吲哚-2,3-二酮類希夫堿配合物的合成、表征與生物活性研究.pdf

1、吲哚-2,3-二酮(2,3-indolinedione),又名靛紅,是廣泛存在于海洋生物及人體的具有活性的天然內(nèi)源性化合物,也是許多藥物的重要合成原料之一,吲哚-2,3-二酮可用來合成國產(chǎn)傳統(tǒng)抗腫瘤藥物—靛玉紅,同時也具有抗細菌、抗動脈粥樣硬化、降低膽固醇、抗癌、預(yù)警帕金森病及調(diào)節(jié)腦內(nèi)激素的平衡等重要生物活性。自上世紀(jì)以來,癌癥逐漸成為嚴重危害人類身心健康的主要疾患,尋找效果好、副作用低的抗癌藥物是生物化學(xué)領(lǐng)域的重大研究熱點。研究表明許

2、多過渡金屬配合物具有一定的生物學(xué)活性,將吲哚-2,3-二酮應(yīng)用于希夫堿配合物的合成與應(yīng)用研究,對開發(fā)更高藥效的抗癌新藥具有重要意義。
　　由于吲哚-2,3-二酮類衍生物具有其獨特的生物活性及希夫堿配合物也有很多的奇特性質(zhì),本文選擇不同結(jié)構(gòu)的氨基化合物與海洋活性小分子吲哚-2,3-二酮合成了六個系列希夫堿配體,將這些配體與過渡金屬離子反應(yīng)得到了三十二種未見報道的希夫堿配合物,并運用元素分析、紅外光譜、紫外光譜、摩爾電導(dǎo)率、熱重分析等

3、表征手段對配體及配合物進行了結(jié)構(gòu)表征,推測其可能的配位方式和化學(xué)結(jié)構(gòu);并對配體和部分配合物進行了熒光光譜分析。培養(yǎng)得到了四個化合物的單晶,其中兩個為吲哚-2,3-二酮類希夫堿,采用X-射線單晶衍射得到了單晶的精細結(jié)構(gòu)并討論了其量子化學(xué)計算。以蛋白酶體為作用靶點,研究了部分配合物的抗腫瘤活性。具體內(nèi)容如下:
　　(1)合成了吲哚-2,3-二酮縮2-氨基-4-甲基苯酚配體C15H11N2O2(簡寫為HL1)及其六種過渡金屬配合物。經(jīng)過

4、表征,金屬配合物的組成是[ML1(CH3COO)· H2O]( M=Cu、Zn、Ni、Mn、Co、Cd,均為二價金屬離子)。
　　(2)合成了吲哚-2.3-二酮縮2-氨基-5-甲基苯酚配體 C15H11N2O2(簡寫為HL2)及其六種過渡金屬配合物。經(jīng)過表征,金屬配合物的組成是[ML2(CH3COO)]·2H2O( M=Cu、Zn、Ni、Mn、Co、Cd,均為二價金屬離子)。
　　(3)合成了吲哚-2.3-二酮縮2-甲氧基-

5、5-氨基苯酚配體 C15H11O3N2(簡寫為HL3)及其五種過渡金屬配合物。經(jīng)過表征,金屬配合物的組成是[ML3(CH3COO)]· H2O( M=Cu、Zn、Ni、Mn、Cd,均為二價金屬離子)。
　　(4)合成了吲哚-2.3-二酮縮對氨基水楊酸配體 C15H9O4N2(簡寫為HL4)及其五種過渡金屬配合物。經(jīng)過表征,金屬配合物的組成是[ML4(CH3COO)]·3H2O( M=Cu、Zn、Ni、Co、Cd,均為二價金屬離子)

6、。
　　(5)合成了吲哚-2.3-二酮縮L-苯丙氨酸的配體C17H13O3N2(簡寫為HL5)及其五種過渡金屬配合物。經(jīng)過表征,金屬配合物的組成是[ML5(CH3COO)]·3H2O( M=Cu、Zn、Co);[ML5(CH3COO)]·2H2O(M=Ni、Cd,均為二價金屬離子)。
　　(6)吲哚-2.3-二酮縮 L-色氨酸配體 C19H14O3N3(HL6)及其五種過渡金屬配合物。經(jīng)過表征,金屬配合物的組成是[ML6(C

7、H3COO)]·2H2O( M=Cu、Co、Cd,均為二價金屬離子);[ML6(CH3COO)]·3H2O( M=Ni, Zn,均為二價金屬離子)。
　　(7)利用Achar微分法和Coats-Redfern積分法,對部分配合物進行了非等溫?zé)岱纸鈩恿W(xué)處理,得出了配合物某步熱分解反應(yīng)機理、熱動力學(xué)方程、相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)及活化熵變△S≠和吉布斯自由能變△G≠,其結(jié)果如下:配合物 CuL1(CH3COO)· H2O第3步熱分解動力學(xué)函

8、數(shù)為f(α)=1/4(1-α)[-ln(1-α)]-3,熱分解動力學(xué)方程為:dα/dt=A· e-E/RT· f(α)=A· e-E/RT1/4(1-α)[-ln(1-α)]-3, E=972.04 kJ· mol-1, lnA=197.51, r=0.9989,△S≠=54.57 J· mol-1· K-1,△G≠=940.84kJ· mol-1;配合物[CdL2(CH3COO)]·2H2O第3步熱分解動力學(xué)函數(shù)是:f(α)=1/4(

