季胺基团修饰水溶性手性席夫碱金属配合物及其合成方法

摘要

本发明涉及合成与在催化应用领域，具体地说，涉及一种叔丁基修饰手性席夫碱(Salen)金属配合物。季胺基团修饰水溶性手性席夫碱金属配合物，它是上述通式(I)的化合物：其中：M＝Zn(II)，Mn(III)，Cu(II)，Co(II)，Fe(III)或Ni(II)。本发明合成了一系列由季胺基团修饰的Salen金属配合物，并通过核磁共振波谱、元素分析、红外光谱、紫外－可见光谱进行了表征；用紫外可见滴定法测得Zn配合物对D，L型氨基酸对映体有选择性键合作用；凝胶电泳法测得该系列金属配合物在双氧水引发下对质粒DNA有切割作用。

说明书

技术领域

本发明涉及合成与在催化应用领域，具体地说，涉及一种叔丁基修饰手性席夫碱(Salen)金属配合物。

背景技术

叔丁基修饰手性席夫碱(Salen)金属配合物(Jacobsen，E.N.J.Am.Soc.1996，118，8983.)的合成与在催化等方面的应用，在不对称合成领域具有重要的意义，至今一直被证明是最有效的稀烃环氧化催化剂，但由于大型疏水基团叔丁基的存在，使金属配合物的水溶性不佳，在某些水溶性生物分子不对称合成的应用上受到限制，比如D型氨基酸的合成，就一直缺乏有力的不对称催化剂。

过渡金属配合物与核酸间的相互作用是近来研究的一个热点，研究人工核酸切割试剂的主要目的是合成定点切割试剂。而后者是一种重要的分子生物学工具，在疾病基因的治疗、反义PCR技术等领域中有着重要的应用价值。此外，人工核酸切割试剂还可以在足迹技术和核酸高级结构的研究中用作高分辨率的化学探针。

发明内容

季胺基团修饰水溶性手性席夫碱金属配合物，它是下述通式(I)的化合物：

其中：M＝Zn(II)，Mn(III)，Cu(II)，Co(II)，Fe(III)或Ni(II)

所述的季胺基团修饰水溶性手性席夫碱金属配合物的合成方法，合成路线如图1，包括下述步骤：

(1)外消旋环己二胺拆分：L-(+)-酒石酸与1，2-环己二胺为原料摩尔比为1∶1.8-2，温度70℃-90℃，得到(R，R)-1，2-环己二胺-(+)-酒石酸盐；

取(R，R)-1，2-坏己二胺-(+)-酒石酸盐与无水碳酸钾质量比为1∶1，得到(R，R)-1，2-环己二胺；

N，N-二甲基甲酰胺(DMF)：三氯氧磷：间苯二酚溶于乙醚的溶液摩尔比为10∶3∶2.5，30℃反应4小时，得到无色针状晶体2，4-二羟基苯甲醛；

取2，4-二羟基苯甲醛：1，2-二溴乙烷：无水KHCO₃摩尔比为1∶2∶1，回流40小时，得白色针状晶体单溴醛；

(2)将单溴醛溶解于乙酸乙酯中，预冷至5℃，通入三甲胺气体，得到溴季胺盐(化合物a)；

(3)化合物a与高氯酸钠摩尔比为0.9-1∶2，反应得到高氯酸季胺盐(化合物b)；

(4)化合物b与(R，R)-1，2-环己二胺摩尔比为1∶1，加热回流0.5小时，反应得手性季胺基修饰席夫碱配体(配体1)；

(5)取配体1，与Zn(II)，Cu(II)，Fe(III)，Ma(III)，Co(II)或Ni(II)的金属盐的甲醇溶液混合，配体1与金属盐摩尔比为1∶2，加热回流0.5小时，反应得到金属配合物。

上述步骤(5)所述的金属盐为二水合醋酸锌、二水合醋酸铜、无水三氯化铁、四水合醋酸锰、四水合醋酸钴或六水合二氯化镍。

本研究中合成的由季胺基团修饰的手性席夫碱(Salen)金属配合物，具有很好的水溶性，研究表明其对D，L型氨基酸对映体具有一定的对映选择性，因此这类季胺基团修饰的水溶性手性席夫碱(Salen)金属配合物具有在水相中催化氨基酸类分子不对称合成上的潜在应用价值。本研究中通过凝胶电泳法研究表明季胺基团修饰的水溶性手性席夫碱(Salen)金属配合物在双氧水引发下能够有效的对超螺旋型的质粒DNA进行单链断裂形成缺口型DNA，因此本研究中合成的系列金属配合物在DNA高级结构研究中作为化学探针方面具有潜在的应用价值。

