓树艺日期：劲。寥歹6 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 作者签名马倒芏导师签名：彳可妒日期：2 。孑j z 6 上海师范大学硕士学位论文第一章综述 1 1 引言 第一章综述 稀土元素又称稀土金属( 简称r e ) ，在周期表的钡和铪之间，其特征是在内层的 4 鼽道内逐一填充电子，这就是原子序数为5 7 的镧至7 l 的镥的1 5 个镧系元素( 镧、 铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镱、镥) 。由于镧系离子 和同属i i i b 族的原子序数为3 9 的钇离子的特征价态都是+ 3 ，而且，由于镧系的离子 半径随原子序数的增大而发生收缩，使三价镝和钬的离子半径类似于三价钇，它们 的化学性质很近似而常共存于矿物中，因此通常认为稀土元素有1 6 种f 。由于相同 的外层电子决定了它们的共性，所以常将这类元素比作“类同位素”。稀土元素在 多学科中有重要地位，被誉为2 1 世纪战略性金属和工农业的“维生素”，它不但促进 了这些学科的发展，形成许多分支学科( 稀土化学、稀土材料、稀土物理、稀土生 物化学等) ，而且是验证结构与性能的理想模型和新材料的宝库，更主要的是研究 生物活性物质结构的有力工具，为生命研究开辟了一个新天地。正是稀土元素的 独特的电子结构和多种优良的理化性能，且我国稀土资源丰富，开发前景广阔，因 此进行稀土的应用研究和生物效应研究都具有较大的现实意义。 1 2 稀土离子的性质 1 2 1 配位性质 所有的稀土离子在p e r s o n 分类中都属于硬酸，它们与配体之间的化学键主要 是电价配键性质，所以稀土离子主要与多负电性的电子给予体一硬碱形成络合 物。稀土配合物的特征配位原子是氧，可与很多含氧的配体如羧酸、b 二酮、 冠醚、含氧的磷类萃取剂等生成配合物。另外，稀土离子还能与氮、硫等原子配 位，但配位能力不如氧。由于稀土离子半径较大，它形成配合物时，配位数比较 高，一般都大于6 ，其中配位数为8 和9 的最常见。由于此原因，它只需要较小的 能量即可使近邻配体的位置发生改变，从而导致存在多晶型现象和同素异构现 象。稀土与配体配位时，既能形成单核结构，也能形成双核或多核结构，这与配 上海师范大学硕士学位论文第一章综述 体的类型有关。 1 2 2 生物活性 稀土离子含有未充满的f 层电子，因而具有丰富的光、电、磁性质，人们利用稀 土离子的一些性质作为各种药物以达到防治疾病的目的，如作抗菌、抗凝血、抗 炎、抗癌以及其它用途的药物。国外对稀土的生物效应早己开始研究，1 9 2 0 年曾 将铈、钕或镨的硫酸盐溶液静脉注射于结核病患者，取得甚为令人鼓舞的结果； 1 9 3 5 年，s t e i a l e 发表了关于稀土毒性和药理作用的专著；1 9 7 9 年，芬兰的蛾l a 综述 了稀土的生化毒理和分子毒理学研究。稀土的生物效应在2 0 世纪4 0 年代随着核技 术的发展而被人们所关注，因稀土的性质与钙类似，可作为含钙蛋白的结构探针而 开展了许多有关稀土的生物化学研究。我国开展稀土生物无机化学的特点是具有 明确的应用背景，紧密结合稀土在农业及医药中的应用而开展稀土生物效应的化 学基础研究，为进行环境及人体安全性评价提供基础数据。 稀土化合物在抗凝血方面占有特别地位。1 9 1 3 年，f r o u i n 就发现稀土具有防治 血液凝固的作用，关于稀土抗凝血作用机理至今尚无定论，一般认为是由于稀土离 子与钙离子的拈抗作用所致。