（物理化学专业论文）钨酶活性结构因子的仿生合成及表征(1).pdf

首都师范大学硕士毕业论文 摘要 钨是一种具有生物活性的微量生命元素，钨氧转移酶在生物体系的氮、硫和碳的天然 循环过程中起着极其重要的催化作用。随着钨酶在生物体内的作用逐步得到重视，及其模 拟的功能配合物在探究钨酶的生理活性和催化机理研究中所作的突出贡献，使钨氧转移酶 活性结构因子的仿生合成，生理活性以及催化机理研究成为研究热点。 通过钨酶的朋 线晶体结构分析研究表明，其活性结构因子由金属钨与二硫烯上的s 原子配位而形成。多羟基酚由于其抗肿瘤和抗病毒活性，它的衍生物一直是研究的热点。 多羟基酚作为抗氧化剂，可以影响体内金属的生物利用度，此外金属儿茶酚配合物存在有 趣的电子效应。这种电子效应和金属的多价态和配体电荷分布有关，是由于奎宁前线轨道 和金属轨道能量之间存在的微妙平衡而产生，被认为是生物体中离子传输和儿茶酚，奎宁相 关酶和生物分子的模型。本文以邻苯二酚为配体合成了一系列钨氧转移酶活性中心仿生配 合物，并对其进行了i r 、1 h n m r 和e p r 等谱学表征和晶体结构测定，主要内容如下： 1 以含有邻位取代基的邻苯二酚为配体，在甲醇乙腈混合溶剂中与( n - b u 4 n ) 4 w l 0 0 3 2 反应，分别向体系中加入l ，3 丙二胺、l ，2 丙二胺和乙二胺，得到三种呈手性八面体构型的 单 核 钨 配合 物，( n h 3 c h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ) 2 w 0 2 ( c 6 h 4 0 2 ) 2 ( 1 ) 、 ( n h 3 c h 2 c h ( n h 2 ) c h 3 ) 2 w 0 2 ( c 6 h 40 2 ) 2 】( 2 ) 和( n h 3 c h 2 c h 2 n h 2 ) 3 w 0 2 ( c 6 h 4 0 2 ) 2 ( 3 ) ( a ) e p r ：虽然中心离子的价态不同，e p r 信号不同，但配位结构相同。w 化合物因 d 电子组态而具有e p r 活性，与牛奶中黄质氧化酶的e p r 呈相似性，因此钨氧转移酶活 性中心在进行电子转移时，配位场不变。 ( b ) n m r ：利用n m r 研究了配合物2 与a t p 的相互作用，结果发现手性特征的1 2 丙二胺及邻苯二酚苯环的1 h 化学位移在与a t p 混合前后均呈现出较大的差异，分析得出： 配合物中的金属离子在d 2 0 中大多数均以w ( v ) 价态存在，但在与a t p 共存时转化为 w ( v o ，并与配体发生了解离。 2 以邻苯二酚为配体，在甲酵乙腈混合溶剂中与n a w 0 4 2 i - 1 2 0 反应，分别向体系中 加入1 ，3 丙二胺、l ，2 丙二胺、乙二胺，得到三种结构截然不同的产物， ( n h 3 c h 2 c h 2 c h 2 n h 3 h n a 2 ( c 6 8 4 0 2 h ( c d - h 0 2 h ) 2 ) ( 4 ) n i - 1 3 c h 2 c h ( n i 1 2 ) c h 3 w 0 2 ( c 6 h 4 0 2 h n a n h 2 c h 2 c h ( n h 2 ) c h d n ( 5 ) 、( n - 1 2 c h 2 c h 2 n h 2 ) 2 n a 2 p 2 - ( c 6 h 6 0 2 ) 2 ( c 汕o o h ) 2 ( 6 ) 1 首都师范大学硕士毕业论文 ( a ) x 单晶衍射：配合物( 6 ) 为独立的二金属钠簇合物，而( 5 ) 为一维链状结构。 ( b ) n m r ：配合物( 6 ) 固态与重水中的”cn m r 比较表明桥联配体p - 2 ( c 6 h 6 0 2 ) 和端基 配体( c 她o o h ) 在溶液中会发生快速交换。 关键词：钨氧转移酶活性结构因子仿生配合物，晶体结构，e p r ，i r ，n m r ，t e m ， s e m 2 a b s t r a c t t u n g s t o e n z y m e sp l a yi n t i m a t er o l e si nt h eg l o b a lc y c l e so fn i t r a t e ，c a r b o na n ds u l f u r s t r u c t u r a l l yc h a r a c t e r i z e ds y n t h e t i ca n a l o g so ft h ea c t i v es i t e so fw - c o n t a i n i n ge n z y m e sa l e e s s e n t i a lf o rt h ei n t e r p r e t a t i o no f h i o c h e r n i c a lp r o p e r t i e sa n dc a t a l y t i ca c t v 哆o f t u n g s t o e n z y m e s s ob