（应用化学专业论文）多氮金属配合物的合成、表征及性质研究.pdf

摘要 摘要 本文以新型多氮配合物为研究对象，以2 ，6 二甲酰基4 氯一苯酚和 2 ，6 二甲酰基4 一氯一苯酚、5 氟水杨醛、1 ，3 丙二胺、组胺和乙醇胺等为 主要原料合成了5 种多氮配合物( 【c u 2 l 2 0 c 1 3 h 2 0 羔、【c u 2 l 3 0 h c h 3 0 h 2 、 c u 2 l 3 c 1 2 2 c h 3 c n 1 3 h 2 0 兰、 n i l l 2 】垒、【n i 4 l 5 4 量) 。用元素分析、 红外光谱、紫外光谱、电喷雾质谱及x 射线晶体衍射对合成的化合物进 行了表征。通过循环伏安法对相关配合物的电化学性质进行了研究。研 究了配合物与d n a 的相互作用以及对磷酸酯水解的催化活性。 主要研究工作如下： 1 配合物一1 和配合物2 在结构上均为开环双核铜配合物，配合物羔 中一个铜离子的配位环境为平面四边形，而另一个铜离子为四方锥，两 个铜离子以一个酚氧基和一个氧负离子桥联，配合物2 中存在一个对称 中心，两个铜离子的配位环境相同，均为四方锥结构，铜离子以一个酚 氧基和一个羟基桥联。配合物兰为酚氧桥联的双核铜配合物，每个铜离 子的配位环境为四方锥，轴向配位原子为氯原子，该配合物存在7 r - 7 9 堆积 和氢键的超分子自组装行为。配合物4 为单核镍配合物，镍的配位环境 是扭曲的八面体。配合物是一个具有立方烷型n i 4 0 4 核心的镍一氧簇 四核镍配合物，其中n i 4 0 4 是畸变型立方体。 2 通过电化学测定配合物2 、兰、量的循环伏安曲线表明：配合物 量在o 5 一1 5v 内有两个还原峰而没有氧化峰；配合物兰在o 5 一1 4 v 内有两个还原峰和一个氧化峰，其中一对氧化还原峰时准可逆的；配合 物主在0 8 一一2 8 v 内有三个还原峰和两个氧化峰，其中两对氧化还原峰 是准可逆的。 3 采用琼脂糖凝胶电泳手段，考察了配合物2 和配合物3 对超螺旋 p b r3 2 2 d n a 的切割作用。结果表明：配合物2 和3 对超螺旋d n a 均 有一定得切割活性，并且随着配合物浓度的增加切割效果增加。配合物3 在反应时间为5 个小时就能将超螺旋d n a 都切割成缺刻型d n a ( f o r mi i ) 和线状d n a ( f o r mi i i ) 。 武汉i ：程人学硕十学位论文 4 用紫外吸收光谱法研究了配合物2 对磷酸单酯键模型物n p p 的水 解催化作用，具有良好的催化活性。并在不同的p h 值下探讨了配合物对 磷酸酯水解的动力学特征。 关键词：多氮配合物，席夫碱，开链配合物，立方烷结构，d n a 切 割，磷酸酯水解 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h en o v e lt y p ep o l y a z a c o m p l e x e sh a v eb e e n s t u d i e d f i v en o v e l c o m p l e x e s w e r e s y n t h e s i z e db y u s eo f 2 , 6 一d i f o r m y l 一4 一f l u o r o p h e n o l 、2 , 6 一d i f o r m y l - 4 一c h l o r o p h e n o l 、5 - f l u o r os a l i c yl a l d e h y d e 、1 , 3 cd i a m i n e 、h i s t a m i n ea n d e t h a n o l a m i n e t h e y a r e c u 2 l 2 0 c 1 3 h 2 0 量， c u 2 l j o h c h 3 0 h 2， c u 2 l 3 c 1 2 。2 c h 3 c n 1 3 h 2 0 兰， n i l l 2 垒a n d n i 4 l 5 4 _ 5 t h e s ec o m p l e x e sc h a r a c t e r i z e db y e l e m e n ta n a l y s e s ， i r ，u v - v i s ，e s m s ，a n dx - r a yd i f f r a c t i o n st e c h n i q u e s t h ee l e c t r o c h e m i s t r y c h a r a c t e r i z a t i o nm e t a li o n sh a v e b e e ns t u d i e db yr e c o r d i n gt h ec y c l i c v o l t a m m o g r a m s t h ec l e a v a g er e a c t i o n s o fd n aw i t hc o m p l e x e sw e r e s t u d i e da n dt h