（应用化学专业论文）NN二3氨丙基4吡啶甲胺的合成和席夫碱配合物的研究.pdf

摘要 摘要 本论文一方面针对近来的悬臂式基团对配合物功能改良的研究热 点，选择新型多氮配合物为对象，以4 一吡啶甲胺为原料合成一种新型悬 臂式n ，n - - ( 3 氨丙基) 4 吡啶甲胺和席夫碱型大环锌配合物。并用元素 分析、紫外光谱、质谱、红外光谱、核磁共振谱确定其结构，从生物角 度研究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。 另一方面以2 ，6 二甲酰基4 甲基苯酚与二胺合成了3 个铜、锰配合 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3 个配合物的晶体结构；用循环伏安、紫外光谱及凝 胶电泳实验对论文涉及到的5 个配合物的电化学性质、s o d 活性、配合 物与c t - d n a 之间相互作用和对d n a ( p b r 3 2 2 ) 的切割性质进行了研究。 具体结果如下： 4 一吡啶甲胺为起始原料通过与丙烯腈反应、r a n e y n i 催化加氢后合 成带吡啶环悬臂的一种新的三胺。运用元素分析，l r ，h 1 n m r 确定每步 产物的结构及纯度、研究合成条件对产物的影响。并用吡啶多胺和2 ，6 一二甲酰基对甲基苯酚通过 2 + 2 】缩合反应形成大环锌金属配合物羔借 以研究悬臂配体的性质。 通过模板反应以2 ，6 二甲酰基4 一甲基苯酚与二胺制备了三种二苯氧 基四氮闭环双核金属配合物2 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 ( p b r3 2 2 ) 的相互作用进行了研究，并且根据 电化学性质的分析对配合物兰深入进行了s o d 活性的测定。 改变二醛与二胺的比例，制备不1 n 于- 2 + 2 的席夫碱配合物，自合成 3 + 2 】型八氮六苯氧基的四核铜二聚体开环配合物5 ，对其进行表征，以 及研究电化学性质，s o d 模拟，配合物与c t - d n a 之间相互作用，d n a 切割的活性等一些生物性质。 武汉一l ：程大学硕十学位论文 关键词：吡啶多胺；席夫碱配合物；c t d n a ；p b r 3 2 2 d n a ； s o d 模拟 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r o nt h eo n eh a n d ，w ea i m e da tt h er e s e a r c hh o t s p o ta b o u tt h e c a n t i l e v e rw h i c hc a n i m p r o v e t h ef u n c t i o no fc o m p l e x e s an e w m u l t i - n i t r o g e nc o m p l e x n a m e d n l - ( 3 - a m i n o p r o p y l ) 一n c ( p y r i d i n e - 4 - y l m e t h y l ) p r o p a n e i ，3 一d i a m i n eh a db e e ns e l e c t e dt ob et h et a r g e t 4 一p y r i d y l m e t h y l a m i n ew a st h eo r i g i n a l m a t e r i a lf o rt h i sn e wt y p eo fc a n t i l e v e r p o l y a m i n e sa n dt h ec o r r e l a t i v es c h i f fb a s em a c r o c y c l i cc o m p l e x eh a db e e n s y n t h e s i z e d t h e s t r u c t u r eo ft h ep r o d u c t i o nh a db e e nd e t e r m i n e db y e l e m e n t a la n a l y s i s ，u v , e s m s ，i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y , h1 n m r a l s ot h e b 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 s a 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 db e e ni n v e s t i g a t e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h r e en e wc o m p l e x e sh a db e e ns y n t h e s i z e db y 2 , 