（物理化学专业论文）稀土三元配合物的合成、表征及其相关生物活性研究.pdf

上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 摘要 近年来不同种类的抗菌材料的研究开发取得了引入注目的进展，其中以稀土 配合物类为代表的新型抗菌材料，由于其具有低毒、副作用小及光谱抗菌活性而 备受关注。另一方面，研究发现，稀土及其配合物作为人工核酸酶能以水解方式 断裂核酸中的磷酸二酯键，并且断裂效率较高，而备受推崇，受到了高度重视， 并推动了人们对稀土配合物的进一步研究。 本文则以稀土这两方面的性能为着眼点，合成了8 种稀土l - 苯丙氨酸邻菲 咯啉三元配合物r e ( f h e ) 3 p h c n c l 3 3 h 2 0 ( r e = l a ”、c e ”、p r ”、n d ”、s 一+ 、 e u ”、e r ”、y ”) ，并通过红外光谱、拉曼光谱、紫外光谱、摩尔电导、e d t a 滴 定法测稀土离子含量、元素分析对配合物的组成和性质进行了讨论。差热一热重 分析结果表明所合成的8 种稀土配合物均具有较好的热稳定性。合成了两种稀土 掺杂配合物：岫2 e u os ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 1 - 1 2 0 和y o2 e t l os ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 h 2 0 ，研 究表明，l a 3 + 、y 3 + 本身不产生荧光，但在e u ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 h 2 0 配合物中掺 杂恰当摩尔比的l a 3 + 或y 3 + ，都可使e u ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 h 2 0 配合物的荧光强度 增强，即产生了共发光效应。 抗菌实验结果表明：所合成的8 种稀土配合物都具有一定的抗菌性能。配合 物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌具有良好的抗菌性、抗菌广谱性及 长效性，是一类性能优良的抗菌剂。 用紫外吸收光谱法、表面增强拉曼光谱法研究了两种稀土( l a 、e u ) 配合 物与小牛胸腺( c t ) d n a 的作用。随着配合物浓度的增加，c t d n a 的最大吸 收峰发生红移，且最大吸收峰处的吸光度值逐渐减少；在表面增强拉曼光谱中， c t d n a 的碱基振动峰的变化说明碱基间的堆砌形式发生了改变，可能是配合物 中的配体p h e n 插入到碱基对之间，影响了碱基的振动。这两个实验结果表明： 两种稀土配合物是以插入的方式和c t d n a 作用；此外采用琼脂糖凝胶电泳法研 究了，在3 7 ， o h = 7 5 时，l a ( ) 三元配合物与质粒p b r 3 2 2 d n a 的作用， 结果显示，随着配合物浓度的增加，d n a 的超螺旋逐渐减少，而缺刻和线型在 不断增多。因此，推测反应机理可能为水解反应。 关键词：稀土，苯丙氨酸，邻菲咯啉，抗菌剂，三元配合物，d n a 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , r e s e a r c h e r sh a v eb e e nm a k i n gr a p i dp r o g r e s si nt h ed e v e l o p m e n to f v a r i o u sa n t i b a c t e r i a l o w i n gt ol e s sp o s i o n o u s n e s sa n dw i d ea n t i m i c m b i a ls p e c t r u m t h en e w l ya n t i b a c t e r i a lo fr a r ee a r t hc o m p l e x e sa t t r a c t sm o r ea n dm o r ep e o p l et o r e s e a r c h m e a n w h i l e ，r e s e a r c ha b o u tu s i n gr a r ee a r t hi o n sa n dt h e i rc o m p l e x e sa s h y d r o l y t i c a l l yc l e a v et h ep h o s p h a t ed i e a t e rb o n do fn u c l e i ca c i d ，a n dt h e i rc l e a v a g e e f f i e i e n c i e sa r et f i 曲 o nt h eb a s i so ft h et w oa b o v ep o i n t s ，w es y n t h e s i z e de i g h tn e ws o l i dt e r n a r y c o m p