2-羰基丙酸(芳甲酰基)腙二(2,4-二氯苄基)锡配合物的合成、晶体结构、热稳定性及与DNA相互作用研究

冯泳兰 郑建华 蒋伍玖 谭宇星,2 庾江喜 张志坚 张复兴 邝代治＊,

(1衡阳师范学院化学与材料科学系，功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室，衡阳 421008)

(2湖南师范大学化学化工学院，长沙 410081)

(3衡阳师范学院生命科学系，衡阳 421008)

0 前 言

有机锡化合物因其具有良好的抗病毒、抗肿瘤、杀菌抑霉等多种生物活性和选择性切断DNA链而得到人们广泛关注[1-5]，许多有机锡化合物具有生物活性的同时也还有一定的毒性，研究表明，有机锡的生物活性和毒性除了与锡有关外还与基团有关，如甲基锡、乙基锡等小基团的有机锡化合物的生物活性和毒性都较高，人们不感兴趣。一般来说，随着基团增大有机锡化合物的毒性降低但水溶性也下降，寻找适当的基团修饰有机锡化合物是有机锡化学研究应用的一个热点。苄基或取代苄基具有空间位阻大、柔性度低的基团，苄基引入到锡原子上形成的苄基锡或取代苄基锡具有反应活性、生物活性高，生物毒性低等特点，人们颇感兴趣。2-羰基丙酸(芳甲酰基)腙是一类含N,O多齿配位且具有良好生物相容性的化合物，将其作为配体与金属配位可形成丰富多样的配合物[6-10]。本文以此为配体与二(2,4-二氯苄基)二氯化锡反应，合成二(2,4-二氯苄基)锡2-羰基丙酸(芳甲酰基)腙配合物。在空气氛下，研究配合物的热稳定性。在Tris缓冲溶液中，以EB做为荧光探针，用荧光光谱法初步研究了配合物与鲱鱼精DNA的相互作用。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

IR用日本岛津Prestige-21红外光谱仪 (4 000～400 cm-1,KBr压片)测定；1H和13C NMR用Bruker AVANCE-400核磁共振仪(TMS内标)测定；元素分析用PE-2400(II)元素分析仪测定；晶体结构用Bruker SMART APEXⅡCCD单晶衍射仪测定；紫外-可见光谱用日本岛津UV-2550光谱仪测定；荧光光谱用日本日立F-7000荧光光谱仪测定；热重用德国NETZSCH TG 209 F3热重分析仪，熔点用北京泰克X-4双目体视显微熔点测定仪测定 (温度计未经校正)。

2-羰基丙酸(芳甲酰基)腙参考文献[11]合成。溴化乙锭(EB)、鲱鱼精DNA、三羟甲基氨基甲烷(Tris)为Sigma-Aldrich公司产品，其它试剂均为分析纯，水为超纯水。Tris-HCl(0.01 mol·L-1)缓冲溶液通过称取一定量Tris用0.1 mol·L-1的盐酸溶液调至pH值为7.40，使用前配制；鲱鱼精DNA的纯度通过比较260和 280 nm 处的吸光度来确定 (A260/A280＝1.8～1.9)，用所需pH值条件下缓冲溶液配制，浓度通过测定260 nm 处的吸光度计算而得 (ε260＝6 600 L·mol-1·cm-1)，其储备液置于4℃保存；溴化乙锭溶液通过称取适量溴化乙锭固体，用pH＝7.40的Tris-HCl(0.01 mol·L-1)缓冲溶液配制。

1.2 合 成

1.2.1 二(2,4-二氯苄基)二氯化锡(C1)的合成

图1 配合物的合成线路图Fig.1 Synthesis of complexes

[12]方法，在250 mL三口烧瓶内加入17.81 g(0.15 mol)锡粉，加 0.27 mL(0.015 mol)水润湿，再加入120 mL甲苯充分搅拌成悬浊液。加热甲苯至沸腾，在3 min内滴加29.32 g(0.15 mol)2,4-二氯苄，搅拌回流5 h结束反应。冷却至室温析出大量白色固体，抽滤，用丙酮提取固体物，滤出锡粉，减压蒸出丙酮，得20.5 g白色固体。减压蒸出甲苯滤液，得1.7 g白色固体。合并粗产品，用乙酸乙酯重结晶得到白色固体，30℃真空干燥48 h后称重得18.4 g， 产率为 48%。 m.p.：167～168 ℃ 。 元素分析(C14H10Cl6Sn)： 实测值 (计算值,%)：C,32.99(32.96)；H,1.98(2.03)。IR(KBr,cm-1):3 076,3 054(Ar-H),2 998,2 946(C-H),1 114,1 048(C-Cl),440(Sn-C)。1H NMR(CDCl3,400 MHz)δ:7.27(s,2H,H-12),7.19(s,4H,H-15,H-16),3.25 (t,JSn-H=84.4 Hz,4H,Ar-CH2)。