6 一d i f o r m y l 4 一m e t h y l p h e n o la n dd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fd i a m i n e t h o s e s y n t h e t i cc o m p o u n d sw e r e c h a r a c t e r i z e db ye l e m e n t a l a n a l y s i s ，m a s s s p e c t r o m e t r y , i n f r a r e ds 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 st o o b t a i nt h r e ec r y s t a ls t r u c t u r e f u r t h e r m o r et h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r so ft h e f i v ec o m p l e x e so np a p e rh a db e e ns t u d i e da c c o r d i n gt ot h em e t h o d so fc y c l i c v o l t a m m e t r y , u v t h es o da c t i v i t y , a n di n t e r a c t i o nb e t w e e nc t - d n a a n d c o m p l e x ，a l s ot h ec u t t i n gi nd n a h a db e e ni n v e s t i g a t e d s p e c i f i cr e s u l t sa r e a sf o l l o w s ： t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e4 - a m i n o m e t h y lp y r i d i n ea st h er e s e a r c ho r i g i n w h i c hr e a c t e dw i t ha c r y l o n i t r i l e t h e nt h ep r o d u c tc a t a l y s e dw i t hh y d r o g e n u n d e rt h e c a t a l y s t o fr a n e yn i c k e l an o v e l p o l y a m i n e n a m e d n ， n b i s ( 3 一a m i n o p r o p y l ) 一4 一a m i n o m e t h y lp y r i d i n e ，w a sf i r s ts y n t h e s i z e d t h e p r o d u c ti ne v e r ys t e pw a sc h a r a c t e r i z e db yt h em s ，i ra n dh n m rf o rt h e s a k eo fc o n f i r m i n gt h ep u r i t ya n dt h e t h ec h a n g eo fs t r u c t u r e b e s i d e sw ec a n s t u d yt h ee f f e c tw h i c hc o m ef r o mt h es y n t h e t i cc o n d i t i o n t h ed i n u c l e u s z i n c ( i i ) c o m p l e x w a s s u c c e s s f u l l y s y n t h e s i sb yp o l y a m i n e a n d 武汉i ：程人孑：碘士学何论文 2 , 6 - - d i f o r m y l - 4 m e t h y l p h e n o li no r d e rt or e s e a r c ht h ep r o p e r t yo fc a n t i l e v e r l i g a n d t h r e ed i n u c l e a rm 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 - 垒h a db e e n s y n t h e s i z e 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 一4 一m e t h y l p h e n o l a n dd i a m i n ea s s t a r t i n g m a t e r i a l s t h e s e c o m p l e x e s w e r e c