附图说明

图1是通式(I)的化合物的合成路线图；

图2是通式(I)的化合物对DNA的裂解作用电泳照片；图3是本发明配合物的通式(I)。

具体实施方式

实施例1

化合物的合成步骤：

(1)外消旋环己二胺拆分：

1升烧杯中，将150g L-(+)-酒石酸，400mL蒸馏水混合，室温搅拌至完全溶解，这时开始加入外消旋的1，2-环己二胺混合物(240mL)，温度逐渐升高到70℃，向所得到的溶液中开始滴加乙酸(100mL)，滴加的速率使反应温度刚好达到90℃。随着酸的滴加，出现白色沉淀物。用力搅拌，2小时内冷却到至温，然后，用冰盐浴冷却到5℃以下，保持两个小时。抽滤，用5℃的蒸馏水(100mL)和甲醇(5×100mL)洗，抽干，真空干燥，得到(R，R)-1，2-环己二胺-(+)-酒石酸盐。mp  272℃-273℃(Galsbol.F.；Steelbol，P.；and Sondergaard，S.Acta.Chem.Scan.1972，26，3605)

在50mL圆底烧瓶中加入1.8g(R，R)-1，2-环己二胺-(+)-酒石酸盐，1.8g无水碳酸钾，15mL蒸馏水，6mL乙醇，加热回流2小时，用CHCl₃萃取释放出来的环己二胺(每次用5mL CHCl₃，共萃取5次)，合并萃取液，无水硫酸钠干燥。旋去溶剂得到淡黄色油状液体。即为所需产物(R，R)-1，2-环己二胺。

2，4-二羟基苯甲醛2，4-dihydroxybenzaldehyde的合成(Song，Hong-Rui(宋宏锐).化学试剂，1994，16(4)，252)：

向250mL三口圆底烧瓶中加入30mL(0.4mol)N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后缓慢滴加11mL(0.12mol)三氯氧磷，温度维持在15℃～20℃。再滴加11g(0.1mol)间苯二酚溶于乙醚的溶液，温度维持在30℃，搅拌4小时。用饱和碳酸氢钠溶液调PH至中性，再搅拌三十分钟，然后加稀盐酸调PH至4。将溶液倒入分液漏斗中，用150mL乙醚萃取三遍，所得的乙醚层用水洗至中性。用旋转蒸发仪旋蒸除去乙醚，所得固体用水重结晶两次，得到无色针状晶体2，4-二羟基苯甲醛8.3g，收率60％。

单溴醛4-[(2-Bromoethyl)oxy]salicylaldehyde)]的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)：

称取2，4-二羟基苯甲醛2.76g(20mmol)和1，2-二溴乙烷7.52g(40mmol)于250mL圆底烧瓶中，加入无水KHCO₃ 2.1g(20mmol)，溶于150mL丙酮中，回流40小时，旋去溶剂，用水洗两次。产品溶于CH₂Cl₂中，用硅胶柱分离，用CH₂Cl₂/石油醚(60-90℃)混合液(体积比为1∶1)洗脱，收集第一带为产物。旋蒸至余有少量溶液，冷却放置，得白色针状晶体。产率为46％。

(2)溴季胺盐4-[[3-(Trimethylammonio)ethyl]oxy]salicylaldehyde Bromide)](化合物a)的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)：

称取420mg单溴醛(0.8mmol)于带橡皮塞的玻璃瓶中，溶解在20mL乙酸乙酯中，置于冰水中预冷至5℃下。通入三甲胺气体，控制通气速度为每秒5-10个气泡，通气10分钟，将玻璃瓶口用橡皮塞塞紧，置于室温下过夜，得到白色沉淀。将沉淀滤出，并用乙酸乙酯/乙醇(体积比为1∶1)混和溶剂重结晶，得到白色粉末固体。产率80％。mp：155-157℃。

¹HNMR(D₂O，300MHz)：δ(ppm)3.13(9H，s，N⁺(CH₃)₃)，3.64(2H，t，CH₂N⁺(CH₃)₃)，4.21(2H，t，ArOCH₂)，6.13(1H，d，ArH³，)6.71(1H，dd，ArH⁵，)，7.72(1H，d，ArH⁶，)，9.83(1H，s，CHO)(带下划线H为所指认的H)。

(3)高氯酸季胺盐4-[[3-(Trimethylammonio)ethyl]oxy]salicylaldehyde Perchlorate)](化合物b)的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)：称取化合物a 670mg(2.1mmol)，溶于1mL水中，加入2mL含有650mg高氯酸钠(4.4mmol)的水溶液，立刻得到大量白色沉淀，放置待沉淀完全析出，将沉淀滤出并真空干燥，得到白色粉末固体674mg。产率95％。mp：148-149℃。