1.2.2 配合物的合成

于50 mL圆底烧瓶中，加入1 mmol 2-羰基丙酸(苯甲酰基)腙或 2-羰基丙酸(水杨酰基)腙，1 mmol二(2,4-二氯苄基)二氯化锡，25 mL无水甲醇，搅拌回流12 h。冷却，过滤，旋转蒸除溶剂，用甲醇重结晶，得淡黄绿色晶体C2或C3。

配合物 C2：晶体 0.580 g，产率 86%。m.p.:122～124 ℃ (dec)。 元素分析(C50H44Cl8N4O8Sn2)：实测值(计算值,%)：C,44.51 (44.49)；H,3.32 (3.29)；N,4.17(4.15)。IR(KBr,cm-1):3 453(-OH),3 086,3 059(Ar-H),2 931 (C-H),1 659 (C=N),1 603,1 391(COO),1 585(C=N-N=C),1 203(C-O),1 169,1 157(C-Cl),594(Sn-O-Sn),548(Sn-C),496(Sn-N),444(Sn-O)。UV-Vis(DMF),λmax:328 nm。1H NMR (CDCl3,400 MHz)δ:7.91(d,J=7.6 Hz,4H,H-2,H-6),7.53(t,J=7.2 Hz,2H,H-4),7.42(t,J=7.6 Hz,4H,H-3,H-5),7.27(s,4H,H-13),7.02～7.09 (m,8H,H-15,H-16),3.49(s,6H,CH3OH),2.96～3.29(m,8H,Ar-CH2),2.50(s,6H,H-10),0.94 (s,2H,CH3OH)。13C NMR (CDCl3,100 MHz)δ:174.78 (C-9),164.12 (C-7),155.33(C-8),133.41,133.08,132.63,132.30,132.02,131.28,131.06,130.83,128.89,128.46,128.29,127.39(Ar-C),50.92(CH3OH),28.75(Ar-CH2)；13.81(C-10)。

配合物C3：晶体 0.574 g，产率83%。m.p.:127～129 ℃(dec)。 元素分析(C50H44Cl8N4O10Sn2)：实测值(计算值,%)：C,43.44 (43.46)；H,3.23 (3.21)；N,4.08(4.05)。IR(KBr,cm-1):3 453(-OH),3 086,3 065(Ar-H),2 959,2 930 (C-H),1 661(C=N),1 618,1 383(COO),1 587(C=N-N=C),1 207(C-O),1 169,1 146(C-Cl),594(Sn-O-Sn),551(Sn-C),509(Sn-N),446(Sn-O)。 UV-Vis(DMF),λmax:334 nm。1H NMR(CDCl3,400 MHz)δ:11.06(s,2H,Ar-OH),7.59(d,J=7.6 Hz,2H,H-6),7.43(t,J=7.6 Hz,2H,H-4),7.27(s,4H,H-13),7.02～7.09 (m,8H,H-15,H-16),6.96 (d,J=7.6 Hz,2H,H-3),6.89 (t,J=7.6 Hz,2H,H-5),3.49(s,6H,CH3OH),3.02～3.37(m,8H,Ar-CH2),2.44(s,6H,H-10),0.96 (s,2H,CH3OH)。13C NMR (CDCl3,100 MHz)δ:175.42 (C-9),160.73 (C-7),155.32(C-8),135.11,133.48,132.86,132.42,130.83,130.60,129.79,129.06,127.57,119.25,117.68,114.51(Ar-C),50.68(CH3OH),28.30(Ar-CH2)；13.79(C-10)。

