金龍飛，王彥榮，吳勇飛，吳臘梅

(中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

生物能量體系中主要組分有ATP、ADP和相關(guān)的酶系，其ATP為生物體系細(xì)胞能量成分，是能量的貯存和轉(zhuǎn)運(yùn)載體.在生物體中，ATP與ADP的轉(zhuǎn)換，通過(guò)ATP合酶的參與，能夠正常自如的進(jìn)行.由Efraim Racker等從牛心線粒體中提取的F0F1-ATPase，可利用跨膜的電化學(xué)質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)ADP磷酸化生成ATP.在F0F1-ATPase中，催化中心為F1頭部(F1-ATPase)，是生物體能量轉(zhuǎn)換的核心酶[1-3].研究和模擬F0F1-ATPase和F1-ATPase，設(shè)計(jì)高效專一的三磷酸腺苷分解酶模型化合物，將生物能量體系改造或移植到宏觀應(yīng)用體系，具有重要的理論意義與實(shí)際意義.

基于谷氨酸與三磷酸腺苷分解酶和輔酶的特征結(jié)構(gòu)殘基基團(tuán)的相似性，因而研究谷氨酸衍生物及其配合物，將有可能尋找到影響三磷酸腺苷分解活性的化合物或配合物.在研究L-谷氨酸-5-甲酯及其配合物中，筆者已經(jīng)得到初步的證實(shí)[4].本文擬進(jìn)一步以L-谷氨酸為原料合成N,N-二芐基-L-谷氨酸(H2bbga)(見(jiàn)圖1)及其金屬配合物，并考察修飾后的谷氨酸衍生物及其金屬配合物對(duì)三磷酸腺苷分解的生物活性.本文所研究的工作，擬將為深入研究具有三磷酸腺苷分解酶和輔酶活性的模擬化合物打下較好的基礎(chǔ).

圖1 N,N-二芐基-L-谷氨酸

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

Perkin Elmer 2400 CHN 型元素分析儀；FT-IR NEXUS智能型高分辨傅立葉紅外光譜儀：KBr壓片；VARIAN Mercury PLUS-300核磁共振儀：溶劑為DMSO-d6；UV-265可見(jiàn)紫外分光光度計(jì)：25 ℃測(cè)量，波段范圍190～700 nm；pH-25型酸度計(jì)；X-4數(shù)字熔點(diǎn)儀.

氯化芐、無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚、MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、ZnCl2、NaOH、Na2CO3·10H2O、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、鹽酸、硫酸、LiOH、鉬酸銨、硫酸亞鐵，均為分析純；L-谷氨酸、三磷酸腺苷二鈉，為生物試劑.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 H2bbga的合成

H2bbga的合成參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行.取L-谷氨酸2.94 g (0.02 mol)和NaOH 1.60 g (0.04 mol)，室溫下將二者于50 %乙醇溶液中混合均勻.攪拌下加入氯化芐4.60 mL (0.04 mol).加熱回流，并分批加入5.72 g (0.02 mol)Na2CO3·10H2O.反應(yīng)4 ～ 5 h后，減壓蒸餾除去溶劑，加入4.0 mol·L-1HCl至不再產(chǎn)生沉淀為止(pH = 2.0 ～ 3.0).過(guò)濾，并用熱水和乙醚洗滌.所得產(chǎn)物用水進(jìn)行重結(jié)晶.室溫下真空干燥至恒重.純品為白色粉末狀固體.產(chǎn)率: 79.9 %.m.p.= 214 ～ 215 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 69.79,H 6.28,N 4.37 %；計(jì)算值(C19H21NO4)：C 69.71,H 6.17,N 4.28 %.1H NMR(DMSO-d6),δ：12.24 (s,2H)，7.20 ～ 7.38 (m,10H)，3.55 ～ 3.85 (m,4H)，3.10 ～ 3.20(t,1H,J=7.50Hz)，2.15 ～ 2.40 (m,2H)，1.85 ～ 1.95 (m,2H).FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3030 vs br,1616 vs,1404 s,1028 s ,1581 s,1495 m,776 m,696 m.UV-vis：在230 nm (以DMF作溶劑)處有吸收峰.

