（物理化学专业论文）功能性二氧多胺配体的合成、表征及其性质研究.pdf

摘要 二氧四肢配体及其功能化配合物的性质已被广泛地研究，这类配体的金属配合物表现出良好的氧化还原、催化活性和生理功能。从配位角度讲，由于开链和闭环二氧四胺配合物的结构和性质的特殊而发展成为一类具有鲜明特征的配体，其与金属离子相互作用的研究对配位化学本身的发展以及相关学科的研究都有极为重要的理论意义。我们合成了桥联双大环配体和开链二氧四胺配体，并对其配合 物 的 热 力 学 、 酸 分 解 动 力 学 和 催 化 ， 水 解 动 力 学 等 性 质 进 行 了 研 鞠 嗅 体 如 下 : 1 、 本文通过还原邻苯二配中间产物的胺解合成了新的取代开链二氧四胺配体p h a m 2 2 , p h a m 2 3 2 和p h a m 4 5 ， 并参考文献合成了p h a m 2 2 2 及邻菲罗琳桥联二氧四胺双大环配体p d i c l 3，对所有合成的配体进行了元素分析，i r和 1 1 i n mr表征 2 、 利用p h电 位滴定 法测定了 桥联配体p d i c 1 3 的质子化常数， 以及其c u ( ii )c o ( ii ) , h g ( i i ) 和p d ( ii ) 二元配合物的 稳定常数并测定了c u ( ii ) , c o ( i i ) 与p d i c 1 3 和七个*氨基酸的三元配合物的稳定常数; 为了研究取代基效应对配合物稳定常数的 影响， 我们还测定了c u ( ii ) , c o ( i i ) - p d i c l 3 - 5 - r - p h e n 三元体系配合物的 稳定常数，r = ( c h 3 从c l n o , ) ， 并发 现三元体系中 存 在良 好的直线自 由 能 关系。 3 、 利 用p h电 位 滴 定 法 测 定了 开 链配体p h a m 2 2 ，p h a m 2 2 2 ，p h a m 2 3 2 和p h a m 4 5 的质子 化常数以 及与c u ( ii ) , n q) , z n ( ii ) , c d ( i i ) , h g ( ii ) 及p d ( ii ) 二元配合物的稳定常数， 测定了c u ( ii ) 与p h a n 2 2 2 , p h a m 2 3 2 , p h a m 4 5 和a - 氨基酸以及5 - r - p h e n 三元体系的 配合物稳定常数，发现有良 好的直线自由能关系。 4 , 采用停流技术( s t o p p e d - fl o w ) 在一 般酸( h c 1 ) )f a 特殊酸( 四乙基取代乙二胺- h c ib u ff e r ) 两种条件下， 全面系统进行了p h a m 2 2 2 和p h a m 2 3 2 的c u ( ii ) , z n ( ii ) , n i ( ii )配合物在不同 温度下的 酸 分解动力学研究， 并对高p h和低p h情况提出了不同的反 应机je， 结合热力学 数 据求 得 低p h下 直接质子 化过 程速控步的 活 化嫡、 活化烙和活化能。 5 、 利用u v - 2 4 0 和 起始浓度法进行了z n 团 的p h a m 2 2 2 , p h a m 2 3 2 金属配合物催化对硝基苯酚醋酸m ( n a ) 的水解动力学研究，提出了相应的反应机理，催化速率常数，发现z n ( ii ) - p h a m 2 3 2 在近p h中 性条件下有较好的催化效果关键词 :桥联双大环二氧四胺配合物- e & zv !l c abs tract t h e f u n c t io n a li z a t i o n o f p o ly a m i n e li g a n d s a n d t h e p r o p e r ti e s o f t h e ir m e t a lc o m p l e x e s h a v e a t t r a c t e d m u c h in t e r e s t b e c a u s e o f t h e ir c a t a l y t i c , r e d o x a n d b i o l o g i c a la c t iv i t i e s . t h e r e s e a r c h i n t h is fi e l d w o u l d s e t f o r m o r e s o p h is ti c a t e d s t u c t u r e - f u n c t i o nr e a l t i o n s h ip s a n d d e v e l o p t h e th e o ry o f c o o r d i n a t i o n c h e m is try. i n t h i s th e s i s , a s iri e s o fm u l t i d e n a t e d i o x o p o l v a m i n e li g a n d s w e r e s y n t h e s i z e d a n d t h e i r a c i d - i n d u c e d d i s s o c i a t i o nk