五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物及其制备方法

摘要

本发明属于无机材料化学、无机药物化学和晶体工程学领域，尤其涉及五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物及其制备方法。五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物，该化合物具有以下的阴离子化合物单元，阴离子化合物单元的化学式为：[M（H

说明书

技术领域

本发明属于无机材料化学、无机药物化学和晶体工程学领域，尤其涉及五缺位过渡金属 双七钨磷氧簇系列化合物及其制备方法。

背景技术

多金属氧酸盐（POMS）以其丰富多彩的结构以及其自身的优良分子特性，包括极性、氧 化还原电位、表面电荷分布、形态及酸性，使其在很多领域，尤其是材料、催化、药物等方 面具有广泛的应用前景。多酸药物（文献[1].BernoldHasenknopf，Polyoxometalates:Intr oductiontoaclassofinorganiccompoundsandtheirbiomedicalapplications，FrontiersinB ioscience，2005，10:275-287.文献[2].JeffreyT.Rhule，CraigL.Hill，andDeborahA.Jud d，Polyoxometalates in Medicine[J]，Chem.Rev.1998，98:327-357.）由于种类繁多、结 构可调、性质可变、价格低廉、市场巨大等诱人的前景，引起世界上越来越多的科学家关注。

1971年Raynaud等首次报道了杂多阴离子[SiW₁₂O₄₀]^4-的抗病毒活性，开创了多酸的药物 化学。Yamase用PM-8（（NH₃Pr）₆[Mo₇O₂₄].3H₂O）进行了抗肿瘤的研究，不仅得出了“Mo₇O₂₄框 架结构对于抗肿瘤具有决定性作用”的结论，而且提出了目前为止唯一的一个多酸抗肿瘤的 氧化一还原机理假设

[Mo₇O₂₄]^6-+e^-+H⁺→[Mo₇O₂₃（OH）]^6-。

金属取代的杂多酸具有显著的生物活性。

如文献[4]（HuDH，ShaoC，GuanW，etal.StudiesontheinteractionsofTi-containingp olyoxometalates（POMs）withSARS-CoV3CL^probymolecularmodeling[J]，JInorgBioohem，20 07，101:89-94.）公开钛取代的五种杂多酸盐异构体[α-PTiW₁₀O₄₀]^7-进行抗SARS病毒的模拟计 算研究，结果表明，此类杂多酸能与影响SARS病毒复制的关键蛋白酶3CL^pro形成稳定化合物， 从而抑制SARS病毒。

如文献[5]（JianxinLi，RongxinTan，RuiLi，XiaohongWang，etal.Syntheses，prope rtiesandbiologicalactivityoforganogermaniumsubstitutedheterpolytungstates[J]，In organicChemistryCommunications，2007，10:216-219.）、文献[6]JianxinLi，FengyingZh ai，XiaohongWang，etal.Synthesisandbiologicalactivityoftriorganogermaniumsubstit utedheteropolytungstates[J]，Polyhedron，2008，27:1150-1154.）公开有机锗取代杂多 钨酸盐在（HOOCCH₂CH₂Ge）₃（PW₉）₂用量约为52.20μg/mL时，其活性要比Na₈H[PW₉O₃₄]高。

如文献[7]（FengyingZhai，XiaohongWang，DongliuLi，etal.Synthesisandbiologica levaluationofdecavanadateNa₄Co（H₂O）₆V₁₀O₂₈·18H₂O[J]，Biomedicine&Pharmacotherapy， 2009，63:51-55.）公开钴取代杂多钒酸盐（Na₄Co（H₂O）₆V₁₀O₂₈·18H₂O），简写为（CoV₁₀）对 抑制人的肝癌（SMMC-7721）细胞、卵巢癌（SK-OV-3）细胞，被体外实验（MTT法）证实有 效，且IC₅₀值较小。CoV₁₀对SMMC-7721的抗瘤效果比对SK-OV-3的效果好，在1.5625μg/mL 时对SMMC-7721的活性就相当于25μg/mL的5-Fu（5-fluorouracil，5-氟尿嘧啶）。CoV₁₀还被证实对抑制鼠体内的Hep-A-22（肝癌）有效。王恩波研究组在多酸药物研究方面作了大 量的筛选和抗病毒（抗HIV）活性的研究工作，获得了大量的创新性研究成果。1998年，Rh ule、Hill等对多酸在医药方面的应用作了详尽的综述。

