（物理化学专业论文）系列钒酰腙配合物的单晶合成及生物活性研究.pdf

首都师范大学硕士学位论文 摘要 钒是生命体内的一种超微量金属元素，因具有与磷酸盐的化学相似性及本身的氧 化还原性而与一些重要生理过程相关，其生理活性主要包括：n a + ，k + a t p a s e 抑制剂、 磷酰转移酶抑制剂、含钒固氮酶、钒卤过氧化物酶、拟胰岛素活性，以及与卤过氧化 物酶相关的氧转移催化( 硫化物的氧化) 和氧化卤代反应等方面。特别是拟胰岛素活 性、钒卤过氧化物酶和含钒固氮酶活性近年来引起了人们的极大关注，新颖结构含钒 配合物的合成及其结构与性能的关系、生物药物活性的探讨受到了人们的广泛青睐。 ( 1 ) 本课题设计、合成了系列具有特征结构的单、双酰腙化合物，并以其为配 体，与多种钒原料v o ( a c a c h 、v 2 0 5 、v o s 0 4 、n h 4 v 0 3 等在各种实验条件下反应以培 养系列钒酰腙配合物单晶。 ( 2 ) 对所得单晶进行i r 、u v v i s 、1 hn m r 、t o 等结构表征，进而测定其x 射 线衍射晶体结构，证明我们最终得到了邻香草醛苯甲酰腙双氧钒乙醇胺( 配合物1 ) 、 邻香草醛苯甲酰腙双氧钒二乙三胺( 配合物2 ) 、邻香草醛2 一呋喃甲酰腙双氧钒乙醇 胺( 配合物3 ) 、邻香草醛3 一羟基2 一萘甲酰腙双氧钒乙醇胺( 配合物4 ) 等几种目标 配合物单晶。它们的配位中心均为顺式双氧钒( c s v 0 2 + ) 的五配位拟四方锥构型， 酰腙配体均以烯醇式的二价阴离子的形式进行三齿配位，形成的一价配阴离子间存在 有机阳离子( h o c h 2 c h 2 n + h 3 或+ n h 3 c h 2 c h 2 n h c h 2 c h 2 n h 2 等) ，后者起平衡电荷、 形成氢键和填充空间的作用。几种配合物均为层状结构，晶胞内均存在舡兀堆积和氢 键作用。 ( 3 ) 使用紫外光谱法和荧光光谱法分别测定了所得配合物与c t - d n a 之间的相互 作用，发现它们之间均存在一定强度的相互作用，推测其作用方式可能是配合物分子 的酰腙配体部分插入了d n a 双螺旋链的碱基对之间，产生了配合物芳香生色团与 d n a 碱基对之间的堆积相互作用。 ( 4 ) 所得的同类型配合物中，代表性地研究了配合物1 对糖尿病小鼠的血糖活 性，发现该类配合物具有一定的拟胰岛素活性。 关键词；合成；酰腙；顺式双氧钒配合物：晶体结构；拟胰岛素活性；d n a 相互作用 酋都师范大学硕士学位论文 a b s t r c t v a n a d i u mi sam e t a le l e m e n te x i s t i n gi no r g a n i s mw i t ht i n yc o n c e n t r a t i o n i t sc o m p o u n d s a l er e l a t e dt os o m ei m p o r t a n tp h y s i o l o g i c a lp r o c 髑s e sf o rm e i rs i m i l a r i t yw i t hp h o s p h a t e s a n dm c i rs p e c i a lr e d o xp r o p e r t i e s t h ep h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e sm a i n l yi n c l u d ei n h i b i t i n g n a 十k a t p a s e sa n dp h o s p h o r y l a s e s ，t h ep o t e n t i a la si n s u l i n - e n h a n c i n go ri n s u l i n - m i m e t i c a g e n t s ，t h e i rm o d e lc h a r a c t e rf o rv a n a d a t e - d e p e n d e n tn i t r o g e n a s e sa n dh a l o p e r o x i d a s e sa n d ， i nr e l a t i o nt ot h el a t t e r , t h e i ru s ei no x o t r a n s f e rc a t a l y s i sa n do x i d a t i v eh a l o g e n a t i o n t h e s e a c t i v i t i e sa r ca t t r a c t i n gi n c r e a s i n gi n t e r e s t so f c o r r e l a t i n gi n v e s t i g a t o r s i nt h i sw o r k , t h es e r i e so fh y d r a z o n el i