1.2.2 N,N-二芐基-L-谷氨酸鎂配合物([Mg(bbga)(H2O)]·2H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75 %乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加3 mL溶有0.12 g (0.60 mmol)MgCl2·6H2O的50 % 乙醇溶液,用0.10 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 6.0 ～ 6.5至不再出現(xiàn)沉淀為止.繼續(xù)攪拌反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚.待溶液中出現(xiàn)大量白色沉淀物后，過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 65.2 %,m.p > 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 56.32,H 6.01,N 3.22 %；計(jì)算值(C19H25MgNO7)：C 56.53,H 6.24,N 3.47 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3482 s,3032 vs br,1611 vs,1408 s,1583 s,1032 s ,748 m,706 m,556 m,465 m.

1.2.3 N,N-二芐基-L-谷氨酸鈣配合物([Ca(bbga)(H2O)]·2H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75 %乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加5 mL溶有0.04 g (0.05 mmol)Ca(OH)2的50 %乙醇溶液,調(diào)節(jié)pH = 6.0 ～ 7.0至不再出現(xiàn)沉淀.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，然后加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚，待溶液中出現(xiàn)大量白色沉淀物后，過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 75.3 %,m.p.> 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 54.11,H 5.82,N 3.30 %；計(jì)算值(C19H25CaNO7)：C 54.40,H 6.01,N 3.34 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3480 s,3026 vs br,1611 vs,1406 s,1582 s,1030 s ,749 m,700 m,539 m,438 m.

1.2.4 N,N-二芐基-L-谷氨酸錳配合物([Mn(bbga)(H2O)]·2H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75 % 乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加3 mL溶有0.11 g (0.55 mmol)MnCl2·4H2O的無(wú)水乙醇溶液,用0.10 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 5.5 ～ 6.0，溶液變?yōu)闇\黃色.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，然后加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚.待溶液中出現(xiàn)灰色沉淀物，過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 82.2 %.m.p.> 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 52.42,H 5.67,N 3.14 %；計(jì)算值(C19H25MnNO7)：C 52.54,H 5.80,N 3.22 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3382 vs br,3025 vs br,1618 vs,1405 s,1582 s,1029 s ,744 m,710 m,553 m,436 m.

1.2.5 N,N-二芐基-L-谷氨酸鈷配合物([Co(bbga)(H2O)]·H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75% 乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加3 mL溶有0.13 g (0.55 mmol)CoCl2·2H2O的無(wú)水乙醇溶液，用0.10 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 5.0 ～ 5.5，溶液由淺紅色變?yōu)樯罴t色.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，然后加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚，溶液中出現(xiàn)淺紅色沉淀物.過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 76.1 %,m.p.> 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 54.11,H 5.38,N 3.09 %；計(jì)算值(C19H23CoNO6)：C 54.29,H 5.52,N 3.33 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3400 vs br,3027 vs br,1614 vs,1407 s,1582 s,1031 s ,751 m,703 m,556 m,446 m.

1.2.6 N,N-二芐基-L-谷氨酸鎳配合物([Ni(bbga)(H2O)]·H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75% 乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加3 mL溶有0.13 g (0.55 mmol)NiCl2·6H2O的無(wú)水乙醇溶液.用0.10 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 5.0 ～ 6.0，溶液顏色加深.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，然后加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚，溶液中出現(xiàn)淺綠色沉淀物.過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 78.9 %,m.p.> 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 54.14,H 5.36,N 3.15 %；計(jì)算值(C19H23-NNiO6)：C 54.32,H 5.52,N 3.33 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3402 vs br,3024 vs br,1613 vs,1413 s,1588 s,1029 s ,745 m,705 m,539 m,442 m.

1.2.7 N,N-二芐基-L-谷氨酸銅配合物([Cu(bbga)(H2O)]·H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75 %乙醇中，在35 ℃下攪拌使其完全溶解.然后緩慢滴加5 mL溶有0.10 g (0.60 mmol)CuCl2·2H2O的無(wú)水乙醇溶液.溶液中出現(xiàn)綠色沉淀.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過(guò)濾，蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 75.6 %,m.p.> 300℃.元素分析,測(cè)定值：C 53.58,H 5.40,N 3.21 %；計(jì)算值(C19H23CuNO6)：C 53.70,H 5.46,N 3.30 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3390 vs br,3029 vs br,1610 vs,1407 s,1580 s,1029 s ,749 m,700 m,526 m,463 m.