(4)季胺基团修饰手性席夫碱(Salen)配体N，N′-Bis[4-[[3-(trimethylammonio)propyl]oxy]salicylidene](R，R)-1，2 hexamethylenediamine Diperchlorate(配体1)的合成：称取高氯酸季胺盐250mg(0.75mmol)置于50mL圆底烧瓶中，加入15mL无水甲醇，缓慢加热至高氯酸季胺盐全部溶解，得到无色透明溶液。向该溶液中加入85mg(0.75mmol)(R，R)-1，2-环己二胺，溶液变为亮黄色。加热回流0.5小时，然后放置冰箱中冷却，得黄色微晶。真空干燥后称重得170mg，产率63％。

¹HNMR(D₂O，300MHz)：δ(ppm)1.2-1.6(4H，m，H^a)，1.8-2.0(4H，m，H^b)，3.12(18H，s，N⁺(CH₃)₃)，3.51(2H，t，H^c)，3.63(4H，t，CH₂N⁺(CH₃)₃)，4.22(4H，t，ArOCH₂)，6.13(2H，d，ArH³)，6.72(2H，d，ArH⁵)，6.93(2H，dd，ArH⁶)，7.91(2H，s，CHO)；IR(KBr)：2933.4(w)，2859.3(w)，1628.73(s)，1479.3(s)，1409.7(m)，1340.2(m)，1299.2(m)，1186.4(m)，1093.8(s)，623.5(s)(cm^-1)；

UV-Vis(H₂O)(λ_max/nm(10^-4ε/(mol^-1·dm³·cm^-1))：377.3(2，53)，285.6(6.44)，243.1(3.34)，226.2(8.74)；

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₆O₁₂N₄Cl₂：C：49.72；H：6.35；N：7.73；Found(％)：C：49.10；H：6.45；N：7.46。

(5)Zn(II)金属配合物的合成：

称取配体1 58mg(0.08mmnol)，加入到15mL甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入二水合醋酸锌35mg(0.16mmol)的甲醇溶液，加热回流0.5小时，悬浮液变为浅黄色澄清溶液。停止加热，将溶液放入冰箱冷却，得到白色沉淀，用冷甲醇5mL洗两次，真空干燥后称重得白色粉末固体42mg。产率67％。

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₂Zn：C：45.74；H：5.60；N：7.12；Found(％)：C：45.20；H：5.95；N：6.93。

实施例2

(1)——(4)同实施例1

(5)Cu(II)金属配合物的合成：

称取配体1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入二水合醋酸铜35mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加热回流0.5小时，悬浮液变为亮紫色澄清溶液。停止加热，将溶液放入冰箱冷却。得到粉紫色沉淀。用冷甲醇5mL洗两次，真空干燥后称重得紫色粉末固体48mg。产率76％。

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₂Cu：C：45.78；H：5.63；N：7.17；Found(％)：C：45.56；H：5.47；N：7.29。

摩尔电导率：1.88×10^-2S·m²·mol^-1

实施例3

(1)——(4)同实施例1

(5)Fe(III)金属配合物的合成：

称取配体1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入无水三氯化铁26mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加热回流0.5小时，悬浮液变为深红色澄清溶液。停止加热，将溶液冷却到室温。向溶液中加入大量环己烷，溶液立刻变得浑浊。将瓶口密封，放置过夜待其沉淀颗粒长大。过滤，得到棕红色晶体。真空干燥后称重得46mg。产率71％。

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₃Fe：C：44.25；H：5.41；N：6.88；Found(％)：C：44.46：H：5.59；N：6.72。

摩尔电导率：3.69×10^-2S·m²·mol^-1

实施例4

(1)——(4)同实施例1

(5)Mn(II)金属配合物的合成：

在50mL三口瓶中，称取配体1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入四水合醋酸锰34mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加热回流，悬浮液变为灰褐色，鼓入空气1小时，变为澄清透亮的深褐色溶液，停止鼓气。继续加热回流0.5小时，停止加热。将溶液冷却到室温，向溶液中加入大量环己烷，溶液立刻变得浑浊。将瓶口密封，放置过夜待其沉淀颗粒长大。过滤，得到棕褐色晶体。真空干燥后称重得49mg。产率73％。Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₂Mn(OAc)：C：45.93；H：5.62；N：6.70；Found(％)：C：45.46；H：5.44；N：6.29。