g a n d sw i t ht y p i c a ls t r u c t u r e sw e r es y n t h e s i z e d ， t h e i rr e a c t i o n sw i t hv a n a d i u mc o m p o u n d s o ( a c a 如，v 2 0 5 ，v o s 0 4 ，n l - h v o se t c ) a t s o m ed i f f e r e n tc o n d i t i o n sw e r ep e r f o r m e da n dt h es i n g l ec r y s t a l so fas e r i e so fc o m p l e x e s w e f eo b t a i n e d t h e yw e r ec h a r a c t e r i z e db yi r , u s 1 hn m r s p e c t r aa n dt ga n a l y s e s a n dt h ex - m yc r y s t a ls t r u c t u r e sw e r ed e t e r m i n e d t h e s ec o m p l e x e sa r ea l lm o n o m e d c c s d i o x o v a n a d i u m ( v ) s p e c i e s ，c o o r d i n a t i o nc e n t e r s a l l a d o p tp s e u d s q u a r ep y r a m i d a l c o o r d i n a t i o ng e o m e t r yw i mt h eh y a i a z o n el i g a n d si nt h e i re n o lf o r ml o s i n gt w oh y d r o g e n s a n dc o o r d i n a t i n gb yt r i d e n t a t em o d e , a n da m i n e s c a t i o n sa c ta sc o u n t e rj o n 3 m o r e o v e r , t h e e l e c t r o n i ca b s o r p t i o ns d e c t l 温o f t h ec o m p l e x e su p o nt i t r a t i o nw i t hc a l f t h y m u sd n as h o w e d c e r t a i ni n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e m w h i c hi sc o n f i r m e db yt h ef l u o r e s c e n c em e a s u r e m e n t so f i n t e r a e t i o n a ls o l u t i o n so ft h ed n aa n de t h i d i u mb r o m i d ea 虢c t e db yo u rc o m p l e x e s p r o b a b l yb yt h em o d eo fp a r t i a li n s e r t i o no ft h em o i e t yo ft h eh y d r a z o n el i g a n d sb e t w e e n t h eb a s ep a i r so ft h ed n aw h i c hr e s u l t si nt h es t a c k i n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nb a s e sa n dt h e a r o m a t i cc h r o m o p h o r e so ft h el i g a n d s l a s t l y , t h ee f f e c to ft h et y p i c a lc o m p o u n d ，c o m p l e x 1 o nr a t sw i t l ld i a b e t 鹤m e l l i t u sa n do r d i n a r yr a t sw a si n v e s t i g a t e d n l i sk i n d o fc o m p l e x e s o b t a i n e ds h o w e ds o m ei n s u l i n - m i m e t i ca c t i v i t i e s k e yw o r d s ：s y n t h e s i s ；h y d r a z o n e ；c s d i o x o v a n a d i n m ( v ) c o m p l e x ；c r y s t a ls t r u c t u r e ； i n s u l i nm i m e t i ca c t i v i t y ；d n a - b i n d i n gp r o p e r t y 2 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。 