N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯咪唑鋅（II）配合物的合成，表征及與DNA 相互作用*

楊莉寧，劉春葉

（西安醫學院 藥學院，陜西 西安 710021）

自從1969 年首次報道順鉑對動物腫瘤有強烈的抑制活性后，引起人們對金屬配合物抗腫瘤研究的重視。近年來，對金屬化合物的研究已成為抗腫瘤藥物研究中較為活躍的領域之一。硝基咪唑類化合物具有抗腫瘤、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗結核等多種生物活性，在生物和藥物化學領域應用廣泛[1-3]。金屬配合物以硝基咪唑衍生物作為配體可提高配合物的生物活性并改善配合物在溶液中的溶解性，從而提高其生物利用率，降低其毒副作用。生物大分子的DNA 影響著生命與遺傳性狀的翻譯與轉錄，甚至影響著疾病和進化[4,5]。Ru2+、Zn2+、Co3+等配位飽和的金屬配合物可以識別DNA 的二級結構，研究DNA與配合物間的相互作用，對定向設計及構筑新型抗癌藥物有重要意義[6,7]。

鑒于此我們設計合成了N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯咪唑的鋅（II）配合物，對其進行了性質表征，研究了其熱穩定性和固體熒光性，并以紫外光譜、熒光光譜及粘度法對配合物與DNA 相互作用機理進行了推測分析。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

小牛胸腺DNA（ct-DNA），三羥甲基氨基甲烷（Tris[（CH3OH）3CNH2]）均為生化試劑，其余均為分析純試劑，用前未作進一步處理，蒸餾水為二次蒸餾水。配體NO2Me2biim 按文獻方法合成[8]。

Vario EL-IIIG 型元素分析儀（德國EA 元素分析系統公司）；EQUINOX55 型紅外光譜儀（德國Brucker 公司）；STA449C 型熱分析儀（德國NETZCH公司）；1800 紫外可見分光光度計（日本島津公司）；Ubbeoldhe 粘度計（上海申玻玻璃儀器廠）；DDS-307型電導儀（上海大譜儀器有限公司）；F-4500 熒光分光光度計（日本日立公司）。

1.2 配合物的合成

稱取0.5mmol ZnCl2固體和 0.5mmol 配體NO2Me2biim 分別溶于15mL 甲醇中，二者混合并在室溫下攪拌24h，過濾得淺黃色溶液，放置，14d 后析出無色細小微晶顆粒，過濾，乙醇洗滌并干燥得無色配合物固體。

1.3 配體及配合物與ct-DNA 相互作用實驗

采用文獻已報道的經典方法，對實驗所需試劑及緩沖溶液進行配制，并進行與ct-DNA 相互作用的紫外光譜、熒光光譜及粘度法實驗[9]。

2 結果與討論

2.1 配合物的性質表征

2.1.1 元素分析及摩爾電導率

表1 的數據表明，配合物元素分析的實驗值與理論值較為一致，基本可以確定其化學組成。根據摩爾電導率值可以判斷配合物在乙醇中屬于非電解質[10]。

表1 配合物的元素分析及摩爾電導率*Tab.1 Element analysis and molar conductivity data of complex

2.1.2 紅外光譜分析

表2 配體及配合物的紅外光譜數據（cm-1）Tab.2 IR data of the ligand and complex（cm-1）

以KBr 壓片測定配體及其配合物的紅外光譜。與配體N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯咪唑的紅外光譜相比較，形成配合物后特征吸收峰發生偏移主要表現在咪唑環上的振動吸收，其中vC=N伸縮振動和配體相比由1530cm-1向低波數1513cm-1發生了紅移且強度降低，說明金屬與咪唑環上的3 位N 發生了配位。這是N 原子與金屬配位引起C=N 核間電子密度降低造成的。而位于指紋區的423cm-1吸收峰可以指派為配位鍵vZn-N。

2.1.3 紫外-可見光譜分析

用Tris-HCl 緩沖溶液配制配體及其配合物（1.0×10-4mol·L-1）的溶液，掃描它們的紫外-可見吸收光譜。圖1 表明，配體在200～400nm 范圍內有兩個主要吸收峰，分別位于240 和336nm 處，可分別歸屬為有機配體咪唑環共軛體系的π→π*和n→π*躍遷。配合物和配體呈現有類似的雙吸收峰，但吸收峰的強度發生了改變，這是金屬離子與配體發生配位的結果。

圖1 配體和配合物的紫外吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis spectrum of ligand and its complex

2.1.4 固體熒光光譜分析

在室溫條件下，分別測定了配體NO2Me2biim 和配合物固體熒光光譜（見圖2）。在280nm 紫外光激發下，配體分別在471，485 和493nm 處有極弱的熒光發射峰，主要是配體內的π→π*躍遷所致。而其Zn 配合物在300nm 激發光激發下于421，452 和467nm 處產生較強的藍光熒光發射光譜，Zn2+離子是d10電子構型，不易被氧化或還原，因此，配合物的熒光光譜既不是來源于金屬向配體（M→L）的電荷轉移，也不是配體到金屬（L→M）的電荷轉移，可能歸咎于配體之間的π→π*躍遷。相較于配體，配合物熒光發射峰發生了紫移，是由于配體與金屬配位后配體的共軛程度降低而引起的[11]。

