5-氟尿嘧啶與Zn2+配位選擇性的理論研究

和 芹

（唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000）

5-氟尿嘧啶（5-FU）能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的作用，干擾DNA合成，是臨床上常用的抗腫瘤藥物之一[1-5]。張貴珠等[1]研究發現金屬離子配位的 5-FU更易于達到癌細胞靶分子，且抗癌活性顯著增強，因此研究5-FU與金屬離子的相互作用對于了解藥物在體內的存在和運輸形式，進而了解其高效抗癌機理具有重要意義。我們對主族金屬離子Mg2+與5-FU體系進行研究，發現Mg2+與5-氟尿嘧啶F11O6位點雙齒配位作用更強[6]。副族金屬離子Zn2+電子層結構與Mg2+類似，且是生物體內含量豐富的副族金屬離子，因此本文進一步選取 5-FU…Zn2+為研究體系，在分子水平上研究5-FU對副族金屬離子的配位選擇性。

1 計算方法

B3LYP方法在金屬離子配合物計算中非常可靠[6-9]，因此體系在 B3LYP/6-31G(d,p)水平上全優化；為研究基組大小對體系的影響，在B3LYP/6-311G(d,p)水平上全優化，頻率分析表明所有結構均為穩定結構，全部計算由GAUSSIAN03[10]程序完成，NBO分析由NBO5.0[11]完成。

2 結果與討論

2.1 幾何結構

由單體與配合物幾何結構圖（圖 1）可見，Zn2+-F12鍵長為2.252?，明顯高于Zn2+-O6與Zn2+-O9（分別為1.880、1.937?），因此可以推斷前者配位作用最弱，這與5-FU與主族金屬離子 Mg2+的作用相似，并且小于 Mg2+-F12鍵長（2.076 ?），由于Zn2+離子半徑高于Mg2+，因此可以推斷Zn2+配位作用更強。另外，Zn2+-O9鍵鍵長略長于Zn2+-O6約0.157?，因此后者配位作用強度更大，配位選擇性更高，這在二階微擾能及NBO鍵級上均有所體現。

2.2 能量分析

B3LYP/6-31G(d,p)與 B3LYP/6-311G(d,p)水平上計算穩定化能列于表1。由表1可知，B3LYP/6-31G(d,p)與B3LYP/6-311G(d,p)水平上計算Zn2+離子與O6F12位點配合物穩定化能絕對值更高，分別高于O9位點配合物87.3、48.3kJ/mol，因此可以推斷Zn2+更易與前者配位。此外，還可以看到相對于主族金屬離子Mg2+（B3LYP/6-311G（d,p）水平上計算穩定化能分別為-612.1、-523.1kJ/mol），Zn2+離子與 5-FU 的作用顯著增強，穩定化能明顯增高。

圖1 B3LYP/6-311G(d,p)優化單體與二聚物構型

表1 配合物穩定化能 kJ/mol

另一方面，由表1數據可知基組水平對穩定化能存在顯著影響，例如對于 O6F12雙齒配位配合物，在 B3LYP/6-31G(d,p)水平上計算穩定化能較 B3LYP/6-311G(d,p)水平低 110.1kJ/mol，因此為得到更準確的穩定化能，有必要使用大基組。

2.3 NBO分析

NBO鍵級及給體孤對電子與受體反鍵軌道作用二階微擾能E(2)列于表2。由表2數據可以看到，5-FU與Zn2+離子配位鍵離子成份分別占78.1%、96.2%、73.3%，因此主要是離子作用。

表2 B3LYP/6-311G(d,p)水平上NBO分析

另外，由表 2還可以看到，Zn2+與 O6位點作用最強，二階微擾能最高，為274.3 kJ/mol，與O9位點作用次之（266.9 kJ/mol），與F12位點作用最弱，且二階微擾能高低與NBO鍵級大小一致。

3 結論

在 B3LYP/6-31G(d,p)、B3LYP/6-311G(d,p)水平上對 5-氟尿嘧啶與金屬離子Zn2+所得配合物幾何結構、穩定性等進行研究。計算結果顯示：（1）Zn2+與 F12O6位點作用所得配合物穩定性更高，為主要作用方式。（2）5-氟尿嘧啶與Zn2+配位鍵主要是離子作用。（3）與 Mg2+相比，5-氟尿嘧啶與Zn2+配位作用更強。