学位论文作者签名： 铜健娣 日期岬6 月o e t 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迸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。 学位论文作者签名： 嘲诫蛳 日期：刎年月，日 首都师范大学硕士学位论文 绪论 1 钒的化学、生物化学及其配位化学 钒( v a n a d i u m ) ，第2 3 号过渡金属元素，位于v b 族，原子量5 0 9 4 2 ，是地球 上广泛分布的微量元素，其含量约占地壳构成的0 0 2 ，超过铜、铁和锌等金属元素； 海水中钒的浓度仅有5 0p p r n ，但它是维持生命体( 动、植物) 正常功能所不可缺少的 金属元素之一；钒在人体内的含量大约为2 5m g ，在食物中通常以v 0 2 + 或h v 0 4 2 。形 式存在，其中在蘑菇、莳萝、欧芹、黑胡椒、新鲜水果、蔬菜、谷物、海产品等中含 量较高0 2 】。 1 1 钒的基本化学性质 钒的化学性质复杂【h l ，具有3 、1 、0 、+ 1 、+ 2 、+ 3 、+ 4 、+ 5 等多变易变价态， 呈现金属性或非金属性，钒化合物可能是当生物体内发生重要的氧化还原反应时进行 电子传递的物质，具有很多复杂的生物学功能。钒在水溶液中的存在状态取决于钒的 以下四方面性质：氧化还原性、酸碱性、配位化学( 包括与h 2 0 及o h 的配位) 和 成酐聚合性质。因此，钒在生理环境中具有多种存在形式，且易受浓度、共存的配体、 p h 、环境的影响。在标准生理条件下( p h3 7 、有氧环境、水溶液、室温) ，只有+ 3 、 + 4 和+ 5 三种氧化态在动力学和热力学上可能存在( 图i ) 。五价钒和四价钒常以多 种阴离子平衡态的形式存在于各种钒酸盐中，如v 0 2 + 、v 0 4 、v 0 4 孓、v o j 、v 0 2 + 等。 三价钒和二价钒虽能以简单的水合离子形式存在，但均不稳定，易被空气氧化。向钒 酸盐溶液中加酸、偏钒酸盐( 如n a v 0 3 ) 、正钒酸盐( 如n a 3 v 0 4 ) 和多钒酸盐( 如 n a 2 v 2 0 7 ) 等，将生成不同聚合度的多钒酸盐。在生理条件下主要是钒( ) 和钒( v ) ， 前者主要以氧钒阳离子的形式存在，而后者则主要是含氧酸根( 如v 0 3 。等) 的形式。 v o ”在强酸性水溶液中稳定，p h 升高到3 5 以上会逐渐被氧化，但如果形成配合 物，氧化速度会减慢甚至基本不被氧化。特别注意，简单物种的电极电势不适用于生 物体系，因为结合配体和特定p h 条件都将影响其氧化还原电势 首都师范大学硕士学位论文 图1 各种含钒离子的氧化还原电势- 1 ) h 相关图 1 2 钒的生物化学及配位化学基本性质 钒具有多样性的生物效应。大量实验结果! 彤说明，一种非必需金属物种的生物效 应可以用它与某种作为参比的必需金属物种的相似性来决定。决定含钒物种生物效应 的是以下三方面的相似性： ( 1 ) v 0 4 3 。v 0 2 + 电对与f e 3 + f e 2 + 电对的相似性单电子氧化还原体系， 比较接近的氧化还原电势一推动自由基的形成与转化。对生物氧化还原体系最有意 义的表现是与氧分子的单电子还原偶联的反应系列。和f c 2 + 相似，v 0 2 + 在中性介质 中会通过自氧化产生超氧阴离子0 2 。和v ( ，并且参与类似f e 2 + 的f e n t o n 反应， 与h 2 0 2 反应产生o h 。 v 0 2 + + h 2 0 2 - + v 0 2 + + o h + h + v 0 2 + + 0 2 2 + h 2 0 ，v 0 2 + + o h + o h 继而o h 触发自由基转化级联反应： ( 1 ) ( 2 ) o h + h 2 0 2 - h 2 0 + h 0 2 c 3 ) 0 2 + h e 0 2 _ + o 喹+ 0 h 。+ o h( 4 ) 谢+ + 0 2 。+ h 2 0 _ v 0 2 + + h 2 0 2 ( 5 ) 而且v ( r v 3 通过类f e n t o n 反应催化上面的反应( 4 ) ，产生- o h ，相当于v ( i v ) 催化的h a b e r - w e i s s 反应。 ( 2 ) v 0 4 3 。与p 0 4 3 的相似性参与许多磷酸转移反应，容易聚合v 与 p 分别位于周期表中v b 族和v a 族，最高氧化态均为+ v 。但是v 的相对稳定低价 2 首都师范大学硕士学位论文 态为+ 4 ；p 为+ 3 。v 主要以外层空的3 d 轨道参与成键，所以具有过渡元素的配 位行为。