聯(lián)咪唑類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究.pdf

1、咪唑具有特異的質子接受性能、共軛酸堿性能及識別配位性能，享有“生命配體”之美譽。在自然界中，咪唑作為酶的活性中心功能基團，參與了不少重要的生物化學反應，對生命活動起著十分重要的作用。而含有兩個咪唑環(huán)的2,2′-聯(lián)咪唑(H<,2>biim)是一個多質子給予雙齒配體，可以與許多金屬形成結構獨特的配合物，是配位化學、超分子化學及其相關領域的重要研究對象之一；而且它還是一個重要的生物分子，在生物學上有非常廣泛的用途，特別是在合成模擬酶方面。因此

2、，一方面，研究聯(lián)咪唑類金屬配合物的結構及其與DNA之間的作用機理，進一步探討小分子的結構與其生物活性之間的關系，不僅能幫助人們從分子水平理解人的生命過程及其某些疾病的發(fā)病機理，而且還為人們通過分子設計來尋求臨床上更為有效的藥物和開發(fā)出新一代高效的DNA結構探針提供理論指導；另一方面，研究聯(lián)咪唑及其金屬配合物的氫鍵組裝對于構建超分子體系具有重要意義。 本文首先合成了幾個含聯(lián)咪唑及其衍生物的金屬配合物，用元素分析、紅外光譜、晶體衍射

3、等對其結構進行了表征，并用紫外、熒光、電化學、粘度、凝膠電泳等實驗技術和分子模擬理論技術，研究了這些配合物與DNA之間的相互作用。其次，合成了五個聯(lián)咪唑及其金屬配合物與苯羧酸通過氫鍵組裝的超分子化合物，研究了其中的多種氫鍵模式和π-π相互作用。主要的研究結果概括如下： 合成了聯(lián)咪唑錳配合物Mn(H<,3>biim)<,2>(NCS)<,2>Cl<,2>和聯(lián)咪唑鎘配合物Cd(H<,3>biim)<,2>(NCS)<,2>Cl<,2

4、>，晶體結構表明這兩個配合物結構相似，均為中性化合物，聯(lián)咪唑的一個氮原子被質子化，形成一價陽離子(H<,3>biim<'+>)，它采取單齒配位，中心Mn(cd)原子是六配位，其配位環(huán)境為畸變的八面體。摩爾電導實驗和量化計算結果表明，它們在溶液中發(fā)生離解，形成配合物陽離子[Mn(Hbiim)<,2>(H<,2>O)<,2>]<'4+>，[Cd(H<,3>biim)<,2>(H<,2>O)<,2>]針。與DNA相互作用的實驗表明

5、，這兩個配合物主要是在溝面與DNA發(fā)生靜電結合。DNA對錳配合物、鎘配合物的熒光有猝滅作用，從中得到配合物與DNA的結合常數(shù)分別為1.48×10<'4> L/mol(錳配合物)和1.98×10<'4> L/mol(鎘配合物)。凝膠電泳實驗表明錳配合物在pH=7.2、37℃條件下能夠切割質粒pBR322 DNA，其表觀速率常數(shù)為0.20h<'-1>，我們對其切割機理進行了初步探討，推斷其為水解切割；鎘配合物也能在pH=7.2、37℃條件下

6、切割質粒pBR322 DNA。 合成了雙甲基聯(lián)咪唑雙核銅(Ⅱ)配合物[Cu<,2>(Dmbiim)<,4>(H<,2>O)<,2>](ClO<,4>)<,4>·6H<,2>O(Dmbiim，1，1'-二甲基-2,2'-聯(lián)咪唑)，晶體結構表明，整個分子呈籠狀，兩個銅原子由1，1'-二甲基-2,2'-聯(lián)咪唑橋聯(lián)，兩個銅原子之間的距離為3.065 A。整個分子形成了兩個互相交叉的通道，這樣的通道在超分子材料中有著非常重要的意義。研究了

7、該配合物與DNA之間的相互作用，實驗結果發(fā)現(xiàn)該配合物通過靜電作用與小牛胸腺DNA的小溝鍵合。另外，凝膠電泳實驗表明該配合物在抗壞血酸存在的情況下，能夠在pH=8.0、37℃條件下有效切割質粒pBR322 DNA。 2．利用2，2'-聯(lián)咪唑與4-氨基苯甲酸(PABA)，3，4，5-三羥基苯甲酸(THBA)，磺基水楊酸(5-SSA)之間的氫鍵作用合成了三個超分子化合物：4-氨基苯甲酸-2,2'-聯(lián)咪唑鹽酸鹽(Ⅰ)，3，4，5-三羥基苯甲酸-