ec a t a l y t i ca c t i v i t yo fp h o s p h a t ee s t e rh y d r o l y s i sh a sb e e na l s o i n v e s t i g a t e d t h em a i nr e s e a r c hw o r ka r ea sf o l l o w s ： 1 c o m p l e x e s 三a n d2c o m p l e x e sa r eo p e n l o o ps t r u c t u r eo fb i n u c l e a r c o p p e rc o m p l e x e s i nc o m p l e x 呈，c o p p e ri o n si nac o o r d i n a t i o ne n v i r o n m e n t f o rt h ep l a n eq u a d r i l a t e r a l ，t h ec o o r d i n a t i o np o l y h e d r o no ft h eo t h e rc o p p e r i o n si ss q u a r ep y r a m i d ，a n dt h et w oc o p p e ri o n sl i n eap h e n o lo x y g e na n da b r i d g i n go x y g e ni o n s w i t h as y m m e t r yc e n t e ra n dt w oc o p p e ri o n so ft h e s a m ec o o r d i n a t i o ne n v i r o n m e n t ，c o m p l e x2i st h es q u a r ep y r a m i ds t r u c t u r e w i t ha c o p p e ri o na n d ap h e n o l i ch y d r o x y lo x y g e nb r i d g e d f o rt h ec o m p l e x3 o fp h e n o l b r i d g e db i n u c l e a rc o p p e rc o m p l e x e s ，t h ec o o r d i n a t i o ne n v i r o n m e n t e a c hc o p p e ri o ni ss q u a r ep y r a m i d ，t h ea x i a lc o o r d i n a t i o na t o mi sc h l o r i n e a t o m s 一3e x i s t 肛万s t a c k i n ga n dh y d r o g e n b o n d e ds u p r a m o l e c u l a ra c t s o f s e l f - a s s e m b l y 垒i sm o n o n u c l e a rc o m p l e xo fn i c k e l ，a n dn i c k e lc o o r d i n a t i o n e n v i r o n m e n ti sd i s t o r t e do c t a h e d r a l c o m p l e x i san o v e ln i oc l u s t e r t e t r a n u c l e a rn i ( i i ) c o m p l e xw i t had i s t o r t e dc u b i cn i n 0 4c o r e 2 c y c l i cv o l t a m m e t r yc u r v e so f2 、兰、量s h o wt h a t ：t h ec o m p l e x 一2 e x h i b i t st w or e d u c t i o np e a k sa n dn oo x i d a t i o np e a ki nt h er a n g eo fp o t e n t i a l 武汉+ 1 ：程人学硕士学位论文 0 5 - - - 1 5v ；t h ec o m p l e x3b e h a v e st w or e d u c t i o np e a k sa n do n eo x i d a t i o n p e a ki nt h er a n g eo fp o t e n t i a l0 5 一一1 4 v ，a n dt h a tp a i ro fr e d o xp e a k sa r e p s e u d o r e v e r s i b l e ；t h ec o m p l e x 量b e h a v e st h r e er e d u c t i o np e a k sa