1.2.8 N,N-二芐基-L-谷氨酸鋅配合物([Zn(bbga)(H2O)]·2H2O)的合成

將0.33 g (1.00 mmol)H2bbga溶于20 mL 75 % 乙醇中,加熱至50 ℃，攪拌，并緩慢滴加3 mL溶有0.8 g (0.55 mmol)ZnCl2的無(wú)水乙醇溶液.用0.10 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=6.0 ～ 5.5.繼續(xù)反應(yīng)3 ～ 4 h.反應(yīng)完畢后，減壓蒸餾，再加入10 ～ 15 mL無(wú)水乙醚，溶液中出現(xiàn)白色沉淀物.過(guò)濾，用蒸餾水洗滌，干燥.產(chǎn)率: 78.2 %,m.p.> 300 ℃.元素分析,測(cè)定值：C 51.23,H 5.52,N 3.02 %；計(jì)算值(C19H25NO7Zn)：C 51.31,H 5.67,N 3.15 %.FT-IR (KBr壓片，cm-1)：3398 vs br,3026 vs br,1613 vs,1408 s,1582 s,1033 s ,746 m,703 m,529 m,455 m.

1.2.9 化合物對(duì)三磷酸腺苷二鈉分解的催化活性測(cè)試

反應(yīng)終止后，其反應(yīng)液中無(wú)機(jī)磷含量可衡量三磷酸腺苷二鈉催化分解反應(yīng)的效果(活性).基于無(wú)機(jī)磷可與硫酸鉬酸銨反應(yīng)生成有色化合物，因此無(wú)機(jī)磷含量可采用比色法測(cè)定.

具體化合物對(duì)三磷酸腺苷二鈉分解活性的測(cè)定，可通過(guò)測(cè)定混合體系的OD值后，比較無(wú)機(jī)磷標(biāo)準(zhǔn)曲線得相應(yīng)的無(wú)機(jī)磷含量，即可判斷出活性影響[4].

2 結(jié)果與討論

2.1 合成和結(jié)構(gòu)光譜分析

2.1.1 配體N,N-二芐基-L-谷氨酸(H2bbga)的組成及結(jié)構(gòu)

H2bbga不溶于水、乙醚，可溶于甲醇、乙醇，在甲醇中的溶解度較乙醇大，并易溶于DMF、DMSO等極性較大的有機(jī)溶劑.元素分析的測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相符，證明了合成產(chǎn)物與擬合成化合物元素組成的一致性.

1H NMR譜圖中，12.24處的單峰可歸屬為 2 個(gè)-COOH的質(zhì)子，7.20 ～ 7.38處的多重峰可歸屬為2個(gè)Ar-的質(zhì)子，3.55 ～ 3.85處的多重峰可歸屬為2個(gè)Ar-CH2-的質(zhì)子，3.10 ～ 3.20處的三重峰可歸屬為N-CH-的質(zhì)子，2.15 ～ 2.40處的多重峰可歸屬為亞甲基-CH2-COOH的質(zhì)子，1.85 ～ 1.95處的多重峰可歸屬為亞甲基-CH2-CH2-COOH的質(zhì)子.

UV-vis光譜中，在 230 nm (以DMF作溶劑)處存有一個(gè)吸收峰，可認(rèn)為因苯環(huán)上的C=C雙鍵的π-π*躍遷而產(chǎn)生的.