i n e t i c s t h e m e c h a n i s m o f c a t a ly z in g n a h y d r o l y s i s w e r e s tu d i e d , t h e m a i n c o n tri b u t i o n sa r e a s f o l l o w i n g : l . t h r e e n e w o r g a n i c li g a n d s h a s b e e n d e s ig n e d a n d b ri d g e d - b im a c r o c y c l e w a ss y n t h e s i z e d f o ll o w e d li t e r a t u r e , w h i c h w e r e c h a r a c t e ri z e d u s in g e le m e n t a l a n a ly s i s , i r a n d1 h n m r s p e c t r o m e t r y m e t h o d s . 2 . t h e p o te n t i o m e t r i c ti t r a t i o n m e t h o d w a s a p p li e d f o r m e a s u r in g t h e s t e p w is ep r o t o n a t i o n c o n s t a n t s o f p d i c 1 3 , t h e s t a b ili t y c o n s t a n t s o f m- p d i c 1 3 b i n a r y c o m p l e x e s( m= ( c u ( i i ) , c o ( ii ) , h g ( ii ) , p d ( ii ) a n d m- p d i c 1 3 - l 2 t e r n a ry c o m p l e x e s ( m= c u ( ii ) ,c o ( ii ) ; l 2 = a - a m i n o a c i d , s - r - p h e n ) w e r e a ls o d e t e r m i n e d . l i n e a r f r e e e n e r g yr e l a t i o n s h i p s w e r e w e ll s t u d i e d . 3 . t h e s t e p w i s e p r o t o n a ti o n c o n s t a n t s o f p h a m 2 2 , p h a m 2 2 2 , p h a m 2 3 2 , p h a m 4 5 a n dt h e s t a b ili t y c o n s t a n t s o f m- l b i n a ry c o m p l e x e s ( m= ( c u ( ( i 1 ) , n i ( ii ) , z n ( ii ) , c g ( ii ) , h g ( ii ) ,p d ( ii ) ; l = p h a m 2 2 2 , p h a m 2 3 2 , p h a m 4 5 ) a n d c u - l , - l 2 t e r n a r y c o m p l e x e s ( l , = p h a m 2 2 2 ,p h a m 2 3 2 , p h a m 4 5 , l 2 = (x - a c i d , 5 - r - p h e n ) w e r e d e t e r m in e d b y p o t e n t i o m e tri c t i t r a t i o n .l in e a r f r e e e n e r g y r e l a ti o n s h ip s w o r k w e ll i n t h e s e s y s t e m s . 4 . t h e k i n e ti c s o f t h e a c i d - c a t a ly z e d d i s s o c ia t i o n ( a c i d = c o m m o n h c l s p e c i fi c b u ff e r )o f c u ( ii ) , z n ( i i ) a n d n i ( i i ) c o m p l e x e s o f p h a m 2 2 2 , p h a m 2 3 2 a n d p h a m 4 5 h a v e b e e nin v e s t i g a t e d b y m e a n s o f s t o p p e d - fl o w t e c h n i q u e . t h e d i ff e r e n t m e c h a n i s m s o f t h e s er e a c t i o n s w e re p r o p o s e d a n d t h e a c t iv a ti o n p a r a m e t e r s o f t h e r a t e - d e t e r m i n in g s t e p o f t h ed ir e c t p r o t o n a t io n p a t h w a y w e r e a ls o o b t a i n e d . 