稀土离子属于硬酸，它们的大部分配位化学性质类 似于二价碱土金属离子，尤其是与钙离子相似，但具有更高的正电荷，在凝血过程 中，稀土离子与c a 2 + 竞争，与丫一羧酸谷氨酸残基在磷脂上结合，形成了更加稳定的 化合物，从而影响了完整的蛋白质结构，破坏了正常的凝血过程，达到抗凝血作用， 这一点已得到不少实验证实1 2 渤。这一发现成为以后大量研究稀土药物的药理作 用的原因之一。 稀土化合物作为抗炎、杀菌药物目前研究得很多。n j 卸c s o 等在1 9 6 0 年就发 现稀土具有抗炎作用。g e d e n 曾总结了具有消炎作用得稀土化合物，其有机配体都 是至少在环上含有羧基、羟基或磺酸基的芳香族化合物，不含任何碱性基团。有 相当数量的抗炎药物或有机化合物在与稀土生成配合物后，有可能降低毒性或增 强抗炎效果，这对于提高疗效和降低配体的副作用是很有意义的【4 】。一般认为，稀 土与细胞磷脂有很大亲合力，它能稳定在溶酶体膜上，使膜更加牢固稳定，从而抑 制溶酶体分泌出能引起炎症的水解酶，来达到抗炎目的。 稀土对肿瘤组织有比正常组织较高的亲合性，稀土的抗肿瘤作用也引起了人 们的关注，早期曾用稀土的放射性同位素诊断和治疗癌症，如1 6 9 1 n 用于大脑、肝、 上海师范大学硕士学位论文第一章综述 肺、骨、心、颈和骨盆区域的癌的诊断和治疗【5 】。值得注意的是近年来用非放射 性稀土作为抗肿瘤药物的研究有了新结果，纪云晶等从动物实验到流行调查都证 明稀土的预防肿瘤发生的作用。她们经口给小鼠混合稀土，在3 2m g k 一剂量下有 明显抑制小鼠s 1 8 0 和l e w i s 肺癌生长作用【6 】和对移植s 1 8 0 肿瘤的预防作用【6 1 。 由于核酸、多聚核苷酸及核苷酸在水中自身的荧光太弱，利用内源光性无法 ，进行定量或结构分析，可引入具有高灵敏度荧光的稀土离子t b 3 + 、e u 3 + 作为生物大 分子研究的有效荧光探针。杨频等【刀用t b 3 + 作为荧光探针研究了c d 2 + ，z n 2 + ，c a 2 + 及 m 孑+ 离子与d n a 反应结合部位，证实了c d 2 + 和z n 2 + 在d n a 上有两种结合部位，即 e i n a 双螺旋外侧的磷酸基和内侧鸟嘌呤的n 7 位；而c a 2 + 及m 孑+ 在d n a 上只有一 种结合部位，即磷酸基。 此外从硝酸铈、磺胺嘧啶银的研发过程可见从药理学方面进一步研究稀土的 生物效应的重要性【8 ，9 】。虽然上世纪就已经用硝酸铈、磺胺嘧啶银治疗烧伤【i o 】，而 且我国科学家在研发硝酸铈、磺胺嘧啶银新制剂和探讨其他铈盐用于烧伤治疗等 方面作了一系列研究，也作了一些机理研究j ，但是主要依据是它的抑菌作用，主 要目标在抗感染。当时新药研究采取的是合成筛选模式，针对固定指标( 如抑菌 能力) 寻找活性化合物。由于对于铈盐的作用机理了解甚少，局限在其抑菌活力上， 在抗菌药物层出不穷的时代，它完全没有竞争力。2 0 世纪末，药物研究模式转向以 全面精细认识病理过程为基础，研究干预和调节病理环节的模式。在这种模式下， 对硝酸铈的作用机理得以进一步研究，发现它的作用主要不是抑制细菌生长，而是 预防烧伤后的免疫抑制反应【1 2 j 3 1 。其后又深入地了解了这种作用是源于抑制细胞 因子提高i l 6 水平，抑制t n f a 【1 4 15 1 ，于是它和抑菌药磺胺嘧啶银的合剂才成为治 疗烧伤的合理药物。 1 2 3 稀土配合物药物合成设计路线 选择稀土物种和化合物结构可能至少要考虑以下几方面的问题： ( 1 ) 稀土离子的种类。稀土之间有共性，如与钙离子的相似性、高电荷密度、硬酸 性等。但是，不同稀土离子间存在明显差异，例如吸收和分布与离子半径的关系 【1 6 】。具氧化性的稀土离子与非氧化性的稀土离子都参与活性氧形成和作用，但是 其机理和规律不同。 ( 2 ) 配体的选择。