二维大环网状结构的双(三环已基锡)二元酸酯的合成、结构及生物活性

邝代治 朱小明 冯泳兰 张复兴 庾江喜 蒋伍玖 谭宇星 张志坚

(1衡阳师范学院化学与材料科学学院,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衡阳师范学院生命科学与环境学院，衡阳421008)

二维大环网状结构的双(三环已基锡)二元酸酯的合成、结构及生物活性

邝代治＊,1朱小明1冯泳兰1张复兴1庾江喜1蒋伍玖1谭宇星1张志坚2

(1衡阳师范学院化学与材料科学学院,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衡阳师范学院生命科学与环境学院，衡阳421008)

三环己基氢氧化锡分别与辛二酸和壬二酸进行甲醇溶剂热反应，合成了2个双(三环已基锡)二元酸酯(CH2)n(CO2SnCy3)2[(n:6(1),7(2)]，并用IR、1H和13C NMR、元素分析和X射线单晶衍射表征结构。化合物1、2均属单斜晶系，空间群分别为P21/n和P21/c，在化合物的晶体中，1通过Sn-O共价键，2通过Sn-O和Sn…O弱作用，分别形成了四锡核30元(1)和32元(2)二维大环网状结构。化合物1、2对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460均具有良好的体外抑制活性，对S.Aureus、B.Subtilis、E.Coli和S.Typhi具有选择性的抑菌作用。

双[三环己基锡]二元羧酸酯；大环化合物；晶体结构；生物活性

0 引言

有机锡羧酸酯化(配)合物，不仅具有较强的生物活性备受人们关注[1-8]，而且通过羧基氧与锡形成O-Sn共价键和>C=O→Sn配键，形成羧基螯合、一维链状、桥联多锡核和环状等丰富多变结构的化合物，引起合成化学和结构化学工作者的兴趣。脂肪族二元酸化合物由于具有2个羧基，与有机锡前体反应，将产生羧基桥联、脂肪链桥、大环等更加新奇多变结构的有机锡二元羧酸酯，如乙二酸与三苯基氯化锡[9]或μ-氧-双(三丁基锡)反应[10]，2个羧基氧与锡形成的五元环螯合物或乙二酸根桥联的有机锡羧酸酯化合物[11-13]；随着两羧基之间的链增长，两个羧基不再螯合同一锡原子，而形成链桥联的双有机锡羧酸酯或大环结构，如丙二酸与μ-氧-双(三丁基锡)的反应，形成长链桥联状的有机锡二元羧酯[14]，与三苯基氯化锡或三苯基氢氧化锡反应，组装成大环有机锡化合物[15]；丁二酸与有机锡反应产物也有着与丙二酸相似的情况[16-20]；戊二酸与二丁基氧化锡[21]或三丁基氯化锡[22]或三苯基氯锡[23]反应，主要形成长链桥联结构的有机锡二元酸酯等，产物的结构与有机锡前体的空间结构和脂肪族二元酸的碳链长度有关。最近，我们用较大位阻的μ-氧-双[三(2-甲基-2-苯基)丙基]锡与乙二酸反应得到的产物结构支持了这一设想[24]。本文利用辛二酸和壬二酸与三环己基氢氧化锡反应，合成了2个四锡核二维大环网状结构的有机锡二元羧酸酯，且研究了化合物对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460增殖的抑制作用，以及对金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、大肠埃希菌(E.Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)的抑菌活性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

日本岛津IRPrestige-21红外光谱仪(4 000～400 cm-1，KBr)测定，PE-2400(Ⅱ)元素分析仪，Bruker SMART APEX II单晶衍射仪，X-4双目体视显微熔点测定仪，Bruker Avance 400核磁共振仪(TMS为内标，CDC13为溶剂)，超净工作台(天津净化设备厂)，高压灭菌锅(山东新华医疗器械股份有限公司)，芬兰百得(BIOHIT)移液枪(上海苏阳仪器有限公司)，电子天平(日本岛津公司)，恒温培养箱(武汉瑞华仪器公司)。

三环己基氢氧化锡为化学纯，其余试剂均为分析纯。卡铂(99%)、氘代氯仿(XD≥99.8%)购自百灵威科技有限公司。人结肠癌细胞(Colo205)、人肝癌细胞(HepG2)、人乳腺癌细胞(MCF-7)、人宫颈癌细胞(Hela)、人肺癌细胞(NCI-H460)细胞株取自美国模式培养物集存库(ATCC)，含10%胎牛血清的RPMI-1640培养基购自美国Gibico公司，胰蛋白酶(Trypsin)购自甘肃金盛生化制药有限公司。金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、大肠埃希菌(E.Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)取自广东药学院。