i o m i m e t i cs y n t h e s i sa n db i o c h e m i c a lm e c h a n i s ms t u d yo f a c t i v ec o n c u ro f t u n g s t o e n z y m e s a t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t c n t i o n x - r a ys t r u c t u r ea n a l y s e sf o rt u n g s t o e n z y m e si n d i c a t e dt h em e t a lw w a sc o o r d i n a t e dt ot h e c o f a c t o rt h r o u g ht h ed i t h i o l e n es u l f e r sa n df o r m e dt h ea c t i v es i t e p o l y p h e n o l sa r ea n t i o x i d a n t s , w h i c ha k n o w nt oi n f l u e n c eb i o a v a i l a b i l i t yo fm e t a l si nt h eb o d y i na d d i t i o n , m e t a l c a t e c h o l c o m p l e x e sc 锄e x h i b i ti n t e r e s t i n ge l e c t r o n i ce f f e c t sa s s o c i a t e dw i t ht h ev a r i a b l em e t a la n dl i g a n d c h a r g ed i s t r i b u t i o n d u et ot h ed e l i c a t eb a l a n c ei ne n e r g yb e t 、v e e nt h ef r o n t i e rq u i n i n ea n dm e t a l o r b i t a l sa n dt h e ya r ob e l i e v e dt ob eam o d e lf o rt h e b i o l o g l c a lt r a n s p o r to fi r o na n d c a t e c h o l q u i n i n er e l a t e de n z y m e sa n db i o m o l e c u l e s i nt h i st h e s i s , as e r i e so fb i o m i m e t i c c o m p l e x e sw i t h c a t e c h o ll i g a n do ft u n g s t o e n z y m ec o f a c t o rh a v eb e e ns y n t h e s i z e da n d c h a r a c t e r i z e db ym o a n so f s p e c t r u m 、x - r a ya n a l y s e s n em a i np o i n t sa r ea sf o l l o w s ： lt h r e ed i 侬栅l t c o m p l e x e s ( n h 3 c h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ) 2 w 0 2 ( c d - h c h h ( 1 ) 、 ( n h 3 c h 2 c h ( n h 2 ) c h 3 h w c h ( c d - h c h h ( 2 ) a n do m 3 c h 2 c h 2 n h 2 ) 3 w v c h ( c d h 0 2 h ( 3 ) w e r es y n t h e s i z e db yt h er e a c t i o no f ( n - b u 4 n ) 4 w 1 0 0 3 2 】埘t hc a t e c h o li nt h em i x e ds o l v e n to f c h 3 0 h 、c h 3 c n ，w i t hn h 2 c h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ，n h 2 c h 2 c h n h 2 c h 3 ，a n dn h 2 c h 2 c h 2 n h 2 a d d e d ( a c o ) s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o nb yx - r a yd i f f r a c t i o n n ec r y s t a ls t r u c t