s t o r r 等【1 刀提出了设计和选择配体的思路；o i 一1 8 1 讨论了麦芽酚 3 上海师范大学硕：e 学位论文第一章综述 及其类似物用作硬酸离子配体的应用性质。他们提出通过剪裁( t a i l o r e d ) 多功能配 体可以微调金属离子的性质。而且，主张用有生物活性的配体与稀土结合，形成组 合药物( c o m b i n a t i o na g e n t ) 来提高药效。 ( 3 ) 难溶盐的利用。难溶盐的低溶解度和缓慢的溶解速率可能成为降低毒性并且 维持有效低浓度金属离子的一个重要途径。碳酸镧就是一例，在治疗晚期肾衰高 磷酸血症中，碳酸镧成为目前最有效和低副作用的药物。金属难溶盐可能成为有 效的金属控释和缓冲制剂。 1 3 席夫碱及其配合物的生物活性 席夫碱是h s c h j f f 窿1 8 6 4 年首先发现的，在二十世纪五十年代b o w e s t 等人 对某些过渡金属的席夫碱配合物进行了研究。这些研究由于应用的局限并没有 引起人们的重视。直到1 9 6 9 年法h b i l i m a i l 等人首先发现过渡金属c “i i ) 的s c h i f f 碱配合物具有生物活性，具有显著的抗癌和抑制肿瘤的作用，才使该研究领域活 跃起来。 多年的研究发现，一些s c h i 仟喊具有良好的杀菌抗癌作用，而其配合物因具 有更强的脂溶性和细胞穿透性，所以它的抗菌谱更广，且不易产生耐药性，拥有 更好的医药价值【1 9 之。近来研究发现人体的微量元素，特别是某些金属元素的缺 乏或过量，可能严重地降低人体对致癌因子的抵抗能力。另外，元素之间之间的 拮抗作用，元素与其它致癌因素之间的综合效应，都可能与癌症的发生有密切的 关系。由于金属元素在人体内起着重要的药理和生理作用，以及1 9 6 9 年发现了顺 铂具有抗癌活性( 2 2 1 ，从而使人们对金属配合物抗癌药物寄予特别的希望。已经发 现，第( ) 族过渡金属配合物具有较好的治癌效果，包括p t 、p d 、h 、r u 等金属 的配合物，现己进一步扩展到c u 、c o 、f e 、z n 、n i 、s e 、a s 、s n 、v 、t i 和价 等元素的化合物。h c h e n j r h o d e s 对于s c h i f 碱及其配合物的杀菌机理提出了见解 【2 ”。h e d i l e t t 等试验合成一系列的s c h i f - 蹴用于抑制小白鼠肿瘤生长的作用研究， 研究表明醛取代基抗癌效应优于胺取代基，水杨醛类s c l l i f 嘁优于其他醛类，而 且亲油性和吸电子性的取代基是s c h i f 缄抗肿瘤活性所需要的1 2 3 】。 国内对s c h i f 缄及其金属配合物的抗菌性研究也做了大量工作。柳英犁2 4 1 ， 等人为寻求水溶性更好及活性更佳的的抗癌抑菌药物，在水杨醛苯环上引入硝基 4 上海师范大学硕士学位论文 第一章综述 或氯原子，合成了新的s c h i f 蹴配合物，大大增加了药物的水溶性，使它更好的 发挥药效特别是华中师范大学化学系与湖北肿瘤医院协作，对人体的肺癌、胃 癌、肉癌、直肠癌和乳腺癌的抑制研究取得了良好的成果 1 4 吡唑类化合物的药物应用研究 毗唑是自然界中分布广泛的杂环化合物自从1 8 8 3 年k n o t t 发现含吡唑环的安 替毗啉具有镇痛消炎及退热作用以来，吡唑类化合物因其具有高效、低毒，以及 其环上取代基可以多方位的变换而在药物领域中得到广泛应用。研究发现吡唑类 化合物具有消炎、止痛、抑菌、杀菌、抗高血糖、抗癌、抗凝血剂等药理活性【2 5 。2 7 】， 而且在农药方面和发光材料方面也有广泛用途，如用作除草剂、杀虫剂、发光材 料等。