1.2 化合物的合成

将4 mmol Cy3SnOH和2 mmol辛二酸或2 mmol壬二酸加入到20 mL甲醇的高压釜中，在160℃下反应4 d，然后降至室温，旋转蒸发除去溶剂，粗产品用适当溶剂重结晶分别得到产品1和2。

1：无色晶体，1.618 g，产率89.0%。m.p.:94～95℃。元素分析：实测值(计算值，%)：C 58.26(58.17)，H 8.59(8.65)。IR(KBr，cm-1)：2 918(s)，2 844(m)，1 537 (s)，1 414(m)，1 173(m)，1 088(w)，1 042(w)，993(m)，881(w)，729(m)，660(m)，600(w)，492(w)，419(m)。1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ：1.33～1.92(m，74H，Cy-H，C (CH2)4C),2.30(t，4H，CH2COOR)。13C NMR(CDCl3，100 MHz),δ：25.96，28.96，29.16(-CH2-)，26.96，31.13，33.70，34.98(Cy)，171.87(COO)。

2：无色晶体，1.578 g，产率85.6%。m.p.:140～142℃。元素分析：实测值(计算值，%)：C 59.04 (58.59)，H 8.71(8.74)。IR(KBr，cm-1)：2 918(s)，2 847 (m)，1 643(s)，1 445(s)，1 298(m)，1 337(m)，1 254(w)，1 082(m)，1 040(w)，991(m)，907(m)，841(m)，702(w)，656(m)，485(m)，419(m)。1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ：1.32～1.92(m,76H，Cy-H，C(CH2)5C),2.29(t，4H，CH2COOR)。13C NMR(CDCl3，100 MHz)，δ：26.00，26.92，28.98，29.37(-CH2-)，26.96，31.13，33.70，35.00 (Cy)，174.06(COO)。

1.3 生物活性测试

1.3.1 抑菌活性测试

利用滤纸片法测试化合物的抑菌活性[25]。选用4种细菌菌株为实验菌，其中2种为革兰氏阳性细菌：金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草杆菌(B. Subtilis)；2种为革兰氏阴性细菌：大肠埃希菌(E. Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)。受试化合物抗菌活性测试：在每碟中均匀放置4～6个沾有待测药液的滤纸片(直径(6.0±0.1)mm)，并用二甲亚砜做对照。平皿于36℃孵育24 h，用游标卡尺测量受试化合物的抑菌圈直径。十字交叉法测量2次,取其平均值。

1.3.2 化合物的体外抗癌活性测试

采用四氮唑盐还原法(MTT法)测定化合物对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460增殖的抑制活性。实验分为药物试验组(分别加入不同浓度的测试药)、对照组(只加培养液和细胞，不加测试药)和空白组(只加培养液，不加细胞和测试药)。取处于对数生长期的肿瘤细胞，加入适量的Trypsin消化，使贴壁细胞脱落，用含10%胎牛血清的RPMI-1640培养液在含5%(体积分数)CO2、饱和湿度培养箱内于37℃下培养。取96孔板，将测试药液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)按浓度梯度分别加入至各孔中，每个浓度设6个平行孔，于前述培养箱条件下培养72 h，然后每孔加MTT 40 μL(用D-Hanks缓冲液配成4 mg·mL-1)，继续培养4 h，移去上清液，每孔加DMSO 150 μL，振荡5 min，使甲瓒结晶充分溶解，利用Ap22 Speedy全自动酶免分析系统在570 nm波长处检测各孔的光密度。对照药物(卡铂)的活性按照化合物的活性测试方法测定。实验数据应用Graph Pad Prism 5.0统计软件分析，通过存活率百分比数据相对于药物浓度的非线性回归分析(曲线拟合)，用S形剂量响应(变量)方程确定IC50值。

1.4 晶体结构的测定

分别选取尺寸合适的1和2晶体，在单晶衍射仪上，采用经石墨单色化的Mo Kα射线(λ= 0.071 073 nm)，于296(2)K，以φ～ω扫描方式收集数据。晶体结构由直接法解出，部分非氢原子坐标在随后的数轮差值Fourier合成中陆续确定。对非氢原子坐标及其各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正至收敛。氢原子为理论加氢。全部结构分析计算工作采用SHEXTL-97程序[26]系统完成。化合物1和2的晶体学数据和结构精修参数列于表1。

