氨基酸芳香醛希夫碱镍配合物的合成、结构及与DNA和BSA的相互作用

摘要

近些年,过渡金属配合物愈发受到人们的广泛关注。过渡金属镍是生物体中必要的微量元素,它能促进体内铁离子的吸收、红细胞的增加、氨基酶的合成,还可能是稳定脱氧核糖核酸和核糖核酸结构的重要物质,并且也是脲酶的组成成分。希夫碱是指由含有伯胺(-NH2)和羰基(C=O)官能团的有机物合成的有亚甲胺基结构的化合物,其N原子的配位能力很强,是一种性能极好的有机配体。过渡金属镍的配合物类型很多,其中氨基酸希夫碱镍配合物因为结构十分稳定并且极为丰富,应用十分广阔。
　　小分子金属配合物与核酸和蛋白质(尤其是脱氧核糖核酸和血清白蛋白的研究)的相互作用研究一直是生物无机化学的重要课题。DNA作为生命遗传信息携带者和传递者是众多抗癌、抗肿瘤和抗病毒药物作用的靶点。另外,配合物对生物体内的分布、存储、运输、药效与代谢和毒害程度等方面作用效果可通过观察白蛋白在体内变化显示出来。因此研究氨基酸希夫碱镍配合物与DNA和清白蛋白相互作用有助于发现效果更好的抗癌抗肿瘤药物,在生命过程、药物作用机制及配合物分子设计等都具有重要意义。
　　基于这些优良性能,我们设计合成了11种氨基酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物,利用元素分析和红外光谱方法进行了表征,并通过X-ray单晶衍射测定了它们的晶体结构。利用紫外可见吸收光谱(UV)、荧光光谱及圆二色(CD)光谱的测定结果来研究这11种镍配合物与小牛胸腺DNA(CT-DNA)和牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。以下是本文章的主要内容:
　　1.合成了三种L-丙氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(Sal-L-Ala)(Phen)(CH3OH)](1),[Ni(Naph-L-Ala)(Phen)(CH3OH)]·(CH3OH)(2)和[Ni2(o–Van-L-Ala)2(Phen)2](3)(Sal=水杨醛,Naph=萘酚醛,o–Van=邻香草醛,L–Ala=L–丙氨酸,Phen=1,10–邻菲咯啉),经元素分析、红外光谱和X–ray单晶衍射对其进行表征。结果表明,这三种配合物以Ni(II)作为中心,是六配位化合物,其结构为畸变八面体构型,在它们晶体中相邻分子之间经氢键构成了三维空间结构。通过UV–Vis、荧光光谱和CD光谱探究这三种配合物与CT–DNA和BSA的相互作用。其结果证实这三种配合物通过插入方式与DNA发生作用,其结合常数分别为Kb1=4.0×103 L·mol?1,Kb2=1.4×104 L·mol/1和Kb3=4.6×103 L·mol/1。配合物和BSA结合为复合物形式,引起BSA自身荧光发生静态猝灭。
　　2.合成了两种 L–蛋氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(Sal-L-Met)(Phen)(CH3OH)](4)和[Ni(Naph-L-Met)(Phen)(CH3OH)](5)(Sal=水杨醛,Naph=萘酚醛,L–Met=L–蛋氨酸,Phen=1,10–邻菲咯啉),经元素分析、红外光谱和X–ray单晶衍射对它们进行了表征。经UV–Vis、荧光光谱和CD光谱探究了这两种配合物与CT–DNA和 BSA的相互作用。结果发现配合物与 DNA结合是通过插入结合模式。配合物与 BSA相互作用,从荧光光谱结果表明,配合物的猝灭常数分别为Kq4约为4.7×1012 L·mol?1·s?1而 Kq5约为1.2×1013 L·mol?1·s?1;表观结合常数 Kb分别为 Kb4=1.5×105 mol·L?1和Kb5=2.9×108 mol·L?1;结合位点数为n4=1.1和n5=1.8。
　　3.合成了两种 L–苯丙氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(Sal-L-Phe)(Phen)(CH3OH)](6)和3[Ni(o–Van-L-Phe)(Phen)(CH3OH)]·5H2O(7)(Sal=水杨醛,Naph=萘酚醛,L–Phe=L–苯丙氨酸,Phen=1,10–邻菲咯啉),利用元素分析、红外光谱和X–ray单晶衍射对其进行表征。经UV–Vis光谱、荧光光谱和CD光谱研究了配合物与 CT–DNA和 BSA的相互作用。经 UV光谱计算出来配合物与CT–DNA的结合常数为Kb6=1.4×104 L·mol·l和Kb7=1.9×104 L·mol·l。经荧光光谱可知猝灭常数为Ksq6=1.9,Ksq7=3.0。这表明由邻香草醛希夫碱形成的镍配合物与DNA作用更强一些,应该与其配合物结构有关。配合物和BSA构成复合物形式,引起BSA改变其分子构象。
　　4.合成了一种新型的L–甘氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(Naph-L-Gly)(Phen)(CH3OH)]·CH3OH(8)(Naph=萘酚醛, L–Gly=L–甘氨酸, Phen=1,10–邻菲咯啉),利用元素分析和红外光谱对其进行表征。通过X-ray单晶衍射测其晶体结构。由晶体数据表明,以Ni(II)为中心,构成六配位变形了的八面体结构,相邻分子通过O–H···O和C–H···O氢键形成三维结构。通过UV–Vis、荧光光谱和CD光谱光谱等方法研究了配合物与CT–DNA的相互作用,表明配合物以插入的方式与DNA结合。并利用光谱法测定其与BSA的相互影响,证实其与BSA构成复合物形式,引起BSA改变其分子构象。
　　5.合成了一种新型 L–丝氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(Naph-L-Ser)(Phen)(CH3OH)](9)(Naph=萘酚醛,L–Ser=L–丝氨酸,Phen=1,10–邻菲咯啉),经元素分析和红外光谱进行了表征,通过X–ray单晶衍射测定其晶体结构。由晶体数据可以看出,该晶体为单斜晶系,P2(1)/c空间群,晶胞参数为a=15.0499(7)?,b=14.4575(5)?,c=11.5689(5)?,?=90o,?=96.1650(10)o,?=90o,V=2502.65(18)?3,Z=4,Dc=1.402 Mg·m–3,F(000)=1096,R1=0.0755, wR2=0.2127。借助UV–Vis光谱、荧光光谱和 CD光谱探究其与 CT–DNA和 BSA的相互影响。结果表明其与DNA作用方式为插入模式且其程度较弱。而配合物和BSA结合为复合物形式,引起BSA自身荧光发生静态猝灭。
　　6.合成了一种新型 L–缬氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(o–Van-L-Val)(Phen)(CH3OH)]·3CH3OH(10)(o–Van=邻香草醛,L–Val=L–缬氨酸, Phen=1,10–邻菲咯啉),经元素分析、红外光谱和X-ray单晶衍射测定其分子结构。借助UV–Vis、荧光光谱和CD光谱探究该配合物与CT–DNA和BSA的相互影响。由光谱实验得出其配合物与DNA的结合常数为Kb10为7.6×103 L·mol·l;荧光猝灭常数为 Ksq10为1.3。由荧光光谱得出配合物与 BSA的猝灭常数 Kq10约为9.0×1012 L·mol?1·s?1,远超出猝灭剂对生物大分子最大动态猝灭常数,说明其引起了BSA自身荧光发生静态猝灭。
　　7.合成了一种 L–酪氨酸希夫碱邻菲咯啉镍配合物[Ni(o–Van-L-Tyr)(Phen)(CH3OH)]·CH3OH(11)(o–Van=邻香草醛,L–Tyr=L–酪氨酸, Phen=1,10–邻菲咯啉),经X–ray单晶衍射测定了它的晶体结构,得出该晶体为单斜晶系,P2(1)/n空间群。借助UV–Vis、荧光光谱和CD光谱探究其与CT–DNA和BSA的相互作用。结果表明配合物与CT–DNA是以插入的方式相互作用,与BSA结合成复合物形式,引起了蛋白质??螺旋结构降低而改变了构象。

