一水合雙(三苯基錫)噻吩-2，5-二羧酸酯的合成、結構及性質研究

吳 倩，歐文娟，劉佳惠，羅美蓮，張復興 ,2,3，鄺代治 ,2,3，庾江喜,2,3，朱小明 ,2,3

(1.衡陽師范學院 化學與材料科學學院，湖南 衡陽 421008；2.功能金屬有機化合物湖南省重點實驗室，湖南 衡陽 421008；3.功能金屬有機材料湖南省普通高等學校重點實驗室，湖南 衡陽 421008)

有機錫化合物由于其結構的多樣性、豐富的反應性、極強的生物活性和用途的廣泛性，一直引起人們的關注[1-8]。但由于已知的有機錫化合物一般都具有較強的毒性，因而在應用上受到一定限制。研究表明有機錫化合物的結構與性能決定于直接與錫原子相連的烴基的結構和配體的類型[9-12]。功能化的配體能極大的改變錫原子的配位方式，顯著地影響有機錫化合物的生物活性，從而調節其毒性與生物活性之間的平衡。雜環羧酸是一類具有特殊性能的物質，以雜環羧酸為配體合成有機錫配合物能產生多樣的結構和特殊的性能[13-17]。為了揭示有機錫雜環羧酸酯結構與性能的關系，本文合成了一水合雙(三苯基錫)噻吩-2，5-二羧酸酯配合物，通過元素分析、紅外光譜進行了表征，用X-射線單晶衍射測定了晶體結構，對其結構進行量子化學從頭計算，探討了配合物分子的穩定性、分子軌道能量以及一些前沿分子軌道的組成特征。測定了配合物的熱穩定性和體外抗癌活性。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

日本島津IRPrestige-21紅外光譜儀(4000～400 cm-1，KBr)，PE-2400(Ⅱ)元素分析儀，Bruker SMART APEXⅡ單晶衍射儀，X4數字顯微熔點，TGA Q50型熱重分析儀。所用試劑均為分析純。

1.2 配合物的合成

在100 mL圓底燒瓶中，加入1.431 g(2 mmol) 三苯基氧化錫{[(C6H5)3Sn]2O}、0.344 g(2 mmol)噻吩-2，5-二羧酸、30 mL苯和30 mL無水乙醇，在電磁攪拌下加熱回流反應6 h。濾液旋轉蒸發除去部分溶劑，放置析出白色固體，用苯重結晶得無色晶體1.286 g，產率72.45 %。熔點：>300 ℃(分解)。IR(KBr，cm-1)：3 049.46，2 989.66(vC-H)，1 635.64[vas(COO)]，1 389.72 [vs(COO)]，1 602.85，1 529.55，1431.18(v芳環C=C)，536.21(vSn-O)，451.34(vSn-C)。元素分析(C42H34SO5Sn2)，計算值(%)：C，56.80；H，3.83。實測值(%)：C，56.54；H，3.98。

1)以傳統作圓求交點法所制梯形槽參數所得槽滿率比以理想梯形槽參數計算所得槽滿率高，考慮實際以傳統法制電樞槽滿率經驗值一般不超過68%，若以理想梯形槽參數所制電樞槽滿率可達到70.7%，留余取整為70%，故若以理想梯形槽參數制電樞槽滿率經驗值上限可設為70%，此時，電樞繞組可選擇規格較粗的漆包線以降低電機熱負荷。

1.3 晶體結構測定

選取一顆大小為0.26 mm×0.24 mm×0.13 mm的晶體，在Bruker SMART APEX Ⅱ CCD單晶衍射儀上，采用經石墨單色化的MoKα射線(λ=0.071 073 nm)，于296(2) K，以φ～ω掃描方式收集數據。在2.00°≤θ≤25.00°范圍內共收集22 875個衍射點，其中獨立衍射點8 722個[R(int)=0.019 2]，可觀察衍射點7 312個[I >2σ( I )]。全部數據經Lp因子和經驗吸收校正。晶體結構由直接法解出，非氫原子坐標通過數輪差值Fourier合成陸續確定，理論加氫法給出氫原子在晶胞中的位置坐標。對非氫原子坐標及其各向異性熱參數進行全矩陣最小二乘法修正，R1=0.029 1，wR2=0.075 3；Δρmax=790 e/nm3，Δρmin=-689 e/nm3。全部結構分析計算工作采用SHELX-97程序系統完成。