CCDC:1047100，1；1047101，2。

表1 化合物晶体学数据Table 1Crystallographlic date of the compounds

2 结果与讨论

2.1 谱学表征

从1和2的红外光谱可以发现2个明显的特征，(1)辛二酸和壬二酸的ν(O-H)伸缩振动吸收峰在标题化合物中消失，且分别于492和485 cm-1出现了Sn-O键的伸缩振动吸收峰[27]，表明羧基脱去质子[28]与(三环己基)锡生成了三环己基锡酸酯化合物[18]。(2)羧酸根与锡有(Ⅱ)～(Ⅱ)共3种不同的作用形式，在红外光谱中它们的不对称伸缩振动νas(COO-)和对称伸缩振动νs(COO-)的波数也有差异，两者之差Δν(νas-νs)是判别羧酸配位模式的有力证据[29]，(Ⅱ)式的两伸缩振动频率之差最大，Δν一般在200 cm-1以上；(Ⅱ)式是羧基与锡双齿配合，两伸缩振动频率趋于相等，Δν很小；(Ⅱ)为桥联结构，Δν介于(Ⅱ)和(Ⅱ)之间，一般小于200 cm-1。由此可见，化合物1的Δν值123 cm-1，表明辛二羧酸根以桥联锡的作用形式，与在丙酮溶剂中常压下合成的双(三环已基锡)二元辛酸酯的结构不同[30]。化合物2出现两组羧基的特征峰：νas(COO-)1 643、1 445 cm-1、νs(COO-)1 298、1 337 cm-1，两组Δν值分别为345和108 cm-1，表明壬二羧酸根与锡原子存在(Ⅱ)和(Ⅱ)两种作用形式。它们的红外光谱结果与X-单晶衍射晶体结构相吻合。

表2 化合物的主要键长(nm)和键角(°)Table 2Selected of bond lengths(nm)and bond angles(°)of complexes 1 and 2

在化合物1、2的1H NMR谱中，其质子的化学位移δ可分为两部分：(1)基团CH2CO质子的δ～2.30处出现了三重峰[30]，(2)其它质子在δ 1.33～1.92处出现了复杂的多重峰，各质子峰面积之比与各组质子数之比基本一致。在13C NMR谱中，化合物1、2也可分为两大部分：(1)羧基碳δ在171.87(1)、174.06(2)处出现了吸收峰；(2)其它原子δ于25.96～34.98(1)、26.00～35.00(2)范围。

2.2 晶体结构

化合物1、2的分子结构和二维大环网状结构分别如图1、2和3所示，主要键长和键角如表2。

如图1所示，化合物1是由脂肪链桥联的对称结构，2个锡原子的配位环境相同。中心锡原子分别与3个Cy、2个羧基氧原子形成五配位三角双锥构型。3个Cy的碳原子C5，C17和C11分别占据三角双锥的赤道位置，来自羧基的2个氧原子O1和O2则占据轴向位置。Sn1-O1为0.222 6(3)nm,Sn1-O2为0.235 9(3)nm，与Sn和O原子共价键半径之和0.215 6 nm很接近[31]，与中心锡相连的3个Sn-C键长和键角C-Sn1-C和C-Sn2-C相互之间均不相等，因此，中心Sn原子与配基原子构成变形三角双锥。化合物2中，存在2种配位环境不同的Sn原子，由于Sn与它周围的配基原子所构成的键长、键角不等，Sn1为变形三角双锥构型，Sn2为变形四面体构型。

图1 化合物的分子结构图(椭球率5%)Fig.1Molecular structure of the complexes with 5%probability ellipsoids

图2 化合物1的二维网状结构Fig.22D network of complex 1

图3 化合物2的二维网状结构Fig.32D network of complex 2

值得一提的是，化合物1和2都通过羧基与锡的作用形成了大环结构。化合物1以(Ⅱ)式桥联形成了四锡核30元环状化合物，如图2所示。化合物2中壬二酸的2个羧基与锡的作用形式不同，其中一个羧基与锡原子之间靠Sn2…O4i(0.310 32(93)nm)弱作用，其Sn2…O4i距离小于Sn和O范德华半径之和0.368 nm[31]，化合物2通过Sn-O和Sn…O弱作用，形成32元二维大环网状结构，如图3所示。在1和2组成网络的每个大环中存在一个对称中心，对应原子间有较大的距离而形成“空隙”，可能成为某些具有特殊用途的新型材料。