另外，文献[8]（A.Ogata，S.Mitsui，H.Yanagie，etal.Anovelanti-tumoragent，pol yoxomolybdateinducesapoptoticcelldeathinAsPC-1humanpancteaticcancercells[J]，Bio medicine&Pharmacotherapy，2005，59:240-244.）、文献[9]（XiaohongWang，JingfuLiu，J ianxinLi，etal.Synthesisandantitumoractivityofcyclopentadienyltitaniumsubstitute dpolyoxotungstate[CoW₁₁O₃₉(CpTi)]^7-(Cp=η⁵-C₅H₅)[J]，JournalofInorganicBiochemistry， 2003，94：279-284.）、文献[10]（XiaohongWang，FengLi，ShuxiaLiuandM.T.Pope，Newlip osome-encapsulated-polyoxometalates:synthesisandantitumoralactivity[J]，Journalo fInorganicBiochemistry，2005，99:452-457）、文献[11]（FengyingZhai，DongliuLi，Ch unliZhang，XiaohongWang，RuiLi，Synthesisandcharacterizationofpolyoxometalateslo adedstartchnanocomplexanditsantitumoralactivity[J]，EuropeanJournalofMedicinalCh emistry，2008，43:1911-1917）、文献[12]（Xiao-HongWang，Jing-FuLiu，Ya-GuangChen， QunLiu，Ju-TaoLiuandM.T.Pope，Synthesis，characterizationandbiologicalactiveityo forganotitaniumsubstitutedheteropolytungstates，J.Chem.Soc.，DaltonTrans.，2000， 1139-1141）、文献[13]（刘红，三缺位Keggin型杂多钨酸盐与过渡金属的配位组装、晶体结 构和磁性研究[D]，长春：东北师范大学，2007.）等也公开了金属氧簇化合物。据不完全统 计，发现已有近200种和近20种金属氧簇化合物分别被体外、体内实验确证具有抗病毒、抗 肿瘤效果，且毒性较低。其中绝大多数是杂多钨簇，特别是缺位、夹心结构的杂多钨簇。目 前金属氧簇药物化学的主要研究方向，一是向金属氧簇中引入稀土元素；二是单缺位、多缺 位和混合型金属氧簇的研究；三是在金属氧簇的外界或内界引入有机基团，所有这些工作都 能有效地改善金属氧簇的生物活性。

发明内容

本发明的一个目的是提供五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物，该化合物具有潜在 的抗肿瘤、抗病毒活性。同时，该化合物在催化剂和分子基光、电、磁性材料等方面也具有 潜在的应用。

本发明的另外一个目的是提供一种上述的五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物的制 备方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物，该化合物具有以下的阴离子化合物单元，阴 离子化合物单元的化学式为：[M（H_（1-3)PW₇O₂₈）₂]^n-；所述的M为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 、Ni、Cu或Zn；所述的n=10~14；所述的M、P、W、O具有以下的结构式：

作为优选，该化合物的阳离子化合物单元采用水合钠离子、水合钾离子和水合铵离子中 的一种或多种混合。

作为再优选，该化合物的阳离子化合物单元采用水合钠离子。作为再优选，水合钠离子 采用“H”型、“Z”型、“S”型、”C”型水合钠离子中的一种或几种嫁接。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种制备所述的五缺位过渡金属双七钨磷氧簇系列化合物的制备方法，该方法包括以下 的步骤：

1）取易溶于水的过渡金属盐，所述的过渡金属为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 或Zn，加适量蒸馏水溶解，再加过量的NaOH溶液，将所得的氢氧化物沉淀离心分离并用蒸 馏水洗涤，直至沉淀中不含阴离子；

2）取磷钨酸钠Na₂H₅P（W₂O₇）₆溶于有机溶剂与蒸馏水的混合溶剂中，搅拌20~40min后加 入新制的氢氧化物和甲醇；

3）用氢氧化钠溶液调pH，搅拌1.5~3小时后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中；

4）程序控温，升温速率：4~6小时由室温升至150~170℃，保持4~6天后开始降温，降 温速率：10~14小时由150~170℃降至室温；

5）过滤除去固体不溶物，滤液在室温条件下自然蒸发，2个月后发现有适合单晶测试的 晶体析出。

作为优选，所述的步骤2）中有机溶剂为丙酮或甲醇。

作为优选，所述的有机溶剂与蒸馏水的体积比为1:2~2.5。

作为优选，所述的步骤3）中氢氧化钠溶液调pH=5.5~8.5。

本发明所述的五缺位过渡金属七钨磷氧簇系列化合物，在七钨磷氧簇单元中，七个WO₆八面体未能把一个PO₄四面体包裹在中心，使得PO₄四面体的一侧明显地裸露在外；一个过渡 金属原子桥联两个七钨磷氧簇构成了过渡金属夹心双七钨磷氧簇单元。