圖2 配體L 和配合物的固體熒光光譜Fig.2 Fluorescence spectra of ligand and its complex

2.1.5 熱重分析 N2氣氛下，流速30cm3·min-1，升溫速率為20℃·min-1進行熱重分析，測得配合物從室溫到1000℃溫度范圍內的TG-DSC 曲線，見圖3。

圖3 配合物的熱重曲線圖Fig.3 Thermogravimetric analysis of complex

由圖3 可以看出，配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]熱分解過程，在320℃之前配合物比較穩定，說明其組成中的水分子為配位水分子，不易失去。其后快速失重直到360℃左右，對應于失去一個配位水分子及配體咪唑環上的甲基、硝基等側鏈基團（失重實測值27.3%，理論值26%）。DSC 曲線上在320～330℃有一小的吸熱峰，在350℃有一尖銳的放熱峰，為配合物的融化吸熱及分解放熱。隨著溫度升高，有機配體剩余部分緩慢分解（總失重實測值63.58%，理論值62.26%），DSC 曲線在700℃左右開始出現一較寬的放熱峰，可能為殘余物ZnCl2的相變放熱，同時TG 曲線一直在下滑，意味著ZnCl2在高溫N2氣氛下的不斷揮發。

綜合元素分析、紫外、紅外、摩爾電導率、固體熒光及熱重等分析數據，并結合甲硝唑配合物文獻[12]，推測配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]的可能結構為四配位單核鋅配合物如Chart 1 所示。

圖示1 配合物[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]的可能結構Chart 1 Possible structure of complex[Zn（NO2Me2biim）Cl2·H2O]

2.2 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用

2.2.1 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用的紫外光譜分析

圖4 為配體及其配合物隨著DNA 濃度增加與DNA 相互作用的紫外吸收光譜圖。

圖4 DNA 濃度對配體L 及其配合物紫外光譜的影響Fig.4 UV absorption spectra of L and its complex with increasing concentration of DNA

由圖4 可見，當固定配體和配合物溶液的濃度時，隨著加入ct-DNA 的量的增加，配體和配合物的紫外吸收峰強度下降，均表現為減色效應（吸光度變化ΔA：1.06→1.02，1.25→1.21），說明配體和配合物均與DNA 發生了相互作用，可初步推測作用機制屬于嵌插作用，因為小分子化合物插入DNA 后，長鏈DNA 的“屏蔽”使π 平面接受的光通量減少，會導致減色效應[13]。

2.2.2 配體及其配合物與DNA 相互作用的熒光光譜分析

圖5 為配體及其配合物隨著DNA 濃度增加與DNA 相互作用的熒光光譜。

圖5 DNA 濃度對配體L 及其配合物熒光光譜的影響Fig.5 Fluorescence spectra of L and complex at different concentrations of DNA

熒光光譜是研究配合物與DNA 相互作用的最常見和簡便的方法。如果配合物與DNA 作用后出現了熒光增強或減弱現象，說明配合物與DNA 發生了一定的作用。雖不能以此作為配合物與DNA 發生嵌插或其它作用的直接判據，但熒光強度變化幅度的大小可反映出配合物與DNA 之間是否發生作用及其作用的強弱。

由圖5 可以看出，固定配體和配合物溶液的濃度，隨著DNA 濃度的增加，配體和配合物的熒光強度逐漸減小，且配體的熒光發射峰發生了較大的紅移，而配合物未觀察到峰位的偏移。配合物本身就具有較強的熒光性，當它與DNA 發生專一作用后，DNA-配合物體系的熒光強度會大大降低。當小分子與DNA 發生相互作用后，二者在水溶液中互相碰撞發生能量交換也能導致小分子的熒光光譜發生猝滅。

2.2.3 配體及其配合物與ct-DNA 相互作用的粘度分析

圖6 為配體及其配合物濃度增加對DNA 相對粘度的影響。

圖6 配體及其配合物濃度對DNA 黏度的影響Fig.6 Effects of increasing amount of ligand and complex on the viscosity of DNA

粘度測試是研究配合物與DNA 作用方式的方法之一。配合物與CT-DNA 以嵌入方式相互作用時，DNA 雙螺旋鏈增長，DNA 粘度增大；以部分插入的方式作用時，DNA 溶液的粘度降低；以靜電或溝渠方式作用時，DNA 溶液的粘度未發生明顯變化[14]。由圖6 可知，配體及配合物的濃度增加對DNA 相對粘度的影響趨勢是增大，尤其是配體影響較大，說明二者與DNA 的作用模式是嵌插模式，而且配體與DNA 的作用較強。

3 結論

設計合成了N,N'-二甲基-5-硝基-2,2'-聯咪唑的鋅（II）配合物。通過各種光譜分析、熱重、元素分析和摩爾電導率對配合物的結構進行了表征，推測了配合物的可能組成。利用紫外光譜和熒光光譜研究了配體及配合物與DNA 的相互作用，并用粘度法進一步證實了實驗結果。實驗結果表明，配體及其配合物與DNA 相互作用模式為嵌插式，且配體與DNA 的相互作用力較強。