4-?；吝蜻^渡金屬配合物的合成、表征及生物活性研究

張彥翠，劉新文，董文魁

(1.蘭州交通大學化工學院，甘肅 蘭州 730070；2.天水師范學院生命科學與化工學院，甘肅 天水 741001)

4-酰基吡唑啉酮是一類重要的雜環β-二酮螯合劑，具有活性的雙酮配體結構，可以與多種金屬離子形成配合物，是金屬離子良好的萃取劑和配位劑，同時具有一定的抗菌、抗病毒性能，廣泛應用于藥理、生物活性試劑、冶金、染料、發光材料等領域[1～7]。

近年來，研究發現?；吝蜻^渡金屬配合物具有明顯的抑菌活性，但對真菌類的抑菌性研究幾乎沒有。作者在此合成了4-酰基吡唑啉酮及其過渡金屬新型配合物，并針對不同的細菌、真菌進行了抑菌活性測試，對進一步研究該類化合物在生物中的應用具有指導意義[8，9]。

合成路線如下：

M=Cu2+、Zn2+、Ni2+、Mn2+

1 實驗

1.1 試劑與儀器

1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；苯甲酰氯，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；二氧六環，分析純，天津市化學試劑六廠；其它試劑均為市售分析純。

2400型元素分析儀、FTIR-1730型紅外光譜儀(KBr壓片)、CS-9301PC型差熱-熱重分析儀、Lambda35型紫外可見分光光度計，美國鉑金埃爾默有限責任公司；970CRT型熒光分光光度計，上海分析儀器總廠；X-4型顯微熔點測定儀(溫度未經校正)；DDS-307型電導率儀，上海精密科學儀器有限公司。

1.2 1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮配體(L)的合成[10]

稱取20 mmol 1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮加入到20 mL二氧六環中回流加熱溶解，當反應體系溫度上升至52℃左右時加入無水氫氧化鈣3.0 g，搖勻，緩慢滴加2.4 mL(21 mmol)苯甲酰氯到二氧六環溶液中，升溫繼續回流1 h左右，得黃色濁液，溫度控制在70～80℃。冷卻后加入50 mL 2 mol·L-1HCl，攪拌，立即有黃色沉淀生成，過濾，水洗，用無水甲醇重結晶，干燥，得黃色片狀晶體，m.p.92～92.7℃。

1.3 過渡金屬配合物(ML2)的合成[11]

稱取2 mmol配體L溶于10 mL熱三氯甲烷中，1 mmol 的金屬鹽溶于適量無水乙醇中；加熱回流配體L，滴加金屬鹽溶液出現沉淀，繼續加熱回流2～3 h，得有色溶液，溫度控制在62～63℃。靜置冷卻，有沉淀析出，過濾，用無水乙醇洗滌數遍，用DMF重結晶，60℃真空干燥得有色晶體。

1.4 抑菌活性測定

1.4.1 培養基的制備[12]

細菌用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌用馬鈴薯培養基。

1.4.2 試液的配制

以N，N-二甲基甲酰胺作溶劑，將配體及配合物配制成試液，質量濃度分別為2.0 mg·mL-1、2.5 mg·mL-1、3.0 mg·mL-1、3.5 mg·mL-1、4.0 mg·mL-1，備用。

1.4.3 方法

(1)將活化后的菌種制備成菌懸液，備用。

(2)在鋪有培養基的培養皿中，注入0.1～0.2 mL的菌懸液，用涂布棒涂布均勻，備用。

(3)將吸取不同濃度試液的Φ=6.0 mm中性濾紙片置于涂有不同類型微生物的平板培養基上，每皿呈三角形擺放相同濃度藥液的3個濾紙片，細菌、真菌分別在37℃、28℃恒溫培養箱倒置培養5～7 d，測量抑菌圈直徑。求3個抑菌圈的平均值。根據抑菌圈的大小可初步判斷配合物的抑菌能力[13]。以上操作均在無菌條件下進行。

2 結果與討論

2.1 元素分析與理化性質

稱取0.05 g配合物于燒杯中，用1∶1的HClO4和HNO3混合回流分解后，產物溶于pH=10的氨水緩沖溶液中，以鉻黑T作為指示劑，EDTA溶液滴定至終點，測定金屬元素M、C、H、N的含量及配合物的摩爾電導率Λm，結果見表1。

表1 配體及配合物的元素分析及摩爾電導率數據

由表1可知，合成的配體L及配合物組成符合C17H14N2O2、MC34H26N4O4的化學式。在25℃、1×10-3mol·L-1的DMF溶液中配合物的摩爾電導率在8.8～18.9 S·cm2·mol-1之間，均屬非電解質范圍[7]。配合物可在空氣中穩定存在，易溶于DMF、DMSO、丙酮、氯仿、乙腈等，微溶于冷乙醇、乙醚等，難溶于水。

