王浩江，薛晶鑫，劉 文，刁海鵬

(山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001)

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水楊醛縮對(duì)氨基水楊酸席夫堿及稀土配合物的合成、表征與抑菌活性

王浩江，薛晶鑫，劉 文，刁海鵬*

(山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001)

以水楊醛和對(duì)氨基水楊酸反應(yīng)制得水楊醛縮對(duì)氨基水楊酸席夫堿，并以此席夫堿為配體與水合醋酸稀土鹽反應(yīng)，合成了新的稀土配合物. 通過元素分析、摩爾電導(dǎo)、IR、1H-NMR等測(cè)試技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征：配體與稀土離子按照2∶1進(jìn)行配位，中心金屬離子的配位數(shù)為6，組成為[C28H20N2O8RE]·2H2O，其中RE=(La, Ce, Pr, Gd, Dy, Er). 抑菌實(shí)驗(yàn)初步表明，合成的席夫堿及其配合物對(duì)實(shí)驗(yàn)選用的細(xì)菌有不同程度的抑制活性，而且稀土配合物的抑菌活性更突出.

對(duì)氨基水楊酸；席夫堿；稀土配合物；抑菌活性

治療結(jié)核的藥物對(duì)氨基水楊酸(PAS)雖然早已問市，但由于服用藥量大、腸道副作用明顯、僅對(duì)結(jié)核分枝桿菌有抑菌作用、耐藥性等問題，一直作為二線抗結(jié)核藥物. 席夫堿化合物由于結(jié)構(gòu)中具有抗菌活性效應(yīng)基團(tuán)-碳氮雙鍵，使其大多具有良好的抗菌、抗腫瘤活性[1].

目前稀土配合物由于具有殺菌能力強(qiáng)和抑菌譜廣的特點(diǎn)，將其作為消炎、殺菌藥物的研究已取得了很大成績(jī)[2-5]. 研究表明Schiff堿與稀土金屬離子形成的稀土配合物也具有抗腫瘤、抗病毒、抑制細(xì)菌生長等生物活性，且具有高于Schiff堿化合物的生物活性[6-9]，本文作者合成出目前未見文獻(xiàn)報(bào)道的水楊醛縮對(duì)氨基水楊酸Schiff堿及其稀土配合物，通過元素分析、摩爾電導(dǎo)、IR、1H-NMR等測(cè)試技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并初步考察它們的抑菌活性，以期獲得抗菌更強(qiáng)，耐藥性更低，毒性更小的藥物.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：水楊醛、對(duì)氨基水楊酸、無水乙醇、醋酸稀土鹽(含5個(gè)結(jié)晶水分子)等試劑均為分析純.

實(shí)驗(yàn)儀器：X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京泰克儀器有限公司)、VARIO EL元素分析儀(德國Elementar公司)、Varian 640-FTIR 紅外光譜儀(美國VARIAN公司)、Bruck DRX300超導(dǎo)核磁共振儀(瑞士).

供試菌種：大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、變形桿菌(山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物免疫學(xué)教研室提供)，均為標(biāo)準(zhǔn)菌株；營養(yǎng)瓊脂(北京市海淀區(qū)微生物培養(yǎng)基制品廠).

1.2 配體的合成

在錐形瓶中加入0.02 mol(約3.062 8 g)PAS和60 mL無水乙醇，攪拌使之混合均勻. 然后緩慢滴加0.02 mol水楊醛于錐形瓶中，隨后生成大量橘紅色不定型沉淀，繼續(xù)充分反應(yīng)半小時(shí). 將反應(yīng)生成的沉淀抽濾，無水乙醇淋洗2～3次，濾餅放在恒溫于30 ℃的真空干燥箱中內(nèi)干燥至恒重. 用無水乙醇重結(jié)晶，得熔點(diǎn)為184～186 ℃的橘紅色針狀結(jié)晶的水楊醛縮對(duì)氨基水楊酸配體(HL)，產(chǎn)率為75.2%.

1.3 配合物的合成

將0.002 mol(約0.514 4 g)的HL和50 mL熱的無水乙醇加入150 mL的圓底燒瓶中，攪拌溶解. 再稱取0.002 mol的醋酸鹽，加入20～30 mL熱的無水乙醇溶液，使其充分溶解. 將醋酸鹽乙醇溶液滴入圓底燒瓶中，滴加攪拌同時(shí)進(jìn)行，圓底燒瓶中會(huì)緩緩出現(xiàn)黃色沉淀. 隨后繼續(xù)攪拌回流3～5 h使其充分反應(yīng). 停止加熱回流，溶液趁熱過濾，沉淀用熱的無水乙醇洗滌3～5次，每次10 mL. 沉淀減壓真空干燥，即得干燥的配合物純品，產(chǎn)率約62.0%.