l e x e s o fr a r ee a r t hw i t hl - p h e n y l a l a n i n e ( l - p h e ) a n do - p h e n a n t h r o l i n e ( p b o n ) ，i ne t h y la l c o h o ls o l u t i o n t h e i rc o m p o s i t i o na r ec 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 o l a rc o n d u c t a n c e ，i r ，r a m a n ，u v - v i s t h ec o m p o s i t i o n so ft h e c o m p l e x e sw e r cc o n f i r m e dt ob er e ( p h e ) 3 p h e nc h 3 h 2 0 ( r e = l a 3 + , c e 3 + p r 3 + , n d 3 + ，s m 3 + ，e u 3 + ，一+ ，y 3 + ) t h es t a b i l i t yo fh e a tw a sp r o v e db yt h ed a t ao ft g - d t a t w od i n u c l e a rc o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e d ( l a 0 2 e u o s ( p h e ) 3 p h e n c h 3 h 2 0a n d y 02 e u o s ( p h e ) 3 p h e n c h 3 1 - 1 2 0 ) n oc h a r a c t e r i s t i ce m i s s i o n so fl a 3 + a n dy 3 + a r e d e t e c t e df o rl a ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 h 2 0a n dy ( p h e ) 3 p h e n c l 3 3 h 2 0 h o w e v e r , t h e i n c r e a s eo ff l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y c a nb e o b v i o u s l yo b s e r v e dt h i si n t e r e s t i n g p h e n o m e n ao f f l u o r e s c e n c ee n h a n c e m e n ti sn a m e dc o f l u o r e s c e n c ee f f e c t t h ea n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e st e s t i n gi n d i c a t et h a ta l lt h e s es o l i dt e r n a r yc o m p l e x e s h a v ea n t i b a c t e r i a la b i l i t ya g a i n s te s c h e r i c he o l i ，s t a p h yl o c o c c u sa u r e u s ，c a n d i d a a l b i c a n m e a n w h i l e ，t h ea n t i m i c r o b i a ls p e c t r u mm o r eb r e a da n dd u r a b l eq u a l i t y , a r e e x c e l l e n ta n t i b a c t e r i a l t h ea c t i o n so ft w o 础e a r t h ( l a 3 + ，e u 3 + ) c o m p l e x e sa n dc t d n aw i t hu v - s s p e c t r a , s e l l sw e r er e s e a r c h e d w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so ft h ec o m p l e x e sa r e i n c r e a s e d ，a 2 6 0a r eg r a d u a l l yw e a k e n s e r se x p e r i m e n ts h o w st h a tt h es t r e t c h i n g v i b r a t i o n so ft h eb a s e so fc t d n a c h a n g eo b v i o u s l y t h et w oe x p e r i m e n t si n d i c a t e t h a tt h ef