n dt w o o x i d a t i o np e a ki nt h er a n g eo fp o t e n t i a lo 8 一一2 8 vva n dt h a tt w op a i r so f r e d o xp e a k sa r ep s e u d o - r e v e r s i b l e 3 t h ec l e a v a g er e a c t i o n so fs u p e r c o i l e dp b r 3 2 2d n aw i t hc o m p l e x e s2 a n d 一3w e r es t u d i e db y t h eu s eo fa g a r o s eg e le l e c t r o p h o r e s i s t h er e s u l t ss h o w t h a t ：s u p e r c o i l e dd n a c a nb ei n c i s e db yc o m p l e x2a n d 3 a n dt h ec l e a v a g e a c t i v i t yw a se n h a n c e db yt h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no ft h et w oc o m p l e x e s s u p e r c o i l e dd n ac a nb ei n c i s e dt ot h en i c k e dd n a ( f o r mi i ) a n dt h el i n e a r d n a ( f o r mi i i ) b yt h ec o m p l e x e s3w h e nt h er e a c t i o nt i m ei s5h o u r s 4 h y d r o l y s i so f4 一n i t r o p h e n y lp h o s p h a t ec a t a l y z e db yt h ec o m p l e x2 w a si n v e s t i g a t e db yu va b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y i ts h o wt h a tt h ec o m p l e x h a se x h i b i t se f f i c i e n tc a t a l y s i sf o rt h eh y d r o l y s i sr e a c t i o n t h eh y d r o l y t i c k i n e t i c so fp h o s p h a t em o n o e s t e rw a ss t u d i e da saf u n c t i o no fp h k e yw o r d s ：p o l y a z a - c o m p l e x e s ；s c h i f fb a s e ；o p e n l o o pc o m p l e x ； c u b a n e ；d n ac l e a v a g e ；h y d r o l y s i so fp h o s p h a t e i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：毛佳伟 跏1 年夕月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定，即： 我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密o ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密、，。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：锚 年岁月2 9 e l 指导教师签名：【习孑 o7 年歹月2 1 e t 第1 章绪论 第1 章绪论 配位化学，又称为络合物化学，是近代化学学科中最活跃的前沿领 域之一，它是在无机化学上的基础上展起来的边缘学科，但它的研究范 围己远远超出纯无机化学的领域。随着合成技术分、析技术的的迅猛发 展，配位化学现在已经延伸和渗透到有机化学、分析化学、物理化学、 物理学、材料科学及生命科学等学科，形成了许多崭新的边缘学科领域 1 , 2 1 ，如金属有机化学、生物无机化学等。配位化学在分离分析、水的净 化、电镀、染料、医药、污染处理【3 】及生物的生命活动中等都有着重要的 作用。今年来国内外一些化学科研重大课题，如化学模拟生物固氮，太 阳能的利用、光合作用的模拟和光化学分子器件的开发以及日常生活中， 配位化学都具有极大的应用潜力。因此，配位化学的研究有着重大的理 论和实际意义。 金属离子及其所形成配合物和生物分子之间的相互作用、酶在生物 化学反应中的催化作用等问题均可以通过配位化学的理论和方法来进行 研究。