5 t h e h y d r o l y t ic k i n e ti c s o f p - n i t r o p h e n o l a c e t a t e ( n a ) c a t a ly z e d勿 c o m p l e x e sz n ( ii ) - p h a m 2 2 2 a n d z n ( ii ) - p h a n 2 3 2 h a v e b e e n s t u d i e d s p e c t r o me t t i c a l l y . t h e m e c h a n i s ma n d r a t e c o n s t a n t s w e r e a l s o g i v e n . k e y w o r d s : b r i d g e d - b ir n a c r o c y c l e , d i o x o t e tr a m i n e ， c o m p l e x , t h e r m o d y n a m i c s , k i n e t ic s第一章绪论第一章绪论 1 . 1研究现状 试图根据已经成功地阐明了那些较简单非生物物理化学体系的物理化学规律，从分子水平上剖析生物结构，解释基本生物功能，进而解释生命是化学家的愿望。生物化学已经发展到能在分子水平和电子水平上解释和说明生命过程。无机化学的概念、理论和技术有了很大发展，已经完善到能应用到非常复杂的 生命过程1 ,2 ,3 1 。 特别是配位化学键理论的日 臻完善， 为阐明生物体内金属配合物结构与功能之间相互关系创造了条件。通过对新型功能性配合物的研究，可以对生命过程中的一些现象加以认证和说明。 新型功能性配合物的研究是有重要理论意义、应用范围广泛的基础研究，而其热力学和动力学性质的研究是该项研究的基础，对于深入了解配合物的本质及进一步推动在实际中的应用，起着非常大的促进作用。 从配位角度讲， 配体一般分为大环配体和开链配体。 大环化合物的研究起始于本世纪3 0 年代初。 生物体内有很多活性功能的大环化合物充当重要的角色， 如抗菌素- 缘氨酶素等有着与冠醚类似的结构间 ， 它与k + 离子配位具有运送钾离子的作用;具有载氧能力的血红蛋白，在光合作用中起捕集光能作 用的叶绿a 都是和叶琳环有关的 配合物s l 大环化合物一般可分为两大类。 一 类是大环多醚， 即冠醚、 穴醚类型; 另一类是含氮( 硫、 硒、磷等) 大环化合物。大环冠醚合成和研究起步较早，人们对冠醚的 合成方法进行了 较为系统的论述门 。其中 对大环多醚的发展作出 突出 贡 献的 是c r a m 8 1, l e h n 9 1, p e d e r s o n ll 0 1 ， 因 此于1 9 8 7 年荣 获诺贝 尔化学奖。 大环多醚的 合成及性质研究 5 ,1 1 ,1 2 ,13 ， 特别是热力学性质研究，172t1作了 较为系统的论述1 4 1 c u r it s 和b u s c h 等率 先进行了 含氮大环与金属离子的 研究工作1 3 1 。 时至今日，含氮大环有了快速发展，己形成为包括有多种类型的含氮大环，有饱和多 胺大环 ( l 1 ,l 2 ) 1s -1 7 1 ， 西夫碱大 环( l3 l4 ) g a -t s l , e d t a型大环多胺 1第一章绪论( 几 ) ,7 ，多 氧多 胺大 环 ( 玩 ) 2 1 o价- n h n h - 、厂 n h es一 n h 7/n - 一- n h es n h - - n h _ n h hhnn 厂l , 1 6 子 价 场 1 7 nin仁 气x 1 1丫人一n- -n阴o hn n -!一nnl , 1 9 o _ 1口 88 厂，七 几nneses 0心 l s 2 0 l ,6 2 1 近几年以 来， 不少学者对大环配体及其配合物性质作了 综述12 2 1 . k im u r a及其合作者23 1合成了 一系列酞胺大环和饱和碳氮大环，并研究了 大环与金属离子形成配合物的物理和化学性质。配合物的电子吸收光谱表明酞胺大环是更强的平面型。 一 电子给予体， 因 而在x y 平面上和金属有更强的 相互作用。k i m u r a 2 3 对配合物的 结构和性质作过综述。由 于氮原子的引入， 增强了含氮大环配体与过渡金属或重金属离子的配位能力，使得配位化学的研究内容更加丰富，扩展了人们对配合物配位能力和配位性质的认识。b u s c h 2 a 论述了 大环配体的 配位特点 及其生命意义， 对我们合成与研究此类配合 物及其生理作片提供了有力的理论工具。我们知道，在金属蛋白 质中的金属通常是通过多肤链的氨基酸上的氮原子相键合的，这些键合作用可通过含氮大环配体来模拟，以期了解金属蛋白质中处于活化中心的金属离第一章绪论子的光a性质和反应性能。