u r er e s u l t ss h o w t h a tt h em o n o n u c l c 雒a n i o m cu n i to ft h et h r e ec o m p l e x e sd i s p l a y e dt h e $ a l - n o c i s - d i o x of a s h i o nw i mp s e i 】d 0 础e d m l 唧0 6 】c o o r d i n a t i o ng e o m e t r y b u tt h e t h r e ec o m p l e x e sh a v ed i f f e r e n tc r y s t a lf i g u r e , s t a b i l i t ya n da n t i - c a n c e ra c t i v i t y 1 1 舱 c o m p l e x3s h o w st h es i m i l a re p rs i g n a lw i t hx a n t h e n e so x i d a s ei nm i l l 【 n m rr e s u l t s n en m rs t u d i e so nt h ei n t e r a c t i o no f t h ec o m p l e x2w i t ha t pr e v e a l t h a t1 hc h e m i c a ls h i f t so f1 , 2 - p r o p a n e d i a m i n ea n dc a t e c h o lw i t ha n dw i t h o u ta t p e 袖_ i b i td i s t i n c td i f f e r e n c e , t h er e d u c t i o no f w ( v i ) t ow ( v ) o c c u r sw h e nt h ec o m p l e x 2i sd i s s o l v e di ni z oa n dt h ew o oi so 】【i d i z e da g a i nw h e na t ps o l u t i o ni sm i x e d w i t ho r i g i n a ls o l u t i o na n dt h eh y d r o l y s i so ft h ec a t e c h o l a t ol i g a n dt a k ep l a c e sa t 首都师范大学硕士毕业论文 m e a nt i m eb e i n gm o n i t o r e db y1 hn m r 2r e p l a c e ( n - b u a n ) 4 w j 0 0 3 2 】w i t hn a w 0 4 2 h 2 0 ，c a r r yo u tt h es a m er e a c t i o nw i t h c a t c c h o l , a n d ( n i - 1 3 c h 2 c h z c h 2 n h 3 ) 2 n a 2 ( c 6 i - 1 4 0 2 ) 2 ( c 6 i - 1 4 0 e h h ( 4 ) n i - 1 3 c h 2 c h ( n h 2 ) c h 3 w 0 2 ( c 6 i - 1 4 0 2 ) 2 n a n h 2 c h 2 c h ( n h 2 ) c h 3 n ( 5 ) 、( n h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ) 2 n a 2 【- ( c 6 h 6 0 2 ) 2 ( c 6 1 - 1 4 0 0 i m 2 ( 6 ) w i l lb ef o r m e d ( a ) s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o nb yx - r a yd i f f r a c t i o i lt h e c r y s t a ls t r u c t u r er e s u l t ss h o w t h a t c o m p l e x 6c o n s i s t so ft w o n h z c h 2 c h 2 n h 2 a n dad i s c r e t em o l e c u l a r n a 2 【一( c 6 h 6 0 2 ) 2 】( c 6 h 4 0 0 h ) 2 ) c l u s t e r , w h i l ei nc o m p l e x5wa t o m sa r eb r i d g e d b yo - n a - ou n i t st oc o n s t i t u t eo n e - d i m e n s i o n a l ( 1 d ) i n f i n i t ec h a i na l o n gt h ea - a