2-苯基-4-硒唑甲酸銅配合物的合成及其與DNA的作用*

趙國良， 呂 鑫， 陳吉妃， 沈金杯， 周玉鳳， 陳 鴛

(1．浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江 金華 321004;2．浙江師范大學 行知學院，浙江 金華321004)

硒是生命活動的必需微量元素之一，它具有廣泛的生物學作用:在抗氧化、抗衰老、保護心臟、預防和治療腫瘤、維持正常免疫、生殖及內分泌功能等方面發揮著重要作用［1-2］．全世界廣泛存在著土壤缺硒的問題，我國缺硒情況更為嚴重．硒的攝入不足對人體健康有潛在的威脅，僅靠天然食品的補充難以得到根本的改善．因此，研發高效安全的補硒食品勢在必行［3］．由于無機硒試劑存在毒性高、風險大、吸收利用率低等問題，有機硒補劑的開發與研究一直被廣為關注．

銅也是生命必需的微量元素，它在生命體中起著重要的作用，對于結締組織的形成、神經系統的發育及骨骼的發育都十分必要．銅參與鐵和能量的代謝，在許多酶反應中消耗分子氧而充當還原劑的作用［4-6］．銅配合物不僅具有抗癌活性，還具有抗炎、抗潰瘍、抗抽搐、抗糖尿病和抗誘變劑等作用［7-8］．

20世紀80年代以來，人們合成出大量具有生物活性的有機硒化合物，其中硒唑類衍生物具有良好的抗腫瘤、抗菌作用，具有作為藥物和藥物中間體的潛在功能［9-13］．為了制得具有更高生物活性的硒唑配合物，同時考慮到羧酸的配位能力和配位模式的多樣性，本文以2-苯基-4-硒唑甲酸(HL)為配體，與Cu(NO3)2在水溶液中反應，制得了配合物 NH4［Cu2L5］HL·6H2O，并通過紅外光譜、摩爾電導及熱重分析等方法對配合物進行了表征，用X-射線單晶衍射法確定了配合物的晶體結構，用溴化乙錠熒光探針法測試了配合物與DNA的作用．

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

碳、氫、氮含量用德國 Elementar公司 Vario ELⅢ型元素分析儀測定;銅含量用EDTA滴定法測定．美國Nicolet公司NEXUS 670型傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)，KBr壓片，測定范圍為400～4 000 cm-1;美國Perkin-Elmer公司LS55熒光分光光度計;瑞士 METTLER-TOLEDO公司TGA/SDTA 851e型熱分析儀;德國Bruker公司APEX II CCD單晶衍射儀;上海雷磁儀器廠DDS-11A型電導率儀．

硒粉、硼氫化鈉、苯甲腈、1，3-二氯丙酮、重鉻酸鉀、硝酸銅、溴化乙錠(EB)、三羥甲基氨基甲烷、無水乙醇、N，N'-二甲基甲酰胺(DMF)等試劑均為分析純．小牛胸腺DNA(北京華美公司)為生化試劑，用0．1 mol·L-1NaCl溶液配制成200 μg·mL-1的溶液(DNA的起始濃度為 3．72×10-4mol·L-1)，經測定 A260/A280=1．8 ～2．0，置4℃保存，在4 d內使用．Tris-HCl緩沖溶液的pH值為 7．40，其中 c(Tris)為 0．01 mol·L-1．

1．2 配合物的合成

配體按文獻［14］合成，產物熔點169℃，與文獻相符．

配合物的合成:稱取1 mmol的硝酸銅溶于10 mL水中，加入過量的濃氨水制得銅氨溶液;另取1 mmol的硒唑甲酸于10 mL水中，加入濃氨水使其溶解．將兩溶液混合后室溫攪拌12 h，過濾，將濾液靜置，數日后得到適合X-射線單晶衍射實驗的綠色晶體，過濾后用無水乙醇洗滌，干燥，得產物0．22 g，產率約25%．