最近，有报道称一些吡唑类化合物对艾滋病毒的无核苷转录酶有明显的抑 制活性【2 8 】，目前，更多人致力于吡唑类环氧化酶2 ( c o x 2 ) 抑制剂的研究，例如 d e m c o x i bc e l e c o x i b 等，临床试验证明c e l e c o x i b 是一种有效的循环氧酶的抑制剂 【2 9 引1 非类固醉类吡唑消炎药已经被用于治疗急性和慢性炎症，并且对于症状疼 痛的缓解起到了一定的作用。因此人们不断地对吡唑合成新方法进行着全面和多 功能的研究【3 2 】。 1 4 1 具有抗肿瘤活性的吡唑类化合物 研究表明，多种人类恶性肿瘤细胞具有较低响应生理刺激而经历凋亡的力。 因此，诱导癌变细胞凋亡被看作是一种新的癌症治疗方法细胞凋亡在肿瘤治疗 中的应用分两大方面，一方面通过诱导肿瘤细胞凋亡，使肿瘤消退，直接治疗肿 瘤：另一方面通过诱导肿瘤血管内皮细胞凋亡，切断肿瘤的供养系统，使肿瘤萎 缩消退，间接地治疗肿瘤许多抗癌药，如a d r l a m y c i l l 【3 3 1 ，v i n b l a s t i n 【3 4 1 和紫杉醇【3 5 】 等，都可以通过诱导肿瘤细胞凋亡来治疗癌症。因此，开发各种有效的细胞凋亡 诱导剂，可能是最有前途的治疗癌症的策略。 吡唑类化合物在抗肿瘤方面的研究主要集中在三个方向：一，吡唑类c d 抑制剂；细胞生长失控和细胞周期的失调是所有癌症共有的特征，细胞周期依赖 性激酶( c y c l i n d 印e n d e n tk i n a s e ，c d 鼬) 是一种色氨酸和苏氨酸激酶，可与相应的 细胞周期素( c y c l i n ) 结合并与a t p 磷酸化后作用于细胞周期的不同阶段，通过抑制 上海师范大学硕：i ：学位论文第一章综述 c d b 的活性达到治疗癌症等增生性疾病的目的。李娟等人【3 6 】设计并合成了一系 列新的吡唑并【l ，5 a 】嘧啶类化合物，并采用m t t 法对其进行了抗肿瘤活性研究。 二，吡唑类c o x 2 抑制剂；环氧化酶一2 ( c o x 2 ) 为多聚不饱和脂肪酸代谢酶，在 前列腺素生成过程中起关键作用，与肿瘤的发生、发展、转移密切相关，是肿瘤 预防和辅助治疗的重要靶分子。c o x 2 抑制剂有可能为肿瘤治疗的研究开辟新的 途径。三，吡唑类p 3 8m a pk i n a s e 抑制剂，p 3 8m a pk i i l a s e ( p 3 8 丝裂原活化蛋白 激酶) 参与炎症、应急、细胞生长与凋亡、细胞周期调控、缺血再灌损伤及心肌 肥厚等生理、病理过程中的信号转导，专利号为u s 2 0 0 3 0 1 8 0 5 l 的专利中描述了 两种用于抑制剂的吡唑化合物。 1 4 ，2 毗唑酰胺类的抗菌活性 吡唑酰胺类化合物通常具有很好的杀虫和杀菌活性，具有杀菌活性的多为4 酰胺类毗唑和5 酰胺类吡唑。日本住友化学公司开发的己于1 9 9 7 年上市的 f u r a m t p y r ( 3 7 l ，通过抑制真菌线粒体中琥珀酸的氧化作用，从而避免立枯丝核菌 菌丝体分离。在吡唑环的l 位为甲基或取代甲基；3 位为甲基、三氟甲基、乙基；4 位或5 位含f c 1 等吸电子基团：以及当吡唑环上的酰胺基的胺含苯环或杂环或者 含有吸电子基团时均显示了良好的杀菌活性。 1 5 抗菌剂的研究进展 联合国世界卫生组织( w h o ) 提出，2 l 世纪全球的主题是“健康与卫生， 每个人的生命与健康，6 0 掌握在自己手中。也就是说，除去遗传学等无法改变 的因素外，个体所处的环境对生命与健康起着重要的作用。 c 0 2 排放量的增加、地球变暖和大气污染促使细菌繁殖，引起微生物环境的 变化，因而近年来患呼吸道疾病和心脏病的人数增加，传染病的感染率和发生率 逐步上升。