在分子层次来看，v 0 4 和p 0 4 3 的相似性，主要有两个方面：一是二者构型 相同，电荷和离子半径相近；二是质子亲和力相近。不同质子化的钒酸根( v 0 4 3 、 h v 0 4 2 - 和h 2 v 0 4 ) 和对应的磷酸根( p 0 4 、h p 0 4 2 和h 2 p 0 4 ) 的离子半径相近， 均为四面体构型；且质子亲和力( 解离常数) 相近，但钒酸根大于磷酸根。 ( 3 ) v 0 2 + 作为硬酸金属阳离子，其配位化学的表现介于c a 2 + 与f e 3 + 之间，主 要与含氧配体配位结合，但也有亲氮和亲硫的表现。因此v o ”与蛋白质的结合非常 普遍，而且结合在f e 3 + 或c a 2 + ，m 矿的结合部位。例如与去铁转铁蛋白结合在铁的 结合部位。但是也结合于丙酮酸激酶、s 腺苷甲硫氨酸合成酶、吡哺异构合成酶的 m f + 结合部位。从基本化学性质来说，与磷酸类似，钒酸也能够与醇发生反应生成酯。 但是由于钒的金属性，该成酯反应具有配位性质，可在钒酸根与醇之间进行：h 2 v 0 4 。+ h o r 与r o v 0 3 h + h 2 0 。表面上看，钒酸根和磷酸根类似地与醇羟基成酯，但可以把 钒酸酯看作配合物，只是络合常数很小。当钒酸根与1 ，2 二元醇作用时，由于形成螯 合环而使钒酸酯稳定。此时主要生成稳定的2 ：2 型的化合物。具有生物意义的是钒 酸根与核苷的成酯反应，因为生成的产物可以看作单核苷酸的类似物。至今，生成的 最稳定化合物的构型是核苷的核糖环中2 ，3 羟基的c m 共平面排列形式。如前所述， 钒酸酯与对应磷酸酯的最大区别在于v 所表现的过渡金属d 轨道的配位键合特性。所 以在钒酸酯中钒酸根可与氧配位，以阳离子v 0 2 + 或v o 升的形式成为中心离子，这 使得钒酸三酯在亲核进攻过程中v o 键强度不变，而在同类型的反应中，磷酸三酯 的p 0 键强度明显减弱。钒酸根以氧钒阳离子形式的配位结合表现出了比磷更强的 亲硫性质，在这方面它更像钼酸根。这种配位性质使得v ( v ) - s 的结合稳定化，而不会 导致钒酸盐极易被巯基还原。在钒酸根与蛋白质的作用中，既可形成v ( v ) s 配合物， 也有被巯基还原的可能。二者都使巯基含量下降，而伴随后一反应还有自由基的生成。 v ( r v ) 与v ( 都易与氧配位结合，也能与n 和s 配位形成稳定的配位化合 物。前面提及v f ”与醇羟基的成酯在本质上是v c + 或v o ”与羟基的配位反应。 除此以外，v ( 与过氧基配位形成的过氧钒酸也是一类相对稳定的配合物。五价钒 的立体化学易变，有多种可能配位几何构型：四面体、八面体、三角和五角双锥在热力 学上都是可能的。典型的过氧钒化合物中，v 位于五角双锥的中心位置，l 或2 个 过氧基位于五角平面，v o 键垂直于此平面，另外的位置由单齿或多齿配基占据，这些 配基常是电子对的供体，如n 或0 。双齿配基与中心钒原子形成五元环可增强这些 3 首都9 币范大学硕士学位论文 配合物的稳定性。正由于v 0 2 + 在阳离子酸度指标上介于c a 2 + 和f e 3 + 之间，所以它 能够和c 0 3 、p 0 4 孓、膦酸盐、含氮杂环、去质子的巯基，以及氨基酸、核苷酸等多 种生物配体结合。其可与羟基羧酸、磷羧酸、核苷和核酸中的糖羟基和邻苯二酚类的 两个氧原子配位形成螯合物。v c + 与肽的羧基强配位，与氨基弱配位。巯基与羧基 相距合适时( 如半胱氨酸和谷胱甘肽) 也参与配位形成稳定的螯合物。肽链中往往包 含许多v 0 2 + 的结合部位，所以v 0 2 + 可与蛋白质生成稳定的配合物，结合常数在 1 0 7 1 0 9l t o o l l 之间。v 0 2 + 与蛋白质的结合是v 0 2 + 跨细胞膜转运和影响许多功能 蛋白和酶的活性的化学基础。例如v o “选择性地与转铁蛋白的f d + 结合部位结合 从而被转运进入细胞，v 0 2 + 与血红蛋白的作用影响后者的载氧功能等等。此外，v 0 ：2 + 类似c e + 、m 9 2 + 的亲氧结合使得它结合在某些需要m 矿激活的m 矿结合位点上， 从而促进酶的活性，如丙酮酸激酶、毗喃木糖异构酶。v 0 2 + 类似c a ；2 + 、m 9 2 + 的另一 重要行为是能够非特异性地与膜磷脂和膜糖蛋白结合，这种结合可改变膜的结构。 2 酰腙化合物及其生物、药物活性 酰腙化合物是酰胼与醛或酮发生亲核加成再消除失水的产物。酰腙基团包括与次 胺基联结的酰基和亚胺基( 腙基) 。由于次胺基n 的孤对电子与酰基和亚胺基双键形 成p = x 共轭，所以酰腙很稳定，不易发生水解。如水杨醛苯甲酰腙、水杨醛甲酰腙等， 其结构图如下： 、 ，水杨醛苯甲酰腙水杨醛甲酰腙 酰腙基团存在酮式和烯醇式两种构型，基团本身可以单齿和双齿配位，加上取代 基的配位，酰腙化合物表现出多样的配位形式。另外，酰腙化合物具有很强的配位能 力，能与过渡金属、稀土金属、甚至主族金属b a 、非金属s i 等形成配合物嘲。 一r n h - - 肾c v ( i v ) v ( v ) 。