新型过渡金属配合物的合成、表征及生物活性研究

刘新文，张彦翠，董文魁，张宗舟

（1.天水师范学院 生化学院,甘肃 天水 741001;2.兰州交通大学 化工学院，甘肃 兰州 730070）

新型过渡金属配合物的合成、表征及生物活性研究

刘新文1，张彦翠2，董文魁2，张宗舟1

（1.天水师范学院 生化学院,甘肃 天水 741001;2.兰州交通大学 化工学院，甘肃 兰州 730070）

为了寻找更好的生物活性化合物，以1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮和苯甲酰氯为原料，二氧六环为溶剂，回流反应合成了4-酰基吡唑啉酮配体及4种过渡金属配合物，通过元素分析、红外光谱、差热-热重分析、紫外光谱等对其结构进行了表征，表明配合物组成分别为：Cu（L）2、Zn（L）2、Ni（L）2、Mn（L）2；同时利用抑菌圈大小对2种细菌和4种真菌进行了生物活性测试。结果表明：在不同浓度梯度下，化合物对细菌都有一定的抑菌性，大部分化合物对真菌有一定的抑菌性，特别是对米曲霉菌和白地霉菌的抑制效果最显著。

酰基吡唑啉酮；席夫碱；过渡金属配合物；生物活性

前 言

酰基吡唑啉酮是一类重要的杂环β-二酮螯合剂。其具有活性的双酮配体结构可以同各种金属离子形成配合物，是金属离子良好的萃取剂和配位剂，同时具有一定的抗菌、抗病毒性能，目前已被广泛应用于药理、生物活性试剂、冶金、染料、发光材料等领域[1～7]。

近年来发现酰基吡唑啉酮过渡金属配合物具有明显的抑菌活性，但对真菌类的抑菌性研究几乎没有，本文旨在合成4-酰基吡唑啉酮及过渡金属新型配合物，针对不同的细菌、真菌进行了比较试验，测定配合物对不同种微生物的抑菌效果及最佳抑菌浓度，对于进一步研究该类化合物在生物中的应用具有指导意义[8,9]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（AR,天津市科密欧化学试剂有限公司）；苯甲酰氯（AR，国药集团化学试剂有限公司）；二氧六环（AR,天津市化学试剂六厂）；其他试剂均为市售分析纯。Perkin Elmer 2400型元素分析仪，Perkin Elmer FTIR-1730型红外光谱仪（KBr压片），Perkin Elmer CS-9301PC型差热-热重分析仪，PerKin Elmer Lambda35紫外可见分光光度计（美国铂金埃尔默有限责任公司），X-4型显微熔点测定仪（温度未经校正），DDS-307电导率仪（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2 1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮配体[L]的合成[10]

称取20mmol 1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮加入到20mL二氧六环中回流加热溶解，当反应体系温度上升至52℃左右时加入无水氢氧化钙3.0g摇匀,缓慢滴加2.4 mL（21mmol）苯甲酰氯到二氧六环溶液中，升温继续回流1h左右，得黄色浊液，温度控制70～80℃。冷却后加入50mL2mol/LHCl搅拌使之破坏生成的钙配合物，立即有黄色沉淀生成，过滤后水洗，用无水甲醇重结晶，干燥后得黄色片状晶体，m.p:92～92.7℃。

1.3 过渡金属配合物的[ML2]合成[11]

称取2mmol配体L溶于10mL热三氯甲烷中，1mmol的金属盐溶于适量无水乙醇中，加热回流配体，滴加金属盐溶液出现沉淀，继续加热回流2～3h,得有色溶液，温度控制62～63℃。静置冷却，有沉淀析出。过滤后用无水乙醇洗涤数遍。用DMF重结晶，60℃真空干燥得有色晶体。

合成路线如下：

图1 4-酰基吡唑啉酮及过渡金属配合物的合成路线Fig.1 Synthesis route of transition metal complexes with 4-acyl pyrazolone

2 结果与讨论

2.1 元素分析与理化性质

称取0.05g配合物于烧杯中，用1∶1的HClO4和HNO3混合回流分解后，产物溶于pH=10的氨水缓冲溶液中，以铬黑T作为指示剂，EDTA溶液滴定至终点测定金属元素含量，C、H、N的含量用PerKin Elmer 2400型元素分析仪测定，配合物的摩尔电导率用DDS-307电导率仪测定，分析数据列于表1。