历史上已经多次发生过传染病，如黑死病、疟疾、登革热病、黄热病、 病毒性肝炎等，其中黑死病和疟疾曾导致几千万人死亡。w h o 组织1 9 9 8 年度统 计表明，全球因细菌传染造成的死亡人数每年超过1 6 0 0 万。进入新世纪以来， s a r s 病毒和禽流感的肆虐唤起了公众对自身居住环境和公共环境的杀菌、消毒 的良好意识，促进了高性能环保抗菌产品的开发应用。许多科技工作者都致力于 6 上海师范大学硕二e 学位论文第一章综述 开发各种无机抗菌材料，如抗菌陶瓷【3 8 】、抗菌玻璃【3 9 1 、抗菌纤维【4 0 1 和抗菌涂料4 1 】 等这使以前专门用于医疗卫生机构的杀菌、消毒产品进入寻常百姓家庭，催生 了抗菌用品的大市场。 1 5 1 抗茵剂的分类及其研制、应用状况 抗菌材料中的核心成分是抗菌剂。抗菌剂是一些细菌、霉菌等微生物高度敏 感的化学成分。极少量的抗菌剂添加至普通材料中，可制成抗菌材料。抗菌剂可 归为有机类、无机类和天然类等几大类。有机类抗菌剂抗菌力强，抗菌迅速但存 在耐热性差、易水解、细菌易产生耐药性及使用寿命短等缺点。无机抗菌剂具有 安全性、耐热性、持久性等优点，是制造纤维、塑料、建材等产品比较适宜的抗 菌剂。无机抗菌剂一般含有银、锌、铜等金属离子成分和无机载体，如沸石、磷 酸盐、羟基磷灰石、可溶性玻璃等。通过缓释作用以提高抗菌长效性。银离子抗 菌能力强，但其化学性质活泼，易转变成棕色的氧化银或还原成黑色的单质银，即 出现变色。另外，使用银作为产品的抗菌剂会导致产品成本增加的缺点。天然类 抗菌剂耐热性较差，应用范围较窄，受到一定程度的冷落。表1 1 是抗菌剂的分类 及其特点。 表1 1 抗菌剂的分类及其特点 抗苗剂类别主要品种举例优点缺点 无机抗菌剂银沸石、银活性炭、银玻璃珠、耐热性好、抗茵谱广、有银系抗菌剂易变色、制造 银羟基磷灰石基抗菌剂、磷酸钛效抗菌期长、毒性低、不困难、在塑料中使用工艺 盐、磷酸锆盐、银陶瓷等产生耐药性复杂 有机抗苗剂 季铵盐、酚醚类、苯酚类、双胍 杀菌速度快、抗菌效能 耐热性差、易在溶剂环境 类、异噻唑类、吡咯类、有机金高、部分抗菌刺无毒、加中析出、易产生耐药性、 属类、咪唑类、吡啶类、噻唑类工方便、颜色稳定好分解产物经常有毒 天然抗茵剂 壳聚糖、山梨酸等抗菌效率高、安全无毒加工困难、耐热性差 高分子抗菌剂聚苯乙烯几内酰脲、聚毗啶、聚长效，广谱、安全无毒、研究刚刚起步 噻唑等颜色稳定好 国外抗菌材料的研究始于2 0 世纪8 0 年代，欧美开始主要集中研究有机抗菌 剂，其中又以使用c i b as p e c i a l 的i r g a s a n - 3 0 0 为主。除了c i b a 公司外，美国的 上海师范大学硕士学位论文第一章综述 m i c r o b a l l 、m o n o n 、a c r o s 、灿心、h u e l s 、f e l l r o 、1 、r o y 等公司都已经推出有机抗 菌剂，而c i b a 、d u p o n t 等公司则已经推出了无机抗菌剂。开发的抗菌剂应用于日 用品、玩具等终端产品上，因此总体的规模和影响都不是很大。抗菌材料研制和 应用最为发达的是日本，在家电、日用品、汽车、厨卫设施、通讯产品等领域全 方位应用抗菌材料。石冢硝子、品川燃料、东亚合成、锺纺和松下等几大制造商 的抗菌剂市场占有率为整个日本市场的8 0 以上【4 2 训】。 中国科学家早就注意到抗菌材料的巨大潜在需求和良好的发展前景。2 0 世纪 9 0 年代初期，许多单位开始从事抗菌材料的研究和应用。但由于起点低和研究条 件的限制，这些零星的研究没有在我国形成自己的开发研究体系，进展缓慢，与国 外先进水平相比，还存在较大的距离。另一方面，与发达国家相比，我国人民的生活 水平还不高，对抗菌材料的需求也不多。