牛磺酸席夫碱配合物的合成、表征及生物活性研究

摘要

席夫碱配合物在生物、催化、材料等领域具有广泛的应用，成为当前配位化学研 究热点之一。合成新的席夫碱配体及配合物，研究其性质及应用，对配位化学的发展 有重要意义。 牛磺酸是一种含有磺酸基(-SO<,3>)的β-氨基酸，较之以α-氨基酸，具有独特的结构特征和生物活性，因此，开辟这一领域的研究很有意义。国内外对牛磺酸及其席夫碱金属配合物的研究很少，尤其是与稀土元素配合物的研究尚未见报道，可能是因为-SO<,3><'->较弱的亲和力而难以形成稳定配合物的原因。本文选择结构各异的羰基化合物与牛磺酸缩合成席夫碱，改变了-SO<,3><'->电子云密度布居和空间效应，使得牛磺酸席夫碱的配位环境得以优化，其配位能力得到增强，足以与溶剂分子竞争参与配位，本文合成了过渡及稀土金属离子的若干配合物；采用元素分析、光谱分析、X-ray晶体衍射、X-ray粉末衍射、摩尔电导、热分析等方法对其结构进行了表征，推断出配合物可能的结构，并对部分配合物的抑菌、抑制超氧阴离子自由基活性以及对DNA的插入作用进行了研究。 本文合成了6个系列69种新配合物。这些配合物是以稀土元素Ln(Ⅲ)、过渡金属(Ⅱ)为中心离子，以邻香草醛缩牛磺酸盐(HTOvK)、水杨醛缩牛磺酸盐(HTSalK)、5-氯-2-羟基-3-甲基苯甲醛缩牛磺酸盐(HTcHK、2,3，4．三羟基苯甲醛缩牛磺酸盐(HTTHK)、2-噻吩甲醛缩牛磺酸盐(HT2THK)、2-羟基-1-萘醛缩牛磺酸盐(HTNAK)为配体合成的，为了得到三元配合物，合成中引入了具有平面共轭构型、含有杂原子的第二配体(如：1,10-菲咯啉(L<'1>)、2-氨基吡啶(L<'2>)、2，2'-联吡啶(L<'3>)、8-羟基喹啉(L<'4>)等)，从而提高配合物与受体活性位点在空间效应、电子效应方面的匹配度，以期目标合成并筛选具有生物活性的配合物。配体及配合物的合成是在非水体系中以及较温和的条件下进行的。配合物的组成如下。 邻香草醛缩牛磺酸盐席夫碱(HTOVK)配合物组成分别为：[TOvL<'1>M]·3H〈，2〉O(M=Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)，n=3；M=Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)，n=4；M=co(Ⅱ)，n=2)；[LnTOvL<'1>(NO<,3>)]·2H<,2>O(Ln=La，Eu，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb)。 水杨醛缩牛磺酸盐席夫碱(HTSalK)配合物组成分别为：[MTSalL<,2>]·nHzO(M： Mn,Ni,Co,n=2;M=Cu,n=3);[Ln(HTSal)L<'2>(NO<,3>)<,2>]·2H<,2>O(Ln=La,Eu,Pr,Nd,Tb);[Ln(TSal)L<'1>NO<,3>)】·2H<,2>O((Ln=Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Yb);[Ln(HTSal)<,2>】(NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=La,Pr,Nd);[Ln(HTSal)L<,3>(NO<,3>)](NO<,3>)·2H<,2>O fen=La,Eu,Pr)。 5-氯-2-羟基-3-甲基苯甲醛缩牛磺酸盐席夫碱(HTCHK)配合物组成为:[MTCHL<'1>】·2H<,2>O(M=Mn,Ni,Co,n=2;Cu,n=3)。 2,3,4.三羟基苯甲醛缩牛磺酸盐席夫碱(HTTHK)稀土元素配合物组成为:[Ln(HTTH)L<'4>(NO<,3>)](NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=La,Pr,Eu,Ho,Er,Yb)。 2-噻吩甲醛缩牛磺酸盐席夫碱(HT2THK)稀土元素配合物组成分别为:[Ln(T2TH)L<'1>(NO<,3>)(H<,2>O)<,2>](NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=La,Eu,Ho,Tm);【Ln(T2TH)L<'2>(NO<,3>)(H<,2>O)<,2>](NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=La,Pr,Er);[Ln(T2TH)L<'3>(NO<,3>)(H<,2>O)<,2>】(NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=Nd,Tb,Yb);[Ln(T2TH)L<'4>(NO<,3>)(H<,2>O<,2>](NO<,3>)·2H<,2>O(Ln=La,Tb,Yb);【La(T2TH)<,2>(H<,2>O)<,4>】(NO<,3>)·3H<,2>O(Ln=La,Tb,Vb)。 