一水合双(三苯基锡)噻吩-2，5-二羧酸酯的合成、结构及性质研究

吴 倩，欧文娟，刘佳惠，罗美莲，张复兴 ,2,3，邝代治 ,2,3，庾江喜,2,3，朱小明 ,2,3

(1.衡阳师范学院 化学与材料科学学院，湖南 衡阳 421008；2.功能金属有机化合物湖南省重点实验室，湖南 衡阳 421008；3.功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室，湖南 衡阳 421008)

有机锡化合物由于其结构的多样性、丰富的反应性、极强的生物活性和用途的广泛性，一直引起人们的关注[1-8]。但由于已知的有机锡化合物一般都具有较强的毒性，因而在应用上受到一定限制。研究表明有机锡化合物的结构与性能决定于直接与锡原子相连的烃基的结构和配体的类型[9-12]。功能化的配体能极大的改变锡原子的配位方式，显著地影响有机锡化合物的生物活性，从而调节其毒性与生物活性之间的平衡。杂环羧酸是一类具有特殊性能的物质，以杂环羧酸为配体合成有机锡配合物能产生多样的结构和特殊的性能[13-17]。为了揭示有机锡杂环羧酸酯结构与性能的关系，本文合成了一水合双(三苯基锡)噻吩-2，5-二羧酸酯配合物，通过元素分析、红外光谱进行了表征，用X-射线单晶衍射测定了晶体结构，对其结构进行量子化学从头计算，探讨了配合物分子的稳定性、分子轨道能量以及一些前沿分子轨道的组成特征。测定了配合物的热稳定性和体外抗癌活性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

日本岛津IRPrestige-21红外光谱仪(4000～400 cm-1，KBr)，PE-2400(Ⅱ)元素分析仪，Bruker SMART APEXⅡ单晶衍射仪，X4数字显微熔点，TGA Q50型热重分析仪。所用试剂均为分析纯。

1.2 配合物的合成

在100 mL圆底烧瓶中，加入1.431 g(2 mmol) 三苯基氧化锡{[(C6H5)3Sn]2O}、0.344 g(2 mmol)噻吩-2，5-二羧酸、30 mL苯和30 mL无水乙醇，在电磁搅拌下加热回流反应6 h。滤液旋转蒸发除去部分溶剂，放置析出白色固体，用苯重结晶得无色晶体1.286 g，产率72.45 %。熔点：>300 ℃(分解)。IR(KBr，cm-1)：3 049.46，2 989.66(vC-H)，1 635.64[vas(COO)]，1 389.72 [vs(COO)]，1 602.85，1 529.55，1431.18(v芳环C=C)，536.21(vSn-O)，451.34(vSn-C)。元素分析(C42H34SO5Sn2)，计算值(%)：C，56.80；H，3.83。实测值(%)：C，56.54；H，3.98。

1)以传统作圆求交点法所制梯形槽参数所得槽满率比以理想梯形槽参数计算所得槽满率高，考虑实际以传统法制电枢槽满率经验值一般不超过68%，若以理想梯形槽参数所制电枢槽满率可达到70.7%，留余取整为70%，故若以理想梯形槽参数制电枢槽满率经验值上限可设为70%，此时，电枢绕组可选择规格较粗的漆包线以降低电机热负荷。

1.3 晶体结构测定

选取一颗大小为0.26 mm×0.24 mm×0.13 mm的晶体，在Bruker SMART APEX Ⅱ CCD单晶衍射仪上，采用经石墨单色化的MoKα射线(λ=0.071 073 nm)，于296(2) K，以φ～ω扫描方式收集数据。在2.00°≤θ≤25.00°范围内共收集22 875个衍射点，其中独立衍射点8 722个[R(int)=0.019 2]，可观察衍射点7 312个[I >2σ( I )]。全部数据经Lp因子和经验吸收校正。晶体结构由直接法解出，非氢原子坐标通过数轮差值Fourier合成陆续确定，理论加氢法给出氢原子在晶胞中的位置坐标。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，R1=0.029 1，wR2=0.075 3；Δρmax=790 e/nm3，Δρmin=-689 e/nm3。全部结构分析计算工作采用SHELX-97程序系统完成。

