稀土席夫堿配合物的合成及生物抑菌活性研究

李曉東，朱元成，楊玲娟，王曉峰

（天水師范學院 生命科學與化學學院，甘肅 天水 741001）

稀土Salphen席夫堿配合物是一類具有特殊結構、功能和合成相對容易的化合物，近年來對該類配合物的研究已由單齒小分子發展到大環席夫堿配合物，應用范圍由簡單的合成和結構分析發展到在生物、醫藥、食品安全分析及功能材料等交叉學科中的功能研究，發展模式已向研究范圍全方位化，研究領域多元化的方向發展，而席夫堿配合物在生物醫藥和食品安全檢測中的應用將是今后發展的一個重點.有研究表明，席夫堿能與許多金屬離子形成有色配合物，可以測定食品中各種金屬離子，甚至可通過色譜分析、光度分析，對其進行定量分析.另外席夫堿類化合物具有良好的殺菌、抗癌作用，而其配合物因具有更強的脂溶性和細胞穿透性，所以它的抗菌譜更廣，且不易產生耐藥性，擁有很好的醫藥價值；Salphen席夫堿稀土配合物更具有抑菌、殺菌、抗腫瘤、抗病毒的生物活性，[1-5]特別是對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和霉菌均有不同程度的抑菌作用，且菌液濃度越低，配合物的抑菌效果越好，[6-9]該研究為稀土配合物在醫藥上的應用提供了一定的信息.

本文在前期合成Salphen席夫堿配體及配合物的基礎上，成功合成了N，N′-雙（2，4-二羥基苯甲醛）縮鄰苯二胺配體（L）及相應的稀土席夫堿金屬配合物，其結構經紅外光譜、紫外-可見光譜、元素分析、摩爾電導和差熱-熱重分析表征.在此基礎上，研究了該類配合物在不同濃度下的生物抑菌活性，發現它們大都對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌有明顯地抑菌作用，為該類配合物在殺菌藥物領域的應用提供了一定的依據.

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

2 ，4-二羥基苯甲醛由上海森德里化學實驗科技有限公司提供，分析純；鄰苯二胺，正丙醇，正丁醇，均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司；其余所用試劑為分析純，由試劑供應商提供.稀土氧化物均為分析純，由中國西北有色地質研究所提供.

紅外測試（FT-IR）采用Alpha-Centauri型紅外光譜儀，KBr研磨壓片，掃描范圍為4000～400 cm-1；紫外測試（UV-Vis）采用UV-2450型紫外可見分光光度計，掃描范圍為200-800 nm；元素分子采用美國EA1112型元素分析儀；熱分析（TG-DTA）采用Du Pont 1090B型熱分析儀，升溫速度10℃/min；摩爾電導率采用DDS-307型電導率儀.

1.2 N，N′-雙（2，4-二羥基苯甲醛）縮鄰苯二胺（L）的制備

取1.38 g（0.01 mol）的 2，4-二羥基苯甲醛溶于30 mL的正丙醇中，緩慢滴加溶有0.54 g（0.005 mol）鄰苯二胺的正丙醇溶液10 mL.在60℃下攪拌反應5 h.冷卻，靜置8 h，抽濾，用正丙醇洗滌2次，真空60℃下干燥，得黃色固體，產率=88%.

1.3 稀土Salphen席夫堿配合物的制備[10-12]

在配有攪拌器、回流冷凝管的圓底燒瓶中加入20 mL正丁醇，再加1 mmol配體L，緩慢加熱攪拌至完全溶解后，加入溶有1 mmol RE（NO3）3·6H2O（按照參考文獻［13］方法合成）的正丁醇溶液10 mL，繼續加熱回流8 h，有沉淀產生，抽濾，濾液用減壓蒸餾裝置除去約20 mL的正丁醇，加入5 mL無水乙醇即有大量黃色沉淀產生，抽濾.合并固體物，用無水乙醇，丙酮和甲醇洗滌后在真空干燥箱中干燥，得配合物LRE（NO3）2·nH2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）.