如人们合成了叶琳铁配合物和四氮大环铁配合物，以此了解影响血红蛋白结合氧的因素并取得了初步成果12 5 1 近来， 关于开链配体的研究， 多是通过合成具有np以 及混合 供电基团的不r6,类型的配体来进行的2 6 1原子数日的不同，可以将其分为二齿、体，具体例子如下: o ， n 、 5， n 、按照配体提供的配位五齿、六齿及多齿配酗一珑户必c h , p h一n1.几j仁刃，0了干nl，j2/r.ljl , 2 7 1l 8 2 8 1产n 丫l i o 3 0 1l 3 1 1 尸、一 一 一 一 一 一 ，口 s 二0厂 一 n h 空 v- nhn ho一n日l3 3 3 1l4 3 4 1 . n 1vnh oh hnho为 u ,-方 ohl 15 3 5 1lj 3 6 1第一章绪论0( ) 双/件in! 厂 入一nn 牛- n决万n协洛成/0 、/ h州夕、nh丫1砚从 n洲 l 3 7 c o s a l e m 3 8 1 为了更加详细地了解配体本身在配位过程中与金属离子相互作用的影响因素，人们通过修饰大环来解决这个问 题。对大环化合物的修饰一般有以下几种方法:其一， 将饱和a( a m i n e s ) 转变为酞胺( a m i d e s ) ;其二， 用 硫、氧、磷等杂原子取代氮原子，以增加其配位选择性;其三，改变c - h骨架引入侧臂基团3 9 。通过这些简单修饰， 将大大改善大环的性能， 增加其与金属离子选择性或稳定性方面有重要意义。大环配体与金属离子结合通常较开链配体有更高的稳定性，这就是一般所说的t环效应( m a c r o c v c li ce ff e c t ) 4 0 i 。 二 氧四 胺由 于 其酞 胺氮的存 在与 饱和多 胺有较大的 差别， 尤其 在与过渡金属离子配位时，二氧四胺与金属离子形成更强的配位场从而金属离子倾向于低自 旋态， 对此a . b i a n c h i 等人4 1 1 从 热力学性质方面作过论 述。具有旋光活性的二氧四胺 n i ( ii ) 配合物在相转移催化剂下能把烯烃氧化为环氧化合物4 z 。二氧四 胺大环还对高价过渡金属离子如n i ( ii i ) , c u ( h l ) 有较 强的 稳 定 性 网。 氮杂大环梭酸配合物以其结构的特殊和应用前景引起了许多化学工作者的兴趣，有关研究报道逐年增多。由于稀土氮杂人环竣酸配合物具有广泛的用途，它们可作为核磁位移试剂4 4 1 ， 驰豫试剂4 5 1 ，发光离子探针4 6 1核 磁增影剂4 7 1 等，尤其是稀土氮杂大环竣酸酝a 物作为核磁反差增影剂的发 现极大推动了这方面的 研究工作4 8 。关于酞 胺与金属离子的 相互作用及结 构稳 定 性 和配 位方 式，h . s ig e l 等 14 9 1作了 较 为 系 统的 论 述;r . w . i i a y 15 0 1对开链二氧四胺的合成与性质的报道较多， 并培养出酞胺氮未脱掉质子前是酞肢的氧原子先参加配位的单晶，说明二氧四 胺未脱质子前酞胺中的氧原子也可以参加配位。第一章绪论 开链配体在生命生理过程中的作用也得到了广泛的研究。氧在生命体内的巨大作 用无 可比 拟，s a l e n 13 1 1 是研究得比 较多的载氧模型之一。 研究发现氧与配合物氧结合步骤是动力学决速步骤，也就是观察到的 速率常数和过 渡态 参数 与c o t 配 合 物的 分 解过 程 ( 通常 是水 解 ) 有关 国。 但是， 人工 合成的载氧模型同天然载氧体相比，氧键合速率较慢，归因与相对较大的过渡态烩，虽然过渡态嫡是正值有利反应的进行。人们使用平面四边形配体来提供四 个平面配位原子，而保留 另外一个氮原子作为轴向 配位原子13 3 1或者 使用 链 状 平面 五 齿 配体 ( 特别 是 席夫 碱) 5 4 1来 解决 这 个问 题。d a r y leh . b u s c h 5 5 合成一系列甲 基、苯基取代的s a l e n 的 衍生物， 它们c o l 在离子的周围形成 “ 超级结构”值的一 o h 无机、占据而降低活性。防止金属离子的第六个潜在的 配位位置 被高p h同时他们还对不同的反应机理作了比较。有机配体对金属离子的识别与选择性不仅在贵重金属离子的富集、纯化方面，而且在生物体内金属离子过量症的治疗以及选择性补充金属离子有重要意义。 大环配合物与d n a的分子识别及其相互作用13 6 1以 及与核酸嗓吟之间的识别作用13 1 有很多人报道过。matt 5 g 报道了 双齿配体对氮杂冠醚的修饰，以期研究它对碱土金属离子的选择性。具有此作用的配体有许多13 9 1 其中， 文献6 0 1对四齿配体l i a -, ， 进行了 研究，发现l , ， 能 选择性结合锌离子， 而与铜离子、 镍离子、 钻离子几乎没有配合作用， 而l , : 则对铜离子有较好的选择性，四个吠喃氧或者四个毗陡氮形成一个疏水空腔，四个大环氮则形成一个亲水腔，允许金属离子通过。另外该文还对不溶性不流动,it体系吮一 /认户自o ,-/ n ,丫 口l 1 8 a 6 0 气护/|1火合入钊第一章绪论 n/、片片 _n / n 、一 立 护汀一了伙八 l 1 9 6 0 1 l 2 0 6 3 1加 强离子识别与分离的 效应作了 有益的 探讨。p . s . z a c h a ri a s (6 2 1 合 成了邻菲罗琳 2 , 9 一 二醛的席夫碱配体及其配合物，并研究了配体选择性输送离子穿过液膜的能力。 