空腹投予s t z 鼠( 链 脲佐菌素- - s t r c p t o z o t o c i n 诱导，i 型糖尿病模型) v o s 0 4 或将v o s 0 4 溶于饮用水 中长时问给予，可使其血糖正常化，从血糖试验可确证糖尿病已痊愈。如果连续给予 v o s 0 41 3 周以上，停止给药后，血糖也不再上升。v 在体内的分布研究发现钒元素进 入肾脏、肝脏以及骨骼。因v 与p 有相似的生化性质，推断v 以p 的路径进入骨 骼。当给钒中止后，钒可从骨骼再放出，使各组织有长期作用的效果。钒化合物拟胰岛 素活性的发现引起了人们极大的兴趣【】。由于胰岛素作为激素类药物只能皮下注射， 研究者对钒化合物的口服活性寄予厚望，期待开发出简便的代替胰岛素的口服药剂。 1 9 9 5 年，美国首次将其用于临床实验【1 2 】。 钒的无机盐和配合物都具有降糖作用，有机配体包裹的配合物比简单的无机盐脂 5 酋都师范大学硕士学位论文 溶性好、细胞渗透能力强，因而生物利用度离，达到同样疗效所需剂量小，大大降低 了毒性，更适合成为一类理想的糖尿病治疗试剂。胰岛素样钒配合物的合成、表征和 活性测试，以及近几年新出现的其体内吸收、分布、代谢和清除方式的研究，为认识 钒配合物结构和抗糖作用构效关系积累了很多有价值的结果。具有类胰岛素性质的钒 配合物都是以钒氧基v = o 为母核，主要有过氧钒( v ) 配合物和氧钒( v ) 配合 物两大类。过氧钒配合物的合成及其类胰岛素活性的研究这些年有了较系统的成果 1 - , 1 4 1 。近几年来最为活跃、发展最快的为v o ( r v ) 氧钒类配合物，美国、加拿大和日 本正在加紧开发研制此类化合物。乙酰丙酮、麦芽酚、半胱氨酸、草酸、烟酸、曲酸、 二甲双胍、苯乙双胍、水杨醛和乙二胺合成的席夫碱等都曾作为配体合成有胰岛素样 作用的v o ( r v ) 氧钒配合物。 r ( a ) r c h b b m o v ， v o ( m a h r = c 2 h 5 b e o v , v o ( e m a ) ， r = - q h 7 ，b i o v , v o ( i p m a ) 2 肛n - c 4 坞，b n b o v ， v o r n b m a h v o ( l ) 2 姒碍散孥v o ( d m ! 即h 硼婚 ：0 ( a )v o ( m p p h( b )(c)vofa(d)mop 图3 以双( 2 甲基3 羟基4 一吡喃酮) 氧钒b m o v ( 图2 a ) 为代表的v o ( 0 0 配 位形式的配合物是研究最多的几类氧钒配合物之一。配体麦芽酚、乙基麦芽酚是经过 批准的食品添加剂，b m o v 首先由m c n e i l 1 5 1 等报道是一种潜在的治疗糖尿病的药 物，s t z 大鼠口服0 4n 1 i m o l k g q - d a y l 直到保持在0 2m m o l k 9 4 ，d a y - 1 的6 个月内无毒 性表现且血糖降低5 0 。o r v i g 1 6 1 等2 0 0 3 年报道了b m o v 和几种类似物实验研究 结果，b m o v 、b e o v 、b i o v 、b n b o v 在动物体内的降血糖能力均显著好于硫酸氧 钒。此类化合物降糖作用显著，b e o v 即将进i x - - 期临床试验阶段。s t o r r 1 刀等将噻 6 首都师范大学硕十学位论文 唑烷二酮的衍生物作为取代基加在3 羟基4 吡喃酮的6 位，以此类配体制备出三 种同样以0 4 配位的氧钒( ) 配合物。噻唑烷二酮类化合物为第四代的治疗非胰岛 素依赖糖尿病( i i 型) 的药物，因此希望通过此取代基的加入能形成双功能的配体。 动物实验结果显示没有明显加强配合物类胰岛素活性，仅其中一种配合物v o ( l h ( 结构式见图2 - b ) 和b m o v 的降糖效果基本相同。 m a r i a 1 s l 等研究了配位形式均为v o ( 0 4 ) 的四种吡喃酮、嘧啶酮氧钒配合物 v o ( e m a h 、v o ( m p p ) 2 ；v o ( d m p p h 、v o ( e m p p h ( 结构式见图3 - a 、3 - b ) ，这几种结构 的亲水亲脂性( h l b 值) 较为合适，改变取代基还可适当调整h l b 值而不显著改变 鳌合结构。它们都具有体外类胰岛素活性，根据抑制游离脂肪酸释出的i c s 0 值可知 v o ( m p p h 和v o ( e m p p ) 2 类胰岛素作用较强( 见表1 ) 。谢明进【t 9 l 等选择糠醛在人体 中的代谢产物呋喃甲酸为配体，合成了双( a 呋喃甲酸) 氧钒( v o f a ) ( 图3 - c ) ， 并在动物体内试验了v o f a 的急性毒性和降糖作用。v o f a 灌胃给药的l d s 0 ( 半 数致死量) 为7 3 3 5 m g - k g 1 ，具有一定的胃肠道毒性，降糖作用显著( 见表1 ) ，对于 糖尿病各种症状的改善优于或相当于b m o v ，且对于正常动物的血糖水平无影响。 