含萘環半剛性多羧酸配體及其配合物的合成、結構及性能研究

＊蘇小紅 哈斯其美格 魏玉梅

（1.蘭州工業研究院 甘肅 730030 2.西北民族大學化工學院 甘肅 730030 3.西北民族大學實驗教學部 甘肅 730030）

自由基是具有較高化學活性的氧化物，是人體正常氧代謝過程中不可避免的產物。自由基形成和解毒之間的不平衡導致氧化應激的進展。氧化應激對生物組織的蛋白質、脂質和DNA造成嚴重損害，從而導致嚴重疾病的發生，如某些類型的腫瘤、炎癥過程、缺血和再灌注狀態、急性胰腺炎、動脈粥樣硬化或糖尿病等。因此，開發具有較高抗氧化活性的配合物對自由基介導的損傷和疾病的治療具有重要意義。

過渡金屬配合物一般是由中心過渡金屬離子或金屬簇與配體發生化學反應，以配位鍵的形式連接而形成的的化合物[1-2]。在多種配體中，半剛性多羧酸配體是其中一種具有特殊性質的配體，它能在形成結構的過程中完全或部分脫去質子，從而具有多種多樣的配位構型，在合成配合物的時候有一定的優勢[3-4]。半剛性多羧酸配體中含有的羧基還可以作為氫鍵的提供者或是接受者，有利于超分子結構的構建[5]。與由柔性配體構筑的結構相比，半剛性多羧酸配體形成的構體具有更強的可預測性[6]。

本文以1,5-二羥基萘和4-硝基苯腈為原料合成了含萘環半剛性多羧酸配體及其金屬配合物[Co(L1)(1,4-bib)2(H2O)2]n，并對含萘環半剛性多羧酸配體及其配合物的結構進行了表征。最后，分析、探討了配體和配合物的自由基清除活性。

1.材料與方法

(1)化學藥品、試劑與儀器

化學藥品、試劑：所有化學藥品及試劑均為市售分析純藥品和試劑：4-硝基苯腈、1,5-二羥基萘、氫氧化鈉、1,4-二咪唑-1-基苯、醋酸鈷、N,N-二甲基甲酰胺等，使用之前不需要進行進一步的純化。

儀器：VxRio元素分析儀，FTS300型紅外光譜儀，APEX CCDⅡ型X-單晶衍射儀等。

(2)配體的合成

圖1 配體的合成路線

將1.5-二羥基萘（1.28g），無水NaOH（0.4g）的混合物置入反應瓶中，加入20mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF），在室溫下攪拌30min，然后向反應液中加入4-硝基苯腈（1.38g），在50℃、氮氣保護下反應24h。反應完全后，等反應液降到室溫再倒入2℃的水中（200mL），大量絮狀沉淀產生，放置過夜并抽濾，得到4,4′-（萘-1,5-二氧基）鄰苯二甲腈。

將4,4′-（萘-1,5-二氧基）鄰苯二甲腈（2.35g）加入NaOH（4mol/L）和乙醇（15mL）的混合溶液中，在85℃條件下回流反應直到氮氣不再逸出。當反應液降到室溫后，抽濾除去不溶物并用4.0mol/L HCl調pH為5.0左右，大量白色絮狀沉淀出現。靜止后抽濾并用丙酮洗滌，最終得到4,4′-（萘-1,5-二氧基）鄰苯二甲酸。產率：64.5%。配體（C26H16O10）的元素分析理論值：C,63.94；H,3.30%。實驗值：C,63.87；H,3.37%。IR(KBr,cm-1):3427(s),2950(m),1738(s),1594(m),1591(w),1450(m),1373(s),1279(s),1214(m),1086(m),984(w),768(s),687(m)。

(3)配合物的合成

將醋酸鈷Co(OAc)2·4H2O（0.032g），4,4′-（萘-1,5-二氧基）鄰苯二甲酸（0.038g），1,4-二咪唑-1-基苯（0.013g）、DMF（2mL）和H2O（6mL），裝入反應釜中135℃條件下反應58h后慢慢降溫，室溫下自然干燥得到棕色塊狀晶體。產率約為48%。配合物（C50H36N8O12Co）的元素分析理論值：C,53.54；H,2.99%。實驗值：C,53.49；H,3.12%。IR(KBr,cm-1):3449(w),3146(w),1565(s),1518(w),1400(s),1300(w),1249(m),1123(w),1068(m),951(m),812(m)。

(4)配合物晶體結構測定

配合物的晶體數據是通過X-射線單晶衍射收集得到的。利用SHELXL-97程序完成含氮雜環Schiff堿鋅配合物晶體結構的解析。所有的氫原子的坐標和非氫原子坐標分別是由理論計算和傅立葉合成得到的，并進行各項同性和各項異性熱參數精修。表1為配合物的晶體數據，表2為配合物的部分鍵長(?)和鍵角(°)。