9 0 年代后期，抗菌材料在我国进入了一个 飞速发展的时期，也取得了一定的成果【4 5 制l 。 1 s 2 抗菌剂的性能测试方法 抗菌试验一般采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为试验菌，粉末抗菌性能 采用下面几种方法测定。 1 抑菌圈法【5 5 】 适用于编织物、不织物和粉末抗菌性能的定性评价。编织物和不织物，采用 边长为2 5 3 0m m 大小的正方形试样，粉体将试样制成直径为2 0m m 左右的圆片。 将普通琼脂培养基1 5 m l 置于培养皿中并固化，使其充分吸收前培养调制得到的菌 液( 菌浓为1 0 1 0 6c 纠m 1 ) ，将剩余的菌液用移液管吸干，将试验片放于培养基上， 与其紧密相贴，放入恒温器于3 7 l 下培养2 4 h ，细菌在培养皿中，能够迅速 生长，但由于材料具有抗菌能力，细菌在样品的周围很难生长，因此在材料的周 围会出现一个明显的细菌禁止圈，即抑菌圈。样品的抗菌性能由抑菌圈的大小来 评价，抑菌圈的直径越大，表明该材料的抗菌效果越好。反之，则表明该材料的 抗菌效果越差。 2 m i c 法【5 6 1 适用于粉末抗菌剂的抗菌性能测定将1 6 0 1 8 0 灭菌2 h 的抗菌粉末以 o 1 以为中心，按l 2 和2 倍的比例配制各种浓度的悬浊液，置于预先消毒的三角 上海师范大学硕士学位论文 第一章综述 锥瓶或l 形试管中，将适量浓度为( 1 0 5 0 ) 1 0 4c 州m l 的菌液置于其中，于3 5 3 7 振荡培养2 4h ，观察各容器浑浊度判定细菌是否增殖，未增殖的最小浓度 即为抗菌粉末的m i c ( 日本东京银等无机抗菌剂研究会，1 9 9 5 ) 3 m b c 法【5 6 】 适用于测定粉末抗菌剂的抗菌性能。将抗菌剂用无菌蒸馏水充分的分散，用 蒸馏水以二倍的比例稀释。配制不同浓度的悬浊液，将0 5m l 浓度为2 0 1 0 6 c m m l 菌液接种到o 5m 1 各种浓度试验悬浮液中，3 0 1 下于恒温振荡培养 2 h 。振荡培养后将各种试验液接种到n b 培养基上，放入恒温培养箱中，于3 7 l 下培养2 4h 后，用肉眼观察，没有细菌增殖现象的最小浓度，即抗菌剂的 m b c ( 日本东京银等无机抗菌剂研究会，1 9 9 5 ) 1 6 癌细胞凋亡 癌症一直是全世界致力要攻克的一项重大疾病，癌症至今得不到有效的控制， 成为威胁人类生存的一大难题。为此，世界卫生组( w h 0 ) 预测2 l 世纪癌症将成为 人类的“第一杀手”，癌症控制已成为全球性的卫生战略重点之一。据报道，一些杂 环具有抗癌活性且无细胞毒性，而低浓度的稀土具有显著的抑癌、抗诱变作用这 己为许多实验所证实。 最近，有关肿瘤发生发展分子机制的研究表明，在恶性肿瘤细胞中，细胞内的 各种基本过程是调节失控。这些过程包括：细胞周期的调控，信号传递通路的阻 断，细胞凋亡、端粒酶的稳定性，血管生成以及胞外基质的相互作用等。为了研制 出具有特异性的药物，利用最新的在肿瘤细胞生物学上的新发现，研究者都将注意 力转向癌的病因学与病理过程中起作用的特异的分子及生物靶点。如细胞凋亡诱 导剂、信号传导阻滞剂、血管生成抑制剂、化疗与放疗保护剂的寻找。 1 6 1 癌细胞凋亡概念 肿瘤细胞是一种突变的体细胞，这种突变体脱离了细胞社会关于增殖和存活 的控制，因此可以无限增殖产生肿瘤。引起癌变的因素很多，包括化学、辐射、病 毒和遗传等。在肿瘤治疗中，人们一直在试图阐明肿瘤细胞是如何接受异常刺激 信号而使其无限增殖的，至今已取得了不少进展，如发现了一系列癌基因和抗癌基 9 上海师范大学硕一l ：学位论文第一章综述 因等，但至今尚未取得突破性进展。