r y s z a r dg r y b o 2 0 1 等注意到2 羟基3 甲基2 环戊酮( h m c p ，结构式见图3 d ) 可从天然产物如咖啡豆、木焦油中分离得到，是一种在食品工业中广泛使用的调味剂。 他们合成了两种h m e p 和氧钒配合物 v o c l z ( u 2 0 ) ( h m e p ) 2 】和 v o ( m e p h h 2 0 ，两 者均为变形的八面体构形，s t z 大鼠实验证实其具有降糖作用且毒性远小于b m o v 。 ( a ) 吡啶甲酸类氧钒配合物 x u p a h 3q 壮i 嘞 4 - 1 x 礅p a h 5 - i 、q 受p 晚 6 c 玛x q 6 n v a h 旬 马吗x q e p a h 一0 理口喝 旺砖口晦 o ( b ) 三角架型配体e h l 幽4 2 吡啶甲酸与v 形成的v o ( p a h ( 结构式见图4 - a ) 降糖作用非常显著，病鼠 口服后血糖正常化，体重不减，给药两周后，停止4 5 天以上仍能维持正常血糖水平 2 1 1 系列衍生物包括卤素取代的v o ( s i p a ) 2 ，甲基取代的v o ( 3 m p a h 、v o ( 6 m p a ) 2 ， 乙基取代的v o ( 6 e p a h ，羟基取代v o ( 3 h p a ) 2 、v o ( 6 h p a h 的合成、表征以及类胰岛 素活性试验也于近几年见诸报道【2 1 訇，部分配合物类胰岛素活性实验的结果见表1 d r e m e r1 2 3 1 等也在此做了一些工作，在吡啶甲酸的5 位引入一个酯基，制备出的氧 钒( ) 配合物在抑制脂解方面的效果相当于胰岛素，而且低浓度时( o 1m m o l l 1 ) 7 ， 乱 堕塑堑堇查堂堡主兰堡笙塞 无细胞毒性。吡啶甲酸系列的氧钒配合物中只有v o ( 6 e p a ) 2 h 2 0 由x 射线单晶衍射 确定了结构，这种蓝色晶体有变形的八面体构型。动物体内实验证明其降糖能力高于 相应的甲基取代钒配合物( 表1 ) 。 除此以外，也已得到大量配位形式为v o ( n 4 ) 、v o ( s 0 、v o ( n 2 s 2 ) 的配合物并对 其进行了类胰岛素活性的研究。2 巯基n 氧化毗啶与硫酸氧钒在水溶液中反应可制 得v o ( o p t ) 2 4 1 ，该配合物的配位形式为v o ( s 2 0 2 ) ，结构已通过谱学手段表征。试 验表明v o ( o p t ) 比之前合成的n e s 2 配位的双( 半胱氨酸甲酯) 氧钒v o ( c ：y s m e ) 1 2 5 和s 4 配位的双( 吡咯烷n 荒酸) 氧钒v o ( d t c ) 【2 q 具有更强的类胰岛素活性。 v o s a l e n 、v c m e 、v o ( m e t t ) 2 等早期合成的一些配合物在动物体内的降糖作用见文 献【2 7 1 。 k a w a b e 2 8 1 等表征了几种氨基酸衍生物和v 形成的三脚架型配合物，测定了其 中两种晶体结构，将它们的体外类胰岛素活性与v o s 0 4 做了比较。效果最好的 v o ( l ) ( 配体e t 2 l 结构式见图4 - b ) 抑制游离脂肪酸释出的i c 5 0 值为0 6 9 _ + 0 0 3 m m o l l - 1 ( v o s 0 4 的为1 , 0 0 _ + 0 1 3m m o l 一) 。d r e h d e r 【2 9 】等对4 1 种钒化合物做 了体外类胰岛素活性实验，这些化合物中包括已经有过较多研究的五价钒酸盐、 v o ( a c a c h 、 v o e ( b i p i c ) 2 和v o ( m a h ，另外还有一系列0 0 、o n 、o s 、n s 、o n s 不同配位形式的四价和五价钒配合物。根据它们刺激葡萄糖吸收的能力和生理条件下 的毒性提出的甚有前景的几种配合物为v o ( c h ) ( c m a a ) 、v o ( c o 、v o ( v a n - h s ) 、 v o ( t h i o h y d ) 、v o ( s 0 3 s a l e n ) 、v o ( 0 2 ) a h 和v o ( t h j o a n ) 。部分配合物的类胰岛素活性 实验结果列于表1 。 表1 部分配合物类胰岛素活性 配合物 体外类胰岛素活性体内降糖能力索引 用药方式，剂量，时间降耱效果 文献 v o ( m a h s t z 鼠口服， 州g l u 】1 2 h 1 4 1 9 + - - - 6 0 【1 7 】 o 1m m o l k g ，l d g l u 2 4 h = 5 7 ，】6 2 g l u l , m - - 5 2 3 5 3 v o ( l 3 hs t z 鼠口服， g l u , 2 f 5 9 2 + 3 3 【1 7 】 o 1m r a o l k g 。