羅飛華，楊 莉，張 萍，王 輝

(四川文理學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，四川 達(dá)州 635000)

水楊酰腙類(lèi)Schiff堿及其金屬配合物是具有生物活性的化合物，具有抗菌、抗病毒及抗癌等生物活性[1-3]. 我們?cè)鴮?duì)鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙及其與Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的配合物的合成和生物活性進(jìn)行過(guò)研究[4]，而它們的結(jié)構(gòu)與生理活性的理論研究尚未見(jiàn)報(bào)道.

現(xiàn)代藥物分子設(shè)計(jì)理論認(rèn)為，藥物分子(底物)的活性取決于其活性構(gòu)象，這種構(gòu)象必須與生物大分子(受體)活性中心的構(gòu)象相匹配. 因此，探討藥物分子的構(gòu)效關(guān)系(QSAR)對(duì)藥物分子的生理活性研究至關(guān)重要. 作者利用Gaussian03W在B3LYP/3-21G水平上對(duì)標(biāo)題化合物進(jìn)行了理論計(jì)算, 對(duì)它們的幾何結(jié)構(gòu)、原子電荷布局、前沿軌道能量和生理活性進(jìn)行了理論研究.

1 計(jì)算方法

應(yīng)用Gaussian03W程序，在B3LYP/3-21G水平上對(duì)鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙(H2L)及其與金屬離子M(M= Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ))形成的配合物ML進(jìn)行全優(yōu)化計(jì)算. 計(jì)算采用的原子輸入坐標(biāo)來(lái)自晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)[5]，未加對(duì)稱(chēng)性限制. 頻率計(jì)算結(jié)果無(wú)虛振動(dòng)頻率，優(yōu)化結(jié)果為穩(wěn)定構(gòu)型. 全部計(jì)算均在Pentium IV 3.0微機(jī)上進(jìn)行，計(jì)算中所有收斂精度均取程序設(shè)定的缺省值. 圖1為酰腙配體(H2L)及其配合物ML的結(jié)構(gòu)式.

圖1 配體及配合物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structures of the ligand and the complexes

2 結(jié)果與討論

2.1 電荷布居分析

圖2與圖3為酰腙配體(H2L)及其配合物ML優(yōu)化后的穩(wěn)定構(gòu)型圖，表1中列出了部分原子的自然原子電荷. 對(duì)H2L及其M(II)配合物ML的自然原子電荷進(jìn)行分析，在配體H2L中N1、N2、O1、O2、O3、O4、O5均帶有較多的負(fù)電荷，其中N2：-0.284 3、O2：-0.509 6、O3：-0.528 4、O4：-0.455 6，這些原子形成了一個(gè)帶負(fù)電荷的空腔，有利于帶正電的金屬離子的嵌入，說(shuō)明在形成配合物的過(guò)程中除了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)外，還有靜電作用的優(yōu)勢(shì)，這與所得配合物構(gòu)型相符[6]. N1 (-0.617 7)和O1 (-0.623 6)同樣具有較大負(fù)電荷但未參與配位，可能與空間位阻有關(guān). 在配合物中O4和N1上的H+離子脫去后將一對(duì)電子留給O4和N1，而N1上負(fù)電荷較配位前明顯降低，O4上電荷變化不明顯，表明N1和O4上的負(fù)電荷通過(guò)共軛大π鍵傳遞給了O2、O3和O4，但O2、O3和O4負(fù)電荷并無(wú)明顯增加，這說(shuō)明配位原子將較多的負(fù)電荷給了M(Ⅱ)(如Cu上僅帶有0.896 4正電荷，說(shuō)明配位原子向Cu轉(zhuǎn)移的凈電荷為1.104)從而形成較為穩(wěn)定的配位鍵[7].

圖2 配體H2L優(yōu)化后的構(gòu)型Fig.2 Configuration of H2L after optimization

圖3 配合物ML優(yōu)化后的構(gòu)型Fig.3 Configuration of ML after optimization

2.2 前沿軌道能量分析

依據(jù)分子軌道理論的觀點(diǎn)，最高占據(jù)軌道(HOMO)、最低空軌道(LUMO)及其附近的分子軌道決定分子的化學(xué)性質(zhì)，對(duì)分子的生物活性影響最大. HOMO具有優(yōu)先提供電子的作用，LUMO具有優(yōu)先接受電子的作用. 圖4和圖5顯示，配體分子中HOMO主要由苯環(huán)碳原子、氮原子、羰基氧原子及醚氧基氧原子提供，LUMO則主要由苯環(huán)碳原子、羰基氧原子及羥基氧原子提供，故在形成配合物的過(guò)程中這些原子應(yīng)具有較好的活性，這與配合物單晶衍射分析結(jié)果基本一致[3].

前沿軌道能隙(ΔEL-H=ELUMO-EHOMO)的大小決定了電子躍遷的難易程度，能很好地反映化合物的生物活性[8-9]. 由表2可以看出ΔEL-H和ΔEL-(H-1)(ELUMO-EHOMO-1)的大小趨勢(shì)H2L>NiL>ZnL>CuL；ΔE(L+1)-H(ELUMO+1-EHOMO)和ΔE(L+1)-(H-1)(ELUMO+1-EHOMO-1)的大小趨勢(shì)為H2L> ZnL >NiL > CuL，故配合物的生物活性明顯會(huì)比配體要強(qiáng)，這與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果基本一致[4].

表1 化合物部分原子的自然原子電荷Table 1 Partial atomic Mulliken charges of the complexes

圖4 配體H2L的HOMO軌道Fig.4 The HOMO of H2L

圖5 配體H2L的LUMO軌道Fig.5 The LUMO of H2L

H2LNiLZnLCuL*E(total)-1 097.635 5-2 610.451 1-2 881.437 2-2 729.185 06HOMO-1-0.237 4-0.242 4-0.239 5-0.231 7/-0.232 4HOMO-0.218 5-0.220 2-0.217 6-0.211 2/-0.211 2LUMO-0.058 3-0.104 9-0.103 3-0.099 4/-0.099 9LUMO+10.027 3-0.043 4-0.038 8-0.041 3/-0.058 0ΔEL-H0.160 30.115 30.114 30.111 8/0.111 2ΔEL-(H-1)0.179 10.137 50.136 20.132 3/0.132 5ΔE(L+1)-H0.191 20.176 90.178 80.169 9/0.153 2ΔE(L+1)-(H-1)0.210 10.199 00.200 70.190 4/0.174 4

*α態(tài)/β態(tài)

3 結(jié)論

1) 鄰氧乙酸苯甲醛縮水楊酰腙(H2L)及其過(guò)渡金屬配合物ML(M= Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ))的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電荷分析表明該類(lèi)配體中氮原子和氧原子均具有較好的配位性能，且所得配合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定.

2) 配體(H2L)及其過(guò)渡金屬配合物(ML)的HOMO軌道和LUMO軌道能量計(jì)算及前沿軌道能隙分析表明該類(lèi)化合物具有一定的生物活性，且配合物的活性明顯要比配體強(qiáng).

參考文獻(xiàn)：

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