馮泳蘭 庾江喜 蔣伍玖 朱小明 張復(fù)興 鄺代治
(衡陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,功能金屬有機(jī)材料湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,衡陽(yáng) 421008)
三個(gè)二(有機(jī)錫)吡啶-2,3(5)-二甲酸酯的合成、結(jié)構(gòu)和體外抗癌活性
馮泳蘭 庾江喜 蔣伍玖 朱小明 張復(fù)興 鄺代治*
(衡陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,功能金屬有機(jī)材料湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,衡陽(yáng) 421008)
在微波溶劑熱中,三環(huán)已基氫氧化錫、氧化雙(三((2-甲基-2-苯基)丙基)錫)與吡啶-2,3(5)-二甲酸反應(yīng),合成了3個(gè)雙核二(有機(jī)錫)吡啶-2,3(5)-二甲酸酯:Py(CO)2(SnR3)2(MeOH)n(R:Cy,n=1(1),2(2);R:PhCMe2CH2,n=0(3)),對(duì)它們的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了元素分析、IR、(1H,13C,119Sn)NMR和X射線晶體衍射分析表征,化合物中心錫與配基原子構(gòu)成畸形四/六面體構(gòu)型,由于氫鍵作用,化合物1形成一維鏈,2形成二維34元大環(huán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?;衔飳?duì)人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細(xì)胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細(xì)胞(A549)的增殖有較強(qiáng)的抑制作用。
有機(jī)錫吡啶甲酸酯;微波溶劑熱合成;體外抗腫瘤活性
自從Brown發(fā)現(xiàn)三苯基錫醋酸酯具有抑制小鼠腫瘤的生長(zhǎng)作用后[1],近幾十年來(lái),人們對(duì)有機(jī)錫化合物進(jìn)行了較廣泛的研究,發(fā)現(xiàn)許多有機(jī)錫羧酸酯具有高效的抗癌、抗菌活性[2],比其它重金屬抗癌藥如順鉑的抗癌活性高[3-4],具有潛在的研究?jī)r(jià)值,備受人們關(guān)注[5]。
有機(jī)錫羧酸酯不僅具有良好的生物活性,而且羧基作為單、雙和橋聯(lián)配基與有機(jī)錫反應(yīng),形成豐富多變結(jié)構(gòu)的化合物,特別是當(dāng)含有可與錫配位雜原子的有機(jī)二元酸與有機(jī)錫前體反應(yīng)時(shí),既可形成簡(jiǎn)單二元酸酯,又可形成混合、聚合的有機(jī)錫羧酸酯,構(gòu)筑多錫核結(jié)構(gòu)的有機(jī)錫化合物[6],使得有機(jī)錫化合物的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)性更加豐富多樣[7]。為了較系統(tǒng)地研究有機(jī)錫羧酸酯的結(jié)構(gòu)及其生物活性,本文在微波溶劑熱條件下,以三環(huán)已基氫氧化錫分別與吡啶-2,3-二甲酸和吡啶-2,5-二甲酸反應(yīng),氧化雙(三((2-甲基-2-苯基)丙基))與吡啶-2,5-二甲酸反應(yīng),合成了3個(gè)標(biāo)題化合物,并對(duì)化合物的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。初步測(cè)試了化合物對(duì)人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細(xì)胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細(xì)胞(A549)等的人體外抗腫瘤生物活性。
合成反應(yīng)在微波有機(jī)合成系統(tǒng)(MicroSYNT Labstation for Microwave assisted,意大利)完成。化合物的紅外光譜用Shimadzu FTIR 8700(KBr壓片,400~4 000 cm-1)光譜儀測(cè)定;C、H和N組成用PE-2400(Ⅱ)元素分析儀測(cè)定;1H和13C NMR核磁共振波譜在Bruker Avance-400和500測(cè)得 (TMS內(nèi)標(biāo),CDCl3溶劑)、119Sn NMR 用 Bruker Avance-500光譜儀測(cè)定(Me4Sn內(nèi)標(biāo));熱穩(wěn)定性分析用TA Q50熱重分析儀,在N2氣氛中以10℃·min-1加熱升溫條件下測(cè)定;化合物的熔點(diǎn)用北京泰克XT-4雙目體視顯微熔點(diǎn)儀測(cè)定(溫度計(jì)未經(jīng)校正)。所有試劑分析純,未經(jīng)純化直接使用。