2.羟基-1-萘醛缩牛磺酸盐席夫碱(H T N A K)配合物组成分别为:[M TN A L<'-1>]·nH<,2>O(M=M11,n=4;Cu,n=3;Ni、Co、Cd,n=2);[MTNAL<'2>]·nH<,2>O(M=Cu,n=3;Cd,11=2);【MTNAL<'3>]·nH<,2>O(M=Cu,n=3;Cd,n=2)。 合成的配合物为有色粉末状物质,在空气中稳定;培养了两个配合物的单晶;相同配体稀土元素配合物的组成和性质相似;相同配体的稀土配合物的配位数高于过渡金属配合物。 席夫碱配体中主要的配位原子有:-RC=N-的N原子、苯环酚羟基的O原子、-SO<,3><'->中的O原子;水分子通常参与配位或以结晶水形式存在;NO<,3><'->可以处在配合物的内界或外界,内界的NO<,3><'->以双齿形式配位。 利用Achar的微分法和Coats-Redfern的积分法计算程序,分别对30种热分解动力学方程进行了拟合,对部分配合物进行了非等温热分解动力学处理,得出了配合物的热分解反应机理、热分解动力学方程、相应的动力学参数及活化熵变△S<'≠>和吉布斯自由能变AG<'≠>。 配合物Tb(TSal)L<,1>(NO<,3>)(H<,2>O)<,2>第一步热分解反应的动力学函数符合Jander方程, f(α)=3/2(1-α<'2/3>[1-(1-α)<'1/3>】<'-1>,其动力学方程为 :da/dt=A·e<'-E/RT>·3/2(1一α)2/3[1-(1-α)<'1/3>】<'-1>,E=65.01 kJ/mol,lnA=31.20第二步热分解动力学函数符合Zhuralve-Lesokin-Templman方程： f(a)=3／2(1-a)<'4/3>[1／(1-a)<'1/3>-1]<'-1>, 热分解动力学方程为 ：da／dt=A-e<'-E/RT>．3／2(1-a)<'4/3>[l／(1-a)1/3>-1]<'-1>，E=98.34 kJ／mol，lnA=37.38；△S*=60.94 kJ／mol·K，△G<'≠>=32.86 kJ／mol。 配合物[(8-OHQ)<,3>-Mn(II)-CH<,3>OH]<,4>、[TOvI<'1>)Cu]-3H<,2>O、[TOvL<'1>Ni]-4H<,2>O、[TOvL<'1>Zn】-3H<,2>O和【LaTOvI<'1>(NO<,3)】-2H<,>O、Ln(TSal)L<'1>(NO<,3>)·(H<,2>O)<,2>(Ln=Eu，Ho，Er，Yb)、Eu(TTIT)L<'1>(N03)‘(H<,2>O)<,2>、[NiTNA]。4H<,2>O、[CulNAL<'1>].3H<,2>O、[CdTNAL<'1>]．2H<,2>O的热分析数据略。 运用Gaussian03量子化学程序包，采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，对配合物[(8-OHQ)<,3>-Mn(Ⅱ)-CH<,3>OH-]<,4>的晶体结构量子化学计算；C、H、O、N原子采用6—31g(d)和6-31g(d，p)基组，Mn(Ⅱ)原子采用有效核芯势(ECP)和价层双一ζLANL2DZ标准基组，计算采用的原子坐标来自晶体结构数据，对配合物进行几何全优化，并在优化构型基础上探讨了NBO电荷分布和转移、分子轨道成份及能级、自然键轨道等；通过对分子轨道成份、电荷布居分析、分子轨道相互作用稳定化能的研究，进一步说明了配位键的形成，用分子轨道理论(110MO、LUMO轨道)揭示了配合物的微观结构与生物活性间的相关性，可为配合物的合成、分子组装、理化性质、生物活性及其它方面的研究提供理论参考。 采用抑菌圈测定法、吸收光谱分析法、EB-DNA荧光光谱法和粘度法对部分配合物进行了抑菌、清除O<,2>活性以及与DNA发生插入作用等生物活性研究，筛选出了对某些菌种具有选择性抑制作用以及具有广谱活性的配合物。实验表明配合物抑菌活性与其浓度呈正相关，配合物的活性一般高于相应的配体；筛选得到了具有清除O<,2>·活性的配合物，且配合物清除O<,2>·活性与金属离子的种类有关； EB-DNA荧光光谱法和粘度法互为印证，表明供试配合物对DNA发生了插入作用，其插入能力与配合物浓度正相关，较好的平面性、适宜的平面面积有利于配合物插入DNA的碱基对。

目录

文摘

英文文摘

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前言

第一章文献综述

第二章热分解反应动力学基本原理

第三章邻香草醛类缩牛磺酸盐金属配合物的合成、表征及热分解动力学研究

第四章水杨醛类缩牛磺酸盐金属配合物的合成、表征及热分解动力学研究

第五章2-噻吩甲醛及2-羟基-1-萘醛类牛磺酸盐席夫碱金属配合物的合成、表征及热分解动力学研究

第六章配合物生物活性研究

第七章配合物[(8-OHQ)3-MN(Ⅱ)-CH3OH]4量子化学计算

第八章结论和建议

参考文献

博士在读期间发表的论文

致谢