目前金属酶的人工模拟工作及其催化作用和机理的研究是配位化 学研究的新兴领域，涉及到像含卟啉、冠醚、s c h i f f 碱和多胺等一系列 配体的金属配合物的设计、合成、表征，以及结构与性质的研究 4 1 。所以 合成具有新型结构和功能的配合物，探讨研究其生物学功能，阐明金属 酶的结构和作用机理是当代配位化学发展的前沿领域，具有广阔的发展 前景。 1 1 多氮配合物研究概况 多氮配合物是指分子中配体含有多个氮原子的配合物，配体中氮原 子的数量、氮原子与金属离子键合的环境都可以直接影响到金属离子的 物理，化学性质。因此，在配合物的合成和研究中，通过配体的设计和 裁剪合成新的多氮配合物并研究其结构和性质的关系，一直是化学研究 人员所关注的课题，并且对含多氮配合物的新材料及其应用以及生物活 性物质的模拟研究都具有十分重要的重要指导意义【5 】。 武汉i ：程人学硕- 十学位论文 1 1 1 多氮大环配合物 大环配合物是指其环的骨架上含有氮，氧，硫，磷等多个配位原 子的多齿配体所生成的环状配合物。19 6 7 年帕特森( p e d e r s o nc j ) 合成 出第一个含大环配体苯并1 8 冠6 的冠醚配合物【6 】，由于它们对碱金属 及碱土金属阳离子有特殊的配位能力而引起人们的注意，也从此揭开了 研究大环配合物的序幕。到目前为止，所见报道的大环配合物大致可 以分三类：含氧的大环冠醚；含氮的大环配合物；同时含氧和氮的大 环配合物，其中含氮大环配合物与过渡金属有强的配位能力【j 7 1 。过渡金 属多氮大环配合物，是多氮类配合物的一个重要分支，大量合成研究 工作表明：这类配合物在氧化还原性、催化性能及与生命现象相连的 化学与模拟许多方面表现出独特的性能【8 。1 ，某些多氮配体与过渡金属 形成的金属多氮大环配合物，有较好的载氧和抑菌性酏h r - , ；并且有些此 类型的配合物对d n a 分子具有选择性的断裂作用 1 2 , 1 3 1 。值得一提的是， 具有n ( i m i n e ) 4 0 2 型系统的s c h i f f 碱多氮大环配体的配合物的研究越来 越被重视，自从1 9 7 0 年p i l k i n g t o n 和r o b s o n e l 4 】首次使用2 ，6 - - 甲酰 基苯酚为原料合成了这类大环配合物以来，人们发现在生物体内有很 多这种含s c h i f f 碱类型的活性配合物。通过研究这类型的配合物的性 质，可以为天然体系的研究提供许多有价值的信息【l5 1 。并且由于该类 配合物中较强的金属与金属的作用，使其具有特殊的光、电、磁学等 性质，一直受到众多研究者的青睐 1 6 , 1 7 。 n ( i m i n e ) 4 0 2 型s c h i f f 碱多氮大环配合物大多是由2 ，6 - - - 甲酰基对 取代苯酚与含有两个伯胺的胺类化合物通过缩合环化反应而形成的 1 8 , 1 9 ，因为2 ，6 一二甲酰基对取代苯酚的衍生物一系列的合成s c h i f f 碱 类大环配体的优良羰基试剂【2 0 1 。人们发现通过改变对苯环的对位取代 基( 如o c h 3 、c h 3 、c i 、一b r 等) 和环侧链的长短对配合物的结构、电 化学性质、热力学性质、磁性质及其生物活性有较大的影响【2 1 - 2 8 。所 以通过设计合成含不同苯环取代基和不同环侧链的n ( i m i n e ) 4 0 2 型配合 物、研究它们的结构与性质，可以使我们更加深入地了解并掌握配合物 中金属离子之间的相互作用以及金属离子与配体的键合关系原理。 第1 章绪论 1 1 2 多氮开环配合物 多氮开环配合物相对于环状配合物而言，其主要区别在于其没有形 成闭合的环状结构，参与配位的金属离子与外界有更大的接触空间，从 而会具有一些特殊的性质，比如说对磷酸酯水解表现出更好的催化水解 活性【2 8 1 。这是一些环状配合物所不具备的。多氮开环配体主要由伯胺与 醛、酮类活泼羰基化合物的发生缩合反应，生成含亚甲胺基( a z o m t h i n e g r o u p ) ( r c = n ) 的一类化合物，也称为s c h i 蹴化合物，这在上文中有提 到。合成多氮开环配合物常用到的醛类有水杨醛、香草醛、吡啶醛、噻 吩醛以及2 ，6 一二甲酰基对取代苯酚的衍生物等。目前报道以水杨醛形成 的开链配合物较多 2 9 , 3 0 。水杨醛与氨基酸类缩合得到的s c h i f f 碱，它主要 是与过度金属钒、铜形成配合物 3 1 , 3 2 ，它们有较强的抗菌活性【3 3 1 。2 ，6 一二 甲酰基对取代苯酚的衍生物形成的开链配合物也有一些报道 3 4 - 3 7 】。如图 1 1 所示，2 ，6 一二甲酰基对取代苯酚的衍生物和相关的胺类反应得到开链 的配体，之后与金属离子配位，形成双核的配合物，反应一般选择的是胺， 比如吡啶甲胺、吡啶乙胺、组胺等。 卜黪。