x i s ， a n dt h en e i g h b o r i n gc h a i n sa r cl i n k e db yv a l ld e rv a a l sf o r c ea n dh - b o n d s ( b ) t h ec o m p a r i s o no f ”cn m rs p e c t r u mo ft h ec o m p l e x6i ns o l i ds t a t ew i t ht h a ti n s o l u t i o ni n d i c a t e st h a tt h er a p i de x c h a n g eb e t w e e nt h eb r i d g i n g - ( c 6 1 氐0 2 ) a n d t e r m i n a l ( c 6 h 4 0 0 h ) 。l i g a n d si sp r e s e n t e di ns o l u t i o n k e yw o r d s ：b i o m i m e t i cc o m p l e x e so f t u n g s t o e n z y m ec o f a c t o r , c r y s t a ls t r u c t u r o , e p r , 1 r , n m r t e m ，s e m 2 首都师范大学硕士毕业论文 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 靴敝储鹕张魏看馁唧猢。日 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。， 学位敝储躲魏春霞旎瘸歙 日期：2 0 0 7 年4 月1 日 2 首都师范大学硕士毕业论文 第一章绪论 第一节钨氧转移酶的活性结构因子和生物活性 1 前言 钨属于第六周期b 族元素，近年来发现w 也是一种具有生物活性的微量生命元素。 二十世纪七十年代第一次公开报道钨元素存在于生物体内 1 - 3 。1 9 8 3 年从热醋酸菌 ( c l o s t r i d i u mt h e r m o a c e t i u m ) 中提取的第一种天然钨酶，甲酸脱氢酶( f d h ) 问世， 该酶具有明显的生物化学和光谱学特征。1 9 9 0 年从超高温古生菌( h y p c r t h c r m o p i l i ea r c h a c a ) 体内提取出第二种钨酶，即醛氧化还原酶( a l d e h y d eo x i d o r o d u c t a s c ，a o r ) ，引起了人们 对于钨酶研究的浓厚兴趣。1 9 9 5 年有关提取钨酶的研究方面取得了突破性的进展，到目前 为止提取的钨酶已达十二种之多。人们对这些酶的结构和活性进行了研究，结果表明，钨 酶具有以下性质： ( 1 ) 催化时都形成w ”w ”电势对，通过电子或原子的转移起到催化的作用 ( 2 ) 都含有 4 f e 4 s 簇合物 ( 3 ) 在催化活性中心，金属都是与一个或两个特殊的配体一钼蝶呤配位的，配位原子为s 原 子。 值得注意的是，钨氧转移酶在生物体系的氮、硫和碳的天然循环过程中起着及其重要 的催化作用，几乎所有的钨酶都与同种生物，或血缘生物体内存在的钼酶具有类似的结构 与性质嗍。在钨酶与钼酶共存的生物体系中，金属离子钼可以被金属离子钨取代。然而那 些仅依赖于金属离子钨作用的酶，却不能用金属离子钼所取代川。随着钨酶在生物体内的 作用逐步得到重视，及其模拟的功能配合物在探究钨酶的生理活性和催化机理研究中所作 的突出贡献，使钨氧转移酶活性结构因子的仿生合成、生理活性以及催化机理研究成为研 究热点。 2 钨酶 2 1 钨酶发现的历史 1 9 8 3 年，l j u n g d a h l 从嗜酸的梭状芽孢杆菌中分离出了甲酸脱氢酶( f d h ) ；1 9 8 9 年， s i m o n 从嗜酸的梭状芽孢杆菌中分离出了羧酸还原酶( c a r ) ；1 9 9 0 年，a d a m s 从激烈热 球菌中分离出了醛氧化还原酶( a o r ) ；1 9 9 2 年，t h a u c r 从沃氏甲烷杆菌和热自养穆尔氏 菌中分离出了n 甲酰亚甲基呋喃脱氢酶( f m d h ) ；1 9 9 3 年，a d a m d s 从激烈热球菌中分 离出了甲醛铁氧化还原蛋白酶( f o r ) ；1 9 9 4 年，a d a m s 从激烈热球菌中分离出了甘油醛 首都师范大学硬士毕业论文 3 - 磷酸铁氧化还原蛋白酶( g a p o r ) ：1 9 9 5 年，h a l l s a i l 从巨大脱硫孤菌中分离出了醛脱 氢酶( a d h ) ；1 9 9 5 年，s c l l i n k 从乙炔粘土杆菌中分离出了乙炔水化酶( a h ) ) 。 