1.4 菌種及培養

實驗所需的大腸桿菌（Escherich coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和白色念珠菌（Candida albican）均由實驗室菌種保藏中心提供.抑菌實驗中所用菌種在36℃條件下用牛肉膏瓊脂培養基培養.

1.5 抑菌活性的測定

利用平板抑菌圈法測定抑菌活性.其方法是分別配制濃度為1010mL的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌受試菌懸液，與高溫滅菌的牛肉膏瓊脂培養基混合均勻，置溫箱（37℃）中備用.再以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作溶劑，將不同稀土席夫堿配合物配制成不同濃度的溶液，取無菌濾紙片平放于清潔的無菌培養皿內，每片滴加稀土配合物溶液20 μL，再取受試菌培養基均勻涂抹處理過的濾紙片上，厚度約1 mm，置于36℃恒溫培養箱中培養24 h，測定其抑菌圈直徑的大小，每個樣本設置3組平行試驗.

2 結果與討論

2.1 配合物的組成與性質

配體與配合物的元素分析及配合物的合成參數見表1，從表中可見，各配合物的組成均符合化學式LRE（NO3）2·4H2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）.配合物均為褐色粉末狀固體，能夠溶于DMF中，微溶于乙醇，甲醇，乙腈中，難溶于水.

表1 稀土Salphen席夫堿配合物的特征

2.2 紅外光譜分析

配體L及其稀土配合物的特征吸收峰及其歸屬見表2和圖1所示.比較配體L和對應的稀土配合物中C=N的紅外吸收在1650～1600cm-1區域，而一般C=N的伸縮振動峰位于1690～1630 cm-1區域[14]，這主要是C=N鍵與芳環形成共軛體系，使吸收峰值發生了紅移，也說明配體L的有效合成，并且在配合物中的吸收峰值均小于配體L的吸收峰值，說明稀土金屬離子和配體發生了有效配位.在1450～1600 cm-1區域內有中等強度的伸縮振動峰或簡并峰出現在配體L及每一種稀土配合物中，說明在配體與稀土配合物中有苯環的存在，并且在配體L及對應配合物中Ar-N的伸縮振動峰位于3400～3200 cm-1區域內，其中配體的最大吸收峰出現在3450 cm-1處，而對應的稀土配合物峰值均小該值，可見，由于配位中心離子和配體配位后，使Ar-N的吸收峰發生了紅移.在配合物的譜圖1150～1200 cm-1區域內有N-O伸縮振動吸收峰，說明配合物中含有NO3-.配體和配合物均在約1200 cm-1和3450 cm-1處出現了較大的彎曲振動和伸縮振動吸收峰，對應配合物和配體的結構可推測，處于3450 cm-1處的伸縮振動吸收峰歸屬為配體中的羥基峰和配合物的結晶水吸收峰；處于約1200 cm-1的彎曲振動吸收峰歸屬為Ar-O，并且配合物中Ar-O吸收峰值略小于配體，主要是配體中氧原子在配位過程中發生了電子離域.配合物在540～520 cm-1區域內，出現RE-O和RE-N配位鍵的彎曲振動吸收峰，證明稀土金屬離子與配體有效配位.

表2 席夫堿配體及其配合物的IR數據歸屬（KBr，cm-1）

圖1 配體L（a）及稀土配合物LSm（NO3）2·4H2O（b）的FT-IR譜圖

2.3 紫外光譜分析

用DMF做溶劑，配制各席夫堿稀土配合物溶液，濃度為10-4mol·L-1，以DMF作參比，測各配合物的紫外吸收峰及其歸屬見圖2.由圖中可見，216 nm處的E2吸收帶是芳香族化合物的特征吸收，當苯環上有助色團時，由于n-π共軛使E2吸收帶紅移；在配合物LRE（NO3）2·4H2O中存在于苯環共軛的C=N基團，所以配合物的E2吸收帶發生紅移，處于217～221 nm處.在230～270 nm區間的B吸收帶是苯環的特征吸收，而當苯環上連有助色基團時，B吸收帶發生紅移，使配合物的B帶處于290 nm處.R吸收帶是苯環與生色基相連時的吸收，波長在300 nm以上區間，在配合物中的R吸收帶較配體L有微弱的紅移.K吸收帶是由共軛雙鍵中的π→π*躍遷產生的很強的吸收峰.比較配體和配合物的K帶可發現，配合物的K帶發生紅移.