1.3 晶体结构测定

分别选取尺寸为0.22 mm×0.20 mm×0.20 mm(C2)和 0.20 mm×0.20 mm×0.19 mm(C3)的配合物晶体，在Bruker SMART APEX II CCD单晶衍射仪上，采用经石墨单色化的 Mo Kα射线 (λ=0.071 073 nm)，以φ～ω扫描方式收集衍射数据。配合物C2在2.64°～25.10°范围内共收集13 931个衍射点，其中独立衍射点4 789个(Rint=0.016 0)，用于结构精修的可观察衍射点 4 585个[I＞2σ(I)]；配合物 C3在 1.92°～25.10°范围内共收集14 789个衍射点，其中独立衍射点4 919个(Rint=0.018 4)，用于结构精修的可观察衍射点4 624个[(I＞2σ(I)]。全部数据经Lp因子和多重扫描吸收校正。晶体结构由直接法解出，全部非氢原子坐标在差值Fourier合成中陆续确定，理论加氢法给出氢原子在晶胞中的位置坐标。对氢原子和非氢原子分别采用各向同性和各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正，全部结构分析计算工作采用Shelxtl程序系统完成[13]。

CCDC:984671,C2；984670,C3。

表1 晶体学数据Table 1 Crystallographic Data

Continued Table 1

1.4 与DNA相互作用实验

在5mL容量瓶中分别加入鲱鱼精DNA、EB及不同浓度的配合物溶液，混匀，放置3.5 h，分别扫描荧光光谱，激发波长为258 nm，发射波长见图谱，激发和发射光谱扫描狭缝宽度均为5.0 nm。

2 结果与讨论

2.1 谱学研究

配体2-羰基丙酸(水杨酰基)腙的(C=N)出现在1 642 cm-1附近[11]，而它与锡配位形成配合物C3后其(C=N)红移到1 587 cm-1，表明配体中亚胺基参与了配位。羧基的反对称伸缩振动峰在1 618 cm-1，而对称伸缩振动峰在1 383 cm-1处，反对称伸缩振动频率和对称伸缩振动频率之差为235 cm-1，表明配合物中的酸根是以单齿形式与Sn配位。在低频区有弱振动吸特征峰，二(2,4-二氯苄基)二氯化锡的Sn-C振动峰在440 cm-1，在配合物C3中此峰向高频区移动至 551 cm-1， 并分别于 594 cm-1(ν(Sn-O-Sn))、509 cm-1(ν(Sn-N))和 446 cm-1(ν(Sn-O))处出现形成配键的特征 峰[14-18]。

2-羰基丙酸(苯甲酰基)腙与锡配位形成配合物C2有着与C3类似的红外光谱征，νs(C=O)=1 603 cm-1,νas(C=O)=1 391 cm-1，频率之差为 212 cm-1，是以单齿形式与Sn配位。其配键的特征峰ν(Sn-OSn)、ν(Sn-N)和 ν(Sn-O)分别位于 594、496 和 444 cm-1处，表明C2和C3有机锡配合物的生成，并有相似的结构。

在1H NMR谱中，其各组峰的积分面积之比与预期结构的各组质子数相对吻合[19-21]；在化合物C1中，与锡原子相连的2,4-二氯苄基的亚甲基质子峰是由一个正常的单峰和一对小卫星峰组成，这是由于119Sn-H耦合的结果[22]，其耦合常数为JSn-H=84.4 Hz；而在形成配合物C2、C3后，由于化学环境的改变，亚甲基的2个质子发生同碳耦合，裂分成多重峰。在13C NMR谱中，其各组峰与理论推测结构碳原子数相吻合[19]，与X-射线单晶衍射结果一致。

2.2 晶体结构

配合物C2、C3的主要键长和键角数据列于表2，分子结构见图2、3。配合物C2、C3均为双锡核分子，存在1个Sn2O2平面中心四元环，该环的中心就是分子的对称中心，四元环由羧基氧原子以μ3-桥联配位Sn原子，且与2个锡原子的键长不等，其中C2中 Sn1-O3:0.235 0(2)nm，C3中 Sn1-O4:0.235 1(2)nm，均属于正常Sn-O共价键长；而C2中Sn1-O3i:0.268 5(2)nm，C3中 Sn1-O4i:0.266 7(1)nm，大于Sn-O共价键长，但是小于锡原子与氧原子范氏半径之和，比文献报道[15]相似配合物的Sn-O略长。