表1 配体及配合物的元素分析及摩尔电导率数据Table 1 Elemental analysis data and molar conductance of ligand and complexes

由元素分析结果可见，合成的配体L及配合物组成符合 C17H14N2O2、MC34H26N4O4的化学式。在25℃、1×10-3mol/L的DMF溶液中配合物的摩尔电导率在8.8～18.9 S·cm2·mol-1之间，均属非电解质范围[7]。配合物可在空气中稳定存在，易溶于DMF、DMSO、丙酮、氯仿、乙腈等，微溶于冷乙醇、乙醚等，难溶于水。

2.2 红外光谱分析

配体和配合物的红外光谱在Perkin-Elmer FTIR-1730型红外光谱仪（KBr压片）上测定，测定范围4000～400cm-1，红外光谱特征振动频率列于表2。

表2 配体及配合物的红外光谱特征吸收数据Table 2 IR data of ligand and complexes

由表2可知：配合物相互间各峰位移差别不大，但与配体吸收峰有明显差别。游离配体在中红外区出现吡唑酮环羰基、酰基羰基伸缩振动νC=O、νC=O（1）的 1759 和 1498cm-1吸收峰，形成配合物后，分别蓝移至1774～1783cm-1和1522～1534cm-1。在3100～3000 cm-1未发现烯醇式羟基氢键缔合峰νO-H…N,说明配体主要以酮式结构存在。配位后β-双酮产生互变作用,其吡唑啉酮环的νC=C由1415cm-1位移至 1424～1441cm-1附近,并在 1350～1365cm-1出现吡唑啉酮螯合环伸缩振动νC-O。说明配体以烯醇式去质子形式参与配位。这些变化表明，由于配位原子的成键作用,影响了相关基团键力常数,致使振动频率变化。此外，配合物在474～484cm-1附近的新峰,可归属为νM-O。根据上述分析可初步推测配合物中酰基羰基氧和吡唑啉酮环上互变烯醇式氧与过渡金属离子配位[12]。

2.3 差热-热重分析

配合物的差热-热重谱在Perkin Elmer CS-9301PC型差热-热重分析仪上测定。测试条件:参比物：Al2O3；气氛：静态空气；升温速率：15℃/min。配合物的差热-热重数据列于表3。

表3 配体及配合物的差热-热重数据Table 3 DTA-TG data of ligand and complexes

以配合物Cu（L）2为代表分析配合物的热稳定行为。Cu（L）2的差热-热重谱数据表明，该配合物从室温到297.3℃其化学组成稳定，相应的TG曲线基本没有失重，而DTA曲线在此温度区间无熔融吸热峰，因此配合物无固定熔点。配合物在297.3℃开始氧化分解，在297.3～520.8℃温度区间，TG曲线有一系列的的失重峰，而与此对应的DTA曲线则有一系列的放热峰，归属为配合物有机配位体的氧化分解以及中间产物的氧化分解一系列变化，最终产物为CuO[13]。当温度高于520.8℃时。DTA和TG曲线均不再变化，累计失重率为87.58%,与理论值87.06%在实验误差范围内相符。

2.4 紫外光谱分析

以三氯甲烷为溶剂，配成浓度为10-5g/mL的溶液，用PerKin Elmer Lambda35紫外可见分光光度计测定，波长范围：190～500nm。配体及配合物的主要紫外吸收峰列于表4。

表4 配体及配合物在三氯甲烷溶液中的主要紫外吸收峰Table 4 The major UV absorption peaks of ligand and complexes in CHCl3solution

从UV光谱数据看出，所有配合物基本体现配体的吸收，在上述区域出现相应位移的吸收峰。配体的三氯甲烷溶液在紫外区240nm、282nm处出现2个强宽峰，分别对应于配体中共轭羰基和苯环的π-π＊电子跃迁峰。与自由配体相比，配合物第一吸收峰基本落在配体两吸收峰之间，这可能和配体羰基上的氧原子与中心离子发生配位作用引起C=O键极化，并影响了相关共轭分子轨道的状态有关，从而产生红移现象。第二吸收峰基本不变，说明配合物的吸收主要来自配体中共轭羰基的π-π＊电子跃迁，配合物的生成对配体苯环的π-π＊跃迁影响不大[13]。上述区域出现的两组吸收峰是配体与中心离子配位成键后，影响了配位原子周围的电子云密度，发生电荷迁移而影响相关共轭分子轨道的能级状态所致的[11]。

