基于季戊四胺席夫堿的Ni和Cu配合物的合成、結構及其抑菌活性

張奇龍　王煥宇　江　峰　馮廣衛　徐　紅　黃亞勵(貴州醫科大學化學教研室，貴陽　550025)

張奇龍＊王煥宇江峰馮廣衛徐紅黃亞勵
(貴州醫科大學化學教研室，貴陽550025)

以4-甲氧基水楊醛和季戊四胺進行縮合反應得到席夫堿化合物H4L，然后將配體H4L分別與Ni(ClO4)2·6H2O、Cu(ClO4)2在乙醇溶液中進行配位反應，得到2個席夫堿配合物[Ni2(L)]·DMF (1)和[Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2)。并用元素分析、FT-IR和X射線單晶衍射進行了表征。配合物1和2都屬于三斜晶系，P1空間群，配合物1和2都為雙核配合物。初步研究了配體和配合物的體外抑菌活性，結果表明，配體及其配合物1和2對金黃色葡萄球菌具有一定的抑菌活性。

席夫堿；Ni配合物；Cu配合物；晶體結構；抑菌活性

席夫堿容易和不同的金屬離子配位得到結構各異的配合物[1-2]，某些配合物的結構接近于生物體系的真實情況，適宜于進行生命體系的模擬研究[3-4]；某些席夫堿及其金屬配合物還具有抑菌、抗癌和抗病毒等藥理性質[5-7]，有些表現出良好的仿酶催化活性[8]。因此，近年來席夫堿及其金屬配合物受到人們的普遍重視。丙二胺與水楊醛、3-甲氧基水楊醛、4-甲氧基水楊醛等縮合得到的席夫堿及其金屬配合物由于具有磁性、光學、電化學等獨特的性質而備受研究者的關注[9-10]；季戊四胺與丙二胺相比，相當于2個丙二胺共用1個中間的碳原子，所以，當其與水楊醛、3-甲氧基水楊醛、4-甲氧基水楊醛等縮合得到席夫堿化合物后與金屬離子配位時容易得到單核、雙核乃至多核配合物[11-12]。因此，我們用季戊四胺與4-甲氧基水楊醛進行縮合反應得席夫堿配體H4L,然后將席夫堿配體H4L與Ni(ClO4)2·6H2O或Cu(ClO4)2·6H2O在乙醇溶液中進行配位反應,得到2個席夫堿配合物[Ni2(L)]·DMF (1)，[Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2)，初步研究了配體和配合物的體外抑菌活性。

1　實驗部分

1.1試劑

4-甲氧基水楊醛，Ni(ClO4)2·6H2O，Cu(ClO4)2· 6H2O，以及其它所用試劑均為分析純。

1.2測試儀器

JEOL ECX 500 MHz核磁共振儀；Bio-Rad型傅立葉紅外光譜儀(4 000～400 cm-1)；Vario ELⅢ型元素分析儀(德國)；晶體結構測定采用Bruker Smart Apex單晶衍射儀。

1.3配合物合成

1.3.1配體H4L的合成

配體的合成路線如下：

Scheme 1

稱取4-甲氧基水楊醛(1.368 g，9 mmol)于100 mL圓底燒瓶中，加入50 mL乙醇充分溶解，稱取(0.264 g，2 mmol)季戊四胺用20 mL乙醇充分溶解后，緩慢滴加到上述圓底燒瓶中，加熱回流8 h，冷卻至室溫，析出黃色固體，過濾，乙醇洗滌3次，干燥，得黃色固體0.461 g，產率69%。用三氯甲烷-乙醇溶解，緩慢揮發溶劑，得到大小合適X射線晶體衍射的方形晶體。1H NMR (CDCl3)δ 3.679(s，8H，-CH2-)，3.826 (s，12H，-OCH3)，6.470～7.146 (m，9H，ArH)，8.284(s，4H，CH=N)，13.714(s，4H，-OH)。元素分析(%，按C37H40N4O8計算，括號內為計算值)：C 66.37 (66.45)，H 5.97 (6.03)，N 8.42 (8.38)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 435(m)，2 930(w)，2 843(w)，1 627(s)，1 542(w)，1 468(s)，1 340(w)，1 254(s)，1 203(w)，1 166 (w)，1 136(w)，1 112(w)，1 081(w)，1 040(w)，966(w)，834(m)，780(w)，735(m)。