圖2 配體和配合物在DMF中紫外吸收光譜圖（nm）

2.4 熱穩定性分析

圖3 配體L（a）和配合物LSm（MO3）2?2H2O（b）的TG-DTA和DTG譜圖LSm（NO3）2·2H2O（b）的TG-DTA和DTG譜圖

以Al2O3為參比物，升溫速率10℃·min-1，量程25～900℃，氮氣氣氛中測定了配體及其稀土配合物的TG-DTA熱穩定性.從配體和配合物的TG-DTA譜圖3中可以看出，各配合物的TG-DTA譜圖失重趨勢極為相似.配合物中都存在一定的結晶水，在25～100℃之間，失水約1.3%；在150～300℃區間有一個強烈的放熱峰，可能是配合物中C=N鍵斷裂、苯環、C-O鍵等變為N2、CO2離去，其失重約為16%；在400～700℃之間有較為強烈的放熱峰，可能是稀土硝酸鹽分解為氧化物的過程.圖3為配體L和配合物LSm（NO3）2·4H2O的TG-DTA譜圖，從圖中可見，配體的失重較配合物的平穩，并且在配合物譜圖（b）中，其在熱分解過程中有較大的放熱現象，而在配體中沒有出現，可見，當稀土金屬離子進入配體后，能夠有效的影響配合物的穩定性.

2.5 摩爾電導率分析

用DMF做溶劑，配制各稀土Salphen席夫堿配合物溶液，濃度為2×10-3mol·L-1，測得其電導率分析歸屬見表3.從表中可見，各配合物的摩爾電導率處于100～120 S·cm2·mol-1，較配體L的大，說明配合物中有NO3-的存在，另外，配體L也存在一定的導電性，分析為主要是配體中存在酚羥基，在溶液中有一定的電離，同時，配合物中含有結晶水也會使電導率增加.從上表還可以看出，稀土Salphen席夫堿配合物的電導率基本上隨稀土元素原子序數的增大呈現而增大，其內在規律還有待于進一步研究.

表3 稀土Salphen席夫堿配合物的摩爾電導率

2.6 抑菌實驗

以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作溶劑，當配合物的濃度為1.0×10-4mol·L-1時，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌作抑菌實驗，根據抑菌圈大小來初步判斷配合物的抑菌能力大小.[12，15，16]當抑菌圈直徑大于20 mm表示具有強抑菌效果，抑菌圈在10～20mm之間為中等抑菌，抑菌圈小于10mm表示為弱抑菌（濾紙片直徑為5 mm）.其抑菌結果見表4.由表4可見，四種配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌都有一定的抑制作用，而配體對三種菌均無抑菌作用，說明稀土配位金屬離子有抑菌效應；而且配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌效果最好.

表4 各類化合物的抑菌活性圈（抑菌圈直徑/mm）

通過以上分析可見，配合物LSm（NO3）2·4H2O具有較高的抑菌活性，所以進一步調節配合物LSm（NO3）2·4H2O的濃度進行抑菌活性試驗.其抑菌活性見表5.由表5可見，隨著配合物濃度的升高，抑菌活性有較為顯著的升高，但效果不明顯，而隨配合物濃度的下降，其抑菌活性卻快速的下降，說明較為有效的濃度以1.0×10-4mol·L-1為宜.

表5 配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌活性圈（抑菌圈直徑/mm）

綜上所述，稀土Salphen席夫堿配合物LRE（NO3）2·nH2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）中稀土金屬離子RE（Ⅲ）的配位數為6，有2個NO3-于其配位，其可能結構如圖4所示.