h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e ds p e c t r u m ( i r ) ，u l t r a v i o l e t v i s i b l es p e c t r o m e t r y ( u v - v i s ) a n dx r a yd i f f r a c t i o n st e c h n i q u e s ( x r a y ) t h ee l e c t r o c h e m i s t r y 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 yr e c o r d i n gt h e c y c l i cv 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 i n t e r a c t i o n s b e t w e e nt h ec o m p l e x e sa n dc t - d n ah a db e e nw o r k e do v e r , t h ec u t t i n g a c t i v i t yt os u p e r c o i l e dd n a ( p b r3 2 2 ) h a db e e ns t u d i e da l s oa c c o r d i n gt o t h ea n a l y s i so ft h ee l e c t r o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c s ，t h es o da c t i v i t yo f c o m p l e x 兰h a db e e nr e s e a r c h e dw h i c hr e s o r t e dt ot h ec y c l i cv o l t a m m e t r y r e s u l t c h a n g i n gt h ep r o p o r t i o n o fd i a l d e h y d ea n dd i a m i n e ，a 3 + 2 】t y p e m a c r o c y c l i cc o m p l e x e 量t h a tw a s d i f f e r e n tf r o mt h e 2 + 2 s c h i f fb a s e c o m p l e x e sh a sb e e np r e p a r e d t h ec o m l e x 量i sao p e n l o o pd i m e r w h i c hh a s s i xp h e n o x ya n df o u rc o p p e r c o m p l e x a f t e r t h ec h a r a c t e r i z a t i o n ，t h e b i o l o g i c a lp r o p e r t i e s s u c ha se l e c t r o c h e m i c a lc h a r a c t e r , s o da c t i v i t y ， r e s p e c t i v ei n t e r a c t i o nw i t hc t - d n a a n dp b r 3 2 2 d n ah a db e e ns t u d i e d k e y w o r d sp y r i d i n ep o l y a m i n e ，s c h i f f b a s ec o m p l e x ，c t - d n a ， p b r 3 2 2 d n a ，s o ds i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，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：孑】卸 矿a 1 年中月扣日 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定， 即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密0 ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名：刘印 v 7 轨肌日 指剥币虢稚雉 、1 钳胁日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 配位化学是近代化学中的前沿学科之一，其与化学的其它分支如有 机化学、物理化学、分析化学等相互交叉和综合，不断向其它如物理学、 材料科学及生命科学等延伸和渗透，形成了许多富有生命力的崭新的边 缘学科领域【l 训。 大环配合物是指其环的骨架上含有0 ，n ，s ，p 等多个配位原子的多 齿配体所生成的环状配合物。