9、1-α)[-ln(1-α)]-3,熱分解動力學(xué)方程為:dα/dt=A· e-E/RT· f(α)=A· e-E/RT1/4(1-α)[-ln(1-α)]-3 E=255.52 kJ/mol,lnA=45.98, r=0.9995,△S≠=12.68J/mol· K,△G≠=248.04 kJ/mol;配合物[CuL3(CH3COO)]· H2O第2步熱分解動力學(xué)函數(shù)為:f(α)=(1-α)2,其熱分解動力學(xué)方程為:dα/dt= A· e

10、-E/RT· f(α)=A· e-E/RT·(1-α)2,E=362.30 kJ· mol-1, lnA=69.84,r=0.9995,△S≠=19.28 J· mol-1· K-1,△G≠=351.19 kJ· mol-1。[ZnL5(CH3COO)]·3H2O、[CoL4(CH3COO)]·3H2O和[CuL6(CH3COO)]·2H2O的熱分析數(shù)據(jù)略。
　　(8)測定了希夫堿配體及其部分金屬配合物的熒光光譜,研究了其熒光性質(zhì)

11、。結(jié)果表明:[NiL1(CH3COO)· H2O]、[CdL1(CH3COO)· H2O]、[CuL2(CH3COO)]·2H2O、[ZnL2(CH3COO)]·2H2O[NiL2(CH3COO)]·2H2O、[CdL2(CH3COO)]·2H2O、[CuL3(CH3COO)]· H2O、[ZnL3(CH3COO)]· H2O、[CuL4(CH3COO)]·3H2O、[ZnL4(CH3COO)]·3H2O、[CoL4(CH3COO)]·

12、3H2O、[CdL4(CH3COO)]·3H2O、[NiL5(CH3COO)]·2H2O、[ZnL6(CH3COO)]·3H2O、[CoL6(CH3COO)]·3H2O的熒光性質(zhì)較好。與配體相比,部分配合物的熒光強度明顯增強,且激發(fā)峰和發(fā)射峰位置均發(fā)生了一定程度的偏移。
　　(9)合成了四個化合物晶體,分別為:吲哚-2,3-二酮縮2-氨基-4-甲基苯酚(a同HL1)、吲哚-2,3-二酮縮2-氨基-5-甲基苯酚(b同HL2)、1-苯

13、基-3-甲基-4-苯甲?；?5-吡唑啉酮(PMBP)縮2-甲氧基-5-氨基苯酚(c)和PMBP縮2-氨基-5-甲基苯酚(d)。X-射線單晶衍射表征結(jié)果表明:a和b的結(jié)構(gòu)類似,為希夫堿晶體;化合物c和d的結(jié)構(gòu)類似,并且c和d發(fā)生了質(zhì)子轉(zhuǎn)移變成了其互變異構(gòu)體,質(zhì)子由吡唑酮環(huán)上的 N原子轉(zhuǎn)移到了希夫堿 C=N雙鍵上的 N原子上,而不是預(yù)想得到的希夫堿。晶體結(jié)構(gòu)測試表明:配體a屬單斜晶系,空間點群P2(1)/c.,化學(xué)式為:C15H11N2O2

14、,晶胞參數(shù)為 a=12.6211(11)?, b=8.7100(7)?,c=11.2835(10)?,α=90?,β=90.7800(10)?,γ=90?,V=1240.28(18)?3,F(000)=528,Dc=1.351g/cm3。最終偏差因子[對I>2σ(I)的衍射點] R1=0.0391,wR2=0.0919和R1=0.0699,wR2=0.1135;晶體 c屬三斜晶系,空間點群 P-1.,化學(xué)式為:C15H11N2O2,晶胞

15、參數(shù)為a=8.8111(9)?,b=11.4716(12)?,c=11.4947(14)?,α=115.376(2)?,β=99.5470(10)?,γ=97.6320(10)?,V=1007.74(19)?3, F(000)=420,Dc=1.316 g/cm3。最終偏差因子[對I>2σ(I)的衍射點] R1=0.0643,wR2=0.1479和R1=0.1068,wR2=0.1833;晶體b和晶體d數(shù)據(jù)略。運用密度泛函方法計算了希夫

16、堿前線軌道的能量和分布、分子靜電勢(MEP)、自然鍵軌道 NBO電荷分布和穩(wěn)定化能 E2分析,探索分子軌道與活性的關(guān)系,對分子可能的活性位點進行了預(yù)測。
　　(10)以蛋白酶體為靶點,對合成配合物的抗腫瘤活性進行了研究。對金屬配合物采用 MTT比色法進行初步篩選,研究其對乳腺癌細胞MDA-MB-231增殖的抑制情況。發(fā)現(xiàn)其中三種配合物[CdL3(CH3COO)]· H2O(C1)、[CoL4(CH3COO)]·3H2O(C3)和[

17、ZnL6(CH3COO)]·3H2O(C5)對于人體乳腺癌細胞的增值較好的抑制作用。為了研究化學(xué)結(jié)構(gòu)和抗癌活性的關(guān)系,本論文選取了與上述三種配合物結(jié)構(gòu)相近的配合物 CdL2(CH3COO)·2H2O( C2)、CoL2(CH3COO)·2H2O(C4)和[ZnL5(CH3COO)·3H2O(C6),研究了以上六種配合物對于類糜蛋白酶體(CT-like)的抑制作用;進一步應(yīng)用蛋白質(zhì)免疫印跡法(Western blot)研究其對細胞凋亡的相