根據晶體結構的原子坐標，運用Gaussian 03W程序和B3ylp/lanl2dz基組水平，計算得到分子的總能量為 -14 277.597 851 5 a.u.，最高占據軌道能量為-0.236 85 a.u，最低空軌道能量為0.103 25 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.340 1 a.u.。從體系能量和前沿軌道的能量分析，化合物總能量和占有軌道能量均較低，表明配合物分子結構穩定。最高占據軌道與最低未占軌道的能量間隙ΔE較大達0.340 1 a.u.，從氧化還原轉移的角度分析，配合物較難失去電子而被氧化，其基態較穩定。

晶體中，一配合物分子中配位水分子中的氫(H5A)與鄰近的另一配合物分子的羰基氧(O4i)形成O-H…O氫鍵，d(H5A…O4i) 0.188 2 nm，∠O5-H5A…O4i161.90 °，通過氫鍵擴展，在晶體中形成一維無限Z字型鏈，如圖2所示。

1.4 配合物的體外抗癌活性測定

采用MTT法檢測了雙(三苯基錫)噻吩-2，5-二羧酸酯對人宮頸癌細胞(HeLa)的體外抗性腫瘤活性。將化合物用二甲基亞砜(DMSO)配成5.0 mg/mL的溶液，用RPMI-1640培養基分別稀釋成5,10,25,50,100 g/mL。取處于指數生長期的HeLa細胞懸液加至96孔板中(細胞濃度為50 000個/mL，100 μL/孔)，于37 ℃、5 % CO2恒溫箱中培養12～18 h使細胞貼壁。去除上清，加100 μL不同濃度的上述化合物，每個濃度設 4個復孔，孵育24 h，棄去上清，每孔加入2.0 mg /mL 的 MTT 溶液60 μL，繼續培養3h，除上清后，每孔加入150 μL二甲基亞砜，低速振蕩10 min，使深藍色結晶溶解，用酶標儀在490 nm 波長處測其吸光度值。按如下公式計算各組對癌細胞的抑制率：抑制率(%)=(對照組OD值-測試組OD值)/ 對照組OD值 × 100 %。每組實驗均重復3次，取其平均值。

2 結果與討論

2.1 晶體和分子結構

從圖5可知，當電池組中某個電池單元出現熱失控導致的起火冒煙時，電池預警防護系統界面中的火焰報警模塊和煙霧報警模塊分別以紅色顯示，并且信號值同時發生變化，說明設計的電池預警防護系統具備了及時預警的功能，在預警信號發生后，系統根據指令設計，將滅火動作下達至滅火模塊，開啟滅火劑管路向燃燒的電池噴射滅火劑，從圖6可知首先是電池明火被撲滅，其次在電池明火撲滅后由于滅火劑的窒息冷卻效果發揮作用，電池熄滅不在燃燒，表現為圖5中的煙氣探測值歸零。

圖1 配合物的分子結構Figure 1 Unit of crystal structure of complex

表1 配合物的主要鍵長和鍵角Table 1 Selected bond distances(nm) and bond angles (°) of the title complex

(a)錫原子Sn；(b)苯環碳原子C；(c)配體噻吩環碳原子和硫原子M；(d)羧基碳原子和氧原子L；(e)水分子氧原子O；(f)氫原子H。取最高占據軌道與最低未占軌道，計算結果如表2和圖3所示。

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圖2 O-H…O氫鍵構筑的配合物一維無限鏈Fig.2 1D Infinite chain of the complex by O-H…O interactions

2.2 配合物的分子軌道能量和前沿分子軌道組成

2.2.1 配合物的總能量和前沿分子軌道能量

采用SPSS 18.0統計學軟件進行統計分析，計量資料采用±s表示表示，組內的術前與術后各項評分比較采用配對t檢驗，不同組之間各項評分采用獨立樣本t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2.2.2 軌道成分分析

為探索化合物的電子結構與成鍵特征，對化合物分子軌道進行分析，用參與組合的各類原子軌道系數的平方和來表示該部分在分子軌道中的貢獻，并經歸一化。把配合物原子分為六部分：

