水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱及稀土配合物的合成、表征与抑菌活性

王浩江，薛晶鑫，刘 文，刁海鹏

(山西医科大学，山西 太原 030001)



水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱及稀土配合物的合成、表征与抑菌活性

王浩江，薛晶鑫，刘 文，刁海鹏*

(山西医科大学，山西 太原 030001)

以水杨醛和对氨基水杨酸反应制得水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱，并以此席夫碱为配体与水合醋酸稀土盐反应，合成了新的稀土配合物. 通过元素分析、摩尔电导、IR、1H-NMR等测试技术对其结构进行了表征：配体与稀土离子按照2∶1进行配位，中心金属离子的配位数为6，组成为[C28H20N2O8RE]·2H2O，其中RE=(La, Ce, Pr, Gd, Dy, Er). 抑菌实验初步表明，合成的席夫碱及其配合物对实验选用的细菌有不同程度的抑制活性，而且稀土配合物的抑菌活性更突出.

对氨基水杨酸；席夫碱；稀土配合物；抑菌活性

治疗结核的药物对氨基水杨酸(PAS)虽然早已问市，但由于服用药量大、肠道副作用明显、仅对结核分枝杆菌有抑菌作用、耐药性等问题，一直作为二线抗结核药物. 席夫碱化合物由于结构中具有抗菌活性效应基团-碳氮双键，使其大多具有良好的抗菌、抗肿瘤活性[1].

目前稀土配合物由于具有杀菌能力强和抑菌谱广的特点，将其作为消炎、杀菌药物的研究已取得了很大成绩[2-5]. 研究表明Schiff碱与稀土金属离子形成的稀土配合物也具有抗肿瘤、抗病毒、抑制细菌生长等生物活性，且具有高于Schiff碱化合物的生物活性[6-9]，本文作者合成出目前未见文献报道的水杨醛缩对氨基水杨酸Schiff碱及其稀土配合物，通过元素分析、摩尔电导、IR、1H-NMR等测试技术对其结构进行表征，并初步考察它们的抑菌活性，以期获得抗菌更强，耐药性更低，毒性更小的药物.

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

实验试剂：水杨醛、对氨基水杨酸、无水乙醇、醋酸稀土盐(含5个结晶水分子)等试剂均为分析纯.

实验仪器：X-4数字显示显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公司)、VARIO EL元素分析仪(德国Elementar公司)、Varian 640-FTIR 红外光谱仪(美国VARIAN公司)、Bruck DRX300超导核磁共振仪(瑞士).

供试菌种：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌(山西医科大学基础医学院微生物免疫学教研室提供)，均为标准菌株；营养琼脂(北京市海淀区微生物培养基制品厂).

1.2 配体的合成

在锥形瓶中加入0.02 mol(约3.062 8 g)PAS和60 mL无水乙醇，搅拌使之混合均匀. 然后缓慢滴加0.02 mol水杨醛于锥形瓶中，随后生成大量橘红色不定型沉淀，继续充分反应半小时. 将反应生成的沉淀抽滤，无水乙醇淋洗2～3次，滤饼放在恒温于30 ℃的真空干燥箱中内干燥至恒重. 用无水乙醇重结晶，得熔点为184～186 ℃的橘红色针状结晶的水杨醛缩对氨基水杨酸配体(HL)，产率为75.2%.

1.3 配合物的合成

将0.002 mol(约0.514 4 g)的HL和50 mL热的无水乙醇加入150 mL的圆底烧瓶中，搅拌溶解. 再称取0.002 mol的醋酸盐，加入20～30 mL热的无水乙醇溶液，使其充分溶解. 将醋酸盐乙醇溶液滴入圆底烧瓶中，滴加搅拌同时进行，圆底烧瓶中会缓缓出现黄色沉淀. 随后继续搅拌回流3～5 h使其充分反应. 停止加热回流，溶液趁热过滤，沉淀用热的无水乙醇洗涤3～5次，每次10 mL. 沉淀减压真空干燥，即得干燥的配合物纯品，产率约62.0%.

