稀土三元配合物抗菌剂的合成及抗菌性研究

董冰冰，刘大军，何兴权

(长春理工大学 化学与环境工程学院，长春 130022)

抗菌剂指能够在一定时间内，使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质[1]。稀土化合物因其具有特殊生物活性，能对细胞的生长和繁殖起到抑制作用[2]。水杨酸及其衍生物具有良好的药理功效，可以用于抗菌消炎药物的中间体[3]。席夫碱及其稀土配合物具有独特的生物活性，如具有抑制和杀灭细菌、抗病毒等功效，由此可见基于上述结构的稀土三元配合物具有良好的杀菌抗菌活性[4]，具备作为抗菌剂的适合条件[5-7]，可以用来制备新型的抗菌剂及其杀菌抗菌材料。本文采用稀土离子、8-羟基喹啉和 5-氨基水杨酸席夫碱合成三元配合物，研究了配合物的抗菌性能。

1 实验

1.1 三元稀土配合物制备

1.1.1 席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸的制备

将20mmol新蒸水杨醛加到60ml的无水乙醇溶液中溶解待用，再将20mmol的5-氨基水杨酸加到60ml的无水乙醇溶液中加热搅拌，待搅拌均匀后，将两者混合，回流加热条件下避光搅拌6h，冷却静置24h，抽滤，真空干燥24h，用无水乙醇重结晶，得到黄色针状结晶物质，熔点为277℃～278℃。

1.1.2 稀土席夫碱8-羟基喹啉三元配合物的制备

加热回流的条件下，将10mmol席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸配体加热溶解于15ml无水乙醇溶液中，待席夫碱配体全部溶解，再缓慢滴加到适量的8-羟基喹啉的无水乙醇溶液中，在70℃条件下，搅拌反应2h后，逐滴加入含有10mmol稀土氯化物RECl3·6H2O(RE=La3+，Nd3+，Gd3+，Tb3+，Yb3+)的无水乙醇溶液15ml，将混合物继续在75℃冷凝回流搅拌 6h，冷却，静置过夜后抽滤后，真空干燥24h，得到稀土席夫碱8-羟基喹啉三元配合物。

1.2 三元稀土配合物结构及性能表征

日本岛津公司FTIR8400S型傅立叶红外光谱仪进行样品的FTIR分析，采用KBr压片法，波数范围4000-400cm-1； 美国Varian VXR 300MHz NMR型核磁共振仪进行样品的1H NMR分析，氘代DMSO为溶剂；采用平板滤纸法，测定稀土三元配合物对大肠杆菌、枯草杆菌和青霉菌的抑菌活性。

2 结果与讨论

2.1 三元稀土配合物结构表征

五种三元稀土配合物具有相似的IR和1HNMR图谱，我们以La配合物为例进行分析。

图1 La三元配合物的红外光谱Fig.1 FTIR spectrum of the synthesized lanthanum ternary complex

从红外光谱数据图中可以看出，配体席夫碱C=N在 1658cm-1的伸缩振动吸收峰向低频区移动30cm-1，表明席夫碱是通过亚甲胺基上氮原子与稀土离子发生配位作用，所合成的配体席夫碱与稀土三元配合物羧酸根离子的反对称和对称伸缩振动频率之差为183和79～92cm-1，说明配体席夫碱中的羧酸根离子以双齿螯合形式与稀土离子进行配位。配体席夫碱中1296 cm-1处的C-O伸缩振动吸收峰在形成配合物后，峰值变化不明显，而1228cm-1处的 C-O伸缩振动吸收峰在形成配合物后向高频位移，说明配体中仅有1个羟基与稀土离子进行配位，由此可推测，该配位羟基为水杨酸上的羟基。配体席夫碱中1358cm-1处的羟基的弯曲振动吸收峰在形成配合物后向高频区位移，表明这个羟基时以未去质子化的形式与稀土离子进行配位。配合物在低波数区490cm-1出现的吸收可归属为RE-O的伸缩振动吸收峰。

图2 La配合物的1H NMR图Fig.2 1H NMR spectroscopy of the synthesized lanthanum ternary complex