8、2,2'-聯(lián)咪唑鹽(Ⅱ)，磺基水楊酸-2,2'-聯(lián)咪唑鹽(Ⅲ)。由于聯(lián)咪唑中的氮原子被質子化，化合物中存在著各種各樣的氫鍵作用模式。在化合物(Ⅰ)中，晶體結構中的基本單元是一個通過氫鍵模式R<'2><'2>(9)和R<'1><,2>(7)構成的氫鍵三聚體PABA…H<,3>biim<'+>…Cl<'-1>，這個三聚體基本單元又通過N-H…Cl氫鍵相互作用形成了一維帶狀結構。這個一維帶狀結構進一步通過帶與帶之間的N-H…O弱氫鍵、相鄰苯環(huán)

9、和咪唑環(huán)之間的π-π堆積作用形成了三維網狀結構。在化合物(Ⅱ)中，晶體中的基本單元是一個通過氫鍵模式R<'2><,2>(9)構成的氫鍵三聚體THBA<'->…H<,4>biim<'2+>…THBA<'->，這個三聚體單元又通過O-H…O氫鍵進一步延伸成了三維網狀結構。相鄰的苯環(huán)與咪唑環(huán)之間、苯環(huán)與苯環(huán)之間的π-π堆積作用進一步穩(wěn)定了該化合物的三維網狀結構。在化合物(Ⅲ)中，含有兩個構型不同的聯(lián)咪唑陽離子H<,3>biim<'+>-1(N

10、1，N2,N3,N4)和H<,3>biim<'+>-2(N5,N6,N7,N8)。由于H<,3>biim<'+>-1比H<,3>biim<'+>-2扭曲的更厲害，兩個相鄰的H<,3>biim<'+>-2通過R<'2><,2>(10)環(huán)氫鍵肩并肩地連接，形成了中心對稱的二聚體：[H<,3>biim<'+>-2…H<,3>biim<,'+>-2]：而兩個相鄰的H<,3>biim<,'+>-1形成了不對稱的二聚體：[H<,3>biim<,'+

11、>-2…H<,3>biim<,'+>-2]。同時，H<,3>biim<,'+>-2與相鄰的5-SSA<'2->通過R<'2><,2>(9)環(huán)氫鍵連接，而H<,3>biim<,'+>-2與相鄰的5-SSA<'2->通過R<'1><,2>(7)環(huán)氫鍵連接。而且，水分子與5-SSA<'2->中的磺酸基團之間存在著O-H…O氫鍵作用，晶體中還有弱的C-H…O氫鍵，咪唑環(huán)和苯環(huán)之間還存在著π-π堆積作用。這些作用力共同促成了該化合物的三維網狀結構

12、。 合成了聯(lián)咪唑鎳配合物[Ni(H<,2>biim)<,2>(PABA)<,2>]Cl<,2>·2H<,2>O(PABA，4-氨基苯甲酸)和聯(lián)咪唑鈷配合物[Co(H<,2>biim)<,2>(H<,2>O)<,2>](isophthalate)·4H<,2>O(isophthalate，間苯二甲酸)。在鎳配合物中，陽離子[Ni(H<,2>biim)<,2>(PABA)<,2>]<'2+>，陰離子Cl<'->和水分子通過N-H…C

13、l，O-H…Cl，O-H…O氫鍵相連形成二維網狀結構，氫鍵模式為R<'1><,2>(7)和R<'4><,4>(12)。該二維網狀結構進一步通過相鄰苯環(huán)之間的π-π堆積作用形成了層狀結構。在鉆配合物中，陽離子[Co(H<,2>biim)<,2>(OH<,2>)<,2>]<'2+>與相鄰的兩個間苯二甲酸根陰離子通過環(huán)氫鍵R<'2><,2>(9)相連，形成一維鏈狀結構。由于間苯二甲酸中的兩個羧酸基團處于間位位置，使這個鏈呈現(xiàn)波浪式。水分子通過