大环配合物大量存在于生物体内，参与物 质及能量输送、电子传递等重要过程，因此大环配合物被广泛地用作金 属酶、金属蛋白和离子载体等生物分子的模拟化合物对揭示生命现象的 化学本质有重要意义【5 。7 】。 另外某些大环配合物具有特殊的分子识别、催化、电、光、热等性 质，对新材料及新技术的开发有重要意义【8 一。 1 1 多胺及其席夫碱衍生物的研究概况 1 1 1 多胺的合成 多胺一般包括腐胺( p u t ) 、亚精胺( s p d ) 、精胺( s p m ) 署n 尸胺( c a ) 四种成 分，是普遍存在于其核生物与原核生物细胞代谢中的一类多阳离子胺。 多胺化合物含有丰富的胺基，有较强的配位能力，形成的配合物能与生 物分子通过氢键、离子键或配位键发生相互作用，因此在化学生物学的 金属蛋白酶的模拟 1 0 - 1 2 , 及医学上对疾病的诊断以及药物研究的应用引 起人们极大的关注。而且还可作为形成具有柔性臂或带功能臂的大环配 合物的前驱物，是目前研究新型多氮配合物的重要组成部分。 合成功能性多胺是研究金属配合物的前提。多胺按其形状可分为链状 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二胺反应制备n ，n ，n ，n 一四( 2 对甲基苯磺酰氨乙基) 烷基二胺，再用氢溴酸水解制备六胺氢溴酸盐，再 武汉ji ：稃人学硕十学俯论文 通过离子交换色谱柱制备六胺【1 3 1 ，采用这一方法制备六胺的优点在于产 品纯度高但是也存在产率低，操作复杂等缺点。 2 ) 以烷基伯胺与丙烯腈反应后，产物经催化加氢还原后得到支链多胺 【1 4 】。本文就是采用第二种方法来合成带吡啶环的悬臂式多胺配体的。以 上两种方法得到的支链多胺化合物中伯胺基的个数为反应的烷基伯胺的 二倍，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。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，当两个金属离子间距离适当，则可能会以一底 物分子作为桥基而形成串连配合物 1 5 - 1 8 】。 1 1 2 多胺席夫碱衍生物 席夫碱大环配体是含有不饱和席夫碱官能团( c h = n ) 的杂原子大 环配体，主要是以芳香二醛( 苯、吡啶、呋喃、噻吩等) 或二酮化合物与 一系列多胺反应生成【1 9 】。席夫碱大环配体能与周期表中的大多数金属离 子形成稳定的配合物，其形成的金属配合物具有仿酶催化活性及生物活 性，故成为配位化学的一个重要的研究方向。 2 ，6 二甲酰基苯酚的衍生物是一科哺0 备席夫碱大环配体的优良羰基 试剂【9 】，在金属离子模板的作用下，能与不同链长，不同杂原子的多种 端基胺类化合物生成含酚桥基的席夫碱大环配合物。自1 9 7 0 年 p i l k i n g t o n 和r o b s o n 2 0 】首次使用2 ，6 二甲酰基苯酚为原料合成了双核席 夫碱大环配合物以来，人们对这类席夫碱配合物进行了大量研究，并把 这类配合物称为r o b s o n 大环配合物，由2 ，6 二甲酰基苯酚和各种适宜 的二伯胺经 2 + 2 】模板席夫碱缩合，所生成的六齿、七齿、八齿氮氧杂、 氮硫杂配位的大环配体【2 1 2 6 | 。 在n ( i m i n e ) 4 0 2 型大环配合物中，改变苯基上取代基及胺类物质，可 形成各种具有不同空腔大小的大环配体，它们不仅能与半径大小各异的 金属离子结合而形成同核或异核型的多核配合物【2 7 】，而且还可通过加入 第1 章文献综述 桥联剂形成二聚体，多聚体 2 8 - 3 1 】。但直接通过配体相互作用得到多聚配 合物的报道较少。本课题用二醛与二胺在金属离子存在下按 3 + 2 】缩合 得到了含六个苯氧基的四核铜二聚体开环配合物。 具有n ( i m i n e ) 4 0 2 型系统的大环配体对过渡金属离子具有很强的配 位能力，是一类极好的自由配体，该类配体不仅能与金属离子形成同双 核均称大环配合物，而且还能提供不同的配位环境与金属离子键合形成 非均称的异双核大环配合物，并可在适当的条件下形成二聚体和多聚 体。由于该类配合物中金属离子一般相距较近，具有特殊的光、电、磁 学性质，以及可以作为金属酶的模拟物，而一直受到众多研究者的青睐 【3 2 3 8 1o 现在的合成方法主要有两大类：其一是在不受金属离子影响的条件 下，通过有机合成反应直接合成环状配体，这种方法因之被称为“直接 合成法”：第二种合成大环的方法则是以金属离子为“模板 合成环化产 物，又称“模板反应”。在大环合成的原料问或者一种原料自身会发生聚 合反应，如果条件选择不当，就会导致生成的产物是聚合物而非想得到 的环状化合物，因此要根据不同得原料选择适当的方法以求所得到的目 标产物的产率最高。 ( 1 ) 模板合成法 模板合成按照其模板作用的金属种类不同，可以分为碱金属离子模 板法，碱土金属离子模板合成法和过渡金属离子模板合成法。 碱金属离子的模板合成法一般以钠离子模板反应最为典型。可以 4 一取代的2 ，6 一二乙酰基苯酚的钠盐与一系列多胺缩合。