聯(lián)咪唑類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究.pdf

1、咪唑具有特異的質(zhì)子接受性能、共軛酸堿性能及識(shí)別配位性能，享有“生命配體”之美譽(yù)。在自然界中，咪唑作為酶的活性中心功能基團(tuán)，參與了不少重要的生物化學(xué)反應(yīng)，對(duì)生命活動(dòng)起著十分重要的作用。而含有兩個(gè)咪唑環(huán)的2,2′-聯(lián)咪唑(H<,2>biim)是一個(gè)多質(zhì)子給予雙齒配體，可以與許多金屬形成結(jié)構(gòu)獨(dú)特的配合物，是配位化學(xué)、超分子化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的重要研究對(duì)象之一；而且它還是一個(gè)重要的生物分子，在生物學(xué)上有非常廣泛的用途，特別是在合成模擬酶方面。因此

2、，一方面，研究聯(lián)咪唑類金屬配合物的結(jié)構(gòu)及其與DNA之間的作用機(jī)理，進(jìn)一步探討小分子的結(jié)構(gòu)與其生物活性之間的關(guān)系，不僅能幫助人們從分子水平理解人的生命過程及其某些疾病的發(fā)病機(jī)理，而且還為人們通過分子設(shè)計(jì)來尋求臨床上更為有效的藥物和開發(fā)出新一代高效的DNA結(jié)構(gòu)探針提供理論指導(dǎo)；另一方面，研究聯(lián)咪唑及其金屬配合物的氫鍵組裝對(duì)于構(gòu)建超分子體系具有重要意義。 本文首先合成了幾個(gè)含聯(lián)咪唑及其衍生物的金屬配合物，用元素分析、紅外光譜、晶體衍射

3、等對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并用紫外、熒光、電化學(xué)、粘度、凝膠電泳等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分子模擬理論技術(shù)，研究了這些配合物與DNA之間的相互作用。其次，合成了五個(gè)聯(lián)咪唑及其金屬配合物與苯羧酸通過氫鍵組裝的超分子化合物，研究了其中的多種氫鍵模式和π-π相互作用。主要的研究結(jié)果概括如下： 合成了聯(lián)咪唑錳配合物Mn(H<,3>biim)<,2>(NCS)<,2>Cl<,2>和聯(lián)咪唑鎘配合物Cd(H<,3>biim)<,2>(NCS)<,2>Cl<,2

4、>，晶體結(jié)構(gòu)表明這兩個(gè)配合物結(jié)構(gòu)相似，均為中性化合物，聯(lián)咪唑的一個(gè)氮原子被質(zhì)子化，形成一價(jià)陽(yáng)離子(H<,3>biim<'+>)，它采取單齒配位，中心Mn(cd)原子是六配位，其配位環(huán)境為畸變的八面體。摩爾電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和量化計(jì)算結(jié)果表明，它們?cè)谌芤褐邪l(fā)生離解，形成配合物陽(yáng)離子[Mn(Hbiim)<,2>(H<,2>O)<,2>]<'4+>，[Cd(H<,3>biim)<,2>(H<,2>O)<,2>]針。與DNA相互作用的實(shí)驗(yàn)表明

5、，這兩個(gè)配合物主要是在溝面與DNA發(fā)生靜電結(jié)合。DNA對(duì)錳配合物、鎘配合物的熒光有猝滅作用，從中得到配合物與DNA的結(jié)合常數(shù)分別為1.48×10<'4> L/mol(錳配合物)和1.98×10<'4> L/mol(鎘配合物)。凝膠電泳實(shí)驗(yàn)表明錳配合物在pH=7.2、37℃條件下能夠切割質(zhì)粒pBR322 DNA，其表觀速率常數(shù)為0.20h<'-1>，我們對(duì)其切割機(jī)理進(jìn)行了初步探討，推斷其為水解切割；鎘配合物也能在pH=7.2、37℃條件下

6、切割質(zhì)粒pBR322 DNA。 合成了雙甲基聯(lián)咪唑雙核銅(Ⅱ)配合物[Cu<,2>(Dmbiim)<,4>(H<,2>O)<,2>](ClO<,4>)<,4>·6H<,2>O(Dmbiim，1，1'-二甲基-2,2'-聯(lián)咪唑)，晶體結(jié)構(gòu)表明，整個(gè)分子呈籠狀，兩個(gè)銅原子由1，1'-二甲基-2,2'-聯(lián)咪唑橋聯(lián)，兩個(gè)銅原子之間的距離為3.065 A。整個(gè)分子形成了兩個(gè)互相交叉的通道，這樣的通道在超分子材料中有著非常重要的意義。研究了