2 2 钨酶的分类 根据酶的催化活性中心的结构，可将钨酶分为三大类，如表2 1 所示： 表1 1 钨酶的分类、催化活性中心及其生理作用 1 a b l e1 1c l 勰s i i c a 6 彻，s t r u c t u r eo f a 撕v ec 肋昀锄dp h y s i o l o 如le f f e c to f t u n g s t o 雕z y m 铭 醛氧化还原酶( a o r )甲酸脱氢酶( f d h )乙炔水化酶 酶 甲醛铁氧化还原蛋白酶( f o r ) n 一甲酰亚甲基呋哺脱氢 的甘油醛一3 一磷酸铁氧化还原蛋白( f i v l d h ) 种酶( g a p o r ) 类羧酸还原酶( c a r ) 醛脱氢酶( a d h ) 2 3 钨酶的活性部位结构 j o h n s o n 和r a j a g o p 加利用荧光和质谱分别对a o r 进行表征，首次证实a o r 是由蝶 呤辅因子的单核苷酸形式【8 l ，随后r 巧a g o p a l a n 又进一步提出了一种建立在蝶呤环体系上的 结构( 见图1 i a ) ，该结构中有一个从c 6 延伸的含双硫烯、羟基、磷酸根基团的侧链，金 属离子通过双硫烯的硫与蝶呤辅因子络合。和铝酶一样，所有钨酶都含有蝶呤辅因子，而 且醛铁氧化还原蛋白酶族的所有组分都是单核苷酸形式。 2 首都师范大学硕士毕业论文 p 、o 图1 1 蝶岭辅因子的结构模型 ( a ) j o h n s o na n dr a j a g o p a l a n 推导的蝶岭辅因子： ( b ) a o r 酶中的钨蝶呤中心结构； ( c ) 蝶呤辅因子的核苷酸( g m p ) 模型 f i g 1 1 s t r u c t u r a l m o d e l s f o r t h e p t e r i n c o f a c t o r s ( a ) m o d e ld e d u c e db yj o h n s o na n dr a j a g o p a l a nf o rt h ep t e r i nc o f a c t o r ( b ) s t r u c t u r e o f t h e t u n g s t o p t e r i n c e n t e r o b s e r v e d i n a o r ( c ) m o d e lf o rt h en u c l e o t i d e ( o m p ) f o r mo f t h ep t e r i nc o f a c t o r 修正后的强烈炽热球菌的a o r 结构确立了蝶呤辅因子的正确模型( 见图l1 b 、c ) ，辅 因子通过c 7 与蝶呤环侧链羟基闭合成环形成辅因子中的第三个环，而三个手性中心c 6 、 c 7 和c 3 ，显示的都是r 构象。钨酶的x 射线晶体结构研究表明，两个蝶呤辅因子均通 过双硫烯中的硫原子与钨金属离子配位形成钨酶的活性结构因子( 见图1 2 ) 。 2 4 钨酶的光谱特性 除了电子顺磁共振( e p r ) 以外，x - 射线吸收( x a s ) ，电子核双共振( e n d o r ) ， 拉曼共振和变温磁性圆二色散( v t m c d ) 等技术手段均为钼氧转移酶的催化机理、分子 结构以及氧化还原等状态的研究提供了较丰富的信息 g a 0 ，而钨酶的光谱特性【1 1 1 以及钨酶 活性部位仿生配合物的光谱性质经l 研究还处于起步阶段。 2 4 1x 一射线吸收谱 f d h 是最早利用x a s 手段对w 作分析的含双硫烯钨酶，x a s 的研究结果证实了存在 键长为2 1 3 a 的w 0 ，n 键和键长为2 3 9 的w s 键，但对于w o 键的存在与否尚需 进一步研究。a o r 的w - x a s 研究结果表明a o r 中的w 以w ( ) 氧化态存在，w f f i o 键长为1 7 4 h ，三个w s 键的平均键长约为2 4 1 a ，可能还有一个键长为2 1 0 a 的w a n 键存在n 3 1 。 3 首都师范大学硕士毕业论文 2 4 2e p r 和v t m c d m o w ) 和w ( v ) 为d 1 一电子组态，在1 0 0 k 以上能够观察到单电子的慢弛豫，显示岛 的e p r 共振信号，与m o w ) 相比，w ( v ) 的自旋。轨道祸合要大得多( w 的自旋轨道常数比 m o 大3 - 5 倍) ，所以w ( v ) 的自由电子g 值发生更大的偏移，从而具有更大g 值的各向异性 和更低的断值。 a o r 以及f o r 的w f v ) e p r 信号的相似性表明，这两种酶的活性部位具有相似的配位 场。根据实验得到的g 值相似性分析，可推断出低电势w ( v ) 配合物的结构模型( 图1 2 ) ， w 与两个双硫烯的硫络合，同时还连接一个端基o 和一个羟基，但其中一个双硫烯的硫与 w 的配位能力很弱( 图中的虚线表示) 。在生理学温度下，加入高浓度的甘油或乙二醇， 该配位单元会不可逆地、定量地转变成一个受抑制的双醇配位模式。 