从稀土三元配合物的1H NMR中可以看出，配合物中 8.45～ 8.82归属-OH的化学位移， 6.10～ 7.10归属为苯环中的氢，因为配体席夫碱中大共轭化学环境发生变化向低场发生了位移， 7.10～ 8.00归属为-HC=N-化学位移，配体席夫碱中的亚甲胺基上的氮原子与稀土离子配位，使氮原子的电子云密度降低，对质子产生强的去屏蔽效应向低场移动。

2.2 三元稀土配合物抗菌性

2.2.1 配合物抗大肠杆菌效果

按照抗菌实验规范和标准，抑菌圈大于20mm属于强抑菌作用。由表1可看出，5种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物对大肠杆菌均具有强抑菌作用。而配体席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸和8-羟基喹啉对大肠杆菌均具有中等抑菌作用，溶液DMF对细菌不具有抑制其生长的作用。通过观察，5种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物在室温条件下，对大肠杆菌的抑菌作用可达10天时间以上。

表1 抑细菌圈直径平均值(mm)Tab.1 Mean value of antibacterial circle diameter(mm)

2.2.2 配合物抗枯草杆菌效果

按照抗菌实验规范和标准，抑菌圈10～20mm之间属于中等抑菌作用。由表2可看出，4种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物(RE=La3+，Nd3+，Tb3+，Yb3+)对枯草杆菌均具有中等抑菌作用。其中Gd配合物对枯草杆菌有强抑菌作用。而配体席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸和8-羟基喹啉对大肠杆菌有弱抑菌作用，溶液DMF对细菌不具有抑制其生长的作用。通过观察，5种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物在室温条件下，对枯草杆菌的抑菌作用可达一周时间以上。

表2 抑细菌圈直径平均值(mm)Tab.2 Mean value of antibacterial circle diameter(mm)

2.2.3 配合物抗青霉菌效果

表3可看出，5种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物对青霉菌均具有强抑菌作用。其中Gd配合物的抑菌效果最好，配体席夫碱碱水杨醛缩5-氨基水杨酸和8-羟基喹啉对青霉菌有弱抑菌作用，溶液DMF对青霉菌不具有抑制其生长的作用。通过观察，5种稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物在室温条件下，对青霉菌的抑菌作用可达8～10d。

表3 抑细菌圈直径平均值(mm)Tab.3 Mean value of antibacterial circle diameter(mm)

由抑菌实验结果可看出：5种稀土三元配合物对大肠杆菌、枯草杆菌及青霉菌都具有较好的抑制作用，对大肠杆菌、青霉菌的抑菌效果好于枯草杆菌，具有强抑菌效果，属广谱抗菌性。另外，Gd配合物对三种细菌都有非常好的抑菌性能。稀土三元配合物的抑菌作用明显强于配体席夫碱或8-羟基喹啉，这表明形成稀土三元配合物后，配体席夫碱和8-羟基喹啉与稀土离子的“协同”作用，使抗菌效果有了显著的提高，具有抗菌增效的功能。通过实验对比得知，重稀土配合物的抑菌效果要好于轻稀土配合物。

3 结论

以水杨醛和5-氨基水杨酸为原料合成了席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸。再以稀土氯化物、席夫碱水杨醛缩5-氨基水杨酸和8-羟基喹啉为配体，在无水乙醇溶液中反应，制备出一类稀土新型三元配合物，(分别为轻稀土La、Nd，中稀土Gd、Tb配合物，重稀土Yb)。采用FTIR、1H NMR等分析方法表征了配合物的结构，并采用平板滤纸法进行抑菌实验，检验所合成的稀土三元配合物的抑菌性能。可以看出配合物对枯草杆菌、大肠杆菌及青霉菌均表现出抑菌作用，对枯草杆菌具有中等抑菌作用，对大肠杆菌及青霉菌均有强抑菌作用，室温条件下，抑菌效果可达一周以上时间。Gd配合物、Tb配合物及Yb配合物在同样浓度下，抑菌效果强于La配合物和Nd配合物，说明中稀土和重稀土配合物的抑菌作用比轻稀土好。采用液相沉淀法合成稀土席夫碱8-羟基喹啉配合物，具有良好的抑菌效果，以及良好的抑菌稳定性，可以用来研制新型的抗菌剂和抗菌材料。

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