l a ta r o m a t i cs t r u c t u r eo fo - p h e n a n t h r o l i n e l i g a n do ft h ec o m p l e xm a y o v e r l a pw i t ht h es t a c k i n gb a s ep a i r so f d n a b yi n t e r c a l a t i o n t h el a ( i i i ) c o m p l e xi s 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 a l s oc a p a b l eo f p r o m o t i n gc l e a v a g eo f p l a s m i dd n a ，a t3 7 ，p h = 7 5 k e y w o r d s ：r a r ee a r t h ，l - p h e n y l a l a n i n e ，o p h e n a n t h r o l i n e ，a n t i b a c t e r i a l ，t e r n a r y c o m p l e x ，d n a 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 第一章综述 1 1 抗菌材料的研究背景 随着科学技术的发展，人们对环境微生物的研究和认识水平不断提高，在利 用有益微生物( 如发酵等生物技术) 的同时，对致病性微生物的危害也提高了警 惕。由英国苏格兰电话公司的一项调查表明，感冒、咽炎、流行性脑膜炎、肝炎、 红眼病、皮肤病、肺结核等十几种传染病可经使用电话这一途径而传播开。1 9 9 6 年日本致病性大肠杆菌引起的全国范围内的食物中毒事件，2 0 0 3 年在中国， s a r s 病毒造成全国大面积感染事件以及2 0 0 4 年在中国、越南等国家发生的禽 流感事件，一度引起全世界的恐慌。又如，近来人们发现一种因食用冰箱中受细 菌污染的食物而产生的肠胃炎、咽喉疼痛、恶心、头晕的“冰箱综合症”。更为 触目惊心的是，据美国w h o 杂志1 9 9 6 年统计，全世界1 9 9 5 年死亡5 2 0 0 万 人，其中因细菌传染引起的死亡为1 7 0 0 万，约占1 3 。这些传染病包括霍乱、肺 炎、疟疾、结核和肝炎等。由此可见，细菌等致病性微生物是人类健康的主要杀 手之一。为此，控制和消灭有害细菌的生长和繁殖，在当今仍是科技领域内的重 要课题，因此，抗菌产品的研制和开发成为人们关注的焦点。其实人类很早就开 始有意无意地使用抗菌材料了。如果从埃及金字塔中木乃伊的包裹布开始计算， 则人类有意识利用抗菌材料已有几千年的历史了。作为抗菌材料研究开发和生产 核心的抗菌剂的研制开发也随着抗菌材料的发展而迅速发展，成为本世纪材料科 学中最具活力的领域之一。 1 1 1 抗菌材料研制、生产及其应用状况 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【l j 。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荆会导致产品成本增加的缺点。天然 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 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 是抗菌剂的分 类及其特点。 表1 抗菌剂的分类及其特点 抗菌剂类别 主要品种举例优点 缺点 无机抗菌剂银沸石、银活性耐热性好、抗菌谱 银系抗菌剂易变 炭、银玻璃珠、银广、有效抗菌期色、制造困难、在 羟基磷灰石基抗长、毒性低、不产塑料中使用工艺 菌剂、磷酸钛盐、生耐药性复杂 磷酸锆盐、银陶瓷 等 有机抗菌剂季铵盐、酚醚类、杀菌速度快、抗菌耐热性差、易在溶 苯酚类、双胍类、效能高、部分抗菌剂环境中析出、易 异噻唑类、吡咯剂无毒、加工方产生耐药性、分解 类、有机金属类、便、颜色稳定好产物经常有毒 咪唑类、吡啶类、 噻唑类 天然抗菌剂壳聚糖、山梨酸等 抗菌效率高、安全加工困难、耐热性 无毒差 高分子抗菌剂聚苯乙烯几内酰 长效、广谱、安全研究刚刚起步 脲、聚吡啶、聚噻 无毒、颜色稳定好 唑等 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 荆，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 m i c r o b a n 、m o r t o n 、a c r o s 、a r p 、h u e l s 、f e r r o 、t 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、h i l l 燃料、东亚合成、锺纺和松下等几大制造 2 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 商的抗菌剂市场占有率为整个日本市场的8 0 以上f 1 卅。 