1.3.2配合物1和2的合成

稱取Schiff堿配體H4L(0.167 g，0.25 mmol)溶解在三氯甲烷(20 mL)中，滴加8滴三乙胺，然后加入含Ni(ClO4)2·6H2O(0.177 g，0.5 mmol)的乙醇(20 mL)溶液，加熱回流4 h，冷至室溫，過濾，乙醇洗滌3次，干燥，得棕色固體0.14 g，產率65%。將少量配合物溶解在DMF中，然后將其放在裝有乙醚的試劑瓶中，室溫放置3～4 d，得到適合X射線晶體衍射的晶體。元素分析(%，按C40H43N5Ni2O9計算，括號內為計算值)：C，56.12(56.18)；H，5.01(5.07)；N，8.23(8.19)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 434(m)，2 926(w)，2 842(w)，1 614(s)，1 547(w)，1 472(m)，1 447(m)，1340(w)，1 321 (w)，1 232(s)，1 170(w)，1 103(w)，1 083(w)，1 010(w)，957(w)，861(w)，784(w)，741(m)，574(w)。

配合物2按配合物1類似的方法合成，得產物0.16 g，產率：67%。元素分析(%，按C84H102Cu4N8O21S5計算，括號內為計算值)：C，50.81(51.10)；H，5.02 (5.21)；N，5.68 (5.72)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 434(m)，2 925(w)，2 842(w)，1 617(s)，1 548(w)，1 472(m)，1 449 (m)，1 321(w)，1 245(s)，1 225(s)，1 170(w)，1 146(w)，1 118(w)，1 083(w)，1 021(w)，975(w)，856(w)，786(w)，743(m)，632(w)。

1.4晶體結構測定

選取大小合適的配合物晶體，用Bruker Smart Apex CCD單晶衍射儀，采用經石墨單色器單色化的Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)，以φ-ω掃描方式在一定的θ(2.15°～26.00°，H4L；1.53°～25.99°，1；1.41° ～25.10°，2)范圍內收集單晶衍射數據。衍射強度數據進行了經驗吸收校正、Lp校正。晶體結構由直接法解得。對全部非氫原子坐標及其各向異性熱參數進行了全矩陣最小二乘法修正。所有計算用SHELX-97程序完成[13]，溶劑分子DMSO無序，有關晶體學數據詳見表1。

CCDC：1436577，H4L；1436578，1；1436576，2。

表1　配體H4L及配合物1和2的晶體學及結構修正數據Table 1 Crystal data and structure refinement for the ligand and the complexes 1 and 2

1.5抑菌試驗

體外抑菌實驗用紙片擴散法進行，首先將受試菌液(7.5×107CFU·mL-1)均勻地涂在M-H瓊脂培養基的平板上，將滅菌濾紙片(6 mm)平鋪在含菌的培養基上，分別注上10 μL的待測藥液(配體及其配合物用10 mL DMSO溶解，稀釋成1 280 μg·mL-1的溶液)于紙片上，每張紙片大約含12.8 μg，放入恒溫箱內，于37℃孵育24 h后觀察抑菌圈大小。所用菌種為金黃色葡萄球菌(S. aureus)(CMCC(B)26003)，大腸桿菌(E. coli)(ATCC 8739)。

2　結果與討論

2.1配體及其配合物的晶體結構

圖1　配體H4L的結構(橢球幾率為25%)Fig.1 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of ligand H4L

配體的結構如圖1，季戊四胺分別與4個4-甲氧基水楊醛縮合形成“X”型結構，即4個4-甲氧基水楊醛向4個方向伸展。4個4-甲氧基水楊醛的酚羥基氧原子都和亞胺氮原子形成分子內氫鍵(氫鍵參數見表2)。

表2　配體H4L的氫鍵參數Table 2 Structural parameters of hydrogen bonds for ligand H4L

圖2　配合物1的結構(橢球幾率為25%)Fig.2 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of complex 1

表3　配合物1和2的部分鍵長和鍵角Table 3 Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) for the complexes 1 and 2