根据晶体结构的原子坐标，运用Gaussian 03W程序和B3ylp/lanl2dz基组水平，计算得到分子的总能量为 -14 277.597 851 5 a.u.，最高占据轨道能量为-0.236 85 a.u，最低空轨道能量为0.103 25 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.340 1 a.u.。从体系能量和前沿轨道的能量分析，化合物总能量和占有轨道能量均较低，表明配合物分子结构稳定。最高占据轨道与最低未占轨道的能量间隙ΔE较大达0.340 1 a.u.，从氧化还原转移的角度分析，配合物较难失去电子而被氧化，其基态较稳定。

晶体中，一配合物分子中配位水分子中的氢(H5A)与邻近的另一配合物分子的羰基氧(O4i)形成O-H…O氢键，d(H5A…O4i) 0.188 2 nm，∠O5-H5A…O4i161.90 °，通过氢键扩展，在晶体中形成一维无限Z字型链，如图2所示。

1.4 配合物的体外抗癌活性测定

采用MTT法检测了双(三苯基锡)噻吩-2，5-二羧酸酯对人宫颈癌细胞(HeLa)的体外抗性肿瘤活性。将化合物用二甲基亚砜(DMSO)配成5.0 mg/mL的溶液，用RPMI-1640培养基分别稀释成5,10,25,50,100 g/mL。取处于指数生长期的HeLa细胞悬液加至96孔板中(细胞浓度为50 000个/mL，100 μL/孔)，于37 ℃、5 % CO2恒温箱中培养12～18 h使细胞贴壁。去除上清，加100 μL不同浓度的上述化合物，每个浓度设 4个复孔，孵育24 h，弃去上清，每孔加入2.0 mg /mL 的 MTT 溶液60 μL，继续培养3h，除上清后，每孔加入150 μL二甲基亚砜，低速振荡10 min，使深蓝色结晶溶解，用酶标仪在490 nm 波长处测其吸光度值。按如下公式计算各组对癌细胞的抑制率：抑制率(%)=(对照组OD值-测试组OD值)/ 对照组OD值 × 100 %。每组实验均重复3次，取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 晶体和分子结构

从图5可知，当电池组中某个电池单元出现热失控导致的起火冒烟时，电池预警防护系统界面中的火焰报警模块和烟雾报警模块分别以红色显示，并且信号值同时发生变化，说明设计的电池预警防护系统具备了及时预警的功能，在预警信号发生后，系统根据指令设计，将灭火动作下达至灭火模块，开启灭火剂管路向燃烧的电池喷射灭火剂，从图6可知首先是电池明火被扑灭，其次在电池明火扑灭后由于灭火剂的窒息冷却效果发挥作用，电池熄灭不在燃烧，表现为图5中的烟气探测值归零。

图1 配合物的分子结构Figure 1 Unit of crystal structure of complex

表1 配合物的主要键长和键角Table 1 Selected bond distances(nm) and bond angles (°) of the title complex

(a)锡原子Sn；(b)苯环碳原子C；(c)配体噻吩环碳原子和硫原子M；(d)羧基碳原子和氧原子L；(e)水分子氧原子O；(f)氢原子H。取最高占据轨道与最低未占轨道，计算结果如表2和图3所示。

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图2 O-H…O氢键构筑的配合物一维无限链Fig.2 1D Infinite chain of the complex by O-H…O interactions

2.2 配合物的分子轨道能量和前沿分子轨道组成

2.2.1 配合物的总能量和前沿分子轨道能量

采用SPSS 18.0统计学软件进行统计分析，计量资料采用±s表示表示，组内的术前与术后各项评分比较采用配对t检验，不同组之间各项评分采用独立样本t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2.2.2 轨道成分分析

为探索化合物的电子结构与成键特征，对化合物分子轨道进行分析，用参与组合的各类原子轨道系数的平方和来表示该部分在分子轨道中的贡献，并经归一化。把配合物原子分为六部分：