八十年代以来，人们逐渐认识到，细胞群体的数 量不仅与细胞增殖速率有关，也与细胞死亡的速率有关。很多肿瘤正是由于细胞 增殖与死亡的速度平衡失调造成的【5 7 - 5 引。 细胞死亡( c e l ld e a t h ) 的一般定义是细胞生命现象不可逆的停止。细胞死亡有 两种形式：一种为坏死( n e c r o s i s ) ，是由外部的化学、物理或生物因素的侵袭而造 成的细胞崩溃裂解：另一种为程序性死亡( p r o g r a 哪e dc e nd e a t l l p c d ) ，又称细胞 凋亡( 印o p t o s i s ) ，是指细胞为维持内环境稳定，在一定的生理或病理条件下按照自 身的程序结束其生存，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，因而具 有生理性和选择性。细胞坏死与凋亡是截然不同的概念，分清二者的区别对理解 细胞凋亡有重要意义。 细胞凋亡是在基因调控下发生的细胞自杀行为。细胞在各种因素如d n a 损 伤药物、生长因子撤出等作用下，细胞凋亡调控基因的表达发生改变，同时引起一 系列生化变化，如胞内c a 2 + 水平升高，p h 值下降，某些蛋白酶活性增高，最终发生细 胞凋亡，已有越来越多的证据表明细胞凋亡与肿瘤的发生、发展、治疗及预后密 切相关。多种抗肿瘤药物主要通过诱导细胞凋亡而发挥抗肿瘤作用，其效能与其 诱导细胞凋亡的能力密切相关。根据细胞凋亡的分子调控机制，运用基因治疗技 术，选择性地诱导肿瘤细胞凋亡，克服抗药性，这方面工作己取得了不少进展。此外， 以细胞凋亡调控因子为新的治疗靶点的抗肿瘤研究也得到了许多有意义结果。 1 6 2 细胞凋亡的检测方法 早年对凋亡现象的研究主要是根据细胞凋亡的特殊形态，既而采用核酸电泳 的方法来研究。但是形态和核酸电泳的检查只能定性检测细胞凋亡的发生，这对 于精细深入地研究细胞凋亡这一现象是远远不够的。1 9 8 0 年，l e m 曲o i s 【5 9 】首先使 用了流式细胞术分析了凋亡细胞的染色体，并由定性发展为定量唧l 。 目前细胞凋亡的检测方法主要可以分为四类：1 细胞凋亡的形态学检测法 ( 光镜、电镜、荧光显微镜法等) ；2 根据细胞膜通透性改变的检测方法( 如测 定标记蛋白、标记核酸和标记酶的释放，以及染料的进入细胞等) ；3 根据细胞膜 的成分外露的检测方法( 如测定磷脂酰丝氨酸等) ；4 根据细胞核d n a 变化的检 测方法( 如琼脂糖凝胶电泳，测定高、低分子质量d n a 的变化和d n a 梯形图谱等) 。 l o 上海师范大学硕士学位论文 第一章综述 按照学科分类又可将这些细胞凋亡的测定分为形态学、生物化学、免疫化学、组 织化学和分子生物学的测定方法【6 1 】。 1 7 金属配合物与d n a 的相互作用 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。核酸分脱氧核糖核酸( e i n a ) 和 核糖核酸( 对蛆) ，d n a 主要集中在细胞核内，i 渊a 主要集中在细胞质中。研究金 属离子和配合物与核酸作用有很多实际动机。环境中金属的毒性一部分就源于金 属离子与核酸共价结合。这些重金属还与金属调控蛋白作用，干扰基因表达，我 们需要了解影响基因表达的天然金属调控蛋白的作用，设计新的特异结合配体， 捕获特定的贵金属离子，以免除它们对对生物体的损害，但另一方面，如果损害 的对象是对生物体有害的物质如肿瘤细胞基因，则无疑这种损害是受欢迎的。 