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【5 1 9 1 。 1 1 2 抗菌的概念1 2 0 l a 、广义抗菌和狭义抗菌 对于能够杀灭或抑制微生物的材料，都叫做抗菌材料。所谓的“抗菌”实际 上是指抗各种微生物的功能，包括抗细菌、霉菌、立克次体、真菌甚至病毒等多 种微生物，是一种广义的抗菌概念。材料仅保证具备抑制或杀灭细菌的功能，而 不能保证对其他微生物品种的抑制作用，是狭义的抗菌概念。 b 、抗菌、防霉、灭菌、消毒、抑菌等 与抗菌性能直接相关、表征材料抗菌性能程度的主要提法还有灭菌、杀菌、 消毒、抑菌、防腐、抗菌等。它们的具体概念如下： 灭菌：将待处理体系中的所有微生物包括微生物的孢子等生态形式都完全除 去或使之丧失活性的过程。 杀菌：将待处理体系中的微生物营养体和繁殖体杀死的过程。 消毒：破坏待处理体系中微生物的过程，但消毒过程一般对微生物的孢子无 效，消毒不需要杀灭体系中所有微生物，只需要达到预定的处理要求，一般需要 将体系中的致病和条件致病的微生物除去或使之丧失活性。 抑菌：抑制微生物的生长繁殖的作用，抑制待处理体系中微生物的活性，使 之繁殖能力降低或停滞繁殖的过程。 防腐：指采取一定的措施防止物品性能因微生物的破坏而下降的过程和技 术。 抗菌：是一个泛指名词，包括灭菌、杀菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等。 1 1 3 抗菌性能评价及影响抗菌剂抗菌性能的主要因素 ( 1 ) 抗菌性能评价 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 a 、抗菌效果：主要是通过最低抑菌浓度( m i c ) 值一即阻止细菌繁殖的抗菌剂 最小浓度；最小杀菌浓度( m b c ) 值一致使细菌死亡的抗菌剂最低浓度和杀菌 率体现出来。m i c 和m b c 值越低，材料的抗菌杀菌效果越好。b 、抗菌范围： 不同的抗菌材料只对特定的一些菌种有抗菌性，所以在选择抗菌剂的时候希望其 具有广谱性。c 、安全性：抗菌材料在加工和使用过程中对人和环境无毒无害。d 、 持续性：要求在该制品使用时间内有持续的抗菌性。e 、耐光耐热性：不同抗菌 材料的加工和使用条件，要求抗菌剂具有相应的耐热性，不应挥发和降解。在使 用过程中，不能出现随时间而变色、物理性能降低等问题。 ( 2 ) 影响抗菌性能的主要因素 a 、抗菌剂 i 抗菌剂的品种：抗菌剂本身的结构、性能和状态是决定和影响抗菌剂抗菌性能 的最主要因素。目前使用的抗菌剂种类很多，每个品种对微生物的抗菌作用机理 及m i c ，m b c 都不尽相同，因此抗菌性能也不一致； i i 抗菌剂的分散状态：抗菌剂本身的存在状态很多，可以是固体颗粒、粉末、 液体、溶液、乳液甚至气体。在抗菌材料中，以固体形式存在的抗菌剂的颗粒大 小，分布均匀性等因素都至直接影响抗菌材料的抗菌性能。一般来说，以固体颗 粒形式分散在抗菌材料中的抗菌剂存在颗粒越小抗菌性能越好。 i i i 抗菌剂的浓度。 b 、微生物 i 微生物的种类及生理构造：微生物种类及其繁多，各种微生物的生理结构都有 所差异。细菌也有很多种类，结构也不相同。如革兰氏阳性菌的细胞壁与革兰氏 阴性菌就不同，革兰氏阳性菌中肽聚糖占细胞壁含量的9 0 ，而在革兰氏阴性菌 中就只占5 2 0 。此外，还有些细菌的细胞壁中不含肽聚糖，如产甲烷细菌、 嗜盐细菌等。肽聚糖含量决定了细胞壁的坚韧性和多孔性。由于抗菌剂和微生物 的作用机理是通过抗菌剂和微生物的特定结构相互作用进行的，结构的差异必然 会引起不同微生物对同一抗菌剂的不同反应，最具体的体现就是抗菌剂对不同微 生物有着不同的m i c 和岫c ，甚至部分抗菌剂对一种微生物具有优异的抑制和杀灭 性能，而对另一种微生物可能完全没有作用； i i 微生物生理状态和变异状况。 4 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 c 、环境因素 i 温度；i i 气体环境；i i i p h 值；i v 营养物质 1 1 4 抗菌剂的抗菌机理 ( 1 ) 无机抗菌剂的抗菌机理 a 、接触反应机理：金属离子接触微生物，使微生物蛋白质结构破坏，造成微生 物死亡或产生功能障碍。当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时，因细胞膜带 负电荷而与金属离子发生库仑吸引，使两者牢固结合，导致金属离子穿透细胞膜， 进入微生物内，与微生物体内的蛋白质上的巯基发生反应。此反应使蛋白质凝固， 破坏微生物合成酶的活性，并可能干扰微生物d n a 的合成，造成微生物丧失分裂 增殖能力而死亡【2 ”。 b 、活性氧机理：活性氧机理假说认为，加入抗菌剂后，材料表面分布着微量的 金属元素，能起到催化活性中心的作用。该活性中心能吸收环境的能量，激活吸 附在材料表面的空气或水中的氧，产生羟自由基和活性氧离子，它们具有很强的 氧化还原能力，能破坏细菌细胞的增殖能力，抑制或杀灭细菌，产生抗菌性能1 2 2 ) 。 ( 2 ) 有机抗菌剂的抗菌机理【2 3 删 有机抗菌剂通过和微生物细胞膜表面阴离子结合逐渐进入细胞，或与细胞表 面的巯基等基团反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统，抑制微生物的繁殖。