摩尔电导率：2.79×10^-2S·m²·mol^-1

实施例5

(1)——(4)同实施例1

(5)Co(II)金属配合物的合成：

称取配体1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入四水合醋酸钴40mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加热回流0.5小时，悬浮液变为褐绿色澄清溶液。停止加热。将溶液放入冰箱冷却48小时，得到褐绿色沉淀。用冷甲醇5mL洗两次，真空干燥后称重得褐绿色粉末固体48mg。产率77％。

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₂Co(1H₂O)：C：45.11；H：5.76；N：7.01；Found(％)：C：44.86；H：5.87N：6.85。

摩尔电导率：2.39×10^-2S·m²·mol^-1

实施例6

(1)——(4)同实施例1

(5)Ni(II)金属配合物的合成：

称取配体1 58mg(0.08mmol)，加入到15ml甲醇中，形成悬浮液。搅拌均匀后，加入六水合二氯化镍30mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加热回流0.5小时，悬浮液变为橙红色澄清溶液。停止加热。将溶液放入冰箱冷却48小时，得到橙红色沉淀。用冷甲醇5mL洗两次，真空干燥后称重得橙红色粉末固体47mg。产率76％。

Anal.calcd.(％)for C₃₀H₄₄O₁₂N₄Cl₂Ni(2H₂O)：C：44.17；H：5.89；N：6.87；Found(％)：C：43.76；H：5.97；N：6.69。

摩尔电导率：2.58×10^-2S·m²·mol^-1

实施例7

化合物性质测定：

1.Salen Zn(II)对手性氨基酸对映体有选择性配位的性质：UV-Vis滴定法测得Salen Zn(II)配合物对系列氨基酸对映体配位平衡常数：主客体溶液的配置均采用称量法。溶剂为二次重蒸水，使用的缓冲体系为KH₂PO₄-NaOH，PH＝7.1。主体Salen Zn的浓度为5.0×10^-5mol/L，客体浓度范围为0.05～0.0005mol/L，相当于从客体浓度为主体浓度的几十倍到上千倍不等，测定每组溶液的平衡常数时溶液数不少于8个，在同一种溶液中主体浓度相同，而客体浓度不同。

根据测得的吸光度值，计算得到的Salen Zn(II)对三对氨基酸对映体的平衡常数如下：

  Host  Guest  K/(mol^-1·L^-1)  20℃  25℃  30℃  35℃  SalenZn  D-Phe  L-phe  1816.7  1047.8  674.6  494.8  919.9  574.8  413.2  352.0  D-Val  L-Val  688.3  470.5  366.4  302.9  365.2  314.2  275.9  239.8  D-Thr  L-Thr  550.0  407.5  336.9  284.3  385.2  278.6  239.8  208.5

对映选择性K_D/K_L：

  Host  Guest  K_D/K_L  20℃  25℃  30℃  35℃  SalenZn  Phe  1.98  1.83  1.63  1.40  Val  1.88  1.49  1.32  1.26  Thr  1.47  1.46  1.40  1.36

2.系列金属配合物在双氧水存在下对DNA的切割作用：

对合成的一系列水溶性金属配合物，采用凝胶电泳法测试了其在过氧化氢引发下对质粒DNA的切割作用：

采用的质粒DNA为PBR322，缓冲溶液为Tris-HCl

操作流程为：

配制每份10μL反应组与对照组的溶液，每份反应组溶液中含有质粒DNA PBR322为33μg，Tris-HCl缓冲溶液的浓度为10mM，金属配合物浓度为100μM，双氧水为5mM，对照组中不含有双氧水。

37℃下孵化半小时，加入1μL含有溴酚蓝的上样缓冲液，上样。电泳凝胶使用1％的琼脂糖凝胶，凝胶中含有1.5μL的染色剂EB，电解质缓冲液为TBE，电泳电压为80V，电泳时间为2小时。

电泳完成之后，将胶板从电泳槽中取出，在暗室紫外光照射下照相。将相片用图像分析工具ImageJ分析，得到每个反应之后DNA的三种形式的占有比例。以缺口形式DNA比例增加量为切割效果的衡量。

图2是由凝胶电泳法得到的通式(I)化合物对DNA的裂解作用的照片。图中：1为质粒DNA PBR322空白对照，2为DNA+H₂O₂(5mM)，3，5，7，9分别为DNA+Salen M(100μM)；(M依次为Mn，Ni，Cu，Co)，4，6，8，10分别为DNA+H₂O-2(5mM)+Salen M(100μM)。FI为超螺旋形式DNA，FII为缺口形式的DNA。

结果：

在双氧水的引发下，金属配合物对PBR322的切割效果如下：

  金属配合物  缺口DNA(Nicked)增加量  SalenMn(III)  63.2％  SalenNi(II)  39.0％  SalenCu(II)  40.1％  SalenCo(II)  4.2％