1.4 抑菌性能测试

用取菌环连续划线把大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌分别接种到营养琼脂培养基表面，在37 ℃恒温箱中培养24 h备用. 在无菌环境下，将浸过药液的滤纸片用镊子夹取贴在培养基表面，然后用镊子轻压滤纸片使其平贴. 保证150 cm的培养皿贴三张，每张滤纸片间距不少于50 mm，纸片中心到培养皿边缘距离不少于25 mm. 滤纸片处理好后，在15 min内放于37 ℃恒温箱内培养24 h，同时做平行实验两次和空白实验，24 h测量抑菌圈直径(mm)，获得抑菌圈平均值. 配合物抑菌能力的大小用抑菌圈的大小来量度.

2 结果与讨论

2.1 配体及配合物的元素分析及摩尔电导率的测定

用元素分析仪测定配体及配合物的C、H、N含量，稀土含量采用EDTA配位滴定法测定. 用DMSO配置10-4mol/L的样品，用电导率仪测定其25 ℃电导率. 结果列在表1中. 由表1数据可见，元素分析测定值与计算值相当吻合. 配合物由一个中心金属离子，两个Schiff碱配体及水分子组成，即[C28H20N2O8RE]·2H2O. 摩尔电导值(表1)表明配合物均为非电解质化合物. 对氨基水杨酸Schiff碱易溶于DMF、DMSO、热的无水乙醇等，微溶于无水甲醇、无水乙醇，不溶于无水乙醚、苯、环己烷、氯仿等，在空气中稳定. 稀土配合物在空气中较稳定，易溶于DMF、DMSO，在无水甲醇、无水乙醇、丙酮、无水乙醚等有机试剂中难溶.

表1 Schiff碱及其配合物的元素分析数据和摩尔电导Table 1 Elemental analysis data and molar conductance of ligand and complexes

2.2 红外光谱

将配体及配合物的主要红外光谱数据列入表2中. 由表2可见，席夫碱配体缔合羟基吸收峰出现在3 438 cm-1处，分子内氢键的宽吸收峰出现在2 800～3 100 cm-1处[9]，席夫碱内的C=N特征尖峰位于1 610 cm-1. 席夫碱内由于分子内氢键的形成，增强了体系的共轭作用，羧基C=O双键性质减弱，C-O键拥有部分双键的性质，键能增加. 配体中既出现了位于1 709 cm-1的C=O特征峰，还出现羧基的1 228 cm-1的不对称伸缩振动νas(COO-)峰和1 152 cm-1的对称伸缩振动νa(COO-)峰.δOH峰在1 383 cm-1处也呈现出来了[10].

表2 Schiff碱配体和配合物的红外特征吸收Table 2 IR data for the ligand and complexes

与配体相比，配合物的红外表征中宽而强的υO-H振动峰在3 421.7～3 432.4 cm-1处出现，表明配合物中存在与金属离子发生配位的水分子；羧基的不对称伸缩振动和对称伸缩振动变化不大，表明其没有参与配位.νC=N在1 610 cm-1的强吸收峰向低频区移动5～10 cm-1，揭示了配体中亚甲胺基的氮原子可能与中心离子形成了配位键. 1 383.1 cm-1的δOH峰位基本没有变化，说明酚羟基有一个没有参与配位，同时νC-O的1 228 cm-1处伸缩振动峰向高波数移动，而νC-O的1 152 cm-1处吸收峰变化不明显，表明配体中仅有1个羟基参与配位，即水杨醛上的酚羟基[11]，在低波数出现551.1～561.9 cm-1新的吸收峰可归属为镧离子与配体参与了配位.

2.31H-NMR谱

配体的1H-NMR，δ5.95 (s, 1 H, Ph-OH)为水杨醛上的-OH，形成配合物后没有出现，说明与金属离子发生了配位，与红外数据分析结果一致；δ11.38 (s, 1 H, Ph-OH)，形成配合物后向低场移动；δ6.92～7.85 (m, 7 H, Ph-H)，形成配合物后由于苯环的大共轭体系的化学环境发生了变化，也发生了向低场位移；δ8.96 (s, 1 H, CH=N)，形成配合物后由于C=N中氮原子参与配位，使氮原子的电子云密度降低而向低场移动；配体的δ12.58 (s, 1 H, -COOH)，而形成配合物后为δ13.14 (s, 2 H, -COOH)，略微向高场移动. 综合考虑元素分析、红外、核磁数据，其可能结果见图1.