制备了2 + 2 ，3 + 3 ，4 + 4 等多种类型的亚胺大环。由于钠离子大环的不稳定 性以及产物易吸水，所以一般不用将含钠的大环分离开来，而是直接 通过过渡金属离子与钠离子的置换反应，得到相应的稳定的多核过渡 金属离子大环配合物。 碱土金属席夫碱大环配合物具有热力学不稳定性，通过过渡金属离 子的置换可得至i j 一些采用金属作为模板而得不到的金属配合物。 武汉：l ：程大学硕十学位论文 过渡金属离子模板合成法是在所要合成的大环配合物的过渡金属离 子存在下，直接进行成环反应，得到相应过渡金属的大环配合物。最常 见的就是以c u 2 + 或a g + 做模板。其合成通法如图1 1 。 瓤 t r ( k m 2 + s o l v e n t 厂r l 图1 1过渡金属离子模板合成法制备带臂式大环配合物 ( 2 ) 直接合成法 直接合成法中，由于在低浓度下，分子问的成环反应容易发生，所 以要求反应物的浓度不宜过高，通常控制在o 1 m o l l 以下。因此，直接 合成法又叫高度稀释合成法，影响此种反应的主要因素有所选溶剂的种 类，反应物在溶剂中的溶解度大小，加料速度以及反应温度等。其合成 通法如图1 2 。 i 蕊。 l r ( k c h o + 2 一 i s 0 1 v 州 c 1 4 0 “再nn 弋叫n 、 rr ( k nn 力q kj r 图1 2 直接合成法通式 ( 3 ) 非模板合成法 某些二醛和二胺不需要模板，可以直接缩合成大环或双环。其优点 在于可得到游离的大环配体，但是，如果这些环中存在分子内氢键或分 子问氢键，则会使这些大环很难再与金属配位，即使配位后，金属离子 4 o o h hciric 2 + 第l 章文献综述 也很难再从这些大环中出去。悬臂席夫碱型大环配合物以苟少华做的比 较多且大多以钠离子为模板做的【3 9 1 ，而用非模板法做大空腔大环配合物 目前还没有。 1 1 3 侧臂式多胺大环配合物 随着人们对席夫碱大环配合物的研究的深入，人们开始尝试以大环 为母体，对其进行修饰。常见的修饰是在大环上引进一些取代基，再考 察取代基对大环效应的影响，从而改变配合物的结构和性能【4 0 - 4 2 1 。还有由 于配合物中长的柔性臂可提供大的配位空间而使容纳多个金属离子或包 容大的分子或离子成为可能。因此研究及改善柔性臂能改善大环化合物 的配位能力及金属的配位环境，对大环化合物的结构和性质起到极为重 要的作用。 合成含功能臂的长柔性臂大环配合物是近年来大环配合物的研究热 点之一，这是因为连接在大环骨架上的功能臂可提供额外的配位原子， 能够较大地影响大环的配位能力以满足大环内金属离子的配位环境。但 对于含一c = n 键的大环功能臂配合物的研究受到了两方面的制约，一是 合成原料之一的带功能臂的二胺的合成路线一般较长，导致其收率较低， 另外，带功能臂的二胺由于其本身的活性基团较多具有较好的反应性， 使得反应产物多为复杂的混合物，分离提纯及结晶都较困难。 到目前为止，所合成的功能臂主要有羟乙基，氨乙基、氨丙基、甲 基吡啶，该类配合物中的功能臂的数目一般为2 ，由带功能臂的胺类物质 引入，如2 ( 双( 2 氨乙基) 氨乙醇、三( 2 氨乙基) 胺、- - ( 3 氨丙基) 胺、 2 羟基1 ，3 丙二胺，此外，带两个氨乙基悬臂的配合物在反应条件合适时， 还可制备穴合物。这些带悬臂的大环配合物主要是通过带悬臂的含端基 二胺物质通过环缩合反应合成，因此合成新的支链多胺化合物是一条有 效途径。 为寻求大的空腔和高配位数的大环配合物，南京大学苟少华等在侧 臂上引入了具有多个可配位原子的功能性基团，另外，为了改善配合物 武汉+ i ：科人学硕十学位论文 的溶解性，又在大环骨架上接入亲水性酚羟基和醇羟基，得到了一系列 不同功能性侧臂的对称大环席夫碱配合物。另外他们又偶然得到了一个 带有两个功能性侧臂的不对称大环席夫碱配合物 4 3 - 4 7 】。 肿 h n no hn n n r 。c h 3 ，c i ，c ( c h 3 ) r ：c h l c o o h ，r = c h l a r = p y f i d y l ，f u m n y l ，p h e n y l r = c h ，。c h 2 0 h 7 r = c i 。 图1 3 直接合成法通式 本课题组在此基础上合成的带带噻吩环和邻位吡啶环悬臂的大环配 合物与其相似。并且对其生物性质进行了进一步的探讨。 1 2 席夫碱大环金属配合物的生物活性研究 酶是高效的生物体的催化剂，在已知的酶中有1 3 以上含有金属离子， 在绝大多数情况下金属离子是金属酶的活性中心，它是进行电子转移、 键合外来分子和进行催化反应的部位，其成键方式、配位环境和空间结 构与配合物极为类似，因此配位化学的理论和方法也适于用来研究金属 酶。通过设计合适的配体，进而合成与天然酶活性中心结构相似的配合 物( 模型物) ，用于模拟酶的结构和功能，可以获得许多难以从结构复杂 的天然酶的研究中得到的信息，对酶的活性中心的研究意义重大。近年 来，金属酶的化学模拟迅速发展，己成为配位化学和生物无机化学研究 的一个重要内容t 4 8 1 。 