八 i 胛+ 胛+ j 、肖、 h 厶5 u l n 3 ，l h 3 ，乙l ，廿r ，r r 一毗口 r 一 一唧h z 9 l 一艘掣 图1 12 6 一二甲酰慕对取代苯酚的衍年物和膣类反应得到丌锌的配合物 武汉一f ：程人学硕十学何论文 1 1 3 多氮配合物合成方法 人们在多氮配合物的合成研究上作了大量的工作，合成的多胺类化 合物主要为s c h i f f 碱类、环状多胺类、酰胺类和烷基多胺。多氮配合物 的种类和合成方法比较多，这里主要介绍s c h i f f 碱类多氮配合物和环状 多胺类配合物的合成方法。 ( 1 ) s c h i f f 碱类多氮配合物 s c h i f f 碱类多氮配合物的合成原理是：在无水和中性( 或碱性) 条件胺 基上的氮原子对羰基的氧原子进行亲核取代，形成含c = n 键的s c h i f f 碱 配体。其s c h i f f 碱配合物的合成方法可归纳为四类： 直接法：是将含羰基化合物与胺按一定的物质的量之比直接混合反 应得到s c h i f f 碱化合物，然后在溶液中滴加金属离子( 通常金属离子稍 微过量) 而形成席夫碱配合物。直接法产率较高，且简便快速，开链多 氮配合物常常常采用这种方法合成。但对于成环配合物的合成，使用直 接法则需要选择溶剂的种类和控制反应物的的浓度、反应温度、加料速 度等。其合成通法如图1 2 所示。 m 2 + h 2 n ( c h 2 ) n - n h 2 z ( 咚) n 沁- 佥z0 ：泛。v z n n 刊 n = 2 ，3 ，4 ；z = o c h 3 ，c h 3 ，c i ，b r ，f 图1 2 直接合成法通式 模板法：有的大环配体不容易成环，此时可以改用模板法合成大环 金属配合物。模板法是按一定比例用金属离子作为模板试剂加入到羰基 化合物中与二胺反应，常可以得到含有大环的s c h i f f 碱金属配合物。在 此过程中，利用配位作用，将胺基化合物与醛基化合物固定在适当的位 置，从而促进环化。模板法合成大环金属配合物有产率高，选择性好， 以及操作简单等优点。最为典型的例子是南京大学的苟少华在大环席夫 4 第1 苹绪论 碱的合成中系统地采用钠离子作模板，用4 一取代的2 , 6 二乙酰基苯酚的 钠盐与一系列的多胺缩合，多种类型的多亚胺大环 3 8 , 3 9 1 。 金属置换法：该法是让配体先与非过渡金属离子如c a ( i i ) ，s r ( i i ) ， b a ( i i ) 和p b ( i i ) 等结合，再将它们与过渡金属离子一起回流反应，通过过 渡金属离子与配体的强配位能力将主族金属离子置换出来，从而形成更 稳定的目标产物。另外，置换反应的一个重要特征是用碱土金属离子作 为模板时可以同时被两个过渡金属离子所取代。 逐滴反应法( d r o pb yd r o pr e a c t i o n ) ：有些s c h i f f - 碱容易析出固体，难 于溶解，上述三法均难采用。该方法是先将伯胺类化合物与金属离子溶 液混合，然后逐滴滴入醛或酮溶液，剧烈搅拌下，少量配体一旦形成， 立即与已存在的过量的金属离子反应生成配合物。 ( 2 ) 环状多胺类配合物 大环类多胺类化合物也是一种合成生物酶模拟物的常用配体，其配 合物由于具有独特的热力学和动力学稳定性，而得到人们的关注和研究， 并且在生物、化学、医药合成等方面得到广泛应用【4 0 1 。 大环多胺化合物可以由s c i h i f f 碱类多氮化合物经还原剂还原得到， 潘志权等【4 l 】以n i 2 + 作为模板，用间苯二甲醛与二乙烯三胺进行环缩合反 应，制得的s c h i f f 碱大环配合物再通过n a b h 4 还原、去模板、质子化得 到一种新的大环多氮配体的氢溴酸盐。此外以简单的胺作为原料，与卤 代物进行亲核取代也可制得大环多氮化合物。 1 2 多氮金属配合物的生物活性 很早，人们已经知道了生物体内的各种蛋白质和酶都需要金属离子 才能形成。随着技术的发展和研究的进行，越来越多的金属酶被发现， 比如含有微量元素铜的血蓝蛋白、铜锌超氧化物歧化酶和含超微量元素 镍的尿素酶、氢化酶、镍超氧化物歧化酶等。s c h i f f 碱多氮配体以 n 、 o 、s 等为配位原子，与生物环境比较接近，很适合用作模拟研究生物体 中含铜、镍元素的金属酶的配体。到目前为止，人们合成了许多结构新 颖的可以用于模拟酶研究的镍、铜配合物，特别是多核铜、镍的多氮配 武汉一i ：稗人学硕十学位论文 合物存在潜在的酶活性 4 1 - 5 0 】。 含咪唑及其衍生物的金属配合物与d n a 的作用研究也是目前交叉 学科的热门研究领域。由于咪唑在生物体系中为金属离子提供潜在联接 点，氮原子与金属离子配位成键，形成金属生物分子的活性中心，可用 于d n a 结构探针、d n a 介导电子转移、d n a 示踪试剂及d n a 断裂试 剂等研究【5 1 1 。组胺分子中含有咪唑环而且其侧链末端连有氨基，氮原子 的增加提供了额外的配位原子，有利于配体与金属离子进行更好的配位。 在爿：物模拟蛋白质酶的研究中，咪唑是一个很好的模型化合物。随着杂 环化学的迅速发展，咪唑类化合物及其衍生物在药物合成、配位化学和 生物无机化学等方面受到广泛的重视。