图1 稀土配合物的结构Fig.1 Proposed structure of the rare earth complexes

2.4 抑菌活性

体外抑菌实验是指用于测定抗菌药物体外抑制细菌生长效力的实验，并用以评价该药物的抑菌性能. 本论文旨在初步考察所合成的镧配合物的抑菌效果，所采用的研究方法是操作简单、成本低廉、效果明显的试验，即抑菌圈试验.

抑菌活性的实验(表3)表明：1) PAS、Schiff碱及其稀土配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌均显现抑菌活性，都有一定程度的抗菌活性；2) 总体上，它们的抑菌活性均随浓度增大而增强；3) 形成配合物后抑菌活性大大增强，具体来说，Schiff碱与先导物对氨基水杨酸的抑菌效果差别不大，但形成配合物之后，活性明显增强，这说明稀土元素和配体具有一定的协同作用，而且轻稀土的抑菌效果要优于重稀土配合的抑菌效果，随着原子序数的增加,抑菌效果逐渐降低，其中以镧配合物的抑菌效果最佳.

表3 配体及配合物的抑菌环直径Table 3 Bacterlostatic cycle diameters of the complexes

3 结论

水杨醛和对氨基水杨酸在无水乙醇中合成了水杨醛缩对氨基水杨酸Schiff碱(HL)，并用此作为配体分别与醋酸稀土盐反应，合成了新的稀土配合物. 通过抑菌活性测试，合成的Schiff碱及其配合物对所试细菌有不同程度的抑制作用，且配合物活性明显增强. 这类配合物的抑菌机理尚不清楚，普遍的认为稀土离子作用于酶、蛋白质、DNA、RNA，与O、S、N等发生络合. 抑制或活化酶、蛋白质、DNA、RNA等的活性[12]. 此外，稀土离子与Ca2+半径相似，与O、S、N等的络合能力大于Ca2+，是Ca2+优异的拮抗剂. 这些可能与稀土的抑菌性有很大的关系，有待进一步研究. 轻稀土配合物作为筛选出的高效、低毒的药物，有待进一步做结核杆菌的测试，为药物的进一步研究提供参考依据.

[1] 彭振山, 陈福平, 刘建湘, 等. 1-[ 1-(4-氯苯基) 环丁基]-3-甲基丁胺席夫碱的合成、表征及晶体结构[J]. 化学通报, 2009, 9: 820-827.

PENG Z S, CHEN F P, LIU J X, et al. Syntheses, characterizations and crystal structures of the schiff bases derived from 1-[1-(4-chlorophenyl)cyclobutyl]-3-methylbutylamine [J]. Chemistry Bulletin, 2009, 9: 820-827.

[2] 黄娟, 崔紫宁, 李映, 等. Schiff碱铜配合物的生物活性[J]. 有机化学, 2008, 28(4): 598-604.

HUAN J, CUI Z N, LI Y, et al. Bioactivities of copper complexes with schiff bases [J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2008, 28(4): 598-604.

[3] 许军鹏, 刘景旺, 达文燕, 等. 稀土-姜黄素-菲啰啉配合物荧光和抑菌活性研究[J]. 中国稀土学报, 2009, 27(1): 68-75.

XU J P, LIU J W, DA W Y, et al. Fluorescent properties and antibacterial activity of rare earth complexes with curcuminand 1,10-phenanthroline [J]. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 2009, 27(1): 68-75.

[4] 杨军, 王甲辰, 刘向生, 等. 有机稀土抑菌作用的研究现状[J]. 中国稀土学报, 2007, 25(S1): 77-81.

LIU J,WANG J C, LIU X S, et al. Status of organic rare earth antibacterial Effect [J]. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 2007, 25(S1): 77-81.

[5] 霍春芳, 刘进荣, 张春艳. 稀土抑菌剂的研究现状[J]. 内蒙古工业大学学报, 2000, 19(2): 144-147.