第1 章文献综述 1 2 1 金属配合物的s o d 酶的模拟 天然存在的s o d 根据其活性中心金属离子不同可分为c u ， z n - s o d 、m n _ s o d 和f e s o d ，虽然活性中心离子不同，但催化活性部 位却具有高度的结构同一性【4 9 1 ，对于c u ，z n s o d 的研究最初的工作主 要集中在对超氧化物歧化酶的咪唑桥联行为的模拟上。这类配体多以线 型多胺为模型【5 0 1 ，可在一定程度上模拟s o d 的c u z n 活性。 唐雯霞等合成了一个带两个羟乙基悬臂的咪唑桥联大环双核铜作 为c u ，z n s o d 的活性中心模型物 5 h 。l i n s s 等人5 2 1 用1 ，4 - z 氨基丁 烷和2 乙醛嘧啶合成了双s h i f t 碱c u 2 + 模拟物，其活性单位为1 4 饼n o l l 1 ，s o d 的活性达到天然酶的3 ，罗勤慧等人也合成了一系列 具有s o d 活性的模型化合物 5 3 - 5 4 】。虽然大环多胺配合物有较高的稳定 性，但合成困难，而且收率较低，使这类模拟物的应用受到一定的限 制。 近年来，锰超氧化物歧化酶m n s o d 也是研究合成的热点。本论文 基于这个考虑合成的是有关铜锰的功能配合物。 1 2 2 金属配合物对d n a 的催化 人工核酸酶的研究一直是活跃的研究领域。由于d n a 对水解的高度 稳定性【5 5 1 。在p h = 7 矛1 1 2 5 。c 的条件下，d n a 磷酸二酯键的半衰期被估计为2 亿年，同时，由于d n a 中核糖环易于氧化，因此，有许多化合物通过氧 化机制对d n a 进行切割，女h f e ( e d t a ) ， c u ( p h e n ) + 。由于这些氧化切 割试剂要求外加试剂( 如光、h 2 0 2 等) 启动切割，并且这些过程往往产生 自由基，产物不能用连接酶再连接起来以进一步的表达，因此它们在分 子生物学的应用上存在很大的局限性。而水解切割试剂则没有这些缺点， 在药物的设计及分子生物学的应用中具有广泛的应用前景因此，抑制自 由基的作用正愈来愈引起人们的关注 5 6 - 6 2 】。 自由基是共价化合物分子中的共价键在吸收一定的能量后发生均裂 而生成的带有单电子的原子或原子团，化学性质非常活泼，易与发生连 武汉j ：程人学硕士学位论文 锁反应。在细胞的线粒体内膜上进行的有机物的氧化代谢是生命活动的 基础，它为人的生命活动提供了能量，但同时也产生了大量的含氧自由 基。自由基通过攻击遗传物质d n a ，破坏基因密码，使d n a 突变“解旋” 让某些正常基因表达停止而又使某些休眠的基因表达活跃，正常的蛋白 质合成发生障碍而异常的蛋白质被合成出来。因此在d n a 水平上对自由 基清除剂的研究具有十分重要的意义。 k i m u r a 课题组【6 3 】在大环多胺与d n a 相互作用方面做了很多杰 出的工作，尤其是在c y c l e n z n ( i i ) 配合物与核酸的相互作用方面作了细 致的研究。他们设计合成的配体分子对自然界存在的非共价键相互作用 ( 氢键、疏水作用、静电作用等) 进行了模拟。j t f l c y c l e n z n ( i i ) 配合物在 中性介质中可以选择性地高效地识别t ，u 及含酰胺官能团的类似物 6 4 。6 5 1 。识别是通过z n 离子和去质子的n 负离子以及两个酰胺上的氧和一 c y c l e n 上的两个n h 之间的氢键进行的。 本文也是基于合成出具有较好的生物活性包括s o d 酶的模拟活性 以及与d n a 能够有机结合并且具有其切割意义的这样一个目的，来合成 满足这种需求的新型配合物的。本文首先通过用吸收光谱法【6 6 】也是现在 研究配合物与d n a 相互作用的有效方法来筛选具有d n a 切割潜在活 性的配合物，进而对其切割性质做进一步研究来探讨配合物对d n a 作 用的意义。 论文研究内容及其意义 含金属席夫碱配合物的研究由来己久，多年来不断有新的配体类型 被开发和应用，这是因为它在催化模拟生物及抗体方面的独特魅力吸引 了许多的研究者。尤其是模拟d n a 核酸酶和s o d 生物酶的研究，近年 来一直处于热门方向，对它们的结构与性质的关系研究十分活跃，特别 是寻找其模拟的原理以便合成类似模拟物结构的研究。 因此，为筛选具有潜在意义的d n a 核酸模拟酶和s o d 酶的模拟物， 第1 章文献综述 首先应合成一系列新的配合物，用x 一射线晶体衍射技术得到其配合物的 分子结构，进而确定其配位中心的空间构型，采用循环伏安法、e s m s 等实验技术研究了它们的结构与氧化还原性、金属离子配位的稳定性、 结构畸变性、金属离子的组合及相互作用，研究侧链取代基对大环配合 物结构及性质的影响。据此，本论文拟开展下面的工作： 1 以吡啶甲胺为原料通过加成、催化加氢反应合成带吡啶环悬臂的 新的三胺，通过i r ，h 1 n m r 确定每步产物的结构及纯度、研究合成条 件对产物的影响。并用吡啶多胺和2 ，6 一二甲酰基对甲基苯酚通过 2 + 2 缩合反应形成大环金属配合物借以研究悬臂配体的性质。 2 合成一系列具有超氧化物歧化酶催化作用的m n 和c u 的大环配 合物。