圖4 配合物M（NO3）2·4H2O的結構示意圖

3 結論

利用N，N′-雙（2，4-二羥基苯甲醛）縮鄰苯二胺配體L與稀土金屬離子（La，Nd，Sm，Gd）合成了稀土Salphen席夫堿稀土配合物LRE（NO3）2·4H2O，并對其結構進行了紅外光譜（FT-IR），紫外-可見光譜（UV），元素分析和差熱-熱重（TG-DTA）分析表征后認為稀土金屬離子M（Ⅲ）的配位數為6，有2個NO3-于其配位，并將四種配合物作抑菌檢測，結果表明，系列配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌均有較好的抑制作用，而且配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌效果最好.

[1]XU F,MA S Z,DU G Y,et al.Synthesis,characterization,and anticancer properties of rare earth complexes with Schiff baseandophenanthroline[J].Jrareearths,2008,26(5):643-647.

[2]LIU Y C,YANG Z Y.Crystal structures,antioxidation and DNA binding properties of Dy(III)complexes with Schiffbase ligands derived from 8 hydroxyquinoline 2 carboxaldehyde and four aroylhydrazines[J].Eur J Med Chem,2009,44:5080-5089.

[3]林明麗,崔秀蘭,劉醒民,等.雙苯并咪唑2-甲基酮縮二胺類Schiff堿的合成與研究[J].內蒙古工業大學學報(自然科學版),2003,22(1):272-301.

[4]YANG Z Y,YANG R D,Li F S,et al.Crystal structure and antitumor activity of some rare earth metal complexes with Schiff base[J].Polyhedron,2000,(19):2599-2604.

[5]SUI Y,HU R H,LIU D S,Adjustment of the structures and biological activities by the ratio of NiL to RE for two sets of Schiff Base complexes[(NiL)nRE](n=1or2;RE=La or Ce)[J].Inorg Chem Comm,2011,(14):396-398.

[6]吳靜,姚克敏,陳德余.鑭系與直鏈醚-2,4-二羥基苯甲醛席夫堿新配合物的合成及波譜研究[J].高等學校化學學報,1998,19(8):1121-1123.

[7]QU J Q,W L F,L Y Q,et al.Syntheses,Characterization and Antitumour Activities of Rare Earth Metal Complexes with 2(((4,6-dimethyl)-2-Pyrimidinyl)thio)-Acetic Acid[J].J rare earths,2006,(24):15-19.

[8]高書燕,張秀英,雷雪峰,等.水楊醛縮5-氨基水楊酸Schiff堿及其稀土配合物合成、表征和抑菌活性[J].應用化學,2006,23(1):74-78.

[9]陸曉紅,林秋月,劉衛東,等.新型稀土Schiff堿配合物的合成、表征和抗菌活性[J].浙江師范大學學報(自然科學版),2006,29(2):172-176.

[10]何地平,韓維和,刁琳琳.稀土甘氨酸配合物的制備及表征[J].陜西師范大學學報(自然科學版),2011,39(1):45-48.

[11]張麗紅,張冬艷,盧慶華,等.小檗堿與稀土硝酸鹽二元配合物的合成、表征及抑菌作用[J].中國稀土學報,2010,28(6):751-754.

[12]趙麗娜,吳偉娜,袁文兵,等,2,2(1,2-亞苯基二氧)-(N-苯基乙酰胺)及其稀土配合物的合成、表征與熒光性質[J].應用化學,2007,24(9):1098-1110.

[13]丁玉潔,高建綱,董文魁,新型Schiff堿苦味酸稀土配合物的合成表征[J].稀土,2007,28(3):51-54.

[14]陳曉紅,張衛紅,張倩芝,等.傅里葉變換紅外光譜與拉曼光譜分析碳青霉烯藥物亞胺培南的結構特征[J].光散射學報,2006,18(1):25-29.

[15]何其莊,馬樹芝,許東芳.稀土酰基吡唑啉酮鄰菲咯啉配合物的合成、表征及其生物活性[J].無機化學學報,2007,10(10):1723-1728.

[16]何水樣,胡亭,楊銳,等.稀土與水楊醛-1H-苯并三唑乙酰腙配合物的合成及抑菌實驗[J].2003,20(3):205-209.