7、該配合物與DNA之間的相互作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該配合物通過靜電作用與小牛胸腺DNA的小溝鍵合。另外，凝膠電泳實(shí)驗(yàn)表明該配合物在抗壞血酸存在的情況下，能夠在pH=8.0、37℃條件下有效切割質(zhì)粒pBR322 DNA。 2．利用2，2'-聯(lián)咪唑與4-氨基苯甲酸(PABA)，3，4，5-三羥基苯甲酸(THBA)，磺基水楊酸(5-SSA)之間的氫鍵作用合成了三個(gè)超分子化合物：4-氨基苯甲酸-2,2'-聯(lián)咪唑鹽酸鹽(Ⅰ)，3，4，5-三羥基苯甲酸-

8、2,2'-聯(lián)咪唑鹽(Ⅱ)，磺基水楊酸-2,2'-聯(lián)咪唑鹽(Ⅲ)。由于聯(lián)咪唑中的氮原子被質(zhì)子化，化合物中存在著各種各樣的氫鍵作用模式。在化合物(Ⅰ)中，晶體結(jié)構(gòu)中的基本單元是一個(gè)通過氫鍵模式R<'2><'2>(9)和R<'1><,2>(7)構(gòu)成的氫鍵三聚體PABA…H<,3>biim<'+>…Cl<'-1>，這個(gè)三聚體基本單元又通過N-H…Cl氫鍵相互作用形成了一維帶狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)一維帶狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步通過帶與帶之間的N-H…O弱氫鍵、相鄰苯環(huán)

9、和咪唑環(huán)之間的π-π堆積作用形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在化合物(Ⅱ)中，晶體中的基本單元是一個(gè)通過氫鍵模式R<'2><,2>(9)構(gòu)成的氫鍵三聚體THBA<'->…H<,4>biim<'2+>…THBA<'->，這個(gè)三聚體單元又通過O-H…O氫鍵進(jìn)一步延伸成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。相鄰的苯環(huán)與咪唑環(huán)之間、苯環(huán)與苯環(huán)之間的π-π堆積作用進(jìn)一步穩(wěn)定了該化合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在化合物(Ⅲ)中，含有兩個(gè)構(gòu)型不同的聯(lián)咪唑陽(yáng)離子H<,3>biim<'+>-1(N

10、1，N2,N3,N4)和H<,3>biim<'+>-2(N5,N6,N7,N8)。由于H<,3>biim<'+>-1比H<,3>biim<'+>-2扭曲的更厲害，兩個(gè)相鄰的H<,3>biim<'+>-2通過R<'2><,2>(10)環(huán)氫鍵肩并肩地連接，形成了中心對(duì)稱的二聚體：[H<,3>biim<'+>-2…H<,3>biim<,'+>-2]：而兩個(gè)相鄰的H<,3>biim<,'+>-1形成了不對(duì)稱的二聚體：[H<,3>biim<,'+

11、>-2…H<,3>biim<,'+>-2]。同時(shí)，H<,3>biim<,'+>-2與相鄰的5-SSA<'2->通過R<'2><,2>(9)環(huán)氫鍵連接，而H<,3>biim<,'+>-2與相鄰的5-SSA<'2->通過R<'1><,2>(7)環(huán)氫鍵連接。而且，水分子與5-SSA<'2->中的磺酸基團(tuán)之間存在著O-H…O氫鍵作用，晶體中還有弱的C-H…O氫鍵，咪唑環(huán)和苯環(huán)之間還存在著π-π堆積作用。這些作用力共同促成了該化合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

12、。 合成了聯(lián)咪唑鎳配合物[Ni(H<,2>biim)<,2>(PABA)<,2>]Cl<,2>·2H<,2>O(PABA，4-氨基苯甲酸)和聯(lián)咪唑鈷配合物[Co(H<,2>biim)<,2>(H<,2>O)<,2>](isophthalate)·4H<,2>O(isophthalate，間苯二甲酸)。在鎳配合物中，陽(yáng)離子[Ni(H<,2>biim)<,2>(PABA)<,2>]<'2+>，陰離子Cl<'->和水分子通過N-H…C

13、l，O-H…Cl，O-H…O氫鍵相連形成二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，氫鍵模式為R<'1><,2>(7)和R<'4><,4>(12)。該二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步通過相鄰苯環(huán)之間的π-π堆積作用形成了層狀結(jié)構(gòu)。在鉆配合物中，陽(yáng)離子[Co(H<,2>biim)<,2>(OH<,2>)<,2>]<'2+>與相鄰的兩個(gè)間苯二甲酸根陰離子通過環(huán)氫鍵R<'2><,2>(9)相連，形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)。由于間苯二甲酸中的兩個(gè)羧酸基團(tuán)處于間位位置，使這個(gè)鏈呈現(xiàn)波浪式。水分子通過