2.2 紅外光譜分析

配體和配合物的紅外光譜特征吸收數據見表2。

由表2可知，配合物相互間各峰位移差別不大，但與配體吸收峰有明顯差別。游離配體在中紅外區出現吡唑酮環羰基、酰基羰基伸縮振動ν(C=O)、ν(C=O(1))的1759 cm-1和1498 cm-1吸收峰，形成配合物后，分別藍移至1774～1783 cm-1和1522～1534 cm-1。在3100～3000 cm-1未發現烯醇式羥基氫鍵締合峰ν(O-H…N)，說明配體主要以酮式結構存在。配位后β-雙酮產生互變作用，其吡唑啉酮環的ν(C=C)由1415 cm-1位移至1424～1441 cm-1，并在1350～1365 cm-1出現吡唑啉酮螯合環伸縮振動ν(C-O)。說明配體以烯醇式去質子形式參與配位。這表明，由于配位原子的成鍵作用，影響了相關基團鍵力常數，致使振動頻率改變。此外，配合物在474～484 cm- 1附近的新峰，可歸屬為ν(M-O)。根據上述分析，可初步推測配合物中酰基羰基氧和吡唑啉酮環上互變烯醇式氧與過渡金屬離子配位[14]。

表2 配體及配合物的紅外光譜特征吸收數據(4000～400 cm-1)

2.3 差熱-熱重分析(表3)

表3 配合物的差熱-熱重數據

以配合物CuL2為代表分析配合物的熱穩定行為。由表3可知，CuL2從室溫到297.3℃時化學組成穩定，相應的TG曲線基本沒有失重，而DTA曲線在此溫度區間無熔融吸熱峰，因此配合物CuL2無固定熔點。CuL2在297.3℃開始氧化分解，在297.3～520.8℃，TG曲線有一系列的失重峰，而與此對應的DTA曲線則有一系列的放熱峰，歸屬為配合物有機配位體的氧化分解以及中間產物的氧化分解等一系列變化，最終產物為CuO[15]。當溫度高于520.8℃時，DTA和TG曲線均不再變化，累計失重率為87.58%，與理論值87.06%在實驗誤差范圍內相符。

2.4 紫外光譜分析

以三氯甲烷為溶劑，將配體及配合物配制成濃度為1×10-5g·mL-1的溶液，在190～500 nm范圍內測定紫外吸收光譜，結果見表4。

表4 配體及配合物在三氯甲烷溶液中的主要紫外吸收數據

由表4可知，所有配合物基本體現配體的吸收，在上述區域出現相應位移的吸收峰。配體的三氯甲烷溶液在紫外區240 nm、282 nm處出現2個強寬峰，分別對應于配體中共軛羰基和苯環的π-π*電子躍遷峰。與自由配體相比，配合物第一吸收峰基本落在配體兩吸收峰之間，這可能和配體羰基的氧原子與中心離子發生配位作用引起C=O鍵極化，并影響了相關共軛分子軌道的狀態有關，從而產生紅移現象。第二吸收峰基本不變，說明配合物的吸收主要來自配體中共軛羰基的π-π*電子躍遷，配合物的生成對配體苯環的π-π*躍遷影響不大[15]。上述區域出現的兩組吸收峰是配體與中心離子配位成鍵后，影響了配位原子周圍的電子云密度，發生電荷遷移而影響相關共軛分子軌道的能級狀態所致的[11]。

2.5 抑菌活性(表5)

抑菌圈是指平板培養基上微生物無法生長的透明圈。隨著抑菌劑的不斷擴散，濃度不斷下降，達到臨界抑菌濃度時，微生物開始生長，最終形成抑菌圈，這個臨界濃度應為最佳抑菌濃度。但研究者一般認為隨著抑菌劑濃度的不斷增大，抑菌圈直徑也不斷增加，當兩個相鄰濃度的抑菌圈直徑接近時，較低的濃度即為樣品最佳抑菌濃度，這樣判斷既經濟又有效。

由表5可知，同一種化合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉菌、米曲霉菌、白地霉菌、熱帶假絲酵母菌達到最佳抑菌效果時的質量濃度(mg·mL-1)分別為：L 2.5、3.5、3.0、2.5、3.5、3.5；CuL22.0、3.0、4.0、3.0、3.5、3.5；ZnL22.0、4.0、2.0、3.5、2.5、4.0；NiL24.0、3.0、3.0、3.0、3.0，對熱帶假絲酵母菌沒有抑菌性；MnL24.0、3.5、3.5、2.5、3.5、3.5。

同樣，不同物質對同一菌類抑菌效果不同。L、CuL2、ZnL2、NiL2、MnL2對同一菌類達到最佳抑菌效果時的質量濃度(mg·mL-1)分別為：大腸桿菌2.5、2.0、2.0、4.0、4.0；金黃色葡萄球菌3.5、3.0、4.0、3.0、3.5；米曲霉菌2.5、3.0、3.5、3.0、2.5；白地霉菌3.5、3.5、2.5、3.0、3.5；熱帶假絲酵母菌3.5、3.5、4.0、無、3.5；配體與配合物對黑曲霉菌的抑菌效果不是很明顯。

總而言之，配合物比配體的抑菌效果明顯，對細菌抑菌效果較好的配合物是ZnL2，而對真菌抑菌效果明顯的配合物是CuL2、NiL2，配合物MnL2對細菌和真菌的抑菌效果一般。

3 結論

合成了4種4-?；吝蜻^渡金屬配合物，對其抑菌活性進行了研究。結果表明，對細菌和真菌而言，配合物的抑菌效果好于配體的抑菌性[16]；配體及配合物對細菌都具有一定的抑制作用，大部分的配合物對真菌有抑制作用，尤其對米曲霉菌和白地霉菌的抑制作用較明顯。為進一步研究新型殺菌劑和防腐劑提供了理論依據，在醫學、農業等領域有一定的影響意義。

表5 配體及配合物的抑菌圈數據

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