配体1 n 6 3 1 比 较有意义， 它与 锰离子、 钻离子配位时， 用四个氮原子、三个原子形成七配位，而与镍离子、铜离子配位时，则形成六配位( 三氮三氧) 。 取代二氧四胺十三员环对铜离子的选择性及模拟细胞膜对金属离子的传输作用 16 1 )被研究过，发现传输过程受酸度的影响，通过控制仆 犷 1 有可能 实 现c u t + 由 浓度低的 地方 转 移到 浓度高的 地方，从 而 实现细胞膜对金属离子的选择性主动运输。 h . t s u k u b e 6 4 合成了一 系列对活泼的三价金属离子有高亲和性、 选择性的配体，并对它们对金属离子的传输作用进行了 研究。具有代表性的有以下几个:价oh0v”。一 丫几 几厂一 。”c o o h - n丫 - 0 0 0 hoh ohr o o c- -coon 、 cooh a 6 4 / c n i n h c o - 飞 : 气rroh厂 o n h c h 了一、 c h 2 n h c oc h v f t , 一 nb 6 4 1oh so 介沙n 气飞孑h oo h曰ohoh 、扩人(ji、卜、仁!c 6 4 n沐h 3 cd 6 4 1第一章绪论 配体a 对f e m 的 稳定 效 果不高， 因 为 在p h = 8 - 9 时， 不 能 阻 止 氢 氧 化铁的析出;配体b 含有从v b 6 取代的低碱性的类水杨酸 ( 经基毗陡)基团，虽然取代基降低了铁和配体的亲和性，但是它的毒性较低，可以作为铁离子的有效鳌合体，可以用来治疗铁过量症。配体e 通过一个中间体使三个取代苯二酚连接成一个功能体， 三个苯二酚牢固 地结合f e 。配体d 是迄今为 止发 现的 最有 效的 铁鳌 合剂，p k = 1 0 5 6 5 1 ， 在 非 常高的p + + , 甚 至 超过人体p h情况下， 铁离子都不会生成沉淀，并且没有出 现胃 肠不适，作为治疗与铁离子有关的疾病有很好的应用前景。 功能性配体母体如果含有一个荧光性基团，如葱、茶、哇琳，则配体与金属离子的相互作用会使母体荧光增强或者淬灭，可以此来设计荧光传感器与调节器。过去十余年，人们针对s 壳层离子设计合成了一些荧光传感器， 其中许多都遵循光激发电 子转移机理。l . f a b b r iz z i 1合成了 开链二氧四 胺配体i 2 1 -7 0 ，发 现它们与c u 2 + , n i t 形成配合物后蕙随着p h值或金属离子氧化还原电位发生变化，它们与金属离子的结合具有较大的可逆性可用来作为荧光感受器。4 y 夕 、 /议 广 c a , 厂一 入en 飞闷 月nh 欲 沙飞 /派 矛l 2 1 6 6 l场 6 6 1w 6 6 1尹 义尹 一、一尹议 矛澳 一 了6h 少h n c h 3 与 6 6 场 6 7 p . r . s e iv in 等 研 究了 下 面 七齿 配体的 荧 光 性 质 6 9 1。 二齿 配体场侧 臂毗淀用甲 基修饰后6 1毗睫甲 基部分成为电 荷吸收体， 得到两个正电 荷之后，使联毗睫部分荧光淬灭。第一章绪论日么、飞少二 u o电护材俪。xo2 ch, oc l z s ,2 , = 2 , 3 , 6 8 双氧( q) 在水中的 溶解度非常 低， 在1 大气压和2 0 c的条件1 d m 水溶 解6 . 5 9 c m o 2 。 生 物体内 产生的 氧载体 ， 可以 把q可 逆配位到与蛋白 结合的过渡金属离子( 铁、铜或钒) 上，但是生物体系中氧载体分子分子量大、结构又复杂， 研究其与过渡金属离子的配位情况相对于分子量较小而配位环境与其相似的简单大环来说要麻烦许多。因 此人们往往通过研究简单大环与过渡金属离子的配位情况所获得的信息来考虑真实体系，b u s c h 及其合 作 者 11通 过 合 成含 桥 基的 大 环 研究 钻 四与q的 结 合 情况 做了 很 有意 义的尝试。e . k itn u r a发现在十四员环的二氧四胺c o ( ii ) 配合物中当 加入过量咪 哇 或 u 1t v 后的 体 系， 在 7 0 0 c 可 逆 吸 氧 16 8 1 , 1 6 员 二 氧四 胺n i ( ii ) 配合 物能将苯 氧 化为 苯 酚 169 1， 可以 作为 单 加 氧酶的 模型 169 1 ; 1v l a r te ll 17 o 1发 现十 六元 二氧五 胺aj ) 与 镍两的 配合物【 n i l r2 在氧气参与下能把配体本身加入羚基。 光合作用是地球上一切能量的最终来源。 在光合作用的第二个步骤中，需要水分裂酶的 催化作用， 使水分子被氧化， 释放出 氧气。c r a m e r s . p 7 1 等其他的研究小组，曾 经作过这方面的 深入的 探讨。 他们发现，水分裂酶的 活性中 心由四 个锰原子组成正四 面体结构， 每两个锰原子之间 通过。或o h 或o h 2 桥 联。 人 们 合 成 具 有m n n 6 7 2 1, m n 0 6 1伙m n n 2 0 4 17 4 气 m n n 4 q7 3 1等结构的配体。 水不论在工业生产还是在人体的生理活动中都非常重要，水的氧化还原是自 然界的 最基本的反应之一。对于水的氧化来说，还原剂具有高的金属还原电 势是非常必要的。 