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前言

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 镍及其配合物的性质

1.3 氨基酸希夫碱的作用及性质

1.4 DNA和BSA简介

1.5 过渡金属配合物与DNA和BSA相互作用的研究方法

1.6 研究目的和选题意义

第二章 三种丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

2.1 前言

2.2 三种丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成及晶体结构

2.3 三种丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

2.4 三种丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

2.5 小结

第三章 两种蛋氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

3.1 前言

3.2 两种蛋氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

3.3 两种蛋氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

3.4 两种蛋氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

3.5 小结

第四章 两种苯丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

4.1 前言

4.2 两种苯丙氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

4.3 两种苯丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

4.4 两种苯丙氨酸芳香醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

4.5 小结

第五章 甘氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

5.1 前言

5.2 甘氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

5.3 甘氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

5.4 甘氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

5.5 小结

第六章 丝氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

6.1 前言

6.2 丝氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

6.3 丝氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

6.4 丝氨酸萘酚醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

6.5 小结

第七章 缬氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

7.1 前言

7.2 缬氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

7.3 缬氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

7.4 缬氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

7.5 小结

第八章 酪氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物合成、晶体结构及与DNA和BSA的作用

8.1 前言

8.2 酪氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物的合成及晶体结构

8.3 酪氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与DNA的相互作用

8.4 酪氨酸邻香草醛希夫碱邻菲咯啉镍配合物与BSA的相互作用

8.5 小结

结论与展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文