有 机抗菌剂品种繁多，因此其作用机理也随种类而异，主要的几种途径有：a 、降 低或消除微生物细胞内各种代谢酶的活性，阻碍微生物的呼吸作用；b 、抑制孢 子发芽时孢子的膨润，阻碍核糖核酸的合成，破坏孢子的发芽；c 、加速磷酸氧 化体系，破坏细胞的正常生理机能；d 、阻碍微生物的生物合成，干扰微生物生 长和维持生命所需物质的产生过程；e 、破坏细胞壁的合成；f 、阻碍类酯的合成。 ( 3 ) 天然抗菌剂的抗菌机理 目前最常用的天然抗菌剂是壳聚糖，对于壳聚糖的抗菌机理大致有两种推 测：y o u n g 等认为壳聚糖在微生物细胞上的作用的靶位是细胞膜，带正电的壳聚 糖分子链当和带负电的细胞壁接触时会通过库仑作用吸附细菌，阻碍了细菌的活 动，从而影响细菌的繁殖能力；而h a d w i g e r 等b 5 1 人认为壳聚糖对微生物的细胞 抑制的靶位是细胞中的d n a ，壳聚糖分子通过一定途径进入细菌内，和微生物内 的核糖亚单元3 0 s 分子片断相互作用，破坏了细菌体内从d n a 到刚a 的转录，阻碍 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 m h n a 的密码子的相互作用，导致细菌繁殖终止，达到抗菌目的。 1 2 人工核酸酶的研究背景 核酸是重要的生命基础物质，是分子生物学的重要领域。当今社会发现越来 越多的疾病，如肿瘤、放射损伤、遗传病等，均与核酸有密切关系。核酸分为脱 氧核糖核酸( d n a ) 和核糖核酸( r n a ) 。其中d n a 主要集中在细胞核内，r n a 主要 集中在细胞质中。核酸的断裂和基因重组技术是分子生物学和基因工程的核心技 术，对d n a 、r n a 的定位断裂是该技术的关键。而核酸酶是基因工程中的重要工具， 基因物理图谱的绘制、d n a 核甘酸序列的分析、基因片段的体外切割重组、转化 菌中重组子的筛选，以至测量基因拷贝数等，都要使用限制性的内切酶。现在所 用的天然水解酶( 蛋白质) 是有选择地识别d n a 中碱基的排列次序，然后通过水 解来实现切断的。剪切位置因种类而异，这类水解酶从品种、数量上远不能满足 要求，而且这类生化试剂制备困难，价格昂贵，因此探索合成人工酶以代替天然 限制性内切酶并发展到新的抗癌抗艾滋病药物成为当前生物无机化学领域的前 沿课题。在过去的几十年中，人们最早研究了某些过渡金属( 如f e ”、c u 2 + 等) 及 其配合物在生理条件下借助氧化还原试剂或光化学反应产生活性氧导致核酸切 断口o 】。这些化合物的特点为分子小、结构简单、易于提成、成本低。但它们也 有致命的弱点，即在对磷酸二酯键断裂的同时，也对核酸中的戊糖环进行脱氢氧 化，使断裂产物不能用连接酶再连接1 ，而且容易损伤分子特异结合部位【3 2 】。 而稀土离子及其配合物作为核酸模拟酶己显示出较好的水解断裂活性及选择性， 但仍属起步阶段并仍有许多值得深入研究之处，其断裂速率还不够快，特别是端 基选择性远远没有得到解决。因此人们希望能开发出高效高选择性的水解型人工 核酸酶。 1 3 稀土离子的生物活性研究进展 稀土离子含有未充满的f 层电子，l 园i l i i 具有丰富的光、电、磁性质，在较宽 的频带内可以呈现一系列的跃迁，从而能广泛采用吸光、荧光、圆偏振光、n m r 化学位移和弛豫速率、e p r 、磁化率等技术对其进行研究。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。早在1 9 1 3 年人们就发现稀土离子具有抗血液凝固的作用。 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拮 6 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 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，因而稀土可以竞争性的取 代钙，与羧基结合，改变了宁许酶原蛋白的结构，从而破坏了整个凝血过程【3 3 】。 n j a n c s o 等在1 9 6 0 年就发现稀土具有抗炎作用 3 4 1 。一般认为，稀土与细胞磷脂 有很大亲合力，它们与细胞的膜表面磷脂结合，使膜更加牢固稳定。此外，稀土 与肿瘤组织有较高的亲合性。稀土的抗肿瘤作用也引起了人们的关注，最初是用 稀土的放射性同位素诊断和治疗癌症，如”。1 f b 用于大脑、肝、肺、骨、心、颈和 骨盆区域的癌的诊断和治疗。除了放射性同位素外，某些稳定同位素也有抗肿瘤 作用，如硫酸铈、氯化镧、甘氨酸镧等可抑制某些肿瘤的生成。 稀土离子与钙离子相似属于硬酸类，即为不易极化变形的离子，因而与属于 硬碱的配位原子有较强的配位能力。与几种配位原子配位能力的次序为：o n s ； f c i b r i 。因此，稀土离子经常与含氧配体形成稀土配合物 3 5 - 3 8 。 1 3 1 稀土配会物的抗菌活性研究进展 稀土配合物作为抗菌药物研究的很多。在本世纪6 0 年代，人们就发现钛铁试 剂和磺基水杨酸稀土是潜在的抗炎、杀菌药物，随后各种抗菌药物不断地被合成 出来。