并对其进行电化学性质的分析，再有选择性的对其进行s o d 酶模 拟的研究。并且对其进行d n a 切割的活性测定生物性质的测定。 3 改变二醛与二胺的比例制备不同于 2 + 2 】的席夫碱配合物，自合成 一种【3 + 2 】型六个苯氧基的四核铜二聚体开环配合物，深入研究这种结构 新颖的多核配合物的电化学性质，s o d 模拟，与c t - d n a 的相互作用， 以及切割p b r 3 2 2 d n a 的活性等一些生物性质。 第2 章n ，n 2 ( 3 一氨丙基m 一吡啶甲胺及其配合物的性质 第2 章n ，n - - ( 3 一氨丙基) 一4 一吡啶甲胺及其配合物的性质 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，而且也为合成同多 核或杂多核配合物提供了一个新的途径。本章合成了带有吡啶悬臂的多 胺配体及大环双核锌的配合物，并对其进行表征和生物性质研究。 2 2 合成路线设计 2 2 12 , 6 二甲酰基4 甲基苯酚的合成路线 o | | n a o h m n 0 2 + 2 h g h 二- 一 h 2 0 o h o h 图2 12 , 6 一二甲酰基一4 一甲基苯酚的合成路线 2 2 2n ，n - - ( 3 氨丙基) 4 一吡啶甲胺的合成路线 图2 2n ，n 二( 3 氨丙基) 一4 - 吡啶甲胺的合成路线 c h o 武汉。i ：程人学硕士学位论文 2 2 3 大环锌配合物的合成路线 广、乍h 3 2 u m h 2 - t 。- l 阜 2 3 实验部分 2 3 1 试剂与原料 c h 3 戚 h 2 c h 3 _ 2 、 h b n 图2 3z n 2 l 1 配合物卫的合成路线 z n ( o a c ) 2 2 h 2 0 ，z n ( c 1 0 4 ) 2 6 h 2 0 ，n a o h ，浓盐酸，对甲基苯酚， 甲醛，碳酸锰，氨水，无水硫酸钠，高氯酸，二氯甲烷、等试剂均为分 析纯。丙烯腈与d m f 均为分析纯，经减压蒸馏后使用。4 毗啶甲胺为 a l f a 购得含量9 7 ，使用时减压蒸馏后蜡封避光保存。无水乙醇，绝对 甲醇和绝对乙醇的制法参见溶剂手册【6 7 】。高氯酸盐和活性二氧化锰分别 按文献制备【6 8 】，2 ，6 二甲酰基一4 甲苯酚参照文献【6 9 】的方法合成与表征。 冰乙酸，三羟甲基胺基甲烷，e d t a 钠盐，蔗糖，溴酚蓝，溴化乙 锭( e b ) ，琼脂糖，小牛胸腺d n a ( s i g m a 公司进口分装) ，n a c l ，浓 盐酸。p b r3 2 2 质粒d n a ( 从t a k a r a 公司购得) 。 电化学的实验原料高氯酸四丁基铵( t b a p ) 在水中重结晶四次，再经 12 0 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。 第2 章n ，n 2 2 ( 3 氨丙基) _ 4 吡啶甲胺及其配合物的性质 2 3 2 仪器及方法 2 3 2 1 实验仪器 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) 。 c 、h 、n 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。 测量吸光度是s h i m a d z u 生产u v - 2 4 5 0 7 51 型u v - v i s b l e s p e c t r o p h o t o m e t r e 。 1 h n m r 谱用v a r i a nm e r c u r yv x - 3 0 0 型核磁共振仪测量( t m s 为内 标，溶剂为氘代试剂，测试温度为3 0o c ) 。 电喷雾质谱( e s m s ) 在f i n n i g a nl c q 质谱仪上测定，样品浓度约为l m m 0 1 d m - 3 ，流动相为甲醇溶液，稀溶液在针电压+ 4 5k v 下以5 1 0 “ d m 3 m i n - 1 的速度喷雾，样品用正离子模型处理。 配合物的循环伏安曲线的测定在c h i7 5 0 b 型电化学工作站上进行， 实验采用三电极系统，即玻碳电极作工作电极，a g a g c l 电极作参比电 极，铂丝作对电极。 d y 1 a 稳流稳压电泳仪( 江苏兴化分析仪器厂，4 5 0 8 0 0n m ，5 0 w ) ；6 h l 型电泳槽( 江苏兴化分析仪器厂) ，标准型净化工作台s w c j 1 b ( 苏净集团苏州安泰空气技术有限公司) ；移液管；枪头；微波炉。 2 3 2 2 实验方法 1 电化学性质的测定方法： 处理电极：将测量电极玻碳电极粗砂纸上打磨，然后用金相砂纸继 续打磨，最后用少量o 0 5m i c r o n 的氧化铝粉在麂皮上抛光电极，打磨好 的电极依次置于o 1m o l l 的h c i 0 1m o l l 的n a o h ，丙酮溶液，二次 水中分别超声清洗3m i n ，处理好的活化电极备用。 采用循环伏安法研究配合物电化学性质。