由分子結構圖和結構參數可知，配合物為三苯基錫通過配體橋聯形成的雙錫核結構，見圖1。2個錫原子的配位方式和構型不同。Sn(1)分別與3個苯基碳和1個羧基氧相連，形成四配位的四面體構型，配位原子與錫原子之間的鍵角在96.81°-116.49°之間，均偏離109.5°的正四面體角，因此，Sn(1)為畸變的四面體構型。Sn(2)分別與3個苯基碳、1個羧基氧和1個水分子氧相連，形成五配位的三角雙錐構型，3個苯環碳原子C(25)、 C(31) 、C(37)占據了三角雙錐赤道平面的3個位置，2個氧原子O(3)、O(5)則占據了赤道平面兩側的軸向位置。以錫原子為中心，處于赤道位置的3個原子之間的夾角之和為357.28°，與360°相差較大，說明處于赤道位置的3個原子和錫原子不能很好地共平面。處于軸向位置的氧原子O(3)、 O(5)與處于赤道位置的碳原子的鍵角在80.69°～99.15°之間，均與90°有較大偏差，最大差了9.15°。處于軸向位置原子的鍵角∠O(3)-Sn(2)-O(5) 172.32°，與180°線性角相差了7.68。由此可知Sn(2)為畸變程度較大的三角雙錐構型。

配合物屬單斜晶系，空間群為P21/n，晶體學參數a=1.505 98(10) nm，b=1.388 18(9)nm，c=1.875 63(12)nm，β=103.072 0(10)°，V=3.819 5(4) nm3，Z=4，Dc=1.544 g/cm3，(MoKa)=14.05 cm-1，F(000)=1 768，R1=0.029 1，wR2=0.075 3；Δρmax=790 e/nm3，Δρmin=-689 e/nm3。配合物分子的主要鍵長和鍵角列于表1，晶體分子結構見圖1。

利用TG209F3熱分析儀，在空氣氛中，加熱速度為20 ℃/min，氣體流速為20 mL/min，在40～700 ℃范圍內對化合物進行熱重測試，其結果如圖4所示：

表 2 配合物的分子軌道組成(%)Table 2 The calculated some frontier molecular orbitals composition of complex

圖3 配合物的前沿分子軌道示意圖Fig.3 The schematic diagram of frontier MO for complex

2.3 熱穩定性分析

表2和圖3顯示配合物的成鍵特征：①前沿占有分子軌道中，對分子軌道的貢最大是配體噻吩環碳原子和硫原子，占71.86 %；其次是羧基碳原子和氧原子，占16.36 %；苯環碳原子和錫原子對分子軌道均有一定的貢獻，分別為7.65 %和2.74 %，說明配合物中Sn-C和Sn(1)-O(1)鍵有一定的穩定性；②前沿占有分子軌道中水分子氧原子對分子軌道的貢獻最小，僅為0.49 %。表明水分子中的氧與錫原子作用較弱，Sn(2)-O(5)鍵的穩定性差，從Sn(2)-O(5)鍵的鍵長長(0.2510nm)，可得到到證實；③比較HOMO與LUMO的各類原子軌道成份，可以看出，當電子從HOMO激發到LUMO軌道時，主要是配體上的電子通過錫原子向苯環轉移，錫原子既是電子轉移的橋梁也是電子轉移的部分授體。

圖4 配合物的熱分析曲線Fig.4 Thermogravimetric analysis curves of complex

隨溫度的升高，配合物發生失重的情況是：在40～120 ℃之間，配合物幾乎沒有失重；在120～170 ℃之間，配合物失重2.01 %，對應失去1個水分子；在170～270 ℃之間，配合物幾乎沒有失重；270 ℃之后，開始失重，在312～430 ℃迅速失重，430 ℃后失重速度又變緩慢，在520 ℃時幾乎停止失重，總計失重67.52 %，對應于配合物分子失去配體和苯基；最后殘余物穩定在約32.48 %，殘余物可被假定為SnO2，與33.94 %的計算值基本吻合。

2.4 體外抗腫瘤活性

不同濃度化合物對HeLa 人宮頸癌細胞的抗癌活性表3

表3 不同濃度化合物對HeLa 人宮頸癌細胞的抗癌活性

以試樣濃度對數值與細胞抑制率作線性回歸，用spss17.0 軟件計算得到配合物對HeLa 人宮頸癌細胞的半抑制濃度( IC50值)為0.695 4 μg·mL-1。由表3和IC50值可知，配合物對HeLa癌細胞有較強的抑制活性。并且其抑制活性隨濃度的變化較小，即使在低濃度時仍然有較強的抑制活性。配合物詳細生物活性還有待進一步深入研究。

（四）倒逼預算資金追加投資的情況比較普遍。由于基本建設投資項目往往概算編制不準確、執行不嚴格、工程建設過程中隨意變更設計、擅自增加建設內容、提高投資標準的原因，超概算問題普遍存在。為了避免變成“爛尾工程”，地方政府追加投資，不得不擠占其他領域預算資金，給財政支出帶來巨大壓力。

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(編校 陳志敏)