1.4 抑菌性能測(cè)試

用取菌環(huán)連續(xù)劃線把大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、變形桿菌分別接種到營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基表面，在37 ℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h備用. 在無菌環(huán)境下，將浸過藥液的濾紙片用鑷子夾取貼在培養(yǎng)基表面，然后用鑷子輕壓濾紙片使其平貼. 保證150 cm的培養(yǎng)皿貼三張，每張濾紙片間距不少于50 mm，紙片中心到培養(yǎng)皿邊緣距離不少于25 mm. 濾紙片處理好后，在15 min內(nèi)放于37 ℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，同時(shí)做平行實(shí)驗(yàn)兩次和空白實(shí)驗(yàn)，24 h測(cè)量抑菌圈直徑(mm)，獲得抑菌圈平均值. 配合物抑菌能力的大小用抑菌圈的大小來量度.

2 結(jié)果與討論

2.1 配體及配合物的元素分析及摩爾電導(dǎo)率的測(cè)定

用元素分析儀測(cè)定配體及配合物的C、H、N含量，稀土含量采用EDTA配位滴定法測(cè)定. 用DMSO配置10-4mol/L的樣品，用電導(dǎo)率儀測(cè)定其25 ℃電導(dǎo)率. 結(jié)果列在表1中. 由表1數(shù)據(jù)可見，元素分析測(cè)定值與計(jì)算值相當(dāng)吻合. 配合物由一個(gè)中心金屬離子，兩個(gè)Schiff堿配體及水分子組成，即[C28H20N2O8RE]·2H2O. 摩爾電導(dǎo)值(表1)表明配合物均為非電解質(zhì)化合物. 對(duì)氨基水楊酸Schiff堿易溶于DMF、DMSO、熱的無水乙醇等，微溶于無水甲醇、無水乙醇，不溶于無水乙醚、苯、環(huán)己烷、氯仿等，在空氣中穩(wěn)定. 稀土配合物在空氣中較穩(wěn)定，易溶于DMF、DMSO，在無水甲醇、無水乙醇、丙酮、無水乙醚等有機(jī)試劑中難溶.

表1 Schiff堿及其配合物的元素分析數(shù)據(jù)和摩爾電導(dǎo)Table 1 Elemental analysis data and molar conductance of ligand and complexes

2.2 紅外光譜

將配體及配合物的主要紅外光譜數(shù)據(jù)列入表2中. 由表2可見，席夫堿配體締合羥基吸收峰出現(xiàn)在3 438 cm-1處，分子內(nèi)氫鍵的寬吸收峰出現(xiàn)在2 800～3 100 cm-1處[9]，席夫堿內(nèi)的C=N特征尖峰位于1 610 cm-1. 席夫堿內(nèi)由于分子內(nèi)氫鍵的形成，增強(qiáng)了體系的共軛作用，羧基C=O雙鍵性質(zhì)減弱，C-O鍵擁有部分雙鍵的性質(zhì)，鍵能增加. 配體中既出現(xiàn)了位于1 709 cm-1的C=O特征峰，還出現(xiàn)羧基的1 228 cm-1的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)νas(COO-)峰和1 152 cm-1的對(duì)稱伸縮振動(dòng)νa(COO-)峰.δOH峰在1 383 cm-1處也呈現(xiàn)出來了[10].

表2 Schiff堿配體和配合物的紅外特征吸收Table 2 IR data for the ligand and complexes

與配體相比，配合物的紅外表征中寬而強(qiáng)的υO(shè)-H振動(dòng)峰在3 421.7～3 432.4 cm-1處出現(xiàn)，表明配合物中存在與金屬離子發(fā)生配位的水分子；羧基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)變化不大，表明其沒有參與配位.νC=N在1 610 cm-1的強(qiáng)吸收峰向低頻區(qū)移動(dòng)5～10 cm-1，揭示了配體中亞甲胺基的氮原子可能與中心離子形成了配位鍵. 1 383.1 cm-1的δOH峰位基本沒有變化，說明酚羥基有一個(gè)沒有參與配位，同時(shí)νC-O的1 228 cm-1處伸縮振動(dòng)峰向高波數(shù)移動(dòng)，而νC-O的1 152 cm-1處吸收峰變化不明顯，表明配體中僅有1個(gè)羥基參與配位，即水楊醛上的酚羥基[11]，在低波數(shù)出現(xiàn)551.1～561.9 cm-1新的吸收峰可歸屬為鑭離子與配體參與了配位.