将高氯酸四丁基胺 b u 4 n c l 0 4 ( o 1m o l d m - 3 ) 作为支持电解质，d m f 为溶剂配制样品浓度约 5 x 1 0 - 4 m o l d m - 3 ，测量温度为2 5 + 0 1o c 。测量前，高纯氩气除氧保护下 用空白样扫平基线后，在不同的扫速下扫描配合物样。 武汉1 ：程人学硕+ 学位论文 2 紫外吸收光谱法研究配合物与c t - d n a 相互作用 实验原理：加入c t - d n a 后，配合物的紫外可见吸收光谱的吸收峰位 置的红移，强度减小是配合物与d n a 发生插入作用的证据之一【7 们。 溶液的配制： 1 ) t r i s 缓冲液的配置： 含有5 1 0 0 m o ll ot r i s 和0 0 5 m o l xl n a c l ，用盐酸调节酸度使p h = 8 0 。配合物与d n a 的相互作用的紫外测定在此缓冲溶液中进行。 配合物先用不超过1 0 的d m f 溶解，再用此t i r s 缓冲液定容。 2 ) d n a 溶液的配置及浓度的确定： 称取适量的小牛胸腺d n a 溶于t r i s 缓冲溶液( p h = 8 2 ) 中，抽滤， 将所得到的滤液按需要稀释至一定浓度。测量d n a 溶液在2 6 0a m 和2 8 0 l l m 处的吸光度值，如果a 2 6 0 a 2 8 0 = 1 8 1 9 ，说明基本上不含蛋白质， 不需要再进一步处理。小牛胸腺d n a 的浓度以碱基对的摩尔浓度计， 测量d n a 在2 6 0n m 处的吸光度，然后根据d n a 在2 6 0n m 处的摩尔吸 光系数6 6 0 0l xm o l 。1 c m l 来确定d n a 的浓度为2 1 0 巧m o l l ( 公式 d n a = k xa 2 6 d 6 6 0 0 ，k 为稀释的倍数) 。测量d n a 吸光度时，如d n a 浓度过高，可导致吸光度测量不准，一般应稀释到a 在o 5 1 之间较为 合适。配制好的d n a 储备液应在4o c 温度下保存，并于4 天内使用。 3 酒己合物对d n a ( p b r 3 2 2 ) 的切割活性 1 ) d n a 凝胶电泳原理 d n a 等多种生物大分子在一定的p h 值条件下，可以解离成带电荷的 离子，在电场中向相反电极移动。电泳原理即是通过观察分子量相同的 超螺旋环状( s u p e r c o i l e d ) d n a ( f o r mi ) ，带切口环状( n i c k e dc i r c u l a r ) d n a ( f o r mi i ) 及线形( l i n e a r ) d n a ( f o r m1 1 1 ) 通过凝胶时速率不一从而将 其断裂的d n a 分开。实验所选的质粒d n a 存在共价闭环( c c c ) ，单链开 环( o c ) 和线形( 1 i n e a r ) 三种空间构型，三者的迁移率就明显不同。由于c c c 分子最为紧密，o c 分子最为松弛，因而在一般情况下，c c c 在最前，l i n e a r 第2 章n ，n - ( 3 氨丙基) _ 4 吡啶甲胺及其配合物的性质 次之，而o c 在最后【6 3 】。 在分子生物学领域，以琼脂糖为支持介质的凝胶电泳法，可用于分 离、鉴定和纯化d n a 、r n a 片段，一般用于分离l k b 以上的d n a 片段。 通过电泳后，直接嵌入低浓度荧光染料( o h 溴化乙锭e b ) ，在紫外灯下照 射后，溴化乙锭受激发发出红色荧光，方可直接检查d n a 片段，从而可 矢i ：i d n a 裂解情况。 2 ) 试剂的配制 5 0 x t a e 电泳缓冲液：1 2 1gt r i s 碱，2 8 5m l 冰乙酸，1 8 6ge d t a 的二钠盐，于烧杯中溶解，调p h 值为8 ，于5 0 0m l 容量瓶中加水定容， 摇匀，静置待用。 终止液的配制：5 0 ( v ) 甘油水溶液配制溴酚蓝e d t a 终止液，使 其浓度为0 0 5 ( m v ) e d t a 浓度为0 1 m o l l 。 溴化乙锭染色液的配制：每1 0 0m l 水中含0 1ge b 。 金属配合物溶液的配制：用重蒸d m f 做溶剂配成2m m o l l 的溶液。 3 ) 电泳实验 配合物与d n a 的作用研究主要包括制胶、点样和电泳等过程。 i 移取lm lt a e ，用水稀释到5 0m l 。 i i 称取o 5g 琼脂糖加入盛有5 0m l1 t a e 电泳缓冲液的三角烧瓶中， 摇匀，用电子天平称取三角瓶的总重量。在微波炉上加热至琼脂糖完全 溶解，放在天平上加蒸馏水至原重量，冷却至6 0 。 i i l 在电泳槽中插入适当的梳子，将琼脂糖透明溶液( 约5 0 ) 倒入，室 温冷却凝固后小心抽出梳子，所制得的凝胶点样板待用。 在水平电泳槽中加入约5 0 0m llx t a e 稀释液，小心将梳子取出。 将模具和凝胶一起置入电泳槽中，孔朝负极。 v 制样：用移液器在各f p 管中加入d n a ( 0 5g l ) 、样品( o 5g l ) 、混合 均匀放置，待计