在 m n n 2 0 4 7 6 型配体中， 催化能力随着供电基团的p k 值的 增加 而减小， 而 酞 肢、 氨的p k分 别为1 5 , 1 1 ， 有利于ib 4 n ( v )与p h o t o s y s te m ii 键合， 而 双酞 胺、 双 烷 氧基能 够 稳定高 价 金 属离子。 配体3 l i m n l 2 2 . 4 m e c n 17 7 1有 低的 还 原电 势， 在空 气 存 在的 情况 下，可自 动 被氧化成mn ( v ) 的配合物。第一章绪论c . o rv ig 小 组报道过a i . g a . i n 的苯酚多胺配合物。a l .g a .i n 的 配位化学引起人们的浓厚兴趣，a i 与中性生物配体的配位紊乱， 容易导致疾病7 $ /入心 o、 h飞台/县 h召日 n/n = 2 , 3x = h. c l b r几全br厂广.hu、n开一hx一o厂ih n丫1 xl t 8 7 9 a l 29 7 9 b 决万户n 、/ n ”又 h n丫o h11 - h o o h义矛 r l , o 8 0 g a 、i n 的放射性同位素g a g a “i n 的配合物可作为潜在的 放射性治 疗药 物。 它们的苯酚多 胺化 合物l叫 具有高稳定性和低的 配 位交换 速率，能阻止其作为治疗金属离子过量或者引导放射性同位素到有机组织目 标物上去时金属离子发生快速地水解. 。同一个化合物l 3 0 80 1 , a l3 以n 3 0 3 方式配位， 而g a 3 十 以n , q方式配位，更软更大的i n 则以凡几方式形成中性配合物。 这可用h a n c o c k 和a .e .m a r t e ll g l 关于大环以 及开链配体与金属离子相互作用的理论来解释。 铁元素在地球上的分布十分广泛，但由于它的低溶解性，需要依靠如铁传递蛋白 ( 人体) 或光合作用铁传递蛋白 ( 植物界 ) 增加水 溶性， 以穿 过细胞膜进入细胞内 部。铁传递蛋白 通常认为含有哇琳基或者苯二酚基， 文献182 1分别用苯二酚、 喳琳、2 , 2 - : - 基联毗q取代的t r e n 三( 2 - 氨乙基) 胺 模拟铁传递蛋白 的结构与功能。 铁蛋白 位于p b o t o s y s t e m ii 和细菌反应中 心的 9第一章绪论咐近，铁原子直接与组氨酸的咪哇残基的四个氮原子、周围环境中的谷氨酸 残 基的 梭 基 上的 两 个 氧 原子 相 连，j .p t u c h a g u e s 8 3 1 n 经 报道 过5 - 硝基 取代笨甲醛的多胺西佛碱模拟物。 氧化还原反应对一切生命过程是十分重要的。在电子传递作用中，含铜和铁的蛋白 居于支配地位，并借助多肤或蛋白组分调节金属中心起所要求的氧化还原作用。通过合成、研究简单大环并使之与金属离子形成配合物的氧化还原反应性质来模拟生命体系中重要金属离子的生物氧化还原反应行为无疑是一个十分重要的课题。蛋白质是细胞的重要组成成分。在生物界无处不在，为生命所必需。随着人类对细胞各组分的基本物理化学性质的认识的不断深化，对生命活动的理解也就有更深厚的基础。酶也是一类具有催化活性的特殊蛋白 质，它的高特异性和催化高效性使其成为人们关注的焦点。为了能更好地理解自 然界的各种金属酶的性质和作用机制，人们设 计了大 量的 模型化合物来进行此方面的研究18 4 1 双金属离子配体的配位性质明显不同于单金属离子配体，因此人们合成了行形色色的 双金属配体来对比它们的配位能力和配位性质，双金属离子配合物一 直是配位化学的一 个经典研究对象85 。一 种情况是单个大环或者 含有多 个 配位原子的 开 链配体， 例如穴 醚的 衍生 物8 6 铜离子 面对面形成一个单大环或者形成三维空间结构，紧密的空间结构使得配合物的电磁性质发生改变，并且对每个金属离子中心的氧化还原性质有影响。另一种情况是两个分子量小的大环通过桥联， 每个大环配体部分结合一个金属离子，这样的 例子有对称双饱和十四员四 氮大环配体97 及 k . m o c h i z u k i la l 等合成的c - c桥联不对称饱和十三元、十四员四氮大环配体，发现它们作为水还原为氢的活性电催化剂的效果要比单个十三员、十四员环大得多。k . t a k a s 侧8 9 1 巧 妙地合成了 临二甲 苯桥联共面双大环配体， 它的二镍配合物在碱性水 溶液里能 够以c 几 的 形式自 动吸收c q。 几十年来，1 , 1 0 一 菲罗琳作为重要的配体，相应的许多配合物在很多领域内 起 重 要的 作 用， 如 在 分 析 化学 19 0 1 、 均 相催 化 19 1 1 中 ，以 及作 为 化学 核 酸酶 9 2 1和重 要的电 子传递剂 19 3 1 。 而且，1 , 1 0 一 菲 罗琳与 联毗睫一 样， 在超分子 1 0第一章绪论配位化学19 4 9 5 1 中 也占 据了 相当 重要的 地位.目 前， 对1 , 1 0 一 菲罗琳的修饰主要集中 在2 , 9 位，但对4 , 7 位、5 , 6 位和3 , 8 位的修饰也有所报道19 6 1 利用不同 位置带不同 取代基的1 , 1 0 一 菲罗琳中间体，d e a d y等合成了多醚_6大环配体玩 尹 1 , b r a d s h a w等 合成了 双邻菲 罗琳席夫 碱大 环 1 3 3 19 7 b 1 ; l u n m g等则 合成了 双大环配体19 8 1 o n e w k o m 。 