飞v 夕h 几 6 v o ，s 佻s 、 婶s 丫 l o w - p o t e n d a l d i o l i n h i b i t e d 图1 2a o r 族钨酶低电势及受抑制的双醇( v ) 化合物结构 f i g 1 2p r o p o s e ds t r u e l m r e sf o r t h el o w - p o t e n t i a la n dd i o l - i n h i b i t e dw ( v ) s p e c i e si n a o r - t y p et u n g s t o e n z y m e s g a p o r 是前几年在厌氧条件下从强烈炽热球菌中提取到的钨酶，有关的e p r 和 v t m c d 的吸收光谱的研究报道不多。在获取该酶的过程中，加入起抑制剂作用的连二亚 硫酸盐，发生的还原作用会产生一个慢弛豫正交的s = 1 2 共振。在断值极低( 岛v ：1 8 9 1 ) 时，与w 中心络合的s 配体不超过3 个。从实验结果推测，g a p o r 的w 可能是与单蝶 呤辅因子的双硫烯侧链络合，或与两个蝶呤辅因子的双硫烯侧链络合( 其中一个双硫烯的 硫与w 仅是较弱的结合) ，这与a o r 的活性结构因子类似。 a d h 的e p r 和u v - 可见吸收光谱研究表明，在厌氧条件下纯化的钨酶显示出很复杂 的w o o 信号，该信号由四个独立的峰组成【1 4 1 。g 值表明，a d h 的两种主要成分与g a p o r 中自旋一耦合w ( 、，) 配合物的成分极为相似，而a d h 的另外两种成分却非常类似于a o r 中 甘油一抑制w w ) 配合物的成分。实验结果分析得出：w 部位的不同质( h e t e r o g e n e i t y ) 与 纯化钨酶过程中甘油的存在较大关联；其次，w 与两蝶呤辅因子中的二( x x 硫烯) 络合结 构，与强烈炽热球菌的a o r 的活性部位结构相似。在p h 值较高情况下，加入过量的连二 亚硫酸盐会导致w ( v ) e p r 信号的损失。c a r 的u v - 可见光吸收和e p r 研究表明，该酶以 4 首都师范大学硕士毕业论文 及本族中其它钨酶的u v - 可见光吸收谱都在4 0 0 n m 处都有一条较宽的谱带，它表征了 4 f e - 4 s 2 + 簇的存在。 f d h 不仅是第一种提纯的钨酶，也是生物学上观察到的具有w ( v ) e p r 信号的第一种 酶。除了2 个 2 f e - 2 s + 簇和2 个 4 f e - 4 s 2 + 簇的e p r 共振外，到2 0 0 k 时还可看到一个异常 的慢弛豫共振。根据弛豫特性判断，该共振有不同寻常的g 值，例如g 。 2 ，且其中一个g 值还远大于2 ，但d e a t o n 等人分析认为，这样的慢弛豫共振是由于w ( v ) 的存在所引起的。 从热自养甲烷杆菌和沃氏甲烷杆菌提取到的天然含w 的f m d h i i 还没有相关的w ( v ) e p r 研究报道。 迄今为止，有关钨酶的光谱特性表明所有的钨酶都是通过两个蝶呤辅因子的双硫烯侧 链与w 络合。在a o r 族中，w 则是以蝶呤辅因子的单核营酸形式络合，没有蛋白质配体； f ( m ) d h 族中的w 是以蝶呤辅因子的g m p 形式络合( 图1 i c ) ，它有一个半胱氨酸或硒 半胱氨酸配体。同时，e p r 的研究还表明活性w ( v ) 中心还连接一个端基氧和一个羟基。 第二节与钨酶活性部位相关的钨配合物的合成研究 1 前言 到目前为止，文献上有关钼酶活性部位的钨类似物的合成及结构分析的报道，与等价 m o 相比，以双硫烯为配体的含氧w 配合物的化学研究发展很慢。这是由于还原w ( ) 比w ( ) 更困难得多。钨酬1 5 1 与铝酶比较，更难于析出晶体，且生成的配合物非常不稳 定而失去大部分活性但自然界钨酶活性部位的一个共同的特征是它们都通过双蝶呤因子 的二( 双硫烯) 基团来络合。这样要有较好的络合必须要求调整w 7 1 、) l ，v w “电位到适当的 范围以便发生低电势氧转化酶反应。从w 类似配合物的化学性质来看，很明显，在厌氧条 件下，仅仅w 可被生物体系利用来催化低电位反应( 比标准氢电极小得多) 所以寻求具 有高活性的双硫烯钨类似物成为科学工作者的研究热点。 2h o l m 教授等人的工作 2 1 以二羧基配合物为起始原料的合成 哈佛大学的h o l r a 教授“6 - 2 7 1 等人对有关钼酶活性部位双硫烯钨类似物的合成及其结构 性质作了较为深入的研究。以二甲基亚砜还原酶为中介，可合成钼酶活性部位二( 双硫烯) 钨类似物，同时是发生一些氧迁移反应阅。钨酶的活性部位是由一种金属连接一个或两个 蝶呤辅因子配体( s 2 p a ) ，如图1 3 ，另外还与氧化物、硫化物、羟化物、水溶液和蛋白质配 体络合进行连接。 5 首都师范大学硕士毕业论文 0 s e ： i 弦 ( c h3 ) 2 s o ( c h3 ) 2 s 2 。 7 ，矿 i - i2 0 唆陬： 、o c o ，。