g e d e o n 曾总结了具有消炎、抗菌作用地稀土配合物，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配合物，不含任何碱性基团【3 酊。左玉萍 等发现，混合稀土硝酸盐与抗生素联合应用予金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草 芽孢杆菌等六种细菌时，各自的最低抑菌浓度均低于其单独的m i c ，其中混合稀 土硝酸盐、金霉素、土霉素等对六种细菌的m i c 均降低了2 4 倍，表明稀土与抗 生素联合用药时发生了协同作用 4 0 l 。王则民等先后合成了苯甲酸h 、水杨酸1 4 2 4 3 等系列稀土配合物，并初步探讨了配合物的抗细菌和霉菌活性：还有一些工作研 究了取代水杨酸系列稀土配合物的抗肿瘤活性畔4 5 1 。张仲生等将山梨酸与硼酸结 台形成硼酸山梨酸，再与稀土离子反应可行成硼合山梨醇稀土配合物，产物易溶 于水。并发现该类配合物对白色念珠菌等真菌有较强的抑制作用，这对治疗由真 菌引起的皮肤病等有一定的意义【4 6 】。王流芳等采用液相沉淀法合成了间羟基苯 甲酸【4 7 】、对羟基苯甲酸【4 8 1 等系列稀土配合物，并研究了它们的抗菌、抗肿瘤等 生物活性。 此外由氨基酸参与反应形成的s c h i f f 碱配体是一类具有抗菌抗肿瘤活性的 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 成分，此类配体与稀土离子形成的配合物可分为2 种类型，一类是以酚基氧原子、 s c h i f f 碱的氮原子以及氨基酸中的氧与氮原子配位，形成六配位的配合物；另一 类是由酚基氧原子、亚氨基的氮原子、桥联胺基氧原子等与稀土离子配位，形成 九配位的双核配合物。硫代嘧啶衍生物具有抗肿瘤活性【4 9 ，从稀土与这些药物的 配合物中有可能找出低毒、副作用小、具有广谱抗癌活性的药物，为此，吴安心 等进行了硫代嘧啶稀土配合物的合成研列删，配体中氧原子、氮原子都参与了 配位，而硫原子未参与配位。 1 3 2 稀土配合物对核酸的水解断裂作用 稀土及其配合物作为核酸断裂试剂克服了过渡金属及其配合物作为人工核 酸酶的一些缺点，能以水解方式断裂核酸中的磷酸二酯键，并且断裂效率较高。 因此，近年来有关稀土及其配合物作为人工核酸酶的研究受到人们的重视。稀土 离子对核酸的断裂主要依靠与稀土结合的羟基配合物亲核进攻核酸中的p - o 键来 实现；其配合物通过插入方式及碱基配对原则与核酸分子上的特定区域及碱基序 列识别结合，断裂主要依靠与稀土结合的羟基配合物亲核进攻作用及电荷的中和 作用来实现。 镧系金属离子 5 i c e ( i i i ) c e ( i v ) 是最早发现的可水解断裂d n a 的离子，其它 镧系离子l a ( i i i ) ，e u ( i i i ) ，y b ( i i i ) ，n d ( i i i ) ，s m ( i i i ) ，t b ( i i i ) 等也具有催 化水解磷酸酯键、核甘酸二聚体、寡聚核甘酸及超螺旋质粒d n a 的作用。国内李 新民和倪嘉缵等【5 2 _ 5 4 1 用1 哪龌，“p 胁r ，h p l c 研究发现c e ( i v ) 离子对单核甘酸具有 快速断裂作用，且具有较高的选择性。沈鹤柏等f 5 习也发现c e ( i v ) 对d n a 具有水解 切断功能。k o m i y a m a 总结了稀土离子切割d n a 和r n a 的特征，提出了反应机理。c e + 之所以成为最有效的d n a 水解试剂，是因为它在生理条件下自发的形成双核的 i c e 。( 0 h ) t “，两个c e ( i v ) 与磷酸根的配位使磷原子的电正性增大，而且c e ( i v ) 的4 f 轨道能与磷酸根有关轨道形成杂化轨道，使得磷更易接受与c e 4 + 配位的o h 一 的亲核进攻而形成五配位中间体；随后，与c e “配位的水起到酸催化剂的作用， 促进p 一0 ( 5 ) 或p _ 0 ( 3 ) 键断裂。对于r n a 的水解催化，则是重稀土的t m ”、y b 3 + 、l u ”最为有效，原因也是在于真正的活性物种双核的 r e ：( o h ) 。 + 的形 成，使得磷原子容易接受2 一明的分子内亲核进攻而形成五配位中间体，与r e ( i i i ) 配位的o h - 起到碱催化剂的作用，即促进2 一o h 脱氢，第二步的p - 0 键断 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 裂是受r e ( i i i ) 配位水的酸催化。 虽然稀土离子对核酸链的磷酸二酯键具有水解断裂作用，但缺乏特异性，所 以人们以着手稀土配合物的研究，以图找出一种具有核酸内切酶特性的人工核酸 酶，目前以取得一些进展。k o m i y a m a 课题组对稀土及其配合物切割核酸的研究较 多，1 9 9 7 年的研究发现【铜，二元体系c e ( i v ) p r ( i i i ) 和c e ( i v ) n d ( i i i ) 较c e ( i v ) 更有效，由于稀土配合物在水中的稳定性不好，为寻求可溶性的稀土水解核酸体 系，发现c e ( i v ) l n ( i i i ) 葡聚糖三元体系作为均相体系能有效水解催化d n a 。 