合 成了 邻菲罗 琳多 醚 大 环 和 含有邻菲罗琳与联毗陡的大环19 1 ; f a b b ri z z i 用巧妙的 方法合成了c y c l a m功能化的 邻菲罗琳配x = y = c h o ; x = y = c 饥h ;x = y = c n , x = y = c h n o h ;x = y = c h 2 n h 2 ; x = y = c h 2 0 hx = y = c h 2 b r ;x = y = c b r 3 ; x = y = c c 七 l s 1合 物 1 0 0 1 , s a b b a tin i 等 合 成了 具 有 磷光 性 质的 大 环 配体 及其e u 3 + ，.1 .6 3 + 的 配合物11 0 1 1 ，并 研究了其光物理性质;c a z a u x合成了 更为复杂的超分子大环配 合物场11 0 2 .1 0 3 1 . w a lb a 等 合成了 邻菲罗琳结式 超分子大 环配 合物场110 + 1n n户江扮门丫目叭l 3 2 9 7 0 ( c l 成h , o一 万了-n n-日 、一 / 压c h , c 吩o l , 1 0 2 , 1 0 3 1 , 1 0 4 1 林华宽， 孙宏伟等 。 0 5 1合 成了 十三 个新的1 , 1 0 - 菲 罗琳2 , 9 一 二甲 胺衍生配体， 测定了 配体的质子化常数以 及它们与n l n ( ii ) , c o ( ii ) , c u ( ii ) , z n ( ii ) , p d ( ii ) 1 1第一章绪论等金属离子 配合物的 稳定常数， 采用， t o p p e d - fl o w技术进行了c u ( ii ) , c o ( ii )和z n ( ii ) 配合物的 酸分 解动力学研究，并且利用w - 2 4 0和用起始浓度法，全面 进行了z n ( ii ) , c o ( ii ) , c u ( ii ) , n i( ii ) w合物催化对硝基苯酚醋酸m( n a )水解动力学的研究，并提出了新的机理。还对五个把配合物进行了体外抗肿瘤活性实验，从中发现了三个活性比较好的配合物。 e .h im u r a 0 6 小组合成了 一系列含有侧臂取代 ( 多是醉经基和酚经基) 口 从oh oh的大环配体，对模拟锌酶的工作作了有益的尝试。 、仗 h他们研究发现，大环与z n 配位以 后使得配位h z 。上h 离去，带负电 荷的o h 作为良 好的亲核体去进攻磷酸脂或者碳酸脂的亲电基团，从而引起它们发生水解。并且当大环侧臂醇轻基取代以后，醉经基的配位能力要比水分子强得多，在其配位不太强烈的 情况下，o h基团失去h 后，o 作为一种更好的亲核体， 有可能 成为模拟锌酶的良 好模型11 0 7 1 。 林华宽1 0 8 等曾 经测试过苯酚取代的饱和四 氮大环催化n a脂水解的反应动力学， 他们发现该配体在p h = 8 . 5 左右有 最 佳 催 化 效 果 ， 而 含 醇 i s 基 取 代的 四 氮大 环 的 最 佳 范 围 是p h = 7 .4 0 6 1 ， 与人体p h范围 相符合。 目 前研究表明， 一些金属离子配合物能催化水o穿k 解某些酞胺类、 酷类以 及一些r n a等物质11 09 1 。 其 中配合物的有效物种大都是配位水分子解离生成冲 轻 基 或 配 位 基 团 解 离 质 子 生 成 醇 氧 负 离 子 形 成 亲 核基团而起催化作用。 这些都是化学催化的事例而 与酶催化有显 著的 不同。 但是h a y i1 ia 1 和g r o v c s 1 1 1 ) 的研究中对含有酞胺配合物的自身催化水解， 一定程度上说明 酞胺的 不稳定性。 而h a m i lt o n u 2 研究了一类含有酞胺的铜配合第一章绪论物 与 和 玛7 ，发现它们很稳定且能有效选择性催化 r n a中磷酸酣键的断裂。说明配合物基本没有分解。因此，可以认为酞胺在配合物中的水解与否决定于配合物的几何构型和酞胺周围结构环境。尸 决 =n封 p l yo hz从，rn:疏。住 n . c u- o fy议加- c u产 - n飞万r -n 玩场 许多 磷酸脂酶的活性中心含有两个或三个锌离子1 1 3 ，因 此含有多个金属离子的配合物是很有前途的催化核酸中磷酸脂键水解的模拟物.mo n oy a s 仙-o 1 1 4 曾经报道过四毗睫乙基取代的2 一轻基乙二胺以及六毗淀乙基取代的三氮乙基胺。其中第一个配体通过六个氮原子和一个氧原子结合两个锌离子，第二个配体形成三角架，每个支臂上的三个氮原子结合一个锌离子。研究发现，三核配合物比而二核配合物以及单核配合物对锌离子的选择性、 催化r n a水解的效率要依次高得多。 1 . 2 本论文工作 1 . 2 . 1 合成了两类配体一、 邻菲罗琳桥联二氧四胺双大环配体卜 c h 2c h 3- o c h tc h 3c h 3 c h z o h一-州卜回流8 - 1 0 天 厂一 、塑h n inhhn 一了2 , 9 二 氛甲荃一 1 . 