i d g l u 2 n = 5 7 54 - 4 6 g l u 4 s h - - 4 7 6 + - 6 0 s t z 鼠口服， 血糖降低5 0 v o ( m a h 0 6m m o l k g ，i d【3 0 j s t z 鼠腹腔注射 【g l u 2 4 一1 l 1 6 3 0 1m m o l k g i d s t z 鼠口服， 血糖降低5 0 v o ( e m a h 0 6m m o l k g ，l d【3 0 s t z 鼠腹腔注射， 【g l u u h = 6 5 0 1 7 2 0 1m m o l k g ，i d 首都师范大学硕十学位论文 抑制游离脂肪酸释出s t z 鼠腹腔注射， g l u 】1 4 f l o 7 + 0 6 v o ( 3 m p a h i c s o0 4 0 0 0 2m( s m g v k g ，3 d 卜( 2 5 m g v g l u 2 8 f 7 9 2 9 【2 q m o v l k g ，3 d 卜( i m g v k g ，8 d ) 抑制游离脂肪酸释出 s t z 鼠腹腔注射， 【g l u 】1 4 f 6 14 0 2 v o ( 5 i p a ) 2 i c s o0 3 7 0 0 2m( 5 m g v k g ，3 d h 2 5 m g v【g l u 】2 8 d = 1 0 5 + 0 3 【2 1 m o i l k g ，2 d 卜( i m g v k g ，9 d ) 抑制游离脂肪酸释出 k k - a y 鼠腹腔注射， v o ( 6 m p a h i c s o0 8 54 - o 0 4m( 4 9t t m o l k g ，1 4 0 高于2 0 0 m g 1 0 0 m l 【3 1 m o l l 抑制游离脂肪酸释出 k k - a y 鼠腹腔注射， 自第四天后维持低于 v o ( 6 e p a h i c s 00 8 1 4 - 0 0 6m( 4 9 ) t m o l k g ，4 d h 2 0 0m e 1 0 0m l【3 l 】 m 0 1 l ( 3 9t t m o l k g ，l o d ) v o ( m p p h抑制游离脂肪酸释出 【1 5 】 - ki c s 0 0 。5 6m m o l l v o ( e m p p ) 2抑制游离脂肪酸释出 【1 5 】 i c 5 00 5 6m m o l l p d 尉 s t z 鼠口服， 【g l u 】7 f 1 6 0 4 - 2 1 【1 9 】 0 2m m o l k g ，7 d 【g l u 1 4 - = 1 5 2 4 - 2 5 l c 如值为半数抑制浓度 【g l u 】为与对照糖尿病鼠血糖降低百分数的平均值：s e m 。 4 钒化合物的重要生物、药物活性 1 8 1 3 年地质学家d e lr i o 【4 ，3 1 1 首次发现了钒，并于1 8 7 6 年进入生命科学研究 领域。生物体中存在含有钒元素的几种金属蛋白及辅酶因子，如钒依赖卤素过氧化物 酶( v a n a d i u m - d e p e n d e n th a l o p e r o x i d a s e ) 和钒取代固氮酶( a l t e r n a t i v en i t r o g e n a s e ) 等， 它们发挥着某些已知乃至未知的重要生物功能，引起了研究者们的极大兴趣【3 2 3 5 。 卤过氧化物酶是可在过氧化氢存在下催化卤化物的双电子氧化的酶类，包括氯过氧化 物酶、溴过氧化物酶和碘过氧化物酶【蚓。1 9 8 3 年h v i l t e r 从海藻中分离出钒溴过氧 化物酶；1 9 8 6 年r l r o b s o n 从固氮菌a z o t o b a c t e r 中分离出一种可将氮气还原成 氨的钒固氮酶，9 6 、9 7 、9 9 年钒卤代过氧化物酶晶体结构得到解析，结剿3 刀表明， 溴过氧化物酶和碘过氧化物酶中均含有与n 、0 原子配位的过钒酰v o f 活性中心。 钒卤过氧化物酶( v h p o s ) 能催化过氧化氢对卤化物转移两个电子的氧化，使有机底 物卤化。在有机体系中还可催化烯烃的环氧化及烷基硫化物、芳烃、脂肪烃和醇的氧 化反应；在无机体系中催化卤素离子与s 0 2 的氧化反应。v 能取代m o 与f e 、s 形 成f e - v 蛋白活性中心的第二固氮酶，其中的钒铁辅助因子f e v - c o 也是f e - v 蛋 白中的氧化还原中心。研究钒与肼、苯肼的配位化学可以模拟钒固氮酶，了解均相质 子介质中小1 2 被还原成肼的机理，认识海洋中某些低等动物能够富集钒的秘密。目前 钒卤素过氧化物酶和钒固氮酶这些方面的模型配合物种类已很多，但获得真正高催化 性能的尚较少。 9 首都师范大学硕士学位论文 钒化合物作为药物是早已有之，早在十九世纪就曾被用作治疗营养不良、贫血、 肺结核和糖尿病，且其对于哮喘、皮肤病、过敏、心血管疾病等均有治疗效果。1 9 7 7 年，美国c a n t l e ) , 偶然发现混在a t p 制药中的杂质v ( v ) ( 钒酸盐) 对a t p a s e 具 有抑制作用。正常情况下，机体的v 主要来自食物，v 缺乏时，生长发育受阻，死亡率 增加，脾脏肿大，蛋白质代谢紊乱，红细胞的渗透脆性增加。