3 生物活性测试

3.1 抑菌活性测定方法

3.1.1 培养基的制备[14]

细菌用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌用马铃薯培养基。

3.1.2 药液准备

以N,N-二甲基甲酰胺做溶剂，将配体及配合物配制成质量浓度分别为2.0mg/mL、2.5 mg/mL、3.0 mg/mL、3.5 mg/mL、4.0 mg/mL备用。

3.1.3 试验方法

（1）将活化后的菌种制备成菌悬液备用。

（2）在铺有培养基的培养皿中，注入0.1～0.2mL的菌悬液，用涂布棒涂布均匀备用。

（3）将吸取不同浓度的药液Φ=6.0mm的中性滤纸片放置于涂有不同类型微生物的平板培养基上，每皿呈三角形摆放相同浓度药液的三个滤纸片，细菌、真菌分别在37℃、28℃恒温培养箱倒置培养5～7d，测量抑菌环直径。求三个抑菌圈的平均值。

以上操作均在无菌条件下进行。

3.2 抑菌活性测定结果

根据抑菌圈的大小可以初步判断物质的抑菌能力[15]。由表5可以看出，溶剂DMF对各类菌种都没有抑菌性，当配体L的浓度为2.5mg/mL、3.5mg/mL、3.0mg/mL、2.5mg/mL、3.5mg/mL、3.5mg/mL时分别对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、米曲霉菌、白地霉菌和热带假丝酵母菌抑菌性好；当Cu（L）2的浓度为 2.0mg/mL、3.0mg/mL、4.0mg/mL、3.0mg/mL、3.5mg/mL、3.5mg/mL时分别对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、米曲霉菌、白地霉菌和热带假丝酵母菌抑菌性好；当Zn（L）2的浓度为2.0mg/mL、4.0mg/mL、2.0mg/mL、3.5mg/mL、2.5mg/mL、4.0mg/mL对分别大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、、米曲霉菌、白地霉菌和热带假丝酵母菌抑菌性好；当 Ni（L）2的浓度为 4.0mg/mL、3.0mg/mL、3.0mg/mL、3.0mg/mL、3.0mg/mL时分别对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、米曲霉菌和白地霉菌的抑菌效果明显，对热带假丝酵母菌没有抑菌性；当 Mn（L）2的浓度为 4.0mg/mL、3.5mg/mL、3.5mg/mL、2.5mg/mL、3.5mg/mL、3.5mg/mL时分别对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、米曲霉菌、白地霉菌和热带假丝酵母菌抑菌性好。

表5 配体及配合物的抑菌圈数据Table 5 The bacteriostatic circle data of ligand and complexes

同样，不同物质对同一种菌类抑菌成效亦不同。当配体L及配合物Cu（L）2、Zn（L）2、Ni（L）2、Mn（L）2的浓度分别为为 2.5mg/mL、2.0mg/mL、2.0mg/mL、4.0mg/mL、4.0mg/mL时对大肠杆菌的生长有明显的抑制效应；当浓度分别为 3.5mg/mL、3.0mg/mL、4.0mg/mL,、3.0mg/mL、3.5mg/mL 时对金黄色葡萄球菌的生长有明显的抑制效应；配体和配合物对黑曲霉菌的抑菌效应不是很明显；当浓度分别为2.5mg/mL、3.0mg/mL、3.5mg/mL、3.0mg/mL、2.5mg/mL时对米曲霉菌的生长有明显的抑制效应；当浓度分别为 3.5mg/mL、3.5mg/mL、2.5mg/mL、3.0mg/mL、3.5mg/mL时对白地霉菌的生长有明显的抑制效应；当浓度分别为 3.5mg/mL、3.5mg/mL、4.0mg/mL、3.5mg/mL 时对热带假丝酵母菌的生长有明显的抑制效应，而配合物Ni（L）2对热带假丝酵母菌没有抑菌效应。

4 结论

综上所述，对细菌和真菌而言，配体及配合物对其都具有一定的抑制作用，且配合物的抑菌效果好于配体的抑菌性。对细菌抑菌效果较好的是配合物 Zn（L）2，而对真菌效果明显的是配合物 Cu（L）2Ni（L）2,配合物Mn（L）2对细菌和真菌的抑菌效果属于中等，配合物尤其对米曲霉菌和白地霉菌的抑制作用较明显，这对于进一步研究新型杀菌剂和防腐剂等提供了理论依据，在医学、农业等领域有一定的影响意义。

［1］竹学友,俞志刚,刘洲亚,等.一种新型席夫碱及其铜配合物的合成与抑菌活性的研究［J］.化学与生物工程,2008,25（4）：43～45.

