含氮杂环类配合物、希夫碱及超分子的合成、晶体结构及抗癌活性研究

摘要

含氮杂环类化合物由于具有较高的生物活性、较低的毒性、良好的配位能力和多变的结构而受到广泛的关注。尤其是含硫、含氮等杂原子的化合物在形成金属配合物后都表现出很好的生物活性。此外，一些含氮杂环化合物还有共振结构和互变异构等特殊性质。因此，研究含氮杂环化合物的结构和生物活性有着重要的意义。
　　本论文选用含氮杂环化合物1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮(HPMBP)、2-氨基-4-甲基吡啶(2-A4P)、2-氨基-5-甲基吡啶(2-A5P)和2-氨基苯骈噻唑(2-AB)为原料，培养得到了多个配合物、希夫碱和超分子的单晶，并通过元素分析、红外光谱、紫外可见光谱和X-射线单晶衍射等方法对它们进行了表征。对配合物[Zn(C7H6N2S)2(CH3COO)2]和[Cd(C7H6N2S)2(CH3COO)2]进行了荧光性能研究，结果表明配合物具有较好的荧光性能。采用密度泛函(DFT) B3LYP方法对配合物、希夫碱和超分子进行了自然键轨道(NBO)分析并计算了它们的前线轨道分布，以此为依据讨论了它们的共振结构。用MTT法对合成的配合物和希夫碱进行了抗肿瘤活性筛选，并研究了HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱对乳腺癌细胞 MDA-MB-231的类糜蛋白酶(CT-like)活性抑制以及凋亡诱导作用和对MDA-MB-231内多种蛋白酶体靶向蛋白的免疫印迹表达，实验工作总结如下：
　　(1)以1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮(HPMBP)为原料，得到一个K(I)配位聚合物的单晶和6个希夫碱的单晶。
　　通过元素分析、X-射线单晶衍射和红外光谱等手段，对K(I)配位聚合物进行了表征，可知K(I)配位聚合物为无限一维链状结构，不同的链之间通过由两个游离水和三个配位水所形成的链状水簇连接在一起，形成三围网状结构，其组成为[K2n(C17H13N2O2)2n(H2O)3n]·2nH2O。
　　通过元素分析、X-射线单晶衍射、红外光谱和紫外光谱等手段，对6个希夫碱进行了表征，可知3个希夫碱的晶体结构中含有游离的甲醇，为超分子，而另外3个希夫碱晶体结构中不含甲醇。X-射线单晶衍射表明，希夫碱已由反应所形成的亚胺式互变异构体变成了胺式互变异构体，质子由吡唑酮环上的N原子转移到了希夫碱C＝N双键上的N原子上。
　　通过晶体数据和量子化学计算分析讨论了希夫碱的共振结构。分析结果表明，胺式互变异构体都有胺-亚胺共振结构，但是以胺式共振结构为主要结构。
　　用密度泛函方法计算了希夫碱前线轨道的能量和组成，结果表明6个希夫碱分子的前线轨道能量和分子总能量非常相似。与酮式HPMBP和烯醇式HPMBP相比，分子总能量显著降低，HOMO轨道和LUMO轨道的能隙略微升高，说明化合物非常稳定。
　　(2)以2-氨基-4-甲基吡啶(2-4AP)、2-氨基-5-甲基吡啶(2-5AP)和2-氨基苯骈噻唑(2-AB)为原料，得到了新的配合物和超分子的晶体。
　　通过元素分析，X-射线单晶衍射和红外光谱等手段，对配合物和超分子进行了表征，可知Zn(II)和Cd(II)配合物的配位方式基本一致，配合物为单核配合物，金属为6配位。配体中的乙酸根以双齿形式参与配位，2-氨基苯骈噻唑以单齿形式参与配位，其结构分别为[Zn(C7H6N2S)2(CH3COO)2]和[Cd(C7H6N2S)2(CH3COO)2]。
　　通过晶体数据，量子化学计算和红外光谱分析讨论了超分子和配合物中配体的共振结构。分析结果表明，它们都具有胺-亚胺共振结构，超分子以亚胺式为主要结构，配体以胺式为主要结构。超分子都为硝酸盐，芳环N原子质子化形成了正离子，通过共振将电荷转移至氨基，形成了亚胺的硝酸盐。讨论了邻氨基取代含氮杂环化合物的互变异构反应的可能途径，并推测芳环N原子质子化的正离子可以作为互变异构反应的中间媒介。
　　用密度泛函方法计算了配合物前线轨道的能量和组成，结果表明金属上的部分正电荷转移到了乙酸根配体上，配合物可以稳定存在，前线轨道主要分布在2-氨基苯骈噻唑配体上，且分布较均匀。
　　对配合物[Zn(C7H6N2S)2(CH3COO)2]和[Cd(C7H6N2S)2(CH3COO)2]进行了荧光性能研究，结果表明配合物具有较好的荧光性能。
　　(3)对合成的配合物和希夫碱进行了抗肿瘤活性初筛，结果表明配合物[Zn(C7H6N2S)2(CH3COO)2]、HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱和 HPMBP缩3-氨基苯酚希夫碱对人乳腺癌MDA-MB-231细胞有抑制所用，其中HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱和HPMBP缩3-氨基苯酚希夫碱抑制效果较好。对HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱的抗肿瘤活性进行了深入研究。通过对HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱与糜蛋白酶体(CT-like)作用的研究表明，该希夫碱对糜蛋白酶体活性有很好的抑制作用，并且这种作用随着希夫碱浓度的增大以及希夫碱与肿瘤细胞作用时间的延长而加强。
　　测试了HPMBP缩2-氨基-4-甲基苯酚希夫碱在不同浓度下和作用不同时间后对乳腺癌细胞MDA-MB-231内多种蛋白酶体靶向蛋白的免疫印迹表达。研究结果表明，该希夫碱可以引起多个蛋白酶体作用靶点呈浓度和时间依赖方式累积。

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第一章 文献综述

1.1 配位化学概述

1.2 配位聚合物概述

1.3 希夫碱概述

1.4 含氮杂环类化合物及其配合物概述

1.5 本课题的研究目的和意义

1.6 本论文的主要研究内容和方法

1.7 本论文的创新点

第二章 1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮K(I)配位聚合物和希夫碱的晶体结构及量子化学计算

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 2-氨基苯骈噻唑配合物及其超分子的晶体结构及量子化学计算

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 配合物的荧光光谱分析

3.4 本章小结

第四章 抗癌活性研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历

在读期间发表的论文