钒对造血有积极作用，可 增强铁对红细胞的再生作用，然而对恶性肿瘤、再生障碍性贫血患者无效。钒酸盐能 增加各种血管阻力，降低肾小管对水和电解质的重吸收，对肾小球滤过率和动脉压无 影响。实验证明，钒酸盐是通过抑制n a + ，k + a t p a s e 的活性而降低了肾小球的重吸收 作用。钒化合物还具有调整肾功能的作用。陆续还发现钒化合物的其他药用价值，包 括抗癌作用、杀精子作用及抗炎作用等，这可能是因为产生了活性氧物种，如0 2 。 活性氧物种是由v 0 2 + 单电子自氧化时生成的，但是即使给予v ( v ) 也有类似作用， 这是因为v ( v ) 在体内可被还原成v 0 2 + 。例如若给大鼠灌入一些过氧钒配合物，一 定剂量时，对于几种白血病有抑制作用【3 8 1 。利用v 0 2 十与f e 2 + 的相似性，v 0 2 + 可以 代替f j + 以博莱霉素配合物的形式杀伤癌细胞。体外实验证明在有h 2 0 2 存在下， v 0 2 + 一博莱霉素可定点切断d n a 【3 9 1 。 1 0 首都师范大学硕士学位论文 正文 钒化学是一具有重要理论和实际意义的研究领域。鉴于钒化合物在生物、医药、 催化、材料等科学方面的重要作用，特别是在治疗糖尿病、提供口服降血糖药物方面 的重要活性，本研究课题主要围绕“系列钒酰腙配合物的单晶合成、结构表征、x 射 线衍射晶体结构测定以及所得配合物与e t d n a 的相互作用、对糖尿病小鼠的降血糖 活性研究”展开。选择系列酰腙配体，设计、合成新型氧钒( w v ) 酰腙类配合物， 进行晶体结构表征及测定并探讨所得目标产物的生物活性等。结构表征方法包括红外 光谱、紫外可见光谱、核磁共振谱等谱学方法以及热重分析等，生物活性的研究主要 包括钒配合物与d n a 的相互作用及其对糖尿病小鼠的血糖活性两个方面。该课题的 研究将提供更多具有新颖结构的钒酰腙配合物，为进一步认识含钒化合物结构与功能 的关系、钒化合物的生物药物作用及其复杂的活性机理提供更多的研究基础。 第一章实验部分 1 配体的选择与合成 1 1 配体的选择 考虑到目标配合物在治疗糖尿病方面的应用，配体的选择要求无毒或低毒；具有 合适的亲水亲脂性；提供的配位环境在形成配合物时留有空位，或存在弱成键位置便 于发生配体交换，以便与底物结合。生理环境中的小分子即可作为合适的配体之一。 另外，席夫碱与过渡金属形成的配合物具有抗肿癌、催化及抑制病菌等多种功能，也 是一种良好的配体。腙类席夫碱因其具有特殊的生物活性和强配位能力，在农药、医 药和分析试剂等方面也一直是人们广泛研究的对象尤其是芳酰腙更是生物活性较强 的一类腙，它能与细胞中的过渡金属形成稳定的螯合物，遏制某些酶与相应金属的结 合，从而影响细胞体的有关酶促反应本课题选择酰腙配体以合成含钒配合物。 酰腙化合物从组成上来看，可分为醛或酮基、酰肼基两部分，本课题选择芳香类 的带有配位基团的邻香草醛和水杨醛、芳环上带有杂原子0 的糠醛、欲合成双酰腙 的邻苯二甲醛以及脂肪类的o t 酮戊二酸与芳香类的苯甲酰肼、芳环上带有n 的异烟 肼、芳环上带有。的2 呋喃甲酰肼、具有带羟基的萘环结构的3 羟基- 2 - 萘甲酰肼、 硫代( 含s ) 的对甲苯磺酰肼以及脂肪类的氨基脲，配对合成系列酰腙化合物，试图 首都师范大学硕士学位论文 探讨相关官能团及取代基对于钒酰腙配合物结构及其性能的影响。 1 2 配体的合成 1 2 1 实验仪器 烧瓶( 1 0 0 m l 、2 5 0 m l ，含磁子) 、烧杯( 各种规格) 、药匙、布氏漏斗( 带滤瓶) ， 玻璃空瓶、温度计( 0 2 0 0o c ) 、冷凝管( 带通水橡胶管) ；通风厨( 带自来水管) 、 搅拌器( j b 一3 型定时恒温磁力搅拌器，上海雷磁新经仪器有限公司；r t5p o w e r ，i k a w c r k c ) 、真空抽滤泵( s h b i i i 循环水式多用真空泵，郑州长城仪器厂) 、铁架台( 含 烧瓶失) 、电子天平( t e 6 1 2 一l ，s a r t o r i u s ：b s 2 2 3 s ，d = 0 0 0 1g ，a r 5 1 2 0 ，d = 0 0 1g ) 、 烘箱( 1 0 1 - 2 a 型数显电热鼓风干燥箱，上海沪南科学仪器联营厂) 1 2 2 实验试剂 本课题的配体合成实验所用试剂如下： 名称 分子式分子量级别包装厂家 苯甲酰肼c 7 h 8 n 2 0 1 3 6 1 5c r 1 0 9中国医药( 集团) 上海化 学试剂公司 2 - 呋喃甲酰肼c 5 h 斟2 0 2 1 2 6 1 29 8 1 0 9 a l f a a e s a r 异烟肼c s h y n 3 0 1 3 7 1 4 c p 2 5 9北京芳草医药化工研制 公司 3 一羟一2 一蔡甲酰肼c l l h l 0 0 2 n 2 2 0 29 8 2 5 9 r e s e a r c hc h c r n i c a l sl t d 对甲苯磺酰肼c 7 h 1 0 0 2 n 2 s 1 8 6 2 39 8 2 5 9 r c s c a r c hc h e