2.3 生物活性

2.3.1 抑菌活性

以DMSO为空白，受试细菌抑制作用的实验结果显示，DMSO对这4种细菌无抑制作用，化合物1、2对受试细菌表现出良好的抑菌活性。在化合物浓度0.1 mg·mL-1时，只对金黄色葡萄球菌具有良好的选择抑制作用；在化合物浓度为1 mg·mL-1时，1、 2对革兰氏阳性细菌(金黄色葡萄球菌、枯草杆菌)有良好的抑制活性，与三(2-甲基-2-苯基)丙基锡(Ⅱ)三氯乙酸酯的作用几乎相同[31]，但1对革兰氏阴性细菌大肠埃希菌、2对革兰氏阴性细菌伤寒杆菌相互具有良好的选择抑制作用。这一性质可能与中心锡原子的配位形式有关。

2.3.2 体外抗肿瘤活性

以卡铂为对照药物，对化合物1、2进行体外抗癌活性测试，结果于表4。比较发现，化合物1和2对这5种人体癌细胞作用的IC50值均明显小于卡铂的IC50值，表明1和2对人癌细胞Hela、MCF-7、HepG2、Colo205、NCI-H460增殖抑制活性均明显高于临床使用的卡铂药物，与三环己基锡羧酸酯抑制活性相当[32-34]，说明这类有机锡羧酸酯具有一定的药用价值。比较1和2对这5种癌细胞的IC50值，2的抑制活性明显大于1的抑制活性，这可能是1与2在结构上存在一定差异导致性能变化的原因。

表3 化合物的抑菌性能（以抑菌圈直径表示）Table 3Antibacterial activity of complex(diameter of antibacterial ring)

表4 化合物1、2和卡铂对肿瘤细胞的半抑制率Table 4IC50of complexes 1,2 and carboplatin on tumor cells μmol·L-1

3 结论

本文合成了2个双(三环已基锡)二元酸酯化合物，在1和2的晶体中，1通过Sn-O共价键，2通过Sn-O和Sn…O弱作用，分别形成了四锡核30元(1)和32元(2)二维大环网状结构。化合物1和2均具有较好的杀菌、抗癌活性,可能成为药物和某些用途的新型材料。

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Syntheses,Crystal Structures and Biological Activities of Bis(tricyclohexyltin)dicarboxylates with Macrocyclic Building 2D Network

KUANG Dai-Zhi＊,1ZHU Xiao-Ming1FENG Yong-Lan1ZHANG Fu-Xing1YU Jiang-Xi1JIANG Wu-Jiu1TAN Yu-Xing1ZHANG Zhi-Jian2
(1College of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University;Key Laboratory of Functional Organometallic Materials of Hengyang Normal University,College of Hunan Province,Hengyang,Hunan 421008,China)
(2College of Life Science and Environment,Hengyang Normal University,Hengyang,Hunan 421008,China)

Two bis(tricyclohexyltin)dicarboxylate(CH2)n(CO2SnCy3)2[(n:6(1),7(2)]have been synthesized by the reaction of suberic acid and azelaic acid with tricyclohexyltin hydroxide,respectively.The structures of the products were confirmed by IR,1H and13C NMR,elemental analysis and X-ray diffraction.The complexes 1 and 2 belong to monoclinic,space group P21/n and P21/c.A 2D network structure was formed by 30-membered or 32-membered macrocyclic tetratin species,which has been alternately connected through the Sn-O covalent bond or the Sn-O covalent bond and Sn...O weak interaction,respectively.The tests showed the two complexes displayed strong in vitro anti-tumor activity against five human tumor cell lines,Colo205,HepG2,MCF-7,Hela and NCI-H460 and has selective antibacterial property for S.Aureus,B.Subtilis,E.Coli and S.Typhi.CCDC:1047100，1;1047101，2.

bis(tricyclohexyltin)dicarboxylate;macrocycle compounds;crystal structure;biological activity

O614.43+2

A

1001-4861(2015)10-2044-07

10.11862/CJIC.2015.268

2015-05-26。收修改稿日期：2015-07-15。

湖南省自然科学基金(13JJ3112)和科技计划(2014NK3086,2014FJ3060)项目，功能金属有机材料湖南省普通高校重点实验室开放基金资助项目(13K105,14K014,13K01-05,GN14K01)，湖南省重点学科基金和湖南省高校科技创新团队支持计划资助项目，衡阳师范学院协同创新中心培育项目(No.12XT02)，湖南省教育厅基金项目(No.15C0199,15C0200,14C0171,14C0168)资助。

＊通讯联系人。E-mail：hnkcq@qq.com；会员登记号：S06N8374M1012。