HUO C F, LIU J R, ZHANG C Y. The present situation in the study of rare earth antibacterial agents [J]. Journal of Inner Mongolia University of Technology, 2000, 19(2): 144-147.

[6] 周敏, 刁海鹏, 刘文， 等. 5-甲基水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱的合成、表征及性质 [J]. 化学研究, 2015, 26(1): 39-43.

ZHOU M, DIAO H P, LIU W, et al. Synthesis, characterization and properties of 5-methyl-salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid Schiff base [J]. Chemical Research, 2015, 26(1): 39-43.

[7] HODNETT E M, DUNN W J. Structure-antitumor activity correlation of some Schiff bases [J]. Journal of Medicinal Chemistry, 1970, 13(4): 768-770.

[8] HODNETT E M, DUNN W T. Cobalt derivatives of schiff bases of aliphatic amines as antitumor agents [J]. Journal of Medicinal Chemistry, 1972, 15(3): 339.

[9] 高书燕, 张秀英, 雷雪峰, 等. 水杨醛缩5-氨基水杨酸Schiff碱及其稀土配合物合成、表征和抑菌活性[J]. 应用化学, 2006, 23(1): 74-78.

GAO S Y, ZHANG X Y, LEI X F, et al. Salicylaldehyde-5-aminosalicylic acid schiff base and its rare earth complexes: synthesis, characterization, and bacteriostatic activity [J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2006, 23(1): 74-78.

[10] 姚克敏, 李冬成, 沈联芳, 等. 镧系与邻氨基苯甲酸型Schiff碱配合物的合成、表征及催化活性[J]. 化学学报, 1993, 51: 677-683.

YAO K M, LI D C, SHEN L F, et al. Synthesis and characterization of new lanthanide complexes with N-(2,4-dihydroxybenzalidene)-anthranilic acid and their catalytic activity [J]. Acta Chimica Sinica, 1993, 51: 677-683.

[11] 卢文贯, 彭翠红, 刘宏文, 等. 双核Cu(Ⅱ)-2,4-二羟基苯甲醛缩邻氨基苯甲酸Schiff碱配合物的合成、表征 和晶体结构[J]. 无机化学学报, 2003, 19(11): 1222-1225.

LU W G, PENG C H, LIU H W, et al. Synthesis, characterization and crystal structure of a dinuclear copper(Ⅱ) complex with N-(2，4-Dihydroxybenzalidene)-o-aminobenzoic acid [J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2003, 19(11): 1222-1225.

[12] 倪嘉缵. 稀土生物无机化学[M]. 北京: 科学出版社, 1995: 235-304.

NING J Z. Bioinorganic chemistry of rare earth [M]. Beijing: China science publishing, 1995: 235-304.

[责任编辑：刘红玲]

Salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid Schiff base and its rare earth complexes: synthesis, characterization and bacteriostatic activity

WANG Haojiang, XUE Jingxin, LIU Wen, DIAO Haipeng*

(ShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,Shanxi,China)

Salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid Schiff base was obtained from salicylaldehyde and 4-aminosalicylic acid in ethanol solution, and new rare earth complexes were synthesized by the reaction of the new ligand and acetate hydrate. Elemental analysis, molar conductance, FT-IR and1H-NMR were used to characterize the structure of the new complexes: the coordination ratio of Schiff base with rare earth ions is 2∶1 and the coordination numbers are 6. We confirmed the structures of the complexes are [C28H20N2O8RE]·2H2O, RE=(La, Ce, Pm, Gd, Dy, Er). In addition, the bacteriostatic activities of the ligand and its complexes were tested and the activity of the rare earth complexes were significantly enhanced.

salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid; Schiff base; rare earth complexes; bacteriostatic activity

2017-02-23.

山西医科大学青年基金(02201318)；山西医科大学大学生创新创业项目(20160232)；山西医科大学基础医学院331科技培植计划基金(201425).

王浩江(1979-)，男，实验师，研究方向为生物无机化学.*

，E-mail：haojiangwang@sxmu.edu.cn.

O614

A

1008-1011(2017)03-0326-05