配合物1結構如圖2，主要鍵長、鍵角分別列在表3中。配合物1的每個中心Ni離子具有近似四方平面的配位構型，分別與2個酚氧原子、2個亞胺氮原子進行配位，Ni離子周圍4個鍵角在81.28(9)°～174.61(10)°范圍內，4個鍵長在0.186 4(2) ～0.189 9(2) nm之間，這樣，每個中心Ni離子周圍形成3個六元環結構，以Ni1為中心的3個六元環，由Ni1、O1、C6、C5、C8、N4所組成的六元環的原子都在平面上，由Ni1、O2、C18、C13、C12、N3所組成的六元環中O2、C18、C13、C12、N3基本共面，Ni1到平面的距離為0.047 5 nm，由Ni1、N3、C11、C10、C9、N4所組成的六元環中Ni1、N3、N4、C9基本共面，C10、C11偏離平面形成“信封式”結構。以Ni2為中心的3個六元環，由Ni2、O6、C36、C31、C30、N2所組成的六員環中O6、C36、C31、C30、N2基本共面，Ni2到平面的距離為0.0470 nm，由Ni2、O5、C28、C23、C22、N1所組成的六元環中O5、C28、C23、C22、N1基本共面，Ni2到平面的距離為0.039 1 nm，由Ni2、N2、C21、C10、C20、N1所組成的六元環形成“扭船式”結構。席夫堿配體H4L本來是向4個方向伸展的，與Ni(Ⅱ)離子進行配位后，兩兩彎曲回來和Ni(Ⅱ)離子螯合配位形成雙核結構的配合物，配體表現為八齒配體。

圖3　配合物2的結構(橢球幾率為25%)Fig.3 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of complex 2

表4　配體及其配合物1和2的體外抑菌活性Table 4 In viro bacteriostatic activity of the ligand and complexes 1 and 2

配合物2結構如圖3，主要鍵長、鍵角分別列在表3中。配合物2的每個中心Cu離子具有扭曲正方錐形的配位構型，分別與2個酚氧原子，2個亞胺氮原子以及DMSO的氧原子進行配位，Cu離子周圍4個鍵角在88.64(10)°～170.04(11)°范圍內，4個鍵長在0.190 6(2)～0.265 0 nm之間，DMSO的氧原子位于錐頂；每個中心Cu離子周圍形成3個六元環結構，以Cu1為中心的3個六元環，由Cu1、O6、C18、C13、C12、N4所組成的六元環的原子都在平面上，由Cu1、O5、C4、C5、C8、N3所組成的六員環的原子也都在平面上，由Cu1、N3、C9、C10、C11、N4所組成的六員環形成“扭船式”結構。以Cu2為中心的3個六元環，由Cu2、O2、C30、C36、C37、N2所組成的六元環的原子都在平面上，由Cu2、O1、C29、C23、C22、N1所組成的六元環的原子也都在平面上，由Cu2、N2、C20、C10、C21、N1所組成的六元環也形成“扭船式”結構。與配合物1相同，席夫堿配體H4L與Cu離子進行配位時，兩兩彎曲回來和Cu離子螯合配位形成雙核結構的配合物，配體表現為八齒配體；與配合物1不同的是，配合物2中，溶劑DMSO的氧原子參與金屬離子配位。

2.2抑菌活性

抑菌環直徑值列于表4，以硫酸慶大霉素作為對照，結果表明，配體H4L、配合物1和2對大腸桿菌(E. coli)沒有活性，對金黃色葡萄球菌(S. aureus)具有一定的抑菌活性，并且，配合物1和2對金黃色葡萄球菌的活性比配體好。

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Syntheses, Crystal Structures and Bacteriostatic Activities of Niand CuComplexes Based on Pentaerythrityltetramine Schiff Base

ZHANG Qi-Long＊WANG Huan-Yu JIANG Feng FENG Guang-Wei XU Hong HUANG Ya-Li
(Department of Chemistry, Guizhou Medical University, Guizhou, Guiyang 550004, China)

The Schiff base compound H4L was synthesized from condensation reaction of 4-Methoxysalicylaldehyde with Pentaerythrityltetramine. H4L was reacted with Ni(ClO4)2·6H2O or Cu(ClO4)2·6H2O to give two complexes [Ni2(L)]·DMF (1) and [Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2). The complexes were characterized by elemental analysis, FTIR and single crystal X-ray diffraction. The crystals of 1 and 2 belong to the triclinic system, space group P1. The complexes 1 and 2 are all binuclear complexes. The In vitro bacteriostatic activities of the ligand and complexes were tested against several kinds of bacteria. The results show that the ligand and complexes possess different bacteriostatic activities to S. aureus. CCDC: 1436577, H4L; 1436578, 1; 1436576, 2.

Schiff base; Nicomplex; Cucomplex; crystal structure; bacteriostatic activity

O614.81+3；O614.121

A

1001-4861(2016)03-0464-05

10.11862/CJIC.2016.056

2015-11-12。收修改稿日期：2015-12-30。

貴州省科技計劃課題(黔科合LH字[2014]7090)和貴州省教育廳自然科學研究項目(黔教合KY字[2015]415號)資助。＊通信聯系人。E-mail：gzuqlzhang@126.com