表1 配合物的晶體數據

表2 配合物的部分鍵長(?)和鍵角(°)

(5)超氧陰離子自由基清除活性[7]

測試化合物的溶液用DMF進行制備。反應混合物包含2.5ml 100mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH=7.8），1.0ml 50mmol/L MET，1.0ml 0.23mmol/L NBT，0.5ml 33μmol/L VitB2和測試化合物。MET、VitB2和NBT的溶液是在黑暗中用磷酸鹽緩沖液（pH=7.8）制備的。將混合物在30℃下放置10min，并用紫外燈照射3min，然后在560nm下測量樣品的吸光度（Ai）。沒有任何測試化合物的樣品用作對照。抑制率使用以下公式計算：

抑制率(%)=[(A0-Ai)/(A0)]×100%

其中，Ai是在有配體或金屬配合物存在下的吸光度，而A0是沒有配體或配合物存在的吸光度。

(6)羥基自由基清除活性[7]

使用Fenton反應研究了測試化合物的羥自由基清除活性。將每種測試化合物溶解在DMF中，然后添加到含有2.0ml 100mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH=7.4），1.0ml 0.10mmol/L藏紅花，1ml 1.0mmol/L EDTA-Fe（II），3%H2O2的混合物中。將所得混合物在黑暗中于37℃靜置60min，然后在520nm下測量吸光度（Ai，A0，Ac）。抑制率通過以下公式計算：

抑制率(%)=[(A0-Ai)/(Ac-A0)]×100%

其中，Ai是在有配體或金屬配合物存在下的吸光度，A0是沒有配體或配合物存在的吸光度，Ac是在有配體或金屬配合物以及EDTA-Fe(II)存在下的吸光度。

2.結果與討論

(1)配合物的晶體結構

X射線單晶結構圖2分析表明，配合物呈二維配位骨架結構，最小的不對稱單元包含一半Co(II)陽離子，一半的L1配體，一個1,4-bib配體和一個配位水分子。中心的Co(II)離子由來自四個不同的1,4-bib配體的4個N原子與來自兩個配位水分子的2個O原子進行六配位，并處于[CoN4O2]幾乎理想的八面體配位幾何構型中（圖2a）。Co-O和Co-N鍵長范圍為2.127(2)-2.162(3)?，O-Co-O/N的鍵角范圍為89.57(10)-180.0°。1,4-bib配體連接Co(II)離子生成2D網格狀層結構（圖2b）。完全脫質子的L1配體不容易捕獲Co(II)離子，通過一些弱相互作用，（包括C-H???O，C-H???π和π???π）（圖2c），填充在二維網格狀配位框架中，生成一個整體的3D超分子（圖2d,2e）。

圖2 (a)配合物晶體結構；(b)2D網絡結構；(c)弱相互作用包括(C-H???O,C-H???π and π???π)；(d)3D超分子結構；(e)配合物的3D超分子模型

(2)配合物的粉末衍射測試

進行了配合物粉末衍射（PXRD）測試。測試結果如圖3所示，粉末衍射（PXRD）測試實驗測得的配合物圖譜和單晶模擬XRD圖譜能夠較好重合，由于粉末樣品的擇優取向的不同，因此存在不同的強度表現。結果表明它們是同種結構，配合有較好的純度。

圖3 配合物的粉末衍射圖

(3)超氧陰離子和羥基自由基清除活性

通常，所有需氧細胞在正常的氧代謝過程中都會產生活性氧（ROS），例如超氧陰離子和羥基自由基，并且由ROS誘導的氧化參與多種疾病的發病機理。因此，消除超氧陰離子和羥基是抗氧化劑使用的主要目的。圖4a為不同濃度下配體和配合物對羥基自由基的抑制作用，圖4b為不同濃度下配體和配合物對超氧陰離子自由基的抑制作用。從圖4中可以看出，在被測濃度范圍內，濃度增高，抑制率增大。表明配合物比配體表現更好的羥基和超氧陰離子自由基清除活性。

圖4 (a)配體及配合物對羥基的自由基清除活性;(b)配體及配合物對超氧陰離子自由基的清除活性

3.結論

本文采用溶劑熱法，設計、合成得到了一種具有3D超分子結構的金屬配合物。配體和配合物具有一定的自由基清除活性，相比較而言，配合物比配體具有更好的自由基清除活性，可能的原因在于金屬離子的配位作用。以期為開發新的金屬配合物抗氧化劑提供一定的實驗依據。