本发明的五缺位过渡金属七钨磷氧簇系列化合物具有以下的特性：

（1）五缺位过渡金属七钨磷氧簇具有与缺位化合物HPA-23（（NH₄）₁₇Na[NaSb₉W₂₁O₈₆]） 相似的渗透细胞的能力，通过渗透进入病毒细胞核从而实现抗肿瘤、抗病毒的目的；

（2）五缺位过渡金属七钨磷氧簇具有与PM-8相似的氧化还原性质，通过氧化还原反应 杀死病毒细胞；

（3）五缺位过渡金属七钨磷氧簇具有与病毒蛋白质通过氢键形成链内交链，阻止病毒蛋 白酶复制，从而实现抗肿瘤、抗病毒的目的；

（4）五缺位过渡金属七钨磷氧簇在催化剂和分子基光、电、磁性材料等方面具有潜在的 应用。

附图说明

图1为[Mn（HPW₇O₂₈）₂]^14-的结构单元。

图2为[Na₁₄（H₂O）₃₈Mn（HPW₇O₂₈）₂]·6H₂O的结构单元。

图3为“H”型水合钠离子的结构单元。

图4为“Z”型水合钠离子的结构单元。

图5为[Na₁₄（H₂O）₃₈Mn（HPW₇O₂₈）₂]·6H₂O的X-射线粉末衍射图。

图6为[Na₁₄（H₂O）₃₈Mn（HPW₇O₂₈）₂]·6H₂O的红外光谱图。

图7为[Fe（H₂PW₇O₂₈）₂]^12-的结构单元。

图8为[Na₁₂（H₂O）₃₄Fe（H₂PW₇O₂₈）₂]·10H₂O的结构单元。

图9为“S”型水合钠离子的结构单元。

图10为“C”型水合钠离子的结构单元。

图11为[Na₁₂（H₂O）₃₄Fe（H₂PW₇O₂₈）₂]·10H₂O的X-射线粉末衍射图。

图12为[Na₁₂（H₂O）₃₄Fe（H₂PW₇O₂₈）₂]·10H₂O的红外光谱图。

具体实施方式

实施例1

十四钠水合离子桥联锰（Ⅱ）双七钨磷氧簇化合物[Na₁₄（H₂O）₃₈Mn（HPW₇O₂₈）₂]·6H₂O化合物及 其制备方法。

十四钠水合离子桥联锰（Ⅱ）双七钨磷氧簇化合物[Na₁₄（H₂O）₃₈Mn（HPW₇O₂₈）₂]·6H₂O的制备方 法，该方法包括如下步骤：

（1）称取一水硫酸锰（MnSO₄·H₂O）0.845g（0.50mmol），加适量蒸馏水溶解，再加过量的 1mol/LNaOH溶液，将所得的氢氧化锰沉淀离心分离并用蒸馏水洗涤5次，直至沉淀中不含硫 酸根离子；

（2）称取磷钨酸钠（Na₂H₅P（W₂O₇）₆）1.480g（0.50mmol）溶于30mL1:2（v/v）丙酮与蒸馏 水的混合溶剂中，搅拌半小时后加入新制的氢氧化锰和10mL甲醇，用氢氧化钠溶液调pH=8.5 ，搅拌2小时；

（3）将反应悬浮液装入50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，程序控温，升温速率：5 小时由室温升至160℃，保持160℃5天后开始降温，降温速率：12小时由160℃降至室温。

（4）一周后出釜，过滤除去固体不溶物，滤液在室温条件下自然蒸发，2个月后发现有适合 单晶测试的黄色块状晶体析出。

将实施例1制备的五缺位锰双七钨磷氧簇化合物进行X—射线单晶衍射、红外光谱分析，确 认晶体结构。其簇单元如图2，抗衡阳离子为水合阳离子如图3、4，X—射线粉末衍射图5， 红外光谱图6。