2.31H-NMR譜

配體的1H-NMR，δ5.95 (s, 1 H, Ph-OH)為水楊醛上的-OH，形成配合物后沒有出現(xiàn)，說明與金屬離子發(fā)生了配位，與紅外數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致；δ11.38 (s, 1 H, Ph-OH)，形成配合物后向低場(chǎng)移動(dòng)；δ6.92～7.85 (m, 7 H, Ph-H)，形成配合物后由于苯環(huán)的大共軛體系的化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化，也發(fā)生了向低場(chǎng)位移；δ8.96 (s, 1 H, CH=N)，形成配合物后由于C=N中氮原子參與配位，使氮原子的電子云密度降低而向低場(chǎng)移動(dòng)；配體的δ12.58 (s, 1 H, -COOH)，而形成配合物后為δ13.14 (s, 2 H, -COOH)，略微向高場(chǎng)移動(dòng). 綜合考慮元素分析、紅外、核磁數(shù)據(jù)，其可能結(jié)果見圖1.

圖1 稀土配合物的結(jié)構(gòu)Fig.1 Proposed structure of the rare earth complexes

2.4 抑菌活性

體外抑菌實(shí)驗(yàn)是指用于測(cè)定抗菌藥物體外抑制細(xì)菌生長效力的實(shí)驗(yàn)，并用以評(píng)價(jià)該藥物的抑菌性能. 本論文旨在初步考察所合成的鑭配合物的抑菌效果，所采用的研究方法是操作簡(jiǎn)單、成本低廉、效果明顯的試驗(yàn)，即抑菌圈試驗(yàn).

抑菌活性的實(shí)驗(yàn)(表3)表明：1) PAS、Schiff堿及其稀土配合物對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、變形桿菌均顯現(xiàn)抑菌活性，都有一定程度的抗菌活性；2) 總體上，它們的抑菌活性均隨濃度增大而增強(qiáng)；3) 形成配合物后抑菌活性大大增強(qiáng)，具體來說，Schiff堿與先導(dǎo)物對(duì)氨基水楊酸的抑菌效果差別不大，但形成配合物之后，活性明顯增強(qiáng)，這說明稀土元素和配體具有一定的協(xié)同作用，而且輕稀土的抑菌效果要優(yōu)于重稀土配合的抑菌效果，隨著原子序數(shù)的增加,抑菌效果逐漸降低，其中以鑭配合物的抑菌效果最佳.

表3 配體及配合物的抑菌環(huán)直徑Table 3 Bacterlostatic cycle diameters of the complexes

3 結(jié)論

水楊醛和對(duì)氨基水楊酸在無水乙醇中合成了水楊醛縮對(duì)氨基水楊酸Schiff堿(HL)，并用此作為配體分別與醋酸稀土鹽反應(yīng)，合成了新的稀土配合物. 通過抑菌活性測(cè)試，合成的Schiff堿及其配合物對(duì)所試細(xì)菌有不同程度的抑制作用，且配合物活性明顯增強(qiáng). 這類配合物的抑菌機(jī)理尚不清楚，普遍的認(rèn)為稀土離子作用于酶、蛋白質(zhì)、DNA、RNA，與O、S、N等發(fā)生絡(luò)合. 抑制或活化酶、蛋白質(zhì)、DNA、RNA等的活性[12]. 此外，稀土離子與Ca2+半徑相似，與O、S、N等的絡(luò)合能力大于Ca2+，是Ca2+優(yōu)異的拮抗劑. 這些可能與稀土的抑菌性有很大的關(guān)系，有待進(jìn)一步研究. 輕稀土配合物作為篩選出的高效、低毒的藥物，有待進(jìn)一步做結(jié)核桿菌的測(cè)試，為藥物的進(jìn)一步研究提供參考依據(jù).

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[責(zé)任編輯：劉紅玲]

Salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid Schiff base and its rare earth complexes: synthesis, characterization and bacteriostatic activity

WANG Haojiang, XUE Jingxin, LIU Wen, DIAO Haipeng*

(ShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,Shanxi,China)

Salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid Schiff base was obtained from salicylaldehyde and 4-aminosalicylic acid in ethanol solution, and new rare earth complexes were synthesized by the reaction of the new ligand and acetate hydrate. Elemental analysis, molar conductance, FT-IR and1H-NMR were used to characterize the structure of the new complexes: the coordination ratio of Schiff base with rare earth ions is 2∶1 and the coordination numbers are 6. We confirmed the structures of the complexes are [C28H20N2O8RE]·2H2O, RE=(La, Ce, Pm, Gd, Dy, Er). In addition, the bacteriostatic activities of the ligand and its complexes were tested and the activity of the rare earth complexes were significantly enhanced.

salicylaldehyde-4-aminosalicylic acid; Schiff base; rare earth complexes; bacteriostatic activity

2017-02-23.

山西醫(yī)科大學(xué)青年基金(02201318)；山西醫(yī)科大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(20160232)；山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院331科技培植計(jì)劃基金(201425).

王浩江(1979-)，男，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)樯餆o機(jī)化學(xué).*

，E-mail：haojiangwang@sxmu.edu.cn.

O614

A

1008-1011(2017)03-0326-05