1．3 晶體結構測定及結構解析

選用大小為 0．185 mm ×0．121 mm ×0．037 mm的配合物單晶，在德國Bruker APEX II CCD單晶衍射儀上進行X-射線單晶衍射實驗．用輻射Mo Kα 射線(λ =0．071 073 nm)，在 1．53°≤2θ≤25．00°收集衍射點．衍射數據經LP因子校正，晶體結構由直接法解出．所有非氫原子的坐標通過全矩陣最小二乘法給出，并經各向異性溫度因子修正．各向異性化所有非氫原子的溫度因子后，對碳原子進行理論加氫．水上的氫通過Fourier合成得到，并對鍵長、鍵角加以限制(d(O—H)=0．085(2)nm，d(H—H)=0．130(2)nm)．配合物最后一致性因子為 R1=0．065 8(I＞2σ(I))，wR2=0．184 5．晶體結構分析工作在Pentium PC計算機上用SHELXS-97程序［15］完成．

1．4 配合物與DNA作用

10 mL比色管中加入2．0 mL溴化乙錠(EB)溶液(100 μg·mL-1)，1．0 mL 小牛胸腺 DNA 溶液(200 μg·mL-1)，2．0 mL Tris-HCl緩沖溶液(pH=7．40)，放置2 h，加入不同量的配合物溶液(1×10-5mol·L-1的 DMF溶液)，稀釋至刻度，反應12 h，以251 nm為激發光波長，掃描混合體系在530～700 nm波長的熒光光譜．

2 結果和討論

2．1 配合物的化學組成和紅外光譜

配合物的元素分析wB測定值為:C 40．92%，H 3．03%，N 5．57%，Cu 7．22%．按配合物分子式C60H53N7Cu2O18Se6得 wB計算值為:C 41．12%，H 3．09%，N 5．62%，Cu 7．29%．紅外光譜(KBr壓片)σ/cm-1:3 415(m，br)，3 098(s)，1 624(vs)，1 505(w);1 470(s)，1 445(w)，1 346(s)，1 264(m)，1 225(w)，1 076(w)，1 001(m)，931(w)，898(w)，823(w)，771(s)，740(w)，699(s)，632(w)，566(w)，450(w)，425(w)．

由配合物的元素分析可知，配合物由2個中心離子Cu(Ⅱ)、5個2-苯基-4-硒唑甲酸根配體(L-1)、1個銨根離子、1個游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子(HL)和6個水分子組成．25℃時，1．0×10-3mol·L-1配合物DMF溶液的摩爾電導率為78．1 S·cm2·mol-1，故可知其在 DMF 中為1∶1電解質［16］．說明合成產物為離子型配合物，其分子式可表示為 NH4［Cu2L5］HL·6H2O．取1 mL上述配合物DMF溶液，加入2滴2 mol·L-1NaOH溶液，再加入2滴奈斯勒試劑，有紅棕色沉淀產生，證明配合物中有銨根離子存在，這與紅外光譜和晶體結構測定的結果一致．

自由配體在3 441 cm-1和1 685 cm-1處分別出現υOH和υCOOH的伸縮振動，形成配合物后:υOH位移至3 415 cm-1處，且峰形明顯變寬、變強，說明配合物中有水;1 685 cm-1處的υCOOH振動峰明顯減弱，而在1 624 cm-1處出現了υas(—COO—)的不對稱伸縮振動峰，在1 445 cm-1和1 346 cm-1處出現了υs(—COO—)的對稱伸縮振動峰，其Δυ值分別為179 cm-1和278 cm-1，表明配體中羧基是以單齒和橋式二齒形式參與配位的［17］．配合物在1 505 cm-1處的弱伸縮振動和771 cm-1處的強吸收峰可歸屬為硒唑環的振動峰［18］;3 098 cm-1處強而尖的振動峰為銨根離子的

2．2 配合物的熱重分析

在升溫速率為10℃·min-1條件下，于空氣氣氛中測定了配合物在30～800℃的熱分解情況．圖1為配合物的TG-DTG曲線．從圖1可以看出:配合物在30～143℃的失重率為7．02%，對應于失去配合物中的6個結晶水和1個氨分子(理論失重率為7．15%);在200～245℃的失重率為23．42%，對應于失去配合物中的1個游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和其中2個配體中的苯基(理論失重率為23．07%);在245～570℃的失重率為52．68%，對應于配合物中配體的分解(理論失重率為53．59%);殘留率為16．88%，與配合物中 Cu和 Se的質量分數(理論值為16．19%)基本相符．