由咪唑类化合物生成的配合物， 在分子催化、太阳能转换、比色分析、除草剂、分子识别、自组装、抗 肿瘤药物及核酸探针等领域获得广泛应用，故选择组胺作为原料之一以合 成开链多氮铜配合物并对其进行结构分析可以为寻找一种具有新型功能 物质的研究打下一定基础。 1 2 1 金属磷酸酯酶的模拟 过度金属配合物模拟水解酶( h y d r o l a s e ) 进展显著，己成为模拟酶研究 领域的热点之一。研究磷酸酯酶模型对深入了解天然水解酶催化机制与 设计新的高效催化剂具有重要作用。磷酸酯尤其是磷酸二酯常常被作为 d n a 和r n a 的模拟底物用于水解金属酶的模拟研究中。 在天然的磷酸酯水解金属酶结构中，位于活性中心的金属离子一般 为二价金属离子，如z n 2 + 、m 9 2 + 等几种金属离子【5 2 1 ，以更高价态金属离 子作为活性中心的酶则非常少见。而目前磷酸酯水解酶的模型配合物中， 大多以含n 和o 电子供给体的配位基作为配体。含有c u 2 + 、z n 2 + 等的二 金属中心配合物配用于遗传学和基因工程中水解磷酸单酯、双酯及三酯 【5 3 5 5 】 0 对磷酸酯酶模型物的研究，从早期的侧重于模拟磷酸酯酶催化中心， 到对磷酸酯酶催化中心和结合中心的综合模拟，再到近期的对催化中心 和协同作用的研究，经历了三个阶段 5 6 - 5 8 】。b r e s l o w 等人【5 川首次报道了双 第1 章绪论 核z n ( i i ) 酬) j1 的金属离子协同催化磷酸酯的水解。南京大学的郭子健 等合成了一种不对称的双核锌模型配合物2 t 6 0 1 ，这个配合物能使磷酸二 酯键模型物b n p p 的水解速率提高1 0 5 倍。 到目前为止自然界中尚未发现c u 2 + 作为活性中心的水解酶，但是在模 拟水解酶实验q b c u ( i i ) 模型配合物却表现出很高的反应活性。加拿大的 c h i n 等【6 1 1 首次报道了一种通过苯酚桥联的两个c u ( i i ) 中心配合物具有很 好的催化磷酸二酯的水解的活性。 1 2 2 配合物的核酸活性 近2 0 年来，以人工合成的化合物特别是过渡金属配合物作为核酸模 拟酶的研究成为生物无机化学领域的热门课题之一，其中研究最早、最 多也最深入的为1 ，1 0 菲咯啉铜配合物 6 2 , 6 3 ，白19 7 9 年s i g m a n 等人发现第 一个双l ，1 0 一菲咯啉铜以来，越来越多的过渡金属配合物被合成用于核酸 切割试剂( 核酸酶) 的研究 6 4 - 7 1 】。核酸切割是指通过化学反应将长链的核酸 分子( d n a * n r n a ) 断裂成较短的碎片。人工核酸切割试剂切割d n a 的作 用机理大致可分为三类：酯水解切割、自由基氧化切割、和消除机理切 割f 7 2 - 7 4 人工核酸切割的研究，将帮助人们深入认识核酸分子与蛋白质的 相互作用，在分子水平上指导抗肿瘤药物的合成，找到能够替代天然的 核酸酶的有效途径，合成能对核酸定点切割的人工试剂，改造生物体的 武汉i ：程人学硕十学位论文 缺陷等等。 1 3 本课题的研究内容 对多氮配合物的研究一直都是方兴未艾，其独特的结构和性质，特 别是在生物酶的模拟、d n a 切割及新型材料等方面的应用，更是吸引了 越来越多的研究者们，也使这类化合物成为配位化学研究的一大热点。 基于此，本文开展了如下的工作： 1 合成2 ，6 二甲酰基4 氯苯酚和2 ，6 二甲酰基一4 一氟苯酚，并分别 与1 ，3 丙二胺、组胺反应得到相应的开链双核配合物。通过x 射线晶体 衍射，确定配合物的结构：用e s m s 实验数据分析配合物在溶液中的稳定 性；研究了配合物的电化学性质；探讨了配合物催化磷酸单酯( n p p ) 水解的催化活性；通过凝胶电泳的方法考察了配合物切割p b r3 2 2 d n a 的活性。 2 以2 ，6 一二甲酰基一4 氟苯酚和l ，2 丙二胺为原料合成新的大环多 氮配合物。用x 射线晶体衍射，确定配合物的结构；考察了配合物的电 化学性质；探讨配合物切割p b r3 2 2 d n a 的活性。 3 分别以2 ，6 一二甲酰基4 氯苯酚和5 氟水杨醛和组胺为原料反应 得到新的单核镍、四核镍配合物，并通过x 射线晶体衍射，确定配合物 的结构，考察了四核镍配合物的电化学性质。 第2 章多氮开链单、双核金属配合物的合成，表征及性质研究 第2 章多氮开链双核金属配合物的合成、表征及性质研究 本章分别以2 , 6 一二甲酰基对取代苯酚( 取代基为c l 和f ) ，l ，3 丙二 胺和组胺为原料，通过模板反应缩合合成了两个新的开环双核铜配合物， 并用红外、紫外可见吸收光谱及x 一射线晶体衍射技术对合成的配合物 进行了表征，对其电化学性质、d n a 相互作用和水解磷酸酯的活性进行 了研究。 2 1 合成反应路线 两个新的双核铜配合物的合成反应路线如图2 1 所示，即以2 ，6 一二甲 酰基4 氯一苯酚和2 ，6 二甲酰基4 氯一苯酚( r - - c 1 ，f ) 分别与1 ，3 丙 二胺和组胺发生缩合反应，形成配体前驱物h 2 l 1 和h 2 l 2 ，进而以金属铜 离子为模板进行配位缩合反应，得到一酚氧基四氮和一酚氧基五氮开环 配体的两个同双核金属配合物。 