2.1.2 H2bbga配合物的組成及紅外光譜

采用等摩爾系列法對(duì)H2bbga與MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、和CuCl2·2H2O形成的配合物的組成比進(jìn)行了測(cè)定.結(jié)果表明，這些配合物的組成比均為1∶1.另外對(duì)配合物進(jìn)行了銀氨溶液定性分析，檢驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)所有配合物均未含有氯離子.根據(jù)同類配體形成的配合物結(jié)構(gòu)， H2bbga與MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、和CuCl2·2H2O形成的配合物的組成應(yīng)為 [M(bbga)(H2O)]·nH2O[6，7].基于相似的反應(yīng)條件和表征數(shù)據(jù)，金屬離子鈣、鎂和鋅的配合物組成也應(yīng)為[M(bbga)(H2O)]·nH2O.結(jié)合元素分析數(shù)據(jù)，筆者推測(cè)配合物的可能組成結(jié)構(gòu)分別為[Mg(bbga)(H2O)]·2H2O、[Ca(bbga)(H2O)]·2H2O、[Mn(bbga)(H2O)]·2H2O、[Co(bbga)(H2O)]·H2O、[Ni(bbga)(H2O)]·H2O、[Cu(bbga)(H2O)]·H2O和 [Zn(bbga)(H2O)]·2H2O.

在金屬配合物的紅外光譜中，3029 cm-1附近吸收峰為苯環(huán)上的C-H伸縮振動(dòng)峰，1580 cm-1、1495 cm-1為苯環(huán)上的C=C的骨架振動(dòng)峰，749、700 cm-1附近吸收峰為苯環(huán)面外彎曲振動(dòng)峰.這些譜峰的出現(xiàn)，說(shuō)明了生成物中有苯環(huán)存在.位于1618～1610 cm-1的譜峰應(yīng)該歸屬于υas(COO-)吸收峰，1413～1407 cm-1是υs(COO-)吸收峰，與配體H2bbga的υas(COO-)、υs(COO-)譜峰相比，兩者均未有較大的移動(dòng)，這說(shuō)明配合物中羧基仍是以單齒配位的模式與M(Ⅱ)成鍵的.位于1033～1029 cm-1的譜峰歸屬于υ(C-N)吸收峰，其與配體中的υ(C-N)伸縮振動(dòng)大約相差5～1 cm-1.υ(C-N)吸收峰的位移說(shuō)明了氨基團(tuán)的氮原子參加了配位.此外，在556～526 cm-1和465～436 cm-1處吸收峰，可分別被指認(rèn)為υ(N-M)和υ(O-M)伸縮振動(dòng)[6，7].

所有配合物的圖譜中，在3390 cm-1附近均出現(xiàn)一個(gè)很寬的吸收峰，這表明配合物中包含了結(jié)晶水，這與元素分析的結(jié)果一致.

2.2 化合物對(duì)三磷酸腺苷二鈉分解的催化活性的測(cè)試

通過(guò)比色法測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從無(wú)機(jī)磷標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出的目標(biāo)配體及配合物體系OD對(duì)應(yīng)的無(wú)機(jī)磷含量見(jiàn)表1.

表1 化合物體系的磷含量

由表1可知，室溫下，對(duì)ATP分解反應(yīng)，可認(rèn)為配體H2bbga無(wú)催化活性.而配合物中，Ca(Ⅱ),Mg(Ⅱ)和 Mn(Ⅱ)配合物對(duì)ATP分解反應(yīng)均具有一定的活性，其活性順序?yàn)閇Mg(bbga)(H2O)]·2H2O = [Mn(bbga)(H2O)]·2H2O > [Ca(bbga)(H2O)]·2H2O；Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的配合物則可認(rèn)為無(wú)活性.

3 結(jié)語(yǔ)

以L-谷氨酸為主要原料，通過(guò)一系列的反應(yīng)合成了配體N,N-二芐基-L-谷氨酸，并進(jìn)一步合成了Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的配合物.應(yīng)用比色法測(cè)定了目標(biāo)配體N,N-二芐基-L-谷氨酸及其配合物體系對(duì)應(yīng)的無(wú)機(jī)磷含量.結(jié)果表明，配體N,N-二芐基-L-谷氨酸對(duì)三磷酸腺苷二鈉的分解反應(yīng)無(wú)催化活性；而配合物[Mg(bbga)(H2O)]·2H2O、[Mn(bbga)(H2O)]·2H2O 和[Ca(bbga)(H2O)]·2H2O對(duì)三磷酸腺苷二鈉的分解反應(yīng)則具有一定的活性.

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