r 8 图1 3 蝶呤一双硫烯辅因子配体被还原和氧化的m o w d m s o r 同工酶活性部位结构 f i g 1 3a e u v es i t e ss t r u c t u r e so f r e d u c e d a n do x i d i z e dm o w - d m s oi s o e n z y m e sw i t h p t e r i n - d d i t h l o l e n ec o h c t o n 他们主要使用的药品是乙醚，t h f ( 四羟基呋喃) ，乙腈，二氯甲烷，甲醇，四丁基溴 化铵，双硫烯( $ 2 c 2 p h 2 ，s 2 c 2 m e 2 ) 钨盐，且合成的钨酶类似物都是以四丁基溴化铵盐的形 式存在。脱氧配合物w ( o r ) ( s 2 c 2 r 2 h 卜( r = m e , p h ) 稳定地发生 w ( c o ) 2 ( s 2 c 2 r 2 瑚的c o 取代反应，且把二个c o 看作各种取代二( 双硫烯) w ( ) 的母体。这些络合物与m e 3 n o 反应生成单氧代络合物 w o ( o r ) ( s 2 c 2 r 2 h ( r = m e ，p 由。络合物 w ( o r ) ( s 2 c 2 m e 2 ) 2 。 ( r = p 1 l p - x c 6 h 4 ，p c ) 直接与n ，a s 一，s - ，和s e - 氧化物发生氧迁移反应生成 w v l o ( o r ) ( s 2 c 2 m e2 ) 2 】。，p h 2 s e 堪o 可直接发生原子转移。合成路线如图1 4 。 四价钨配合物都是通过取代羧基生成以芳氧基和烷基为端基配体的化合物，总体反应 方程式5 ，( r = m e , p h ) 【、：v ( c o h ( s 2 c 2 r 2 ) 2 】+ r o - 一 w ( o r x s 2 c 2 r 2 h + 2 c 0( 5 ) 六价钨配合物都是通过m e 3 n o 中的氧迁移至反应物生成新的钨配合物，发生氧转移 反应6 ，( r = m e p h ) 【w ( o r x s 2 c 2 r 2 h + m e 3 n o d v w o ( o r ) ( s 2 c 2 r 2 h + m e 3 n( 6 ) 在溶液中，四价与六价钨配合物对痕量的水和氧气都有高度敏感性，四价钨配合物与 水或氧气接触后，很快就生成蓝色五价配合物【w ”o ( s 2 c 2 r 2 m 卜。在室温下六价钨配合物的 乙腈溶液放置一两天后被还原成五价配合物。这相对等价的类似钼配合物来说是很不稳定 的。例如对比等价m o 配合物， w v l 0 ( b d t ) 2 冬和 w w o ( m n t h 2 t o d t = - ( 苯1 二连二亚硫酸 盐；n m t = ( 1 ，2 - 二丙炔腈1 ，2 - 连二亚硫酸盐) 配合物对氧极为敏感，这说明如果使用在厌氧 生物w 配合物则需要严密隔绝0 2 保护。所有实验操作都应在惰性气体箱或其他隔绝0 ：的 条件下进行。 6 彤 首都师范大学硕士毕业论文 r = m e , 6 ，7 5 ；p h , 7 8 , 3 0 x - - c n ，1 0 a ；b r ，1 0 b ；m e l k ； o m e ，1 0 d ；n h 2 。1 0 e 图1 4 脱氧二双硫烯w ( i v ) o - s ) 和单氧“i ) ( 6 _ l o ) 配合物的合成 f i g i a s y n t h e s i s o f d e s e x o b i s ( d i t h i o l e n 曲w ( i v ) ( i - 5 ) a n d m o n o o x o w ( v i ) ( 6 - 1 0 ) c o m p l e x e s t h f r r r r u 2 s e 圈1 5 源于二羰基硫属元素钨化合物1 - - 9 的合成路线 脚1 5 s c h e m e f o r t h e s y n t h e s i s o f c o m p l e x e s l - 9 f r o m d l e a r b o n y l c o m p l e x e s 7 首都师范大学硕士毕业论文 以前曾报道的二羧基配合物【w ( c o h ( s 2 q p h 2 h 与e t 4 n o h 、n a 2 s 、l i 2 s e 反应得到以 前不被人所知的二( 双硫烯) 系列化合物【w q ( s 2 c 2 r 2 ) 2 1 2 ( q = o ，s ，s o 【2 9 1 。 w ( c o ) e ( s 2 c 2 m e 2 瑚配合物和e t 4 n o h 反应得到【w 。”o ( s 2 c 2 m 咖】2 。通过二羰基二( 双硫 烯) 配合物生成二( 双硫烯) 硫属元素钨配合物的合成路线在如图1 5 所示。 在寻找以前的q = o 化合物里，h o l m 教授他们还合成了【m ( b d t ) 2 ( o s i r 3 ) 2 。j f l m v l ( b d t h ( o s i r 3 ) 2 一系列化合物，其中苯1 ，2 连二亚硫酸是配体，m = m o ，w 。