由分子结构图和结构参数可知，配合物为三苯基锡通过配体桥联形成的双锡核结构，见图1。2个锡原子的配位方式和构型不同。Sn(1)分别与3个苯基碳和1个羧基氧相连，形成四配位的四面体构型，配位原子与锡原子之间的键角在96.81°-116.49°之间，均偏离109.5°的正四面体角，因此，Sn(1)为畸变的四面体构型。Sn(2)分别与3个苯基碳、1个羧基氧和1个水分子氧相连，形成五配位的三角双锥构型，3个苯环碳原子C(25)、 C(31) 、C(37)占据了三角双锥赤道平面的3个位置，2个氧原子O(3)、O(5)则占据了赤道平面两侧的轴向位置。以锡原子为中心，处于赤道位置的3个原子之间的夹角之和为357.28°，与360°相差较大，说明处于赤道位置的3个原子和锡原子不能很好地共平面。处于轴向位置的氧原子O(3)、 O(5)与处于赤道位置的碳原子的键角在80.69°～99.15°之间，均与90°有较大偏差，最大差了9.15°。处于轴向位置原子的键角∠O(3)-Sn(2)-O(5) 172.32°，与180°线性角相差了7.68。由此可知Sn(2)为畸变程度较大的三角双锥构型。

配合物属单斜晶系，空间群为P21/n，晶体学参数a=1.505 98(10) nm，b=1.388 18(9)nm，c=1.875 63(12)nm，β=103.072 0(10)°，V=3.819 5(4) nm3，Z=4，Dc=1.544 g/cm3，(MoKa)=14.05 cm-1，F(000)=1 768，R1=0.029 1，wR2=0.075 3；Δρmax=790 e/nm3，Δρmin=-689 e/nm3。配合物分子的主要键长和键角列于表1，晶体分子结构见图1。

利用TG209F3热分析仪，在空气氛中，加热速度为20 ℃/min，气体流速为20 mL/min，在40～700 ℃范围内对化合物进行热重测试，其结果如图4所示：

表 2 配合物的分子轨道组成(%)Table 2 The calculated some frontier molecular orbitals composition of complex

图3 配合物的前沿分子轨道示意图Fig.3 The schematic diagram of frontier MO for complex

2.3 热稳定性分析

表2和图3显示配合物的成键特征：①前沿占有分子轨道中，对分子轨道的贡最大是配体噻吩环碳原子和硫原子，占71.86 %；其次是羧基碳原子和氧原子，占16.36 %；苯环碳原子和锡原子对分子轨道均有一定的贡献，分别为7.65 %和2.74 %，说明配合物中Sn-C和Sn(1)-O(1)键有一定的稳定性；②前沿占有分子轨道中水分子氧原子对分子轨道的贡献最小，仅为0.49 %。表明水分子中的氧与锡原子作用较弱，Sn(2)-O(5)键的稳定性差，从Sn(2)-O(5)键的键长长(0.2510nm)，可得到到证实；③比较HOMO与LUMO的各类原子轨道成份，可以看出，当电子从HOMO激发到LUMO轨道时，主要是配体上的电子通过锡原子向苯环转移，锡原子既是电子转移的桥梁也是电子转移的部分授体。

图4 配合物的热分析曲线Fig.4 Thermogravimetric analysis curves of complex

随温度的升高，配合物发生失重的情况是：在40～120 ℃之间，配合物几乎没有失重；在120～170 ℃之间，配合物失重2.01 %，对应失去1个水分子；在170～270 ℃之间，配合物几乎没有失重；270 ℃之后，开始失重，在312～430 ℃迅速失重，430 ℃后失重速度又变缓慢，在520 ℃时几乎停止失重，总计失重67.52 %，对应于配合物分子失去配体和苯基；最后残余物稳定在约32.48 %，残余物可被假定为SnO2，与33.94 %的计算值基本吻合。

2.4 体外抗肿瘤活性

不同浓度化合物对HeLa 人宫颈癌细胞的抗癌活性表3

表3 不同浓度化合物对HeLa 人宫颈癌细胞的抗癌活性

以试样浓度对数值与细胞抑制率作线性回归，用spss17.0 软件计算得到配合物对HeLa 人宫颈癌细胞的半抑制浓度( IC50值)为0.695 4 μg·mL-1。由表3和IC50值可知，配合物对HeLa癌细胞有较强的抑制活性。并且其抑制活性随浓度的变化较小，即使在低浓度时仍然有较强的抑制活性。配合物详细生物活性还有待进一步深入研究。

（四）倒逼预算资金追加投资的情况比较普遍。由于基本建设投资项目往往概算编制不准确、执行不严格、工程建设过程中随意变更设计、擅自增加建设内容、提高投资标准的原因，超概算问题普遍存在。为了避免变成“烂尾工程”，地方政府追加投资，不得不挤占其他领域预算资金，给财政支出带来巨大压力。

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(编校 陈志敏)