1 0 - 菲罗 琳o n - n h id mf i k, c o3 nh1 nh 一了第一章绪论二、内脂胺解，生成含醉轻基的开链二氧多肢配体 n a b i-i 4产 u一/k 洛0日cc训0 创011/ ，c 十 六 洲跳 一 _ 贬 n h x ,w 尸;1 .2 .2、热力学性质研究 一、 测定v大 环配体质子化常数以 及配体与金属离子c u ( ii ) , c o ( ii ) ,h g ( ii ) , p d ( ii ) 形成二元配合物的 稳定常数， 测定了c u l - a - a ,基酸和c u l - 5 -取代邻菲罗琳三元体系的稳定常数并发现三元配合物稳定常数分别与*氨基酸和邻菲罗琳的酸离解常数之间存在良 好的直线自由能关系; 二、 测定开链配体质子化常数以 及配体与金属离子 c u ( ii ) , n i ( ii ) ,z n ( ii ) , c d ( ii ) , h g ( ii ) , p d ( ii ) 形成二元配合物的 稳定常数，测定了c u l -氨基酸和c u l - 5 - 取代邻菲罗琳三元体系的稳定常数并发现三元配合物稳定常数分别与， 一 氨基酸和邻菲罗琳的酸离解常数之间存在良 好的直线自由能关系。 1 .2 .3动力学性质研究 在溶液热力学研究的基础上，进行了酸分解动力学的测试工作。用停流法研究了 铜( ii ) , 锌( ii ) , 镍( ii ) 与l33 z l 2 2 2 和l 4 6 形成的二元配合物在不同温度和不同酸度的情况下的酸分解反应，并提出了 合理的反应机理，更加深入地了 解配合物的生成、分解机制，以便对配合物的性质有进一步的的理解， 1 . 2 . 为新型功能性配合物的合成与性质的研究提供新的思路。4模拟水解酶的工作用紫外光谱法研究了锌( ii ) 配合物作为模拟水解酶模型的可能性配合物z n l 2 , z 具有较好的催化活性和接近人体血 液p h的p k , 值，发现有较好第一章绪论的利用价值。参考文献d i 墓 础分子 生 物学 ， 美 f . w .p r i c e 著， 孙 冠文， 秦扶一 ，陈丽初 译，上 海科 技出版社( 1 9 8 5 ) 2 1 生 物无 机化学 概要 ) ，郭德 威编 著，天津 科 技出 版社( 1 9 9 0 ) 3 +生 物 无 机化学 赵 树仁主 编 ，吉 林大学出 版社( 1 9 8 8 ) . 4 r . m . i z a tt a n d 1 . j . c h r is t e i l s e n ( e d . ) , p r o g r e s s i n ma c r o c y c l i c c h e m i s t ry , v o l . 1 , wi l e y , n e w y o r k ( 1 9 7 9 ) , 5 j . e . f a l k , po r p h y r i n s a n d m e t a t l o p o r p h y r i n s ( 1 9 6 4 ) ; 6 1 e . b . f l e i s c h e r , a c e , c h e m . r e s . , 3 , 1 0 5 ( 1 9 7 0 ) ;口 g . w . g o k 叭s . h . k o r z e n i o w s k i ( e d ) ， ma c r o c y c l i c p o l y e t h e r s y n t h e s i s ( 1 9 8 2 ) ; 8 j . a l m y , d . c . g a r w o o d , d . j . c r a m , j a m . c h 。 二s o c , 9 5 , 2 9 6 1 ( 1 9 6 7 ) ; 9 b . p ie lr i c h , j - m l e h n , l . p . s a u v a g e , t e t r a h e d r o n l e n . , 2 8 8 5 ( 1 9 6 9 ) ; 1 0 l c . j . p e d e r s o n , j . a m . 以。 ，s e c . , 8 9 , 2 4 4 5 ( 1 9 6 9 ) ; 1 1 r . m . i z a t t ( e d . ) , p r o g r e s s i n ma c r o c y c l i c c h e m i s t r y , v o 1 . 3 , ( 1 9 8 7 ) ; 1 2 r . m . i z a t t , 1 . j . c b r i s t e m e r y p r o g r e s s i n ma c r o c y c l i c c h e m i s t ry , v o l. 2 , ( 1 9 8 1 ) ; 1 3 i b i d , s y n t h e s i i e m u l t i d e n t a t e ma c r o c y c l i c c o m p o u n d s , ( 1 9 7 8 ) ; 1 4 1 r . m. i z a t t , e t . a l . , c h e m . r e v . , 9 5 , 2 5 2 久1 9 9 5 ) ;1 1 5 1 ( a ) n. f . qu i t s , j . c h e m . s o c . , 4 4 0 9 ( 1 9 6 0 ) ; (