带有醇盐，硫代 硫酸盐，和硒酸盐配体配合物潜在的合成路线是终端氧属元素配体的烷基化，这是竞争或 独特的双硫烯对s 烷基化存在可能性识别的结果。这个反应是还原双硫烯配合物很好的先 例，特别是对m = n i , p d , p t ，r h 的配合物。曾报道过钨配合物烷基化的例子， w ( s 2 c y h 2 ) 3 2 与碘化甲烷的二甲基化以及 w ( b d t ) 3 】。与r 3 0 + ( r = m e ，e t ) 的烷基化。1 9 6 6 年s c h r a u z e re ta l 最初命名的双羰基配合物 w ( c o ) 2 ( s 2 c 2 p h 2 ) 2 和 w ( c o ) 2 ( s 2 c 2 m e 2 ) 2 【1 叼是在母液苯中 w ( c o ) 6 】和 n i ( s 2 c 2 r 2 ) 2 ( r = m e ，p h ) 2 5 1 以1 ：1 的混合溶液扩散得到。虽然这种方法可重 复生产，但产率较低( k w ，在室温条件下m o 的速率更快l 以1 0 3 倍。m o 速率 更快是由于两个内在性质决定的：氧化还原电势表明的还原性和伸缩频率，b d e 值反应出 来的键长形变总体来说，以金属为中心的还原性k k w ，而氧化性则相反其他几类 氧化还原反应也遵循这一规律m o w 反应剂在阻挡层与配体配对更大的不同是，比双硫 烯形成更少的共价。所以在酶中的m o 原子应该能被保留结构和活性的w 替代考虑到 9 首都师范大学硕士毕业论文 a o r ( w ) 和d m s o 还原酶( m o ) 族里单氧中心的存在，很多注意力都转移到双硫烯络合 物单氧m ( v i ) 基团的氧转移性质研究上。最近研制了作为二( 双硫烯) 络合物氧转移偶合 的组分 非氧m 】+ o 】一 m 】，m = m o 和w 。他们的反应性能目前还在研究。 3 曼彻斯特大学的j o u l e 等人的工作 曼彻斯特大学的j o u l e 和他的同事们合成了一系列酶的模拟配合物，配体结构见图1 7 。 譬扩8 。扩8 。扩 图1 7j o u l e 的配体结构 r i g 1 7s t r u c t u r eo f j o u l e sl i g n d 在合成它们相应的配合物时，以 m 0 2 ( c n m 为原料，经取代反应得到产物，并对配 合物进行了结构表征。这些配合物都是钼钨输氧酶的活性中心的简单的模拟。实验结果表 明，这些配合物的氧化还原性质与酶相似，每个配合物形成一个可逆的w ”w ”电势对，其 氧化还原电势都比较低，与酶的一致。并且，这些配合物可以从一些含氧底物中得到氧而 形成相应的六价的配合物，用p h 3 p 可将其还原至四价，见图1 8 。 鹏斯 + e e 、哟 晋b p 图1 8 配合物的氧化还原 f i g 1 8o x i d or e d u c t i o np r o c e s so f r i t ec o m p l e x 4 印度$ a r k a r 等人的工作 印度的s a r k a r 与其同事们也合成了一系列的配合物来对酶进行模拟 3 4 - 3 5 1 ，它们为： l o 首都师范大学硕士毕业论文 v h 4 p 1 2 w w c h ( r o t ) 2 】， e t 4 n 2 w o ( m n t h ， e t 4 n 2 【w o ( s 2 ) ( m n t y z 。其阴离子结构如图 1 9 所示： 图1 9s a r k a r 的阴离子结构 f i g 1 9s t r u c t u r eo f s a r k a r s a - d o n s 这三个配合物都是醛铁氧化还原蛋白氧化还原酶的模拟配合物其中 e t 4 n 2 w o i 珊眈】还可以模拟乙炔水化酶，其相应的氧化物为 p h 4 p 2 【w 0 2 ( m n t h ，该氧 化物只有在用过量的n a 2 s 2 0 4 处理后，还原为四价的配合物，才可以催化乙烯的水化反应。 由于有下列反应( 8 ) 发生，反应过程中观察不到有任何中问产物生成。可以推断乙烯的水化 过程是一个氧化加成反应，但其催化机理尚不清楚，有待进一步研究。 e t 4 n 2 w r c o ( m n t h + c h 3 c 0 2 cic c 0 2 c h 3 一【e 伽2 w = v o ( m n t ) z c 2 ( c 0 2 c h 3 ) 2 ( 8 ) 。、 第三节含钨化合物的抗艾滋病活性 1 前言 钨是人体必需的微量元素。在很多生物过程中，微量的金属起着关键作用，它和生物 大分子的结合会产生特异的功能。自从2 0 世纪7 0 年代初发现钨多酸具有抗病毒活性以来， 人们不断对钨多酸进行修饰，并研究其相应的药物动力学、作用机理。 钨多酸结构多样，可以引入具有潜在医学价值的稀土元素，还可以在分子表面衍生有 机基团，提高生物药效率。影响钨多酸对生物大分子靶物识别和作用的分子性质( 氧化还 原电位、分子形状等) 几乎都可以改变，尤其是近年来发现钨多酸具有良好的抗艾滋病病 毒活性，这使钨多酸的研究具有诱人的前景。 2 钨多酸的合成和抗h i v 活性 1 9