其晶体学数据为：H₉₀MnNa₁₄O₁₀₀P₂W₁₄，FW=4703.22，triclinic，spacegroupP-1，a＝11.877（2 ），b＝12.125（2），α=80.13（3）°，β=85.40（3）°，γ=60.80（3）°， Z＝1，D_calc=3.511Mg/m³，T＝273K，R₁（wR₂）=0.0405（0.1008 ）。

IR（KBr）cm^-1:3430（OH，），1090（P-Oa（W）），1010（P-Oa（Mn）），930（W-Od） ，890（W-Ob-W），800（W-Oc-W）。

上述的五缺位锰七钨磷氧簇化合物具有以下的特性：

（1）五缺位锰七钨磷氧簇化合物具有与缺位化合物HPA-23（（NH₄）₁₇Na[NaSb₉W₂₁O₈₆]）相似 的渗透细胞的能力，通过渗透进入病毒细胞核从而实现抗肿瘤、抗病毒的目的；

（2）五缺位锰七钨磷氧簇化合物具有与PM-8相似的氧化还原性质，通过氧化还原反应杀死 病毒细胞；

（3）五缺位锰七钨磷氧簇化合物具有与病毒蛋白质通过氢键形成链内交链，阻止病毒蛋白酶 复制，从而实现抗肿瘤、抗病毒的目的；

（4）五缺位锰七钨磷氧簇化合物在催化剂和分子基光、电、磁性材料等方面具有潜在的应用

实施例2

十二钠水合离子桥联五缺位铁双七磷氧簇化合物及其制备方法。

本发明提供的五缺位铁双七磷氧簇化合物的制备，该方法包括如下步骤：

（1）取硫酸亚铁晶体（FeSO_4.7H₂O），加适量蒸馏水溶解，再加过量的1mol/LNaOH溶液，将 所得的氢氧化亚铁（氢氧化铁）沉淀离心分离并用蒸馏水洗涤5次，直至沉淀中不含硫酸根 离子；

（2）称取磷钨酸钠（Na₂H₅P（W₂O₇）₆）溶于1:2（v/v）丙酮与蒸馏水的混合溶剂中，搅拌半 小时后慢慢加入新制的氢氧化铁和10mL甲醇；

（3）用氢氧化钠溶液调pH，搅拌2小时后装入50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中；

（4）程序控温，升温速率：5小时由室温升至160℃，保持160℃5天后开始降温，降温速率 ：12小时由160℃降至室温；

（5）过滤除去固体不溶物，滤液在室温条件下自然蒸发，2个月后发现有适合单晶测试的浅 黄色块状晶体析出。

将实施例2十二钠水合离子桥联铁（II）双七钨磷氧簇化合物[Na₁₂（H₂O）₃₄Fe（H₂PW₇O₂₈）₂]·10H₂O 的结构确证。

其晶体学数据为：H₉₂FeNa₁₂O₁₀₀P₂W₁₄，FW=4660.17，triclinic，spacegroupP-1，a＝10.572（2 ），b＝11.009（2），α=85.01（3）°，β=77.72（3）°，γ＝67.48（3 ）°，Z＝1，D_calc=3.503Mg/m³，T＝273K，R₁（wR₂）=0.0532（ 0.1589）。标题配位聚合物结构单元是由一个铁（Ⅱ）双七钨磷氧簇，12个水合钠离子和6 个结晶水分子组成。在七钨磷氧簇单元中，包含七个WO₆八面体和一个PO₄四面体，一个Fe （Ⅱ）原子桥联两个七钨磷氧簇构成了铁夹心双七钨磷氧簇单元（图7，图8）。抗衡阳离子 为水合阳离子如图9、10，X-射线粉末衍射图11，红外光谱图12。

上述的五缺位铁七钨磷氧簇化合物具有以下的特性：

（1）五缺位铁七钨磷氧簇化合物具有与缺位化合物HPA-23（（NH₄）₁₇Na[NaSb₉W₂₁O₈₆]） 相似的渗透细胞的能力，通过渗透进入病毒细胞核从而实现抗肿瘤、抗病毒的目的；

（2）五缺位铁七钨磷氧簇化合物具有与PM-8相似的氧化还原性质[2]，通过氧化还原反 应杀死病毒细胞；

（3）五缺位铁七钨磷氧簇化合物具有与病毒蛋白质通过氢键形成链内交链，阻止病毒蛋 白酶复制，从而实现缺肿瘤、抗病毒的目的；

（4）五缺位铁七钨磷氧簇化合物在催化剂和分子基光、电、磁性材料等方面具有潜在的 应用。