在配合物C2结构中，Sn1与来自配体中的2个氧原子O1和O3，1个亚氨基氮原子N2，1个配位甲醇氧原子O4，来自2个2,4-二氯苄基中的亚甲基碳原子C11和C18以及来自另1个配体分子中的O3i等配位，形成七配位五角双锥构型。 O1、O3、O4、N2、O3i占据了赤道平面的5个位置，2个亚甲基碳原子C11和C18则占据了该平面两侧的轴向位置，轴向C18-Sn1-C11键角为 163.57(11)°， 与 180°偏离了16.43°，且赤道平面的5个原子与中心锡原子的键长及键角也不等，因此该配合物中心锡原子为畸变七配位五角双锥构型。配合物C3与C2分子相类似，键参数差异不大，中心锡原子也为畸变七配位五角双锥构型。在2个配合物结构中，Sn-N键长为：C2:0.224 2(2)nm，C3:0.225 4(2)nm，与文献报道相似[17,23-25]。

2.3 热稳定性研究

为了研究配合物的热稳定性，采用NETZSCH TG 209 F3热重分析仪，在空气氛下，加热速度为20 ℃·min-1，气体流速为 20 mL·min-1，在 40～750 ℃范围内对配合物进行热重测试。如图4及图5所示，随温度的升高，配合物C2、C3发生失重，且失重曲线较为相似，均可观察到3个失重阶段。在初始阶段40～200℃，配合物C2失重为4.58%，C3为4.41%，分别对应配合物失去2个配位甲醇分子；配合物C2、C3的第二阶段与第三阶段界限均相对模糊，在200～750℃范围内失重，对应配合物分子失去2个2-羰基丙酸芳甲酰腙配体及4个2,4-二氯苄基，最终稳定在约22.26%(C2)和21.79%(C3)，残余物与SnO2的计算含量 22.33%(C2)及 21.81%(C3)吻合；上述热分析结果表明配合物C2结构在121℃之前，配合物C3结构在128℃可稳定存在。

表2 配合物的部分键长和键角Table 2 Selected bond lengths(nm)and bond angles(°)of C2 and C3

图2 配合物C2的分子结构图(椭球率30%)Fig.2 Molecular structure of complex C2 with 30%probability ellipsoids

图3 配合物C3的分子结构图(椭球率30%)Fig.3 Molecular structure of complex C3 with 30%probability ellipsoids

图4 配合物C2的TG-DTG曲线Fig.4 TG-DTG curve of the complex C2

图5 配合物C3的TG-DTG曲线Fig.5 TG-DTG curve of the complex C3

图6 配合物C2与EB-DNA体系相互作用的荧光光谱图Fig.6 Effects of complex C2 on the fluorescent spectra of EB-DNA system

图7 配合物C3与EB-DNA体系相互作用的荧光光谱图Fig.7 Effects of complex C3 on the fluorescent spectra of EB-DNA system

2.4 配合物与DNA-EB作用的荧光光谱研究

溴化乙锭(EB)是一种荧光染料，但其本身的荧光很弱。在DNA溶液中，EB能平行地嵌入到双螺旋DNA内部的碱基对之间，从而使荧光显著增强。当配合物与EB的DNA溶液共存时，便会发生竞争反应，配合物可能把EB从DNA双螺旋中挤出，导致荧光强度发生猝灭，因而EB可用作DNA结构的荧光探针[26]。

图6和图7分别为不同浓度的配合物C2及C3对EB-DNA复合体系的荧光淬灭曲线。加入配合物C2或C3后，DNA-EB体系的荧光明显降低，说明配合物C2或C3的存在使DNA-EB体系的荧光产生了猝灭，根据Stern-Volmer校正方程[27]：I0/I=1+(KSV+K)cQ+KSVKcQ2，其中Q代表配合物，由曲线拟合推断出配合物C2或C3与EB-DNA复合体系的作用属于动态和静态联合猝灭。表明配合物C2或C3既可以与DNA分子中的磷酸基团静电结合，使DNA分子轴向收缩，把EB从DNA分子的碱基对中挤出；又可以与DNA分子中的碱基基团配位结合，取代DNA分子碱基对中的EB。这两种作用都导致DNA-EB体系荧光的猝灭。由于这两种原因，配合物C2或C3均显示出较强的荧光猝灭作用，与文献报道[28]相似。

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