由于核酸介入生物的生长、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 的结构与功能的关系，将有 助于人们从分子水平上了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靶分子之一。1 9 6 9 年r 0 s e n b e r g 【6 2 j 等 发现顺铂( c i s 一【p t ( n h 3 ) 2 c 1 2 】) 具有强烈抑制细菌分裂的作用，其靶分子主要就是核 酸。1 9 7 9 年经美国食品和医药管理局( f d a ) 批准，顺铂成为第一个用于临床治疗 某些癌症的金属配合物药物，随后碳铂等类似配合物也获得临床使用批准。但是 这些药物有一些毒副作用，患者会产生抗药反应，抗肿瘤效果不明显，为此出现 了第二代顺铂。从此也掀起了研究小分子金属配合物与大分子核酸相互作用的热 潮【6 3 j 。 1 8 本论文的研究内容 1 、采用回流冷凝的方法首次合成了9 种稀土水杨醛缩苯丙氨酸邻菲咯啉三元配 合物及5 种稀土酰基吡唑啉酮邻菲略啉三元配合物，并分别对配合物的理化性 能进行了测试表征。 2 、分别采用培养基扩散法、营养肉汤稀释法研究了两类配合物与大肠杆菌、金 黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌作用，并分析了它们的抗菌机理。 上海师范大学硕：t 学位论文 第一章综述 3 、应用m t t 法、流式细胞仪凋亡检测技术，同时结合倒置光显微镜、荧光显微 镜的形态学观察，研究了稀土三元配合物与k 5 6 2 早幼粒细胞性白血病癌细胞 的作用，证明它们具有较好的使癌细胞凋亡能力。 4 、分别采用紫外光谱法研究了两类稀土三元配合物与c t d n a 的作用，并探讨了 配合物与c t d n a 的作用方式和机理。 1 9 本论文的研究目的及意义 通过选择合适的配体合成稀土三元配合物，研究其与微生物( 细菌和真菌) 的抗菌作用；通过体外筛选法，探索该类稀土三元配合物的抗肿瘤作用；并探讨 了其与核酸( d n a ) 的作用方式和机理。为该类配合物在抗菌、抗癌药物、分 子生物学、生物工程技术及其它相关领域的应用提供一定的依据，有较为广阔的 应用前景。 1 2 上海师范大学硕士学位论文第二章实验 2 1 材料的选择 第二章实验 稀土是一类具有特殊结构和性质的元素，稀土元素不仅大量用于工业，而且在 农业和医学领域也有广泛应用【“，6 5 1 ，邻菲咯啉具有杀菌和荧光性质，本身也是一种 良好的配体，能和许多物质形成稳定的配合物，被广泛应用于制备生物大分子探 针、发光材料及抗菌抗肿瘤药物等领域【6 6 1 。 席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特征集团( r c = n ) 的一类有机化合物， 其通常是由胺和活性醛基缩合而成。研究结果表明席夫碱类金属配合物具有抗 菌、抗肿瘤、抗病毒的生物活性【6 删。 酰基吡唑啉酮亦具有良好的生物活性，稀土酰基吡唑啉酮配合物的抗菌活性 已有报道1 7 0 1 。 我们分别合成了稀土席夫碱邻菲咯啉三元配合物以及稀土酰基吡唑啉酮邻菲 咯啉三元配合物，期望利用杂环化合物邻菲咯啉，稀土离子和第三配体的协同作用， 使它们三者合成配合物后具有更好的生物活性。 2 2 配合物的合成 2 2 1 药品和试剂 r e 2 0 3 ( r e = l a 3 + c e 3 + ，s m “，g d 3 + ，y ”，p r 3 + e u 3 + ，n d 3 + ，e f 3 十) ，纯度9 9 9 以上( 上 海跃龙有色金属有限公司) ；乙二胺四乙酸钠，化学纯，六次甲基四胺，化学纯( 上海 试剂一厂) ：二甲基酚橙，化学纯( 上海试剂三厂) ；水杨醛，化学纯( 国药集团 化学试剂有限公司) ；l 苯丙