［2］张姝明,贾永金,王瑾玲,等.1-苯基-3-甲基-4-三氯乙酰基-5-吡唑啉酮缩水扬酰肼席夫碱的合成表征及抑菌活性［J］.天津师范大学学报,2003,2（23）：4～6.

［3］江强明,陈绍辉.新型稀土配合物发光材料的合成及性能研究初探［J］.闽西职业技术学院,2008,2（10）：96～98.

［4］张有娟,魏少红,陈静.酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的研究进展［J］.商丘师范学院学报,2007,9（23）：63～67.

［5］李锦州,蒋礼,安郁美.酰基吡唑啉酮缩氨基酸席夫碱的合成及稀土配位性能和生物活性研究［J］.中国稀土学报,2004,2（22）：189～192.

［6］李锦州,俞志刚,安郁美,等.酰基吡唑啉酮缩β-氨基酸稀土配合物的合成与光谱表征［J］.光谱学与光谱分析,2005,9（25）：1482～1485.

［7］GEARY WJ.Use of conductivity measurements in organic solvents for the characterization of coordination compounds［J］.Coord.Chem.Rev,1971,7（1）：81～84.

［8］何其庄,马树芝,许东芳.稀土酰基吡唑啉酮邻菲咯啉配合物的合成、表征及其生物活性［J］.无机化学学报,2007,10（23）：1723～1725.

［9］乔永锋,董学畅,张莉.吡唑啉酮类配体及配合物的合成和抑菌活性［J］云南民族大学学报,2005,4（14）：333～335.

［10］吴宇雄,周尽花,赵鸿斌.1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮的合成与结构表征［J］.上饶师范学院学报,2004,6（24）：47～49.

［11］李琴,周德建,周永芬,等.铕与4-烷基酰代吡唑啉酮配合物的合成、表征与荧光性能［J］.北京大学学报,1996,6（32）：680～682.

［12］俞志刚,李锦州,刘双全.二苯基呋喃甲酰基吡唑啉酮及金属配合物的合成与电化学行为［J］.应用化学,2004,12（21）：1301～1305.

［13］李琴,周德建,黄春辉.铽与1-苯基-3-甲基-4-异丁酰基吡唑啉酮-5和中型配体混配配合物的合成、表征及荧光性能［J］.中国稀土学报,1997,4（15）：297～298.

［14］沈萍,范秀容.微生物学实验［M］.第4版.北京：高等教育出版社,2003：35～75.

［15］胡志和,庞广昌.不同条件下水解酪蛋白所得到的抗菌肽抑菌效果比较［J］.食品科学,2003,24（2）：130～133.

Synthesis,Characterization and Biological Activity of the New Transition Metal Complexes

LIU Xin-wen1,ZHANG Yan-cui2,DONG Wen-kui2and ZHANG Zong-zhou1
（1.College of Life Science and Chemistry,Tianshui Normal University,Tianshui 741001,China;2.College of Chemical Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China）

In order to search for the better biological activity complex,four kinds of transition metal complexes with 4-acyl pyrazolone were synthesized by the refluxing reaction in 1,4-dioxane with using 1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone and benzoyl chloride as starting materials.The structure of complexes was characterized by elemental analysis,IR,DTA-TG,UV etc.The general formula of the complexes were confirmed to be Cu（L）2,Zn（L）2,Ni（L）2,Mn（L）2;meanwhile the two kinds of bacteria and four kinds of fungi were tested about biological activities by using bacteriostatic circle.The test results showed that the compounds had certain bacteriostasis for bacteria in different concentrations levels,most of compounds had good antibacterial property for fungi,and especially for Aspergillus oryzae and White mold.

4-Acyl pyrazolone;Schiff base;transition metal complexes;biological activity

TQ 033

A

1001-0017（2011）03-0030-05

2010-12-11

刘新文(1964-),男,甘肃甘谷人,博士,教授，主要研究方向：无机配位与催化化学。