c u 2 l c t o l 武汉jl ：科人学硕十学位论文 + n h n o hn | h 钌 2 2 实验部分 2 2 1 试剂与原料 h o h h l 2 f c u 2l 2 2 c l ( o h ) 2 图2 1 配合物上和2 的合成路线图 对氯苯酚，对氟苯酚，甲醛，盐酸，氢氧化钠，碳酸锰，无水甲醇， 绝对甲醇，重蒸乙腈，重蒸三乙胺，氯化铜，高氯酸镍，六氟磷酸钾。 无水甲醇、绝对甲醇，重蒸乙腈及重蒸三乙胺的制法参见溶剂手册【7 5 】。 活性二氧化锰按文献制备【76 i ，2 ，6 二甲酰基4 氯苯酚和2 ，6 二甲酰基 。4 一氟苯酚参照文献【7 7 】的方法合成与表征。1 ，3 一丙二胺为分析纯，从国药 集团化学试剂有限公司购得，用前需重蒸。组胺二盐酸盐纯度大于9 9 ， 从上海求德生物化工有限公司购得。 冰乙酸，三羟甲基胺基甲烷，e d t a 钠盐，蔗糖，溴酚蓝，溴化乙锭 ( e b ) ，琼脂糖，p b r3 2 2 质粒d n a ( 从t o y o b o 公司购得) 。 高氯酸四丁基铵( t b a p ) 在蒸馏水中重结晶四次，再在1 2 0 。c 下真空 干燥后使用。d m f 经分子筛及无水硫酸镁分别干燥处理一昼夜后重蒸得 众 飞 众 飞 第2 章多氮开链单、双核金属配合物的合成，表征及性质研究 2 2 2 仪器及方法 1 配合物合成及表征所用仪器及方法 配合物的晶体结构数据在b r u k e rs m a r ta p e xc c d 上收集，并用 s m a r t 和s a i n t 7 9 ，8 0 】程序进行数据的还原和晶胞参数修正。用经验法进 行吸收校正，晶体结构用直接法求解，所有非氢原子都用全矩阵最小二 乘法对f 2 各向异性修正。氢原子通过理论加氢加到理论位置上，高氯酸 根按作无序处理。 红外光谱使用p e r k i n e l m e rf t i r 光度计测量( k b r 压片) 。 电子吸收光谱使用岛津u v 一2 4 5 0 分光光度计在波长1 9 0 8 0 0n m 范围 内测量，采用快速扫描模式，并进行基线校正。 c 、h 、n 元素含量使用p e r k i n e l m e r2 4 0 c 元素自动分析仪测定。 电喷雾质谱( e s m s ) 在f i n n i g a nl c q 质谱仪上测定，样品浓度约为 lm m o l d m - 3 ，流动相为甲醇溶液，稀溶液在针电压+ 4 5k v 下以5 x 1 0 - 6 d m 3 m i n - 1 的速度喷雾，样品用正离子模型处理。 配合物的循环伏安曲线的测定在c h i7 5 0 b 型电化学工作站上进行。 实验采用三电极系统，即玻碳电极作为工作电极，a g a g c l 电极作为参 比电极，铂丝作为对电极。支持电解质为b u 4 n c l 0 4 ( o 1m 0 1 d m - 3 ) ，溶剂 为水和d m f ，样品浓度约为5 x 1 0 - 4m 0 1 d m ，测量温度为2 5 土0 1 ，整 个测量用高纯氩气保护。 d y - 1 a 稳流稳压电泳仪( 江苏兴化分析仪器厂，4 5 0 8 0 0n i n ，5 0w ) ； 6 h l 型电泳槽( 江苏兴化分析仪器厂) ；h a c h s e n s i o n 型精密p h 计( 上 海精密科学仪器有限公司) ；电子天平( 上海精密科学仪器有限公司) ； 移液管；枪头；微波炉。 2 配合物的磷酸酯酶水解活性实验仪器及方法 ( 1 ) 溶液的配制： 缓冲溶液：用三羟甲基氨甲烷( t s ) 加h c l 配制，其浓度为o o lm 。 武汉i ：程人学硕十学位论文 配合物溶液：将配合物晶体溶于缓冲溶液中，以k c i 维持溶液的离 子强度为0 1m o ll 一，配制配合物的浓度为5 1 0 4m o ll 。 底物溶液：用缓冲溶液作溶剂配制底物磷酸酯浓度为5 1 0 0m o ll 一。 空白溶液：与配合物溶液p h 值相同的缓冲溶液缓冲溶液，注意以 k c l 维持溶液离子强度为o 1m o ll 1 。 以上所有的溶液配制均用的是二次水。 ( 2 ) 确定产物对硝基苯酚的吸收波长： 用移液管取3m l 空白溶液加入比色皿中，然后用微样进样枪取3 0 p l 的缓冲溶液注入比色皿，搅匀后走基线，然后加入对硝基苯酚2 5 测 其吸收波长。 ( 3 ) 配合物对底物的催化水解： 用移液管取3m l 空白溶液加入比色皿中，然后用微样进样枪取3 0 p l 的底物溶液注入比色皿，搅匀后作用基准样，然后再按上述方法分别 取3m l 的配合物溶液和3 0 斗l 的底物溶液，在所确定的波长处2 5 测吸 光度a 随时间t 的变化曲线。不同的p h 值均按上述方法测定a t 曲线。 3 配合物对d n a 的作用实验仪器及方法 1 ) 试剂的配制： ( 1 ) 5 0 t a e 电泳缓冲液：2 4 2gt r i s 碱，5 7m l 冰乙酸，3 7 2ge d t a 的二钠盐，于烧杯中溶解，其p h 值为8 ，于1 0 0m l 容量瓶中加水定容， 摇匀，静置待用。 ( 2 ) 加样缓冲液的配锘l j ( 6 x ) ：0 2 5 溴酚蓝，4 0 ( w v ) 蔗糖水溶液， 4 保存，长期使用。 ( 3 ) 溴化乙锭染色液的配制：称o 1ge b 溶于1 0 0m l 的水中。 2 ) 电泳实验步骤： ( 1 ) 称取o 5g 的琼脂糖粉，放入三角瓶，加入5 0m lt a e 电泳缓冲 液( 1 ) ，放入微波炉中加热使琼脂糖完全溶化，取出放至约5 0 6 0 。c 。 ( 2 ) 在凝胶灌制模具中插入适当的梳子，将琼脂糖溶液趁热倒入，放 至室温冷却凝固。 第2 章多氮开链单、舣核金属配合物的合成，表征及性质研究 ( 3 ) 在电泳槽中加入约5 0 0m l 的t a e ( 1 ) 溶液。将梳子小心地从已 经凝固地凝胶中取出。将模具和凝胶一起小心放入电泳槽中，凝胶上有 样品孔的一侧要朝向电泳槽的负极。 ( 4 ) 用微样取样枪在e p 管中分别加入d n a ( 0 5g l ) 、样品( o 5p l ) 、 蒸馏水( 1 5 肛l ) 、溴酚蓝( o 5g l ) 混合后，再取l g l 小心注入凝胶的加样孔 中。 ( 5 ) 加好样品后，盖好电泳槽，采用1 3 5 v 电压电泳，使d n a 向阳 极电泳，观察溴酚蓝显示情况，适时终止电泳，约一小时。 ( 7 ) 小心取下凝胶，在含1g g m l 的溴化乙锭的电泳缓冲液中浸泡染 色5 1 0m i n ，水中脱色。在紫外灯下观察，d n a 呈显多条带，用g d s 成像系统照相。 ( 8 ) 清理垃圾，将染有e b 的凝胶和使用过的加样针头放到专用的垃 圾袋中做专门处理。 2 2 3 配合物的合成 1 配合物 c u 2 l 2 0 c 1 3 h 2 0 曼的制备 将c u c l 2 ( o 0 8 5g ，0 5m m 0 1 ) 溶解在1 0m l 的无水甲醇中并缓慢滴加 到上述溶液中，滴入到2 ，6 二甲酰基4 氯苯酚( o 0 4 6 9 ，o 2 5m m 0 1 ) 溶解 于1 0m l 的无水甲醇溶液中，搅拌2 小时。然后将上述溶液中缓慢滴加 1 ，3 丙二胺( o 0 3 7g ，0 5m m 0 1 ) 的10m l 的无水甲醇溶液，滴加完毕后， 溶液颜色变为亮黄色。滴加完毕后溶液变为绿色。搅拌6 小时候后，过 滤取母液挥发，四个星期后得到适合做x 单晶衍射的蓝绿菱形单晶0 0 5 3 g ，产率4 3 。元素分析( ) ：实测值：c3 3 2 8 ，h4 8 3 ，n1 1 5 9 ；计算值 ( c 2 8 h 4 6 c 1 4 c u 4 n 8 0 7 ) ：c3 3 5 4 ，h4 6 2 ，n1 1 1 8 。 2 配合物 c u 2 l 3 0 h c h 3 0 h2 制备 称取2 ，6 一二甲酰基4 氟苯酚( o 0 6 8g ，0 4m m 0 1 ) ，并溶解于1 5m l 重蒸乙腈中，搅拌。缓慢滴加用氢氧化钠中和的组胺二盐酸( o 1 4 8g ，o 8 m m 0 1 ) 的绝对甲醇溶液，滴加完毕后，溶夜颜色变为亮黄色。2 小时后用 武汉i ：样人学硕十学位论文 三乙胺调节p h 值在7 8 。称c u c l 2 2 h 2 0 ( 0 1 3 6g ，0 8m m 0 1 ) 溶解于1 5m l 重蒸乙腈中，缓慢加入到上述溶液中。搅拌2 小时后，溶液变为墨绿色 混浊，4 小时后往溶液中滴加k p f 6 ( o 2 7 2g ，1 6m m 0 1 ) 的1 5m l 乙腈溶 液。反应过夜( 此过程中保持p h 值在7 8 ) ，过滤取母液挥发，四个星期 后得到适合做x 单晶衍射的绿色菱形单晶0 1 3 9g ，产率6 0 。元素分析 ( ) ：实测值：c3 8 1 6 ，h3 5 3 ，n1 4 3 8 ；计算值( c 1 9 h 2 2 c 1 2 c u 2 f n 6 0 3 ) ： c3 8 0 7 。h3 7 0 ，n1 4 0 2 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 配合物的红外光谱 从配合物量的红外光谱图可看出，原料2 ，6 二甲酰基4 氯苯酚要 1 6 8 0c m o 的羰基吸收峰消失，而在1 6 4 0c m 一附近呈现出一个强一c = n 的 伸缩振动吸收峰，表明原料2 ，6 一二甲酰基4 氯苯酚中的两个羰基峰均转 化变化为c - - n 的亚胺基吸收峰，表明配合物己经形成。在1 5 9 9 7 处的 强振动吸收峰指定为酚氧键的伸缩振动，该酚氧基由于与苯环以及亚胺 基共轭而具有双键性质【8 1 1 。该配合物在3 4 2 4c m - 1 的宽峰是水分子中o h 的伸缩振动。说明这个配合物含有配位水存在。 配合物 c u 2 l 2 c 1 2 】c h 3 0 h2 的红外图谱如图2 2 所示，从红外特征吸 收峰的归属中可以看见，原料2 ，6 一二甲酰基4 氟苯酚在1 6 8 1c m 1 处有很 强的c = o 吸收峰而在配合物2 中这一吸收峰消失，在1