取三環(huán)已基氫氧化錫(0.770 g,2 mmol)、吡啶-2,3-二甲酸或吡啶-2,5-二甲酸(0.167 g,1 mmol),溶于20 mL甲醇,置于聚氟乙烯反應(yīng)瓶中,在微波有機(jī)合成系統(tǒng)120℃下微波輻射反應(yīng)2 h,冷卻至室溫,過(guò)濾,減壓蒸發(fā)溶劑,固體重結(jié)晶得產(chǎn)物1或2,在適當(dāng)溶劑中溶解產(chǎn)物,室溫放置,數(shù)天后析出結(jié)晶用于晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定。
用氧化雙(三((2-甲基-2-苯基)丙基)錫)(1.052 g,2 mmol)代替三環(huán)已基氫氧化錫,吡啶-2,5-二甲酸(0.167 g,1 mmol),環(huán)已烷作溶劑,得結(jié)晶產(chǎn)物 3。
無(wú)色晶體 1,產(chǎn)量:0.653 g(70.0%)。 m.p.188~189 ℃。1H NMR(500 MHz,CDCl3):8.64(dd,J=5,1.5 Hz,1H,6-Py-H),8.14(dd,J=8,1.5 Hz,1H,4-Py-H),7.30(dd,J=8,5 Hz,1H,5-Py-H),3.49(s,3H,CH3),1.25~2.12(m,66H,Cy-H)。13C NMR(125 MHz,CDCl3):27.06(δ-C),29.12(γ-C,3J(119Sn-13C)=64 Hz),31.23(β-C,2J(119Sn-13C)=14 Hz),34.18(α-C,1J(119Sn-13C)=334 Hz,1J(117Sn-13C)=319 Hz),51.02(Me-C),123.27(5-Py-C),127.33(3-Py-C),138.12(4-Py-C),150.86(6-Py-C),154.60(2-Py-C),169.46,172.28(COO)。119Sn(186.5 MHz,CDCl3):21.81。 IR(cm-1):3 443(b,νO-H);1 665,1 614(s,νCOO,as);1 400(m,νCOO,s);586(w,νSn-C);428(w,νSn-O)。Anal.Calcd.For C44H73NO5Sn2(%):C,56.61;H,7.88;N,1.50。Found(%):C,56.69;H,7.87;N,1.52.
無(wú)色晶體 2,產(chǎn)量:0.571 g(59.2%)。 m.p.166~167 ℃。1H NMR(400 MHz,CDCl3):9.34(s,1H,6-Py-H),8.38(d,J=8 Hz,1H,4-Py-H),8.14(d,J=8 Hz,1H,3-Py-H),3.49(s,6H,2 CH3),1.35 ~2.06(m,66H,Cy-H)。13C NMR(100 MHz,CDCl3):27.05(δ-C),29.07(γ-C,3J(119Sn-13C)=63 Hz),31.31(β-C,2J(119Sn-13C)=14 Hz),34.50(α-C,1J(119Sn-13C)=333 Hz,1J(117Sn-13C)=319 Hz),50.96(Me-C),124.73(3-Py-C),130.14(5-Py-C),138.44(4-Py-C),151.68(6-Py-C),152.62(2-Py-C),169.17,169.41(COO)。119Sn(186.5 MHz,CDCl3):24.91。 IR(cm-1):3 439(b,νO-H);2 920,2 843(m,νC-H);1 665,1 614(s,νCOO,as);1 400(m,νCOO,s);588(w,νSn-C);422(w,νSn-O)。Anal.Calcd.For C45H77NO6Sn2(%):C,55.98;H,8.04;N,1.45。Found(%):C,55.93;H,7.98;N,1.44.
無(wú)色晶體 3,產(chǎn)量:0.793 g(57.9%)。 m.p.135~136 ℃。1H NMR(400 MHz,CDCl3):9.27(s,1H,6-Py-H),8.26(d,J=7.6 Hz,1H,4-Py-H),7.92(d,J=7.6 Hz,1H,3-Py-H),7.11~7.31(m,30H,Ph-H),1.20~1.43(m,72H,-CH2-,Me-H)。13C NMR(100 MHz,CDCl3):26.97(-CMe2Ph,2J(119Sn-13C)=21 Hz),32.90(Me-C,3J(119Sn-13C)=44 Hz),37.82(SnCH2,1J(119Sn-13C)=340 Hz)124.16,125.28,125.88,128.40,130.34,138.05,150.77,150.93,151.46(Ar-C),168.50(COO)。119Sn(186.5 MHz,CDCl3):102.35。 IR(cm-1):1 638(s,νCOO,as);1 333(m,νCOO,s);567(w,νSn-C);475(w,νSn-O)。 Anal.Calcd.For C79H105NO4Sn2(%):C,69.25;H,7.72;N,1.02。 Found(%):C,69.23;H,7.69;N,1.02.