m o r r o w 等【5 7 】人合成了一类稀土的四氨基大环配合物，稀土与配体中的氧和氮同 时配位，其稳定性大大加强。黄德盈等5 明报道了博莱霉素- - c e ( i i i ) 在特定 部位切断d n a 的磷酸二酯键，暴露出3 o h ，但其机理有待进一步证实。还有一 些特别配体就是大环配体。朱兵等i 跏研究了一种含氮大环配体的稀土双核配合 物对p u c l 9 及p c a t 质粒d n a 的断裂作用，结果表明，该配合物使这两种质粒断裂为 线状d n a ，其中p c a t 质粒的半衰期仅为2 5 m i n ，可能是目前断裂质粒d n a 的最快催 化体系。 1 4 本论文拟采取的技术路线 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 1 5 本论文的研究内容 1 、采用回流冷凝的方法首次合成了8 种稀土一l 一苯丙氨酸一邻菲咯啉三元配 合物，并对该类配合物的理化性能进行了测试表征。 2 、采用培养基扩散法和营养肉汤稀释法检测了该类配合物的抗菌性能，并分析 了它们的抗菌机理。 3 、采用紫外光谱法、表面增强拉曼光谱法研究了稀土( l a 、e u ) 三元配合物与 c t d n a 的作用；并采用琼脂糖凝胶电泳实验对l a ( i i i ) - - 元配合物与 p b r 3 2 2 d n a 之间的作用进行研究，证明它们是比较好的核酸断裂体系。 1 6 本论文的研究目的及意义 通过选择和合成合适的稀土三元配合物，研究其与微生物( 细菌和真菌) 以 及核酸( d n a ) 的作用方式和机理，探索该类稀土三元配合物的生物活性，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。 1 0 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 参考文献： 1 陈仪本，欧阳友生，黄小茉等工业杀菌剂北京：化学工业出版社，2 0 0 1 2 张一宾工业防霉剂北京：中国物资出版社，2 0 0 1 3 c o s t c r t o n , j w ，s t e w a r t , p s , s c i e n t i f i ca m e r i c a n 2 0 0 1 ，2 8 5 ( 1 ) ：7 4 4 高丽宽纪工业材料( 日) 1 9 9 7 ，4 5 ( 8 ) ：2 6 5 丁浩纳米组装无机抗菌剂及其制作方法 p 中国发明专利申请号 0 2 1 3 2 6 9 7 5 6 叶瑛等新型无机抗菌材料：载铜蒙脱石及其抗菌机理讨论无机材料学报， 2 0 0 3 ，1 8 ( 3 ) ：5 6 9 5 7 4 7 赵斌，蔡卫锋，戎红仁铜银双金属胶体抗菌剂及其制备方法 p 中国发明专 利申请号。0 1 1 1 4 0 4 2 8 袁鹏，高长径比针状无机纳米抗菌剂及其制备方法 p 中国发明专利申请号 0 2 1 3 4 7 1 6 9 袁鹏，高白度缓释型无机纳米抗菌剂及其制备方法 p 中国发明专利申请号 0 2 1 3 4 7 2 2 1 0 叶彬等载银羟基磷灰石抗菌剂的制备和耐高温性能研究无机材料学报， 2 0 0 3 1 8 ( 2 ) ：4 8 5 4 8 9 i i 梁金生，梁广川，祁洪飞等稀土复合磷酸盐无机抗菌材料对陶瓷活化水性 能的影响中国稀土学报，2 0 0 3 。2 1 ( 2 ) ：2 4 1 2 4 3 1 2 魏丽乔，许并社一种纳米磷酸盐抗菌组合物及其制备方法 p 中国发明专利 申请号。2 1 0 2 1 8 6 1 3 朱伟，顾立新，李晓男载银系列复合无机抗菌剂 p 中国发明专利申请号 9 9 1 1 4 4 1 7 1 1 4 胡国庆，刘维良，黄斌等纳米抗菌粉体及其制备工艺 p ，中国发明专利申 请号。2 1 1 1 5 9 5 8 1 5 谭绍早等一种不变色的食品级纳米抗菌粉体及其制备方法 p 中国发明专利 申请号0 2 1 5 2 0 1 1 1 6 胡国庆，刘维良，黄斌等纳米抗菌粉体及其制备工艺 p 中国发明专利申请 号。2 1 1 1 5 9 5 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 1 7 魏丽乔等一种纳米硅酸盐抗菌组合物及其制备方法 p 中国发明专利申请 号。2 1 0 2 1 8 3 1 8 吴兴惠，王梳德高温无机抗菌剂 p 中国发明专利申请号。