圖1 配合物的TG-DTG曲線

2．3 配合物的晶體結構

配合物的主要晶體學數據列于表1，主要的鍵長和鍵角列于表2和表3．

圖2 配合物的分子結構(橢球率30%)

表1 配合物的晶體學數據

表2 配合物的主要鍵長

表3 配合物的主要鍵角

圖2為配合物的分子結構圖．由圖2可知，該配合物為硒唑甲酸根橋連的雙核結構，配合物的最小不對稱單元中含有2個Cu(Ⅱ)離子、5個硒唑甲酸根配體(L-)、1個游離的硒唑甲酸分子(HL)、1 個 NH+4離子和6個晶格水分子．2個銅離子具有不同的配位環境和配位方式(見圖3)，Cu1離子與配位原子形成六配位的呈略畸變的八面體結構，而Cu2離子與配位原子形成五配位的呈略畸變的四方錐結構．其中:Cu1與3個硒唑甲酸根配位，配位形式均為雙齒螯合模式，每個硒唑甲酸根利用1個羧基氧和1個硒唑氮原子與Cu1形成平面五元環結構，Cu1—O 鍵長為0．192 3(3)～0．202 9(2)nm，Cu1—N 鍵長為0．205 4(3)～0．241 2(4)nm，與文獻［14］報道的銅配合物［Cu2L2(H2O)2］類似;Cu2也與3個硒唑甲酸根雙齒螯合配位，其中2個硒唑甲酸根以1個羧基氧和1個硒唑氮原子與Cu2形成平面五元環結構，另外一個硒唑甲酸根利用1個羧基氧(O8)與 Cu2單齒配位，Cu2—O8鍵長為0．196 0(3)nm，與文獻［19］報道的雙核銅配合物［Cu2(H2tea)2(dca)2］2·H2O 中 Cu2+離子分別為五配位和六配位的情況類似．在該雙核配位體系中:由于含2個Cu(Ⅱ)離子和5個2-苯基-4-硒唑甲酸根離子(L-)，整個配位內界顯-1價，外界的1個NH+4離子起平衡電荷的作用，使整個晶體電荷平衡;外界還有1個游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和6個晶格水分子，銨根離子、晶格水分子、游離的2-苯基-4-硒唑甲酸分子和2-苯基-4-硒唑甲酸根之間存在氫鍵(見圖4)，具體地說，硒唑甲酸上的羧基與相鄰晶胞結構中的水分子和相鄰晶胞結構中的羧基與水分子形成4個強烈的氫鍵，從而將不同結構單元連接成為一個具有二維網狀結構的配合物．

圖3 Cu(Ⅱ)的配位環境

圖4 配合物的分子堆積圖(沿c軸方向)

2．4 配合物與DNA的作用

溴化乙錠(EB)為一共軛平面分子，其本身熒光很弱，但能專一性地插入DNA雙螺旋內部的堿基對之間使其熒光顯著增強．如果共存于EB-DNA體系中的藥物分子也能與DNA發生類似于EB的插入作用，這個小分子就會競爭EB與DNA的結合位點，使EB-DNA體系的熒光猝滅，而且EB-DNA體系熒光猝滅的程度可以說明藥物分子與DNA插入作用的強弱［20］．

圖5反映了配合物對EB-DNA復合體系的熒光猝滅情況．配合物在592 nm處沒有熒光，DNA-EB體系在592 nm處發出強烈的熒光，隨著配合物濃度的增加，EB-DNA復合體系的熒光發生了不同程度的猝滅，由此推測配合物與DNA發生了插入作用．根據 Stem-Volmer方程［21］:I0/I=1+Ksqr(其中:I0和I分別為EB-DNA體系與不同濃度的配合物加EB-DNA復合體系的熒光強度;r為配合物與DNA濃度之比)計算得到配合物與DNA作用的結合常數Ksq為193．84，表明該配合物對DNA的插入作用很強．通過比較文獻［14］中的結合常數(Ksq=0．76)，并從配合物的分子結構圖可以看出，配合物分子中增加了5個五元環和1個四元環，這些螯合環的形成增加了配合物

圖5 配合物對EB-DNA體系的熒光猝滅

分子中配體的平面性，使得配體更容易插入到DNA分子的堿基對中去競爭EB與DNA的結合位點，從而導致配合物的插入作用明顯強于配體．

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