0 1 0 8 8 0 1 7 1 9 金宗哲，梁金生，王静稀土激活产生负离子的空气净化抗菌材料及制造方 法 p 中国发明专利申请号z l 9 9 1 1 1 3 8 0 2 2 0 季君晖，史维明抗菌材料 f 1 北京：化学工业出版社，2 0 0 3 2 1 朱吉禹，郑家齐等编，病原学与免疫学 重庆：重庆大学出版社1 9 9 3 ： 1 0 7 - 1 0 8 2 2 j a w a i ，e k ，i g a r s h i ，h e t ，a 1 j c h e m e n g ，j a p a n1 9 9 6 ，2 9 ：6 2 7 2 3 n o r r i se a ，t h a l i ai n m e c h a n i s mo fa c t i o no fo r i t a v a n c i na n dr e l a t e d g l y c o p e p t i d ea n t i b i o t i c s ，f e m s m i c r o b i o l o g y r e v ，2 0 0 3 ，2 6 ( 5 ) ：5 1 1 - 5 3 2 2 4 s a w 8 i ，j q u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no fa n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e so fm e t a l l i co x i d e p o w d e r s ( z n o ，m g oa n dc a o ) b yc o n d u c t l m e t r i ca s s a y , 叨m i c r o b i o m e t h ， 2 0 0 3 ( 5 4 ) ：1 7 7 - 1 8 2 2 5 h a d w i g e r ，l a c h i t i ni nn a t u r ea n dt e c h n o l o g y p l u n u mp r e s s ，19 8 6 2 6 m o s e r , h e ，d e r v a n ，p b s c i e n c e ，19 8 7 ，2 3 8 ：6 4 5 6 5 0 2 7 3s t m b e l ，s a ，d e r v a n , p b s c i e n c e ，1 9 9 0 ，2 4 9 ：7 3 7 5 2 8 c h e m ，c b ，s i g m a n , d s p r o n a t l s c l u s a ，1 9 8 6 ，8 3 ：7 1 4 7 7 1 5 2 2 9 e b r i g h t , r h ，e b r i g h t , yw ：，p e n d e r g r a s t , p _ s e ta 1 p r o n a t l s c i u s a 19 9 0 ，8 7 ：2 8 8 2 - 2 8 8 6 3 0 s i g m a n ，d s b i o c h e m i s t r y , 1 9 9 0 , 2 9 ：9 0 9 7 9 1 0 5 3 1 p a t v i e l ，g ，d u r a r t e ，v ，b e m a d o u , j ，j a m c h e m s o c ，1 9 9 3 ，1 1 5 ：7 9 3 9 7 9 4 3 3 2 c h _ l l ，b c 1 7 ，o r g e l ，l e p r o n a t l s c i u s a ，1 9 8 5 ，8 2 ：9 6 2 9 6 7 3 3 n a t h , b b ，i n d i a n ，j b i o c h e r r lb i o p h y s 1 9 8 2 ，1 9 ：3 2 3 4 l a n s c o ，n ，g a b o r , a j a n s c o n a u n y n - s c h n i e b e r g sa r c h , e x p p a t h p h a r m a c o l ， 1 9 6 0 ，2 3 8 ：8 3 3 5 c h e v a n s b i o c h e m i s t r yo ft h el a n t h a n i d e s m p l e n u mp r e s s n e w y o r k ，1 9 9 0 3 6 倪嘉缵稀土生物无机化学( 第二版) m ，北京：科学出版社，2 0 0 2 1 2 上海师范大学2 0 0 3 级硕士毕业论文 3 7 徐光宪稀土( 第二版) ( 中) m 北京：冶金工业出版社，1 9 9 5 3 8 马建方，倪嘉缵稀土羧酸配合物的结构化学进展，1 9 9 6 ，8 ( 4 ) ：2 5 9 2 7 6 4 0 左玉平，贾敬肖，杨一心稀土，1 9 9 6 ，1 7 ( 4 ) ：3 4 4 1 曹锦荣，王则民，杨海峰稀土苯甲酸8 一羟基喹啉配合物的研究上海师范大 学学报( 自然科学版) ，1 9 9 7 ，2 6 ( 1 ) ：5 0 5 6 4 2 王则民等稀土水杨酸8 一羟基喹啉配合物的表征和抑菌效应自然杂志，1 9 9 5 1 7 ( 1 ) ：5 4 5 5 4 3 王则民，曹锦荣，周德兴稀土水杨酸8 一羟基喹啉配合物的合成、表征和抑 菌效应无机化学学报，1 9 9 5 ，1 3 ( 3 ) ：3 0 8 - - 3 1 3 4 4 顾尚香，姚卡玲，马娴贤、硼合水杨酸稀土配合物的合成及抑菌作用应用 化学，1 9 9 6 ，1 3 ( 4 ) ：4 5 4 8 4 5 谷贵文，林阳磺基水杨酸三元稀土固体配合物的合成，性质和组成吉林 大学学报，1 9 9 7 ，1 ：9 5 9 8