選取大小分別為0.23 mm×0.21 mm×0.20 mm(1)、0.25 mm×0.13 mm×0.11 mm(2)和 0.31 mm×0.27 mm×0.23 mm(3)的晶體,在 Bruker Smart Apex ⅡCCD單晶衍射儀上,采用經(jīng)石墨單色化的Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm),于 296(2)K,以 φ~ω 掃描方式,在 1.44°~25.50°(1)、2.40°~27.46°(2)和 1.98°~25.00°(3)范圍收集衍射點(diǎn)數(shù)據(jù)。衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)經(jīng)多重掃描吸收校正,晶體結(jié)構(gòu)中大部分非氫原子由直接法解出,其余部分非氫原子在隨后的差值傅立葉合成中陸續(xù)確定,對(duì)所有非氫原子坐標(biāo)及其溫度因子采用全矩陣最小二乘法精修。由理論加氫法給出氫原子在晶胞中的位置坐標(biāo),對(duì)氫原子和非氫原子分別采用各向同性和各向異性熱參數(shù)精修,全部結(jié)構(gòu)分析工作在WINGX上調(diào)用SHELX-97程序完成[8]?;衔锏闹饕w學(xué)數(shù)據(jù)列于表1。
CCDC:838282,1;872952,2;886808,3。
表1 化合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table1 Crystallographic data of the compounds
HT-29,HEPG2,MCF-7,KB 和 A549 細(xì) 胞 取 自美國(guó)組織培養(yǎng)庫(kù),用含10%牛胎血清的RPMI1640(GIBICO,Invitrogen)培養(yǎng)液,在含 5%(V/V)CO2的培養(yǎng)箱內(nèi)于37°C下培養(yǎng),用MTT法檢測(cè)細(xì)胞增殖與生長(zhǎng)抑制情況,調(diào)整實(shí)驗(yàn)細(xì)胞數(shù)量使在570 nm獲得1.3~2.2的吸光度,將化合物測(cè)試藥液(0.1 nmol·L-1~10 μmol·L-1)設(shè)置 6 個(gè)濃度,處理細(xì)胞 72 h,每個(gè)濃度至少3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)和3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用GraphPad Prism 5.0軟件統(tǒng)計(jì)分析確定IC50值。
圖1 化合物的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of the compounds
表2 化合物的部分鍵長(zhǎng)和鍵角Table2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)
化合物的晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,其主要鍵長(zhǎng)和鍵角見(jiàn)表2。鍵參數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)表明,吡啶-2,3-二甲酸和吡啶-2,5-二甲酸與三烴基錫前體化合物反應(yīng),吡啶二甲酸的羧基氧與2個(gè)錫以單齒作用形成雙核化合物[9],吡啶N原子未與Sn配位,羰基O2和O3分別與Sn的距離接近或大于0.3 nm,如1的O2…Sn1:0.295 3 nm,O3…Sn2:0.332 8 nm,2 的 O2…Sn1:0.304 7 nm,3 的 O2…Sn1:0.307 4 nm, 明顯超出Sn-O共價(jià)距離,說(shuō)明羰基O與Sn作用很弱。羧基氧與錫作用形成的Sn-O鍵強(qiáng)度與中心錫周圍的原子或基團(tuán)數(shù)有關(guān),如化合物1和2的Sn1原子與3個(gè)烴基、1個(gè)羧基氧原子構(gòu)成四配位,其中Sn1-O1鍵:0.207 3(5)nm(1)、0.207 50(17)nm(3),與一般單齒作用的有機(jī)錫羧酸酯的Sn-O鍵長(zhǎng)相當(dāng)。但是,隨著中心錫周圍的配位原子或基團(tuán)增多,如化合物1的Sn2和2的Sn1原子,由于多一個(gè)甲醇氧原子與錫的作用構(gòu)成五配位,Sn-O鍵拉長(zhǎng)(1:Sn2-O4 0.212 2(5)nm;2:Sn1-O1 0.215 7(2)nm)。甲醇氧與錫的作用(1:Sn2…O5 0.260 7(4)nm;2:Sn1…O3 0.267 9 nm)較弱,這可能是原子或基團(tuán)增多,空間效應(yīng)增大的原因。在化合物1中,2個(gè)錫的配位數(shù)不同,形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu);在化合物2和3中,它們的2個(gè)錫的配位數(shù)分別相同,且由于吡啶環(huán)正處于晶體對(duì)稱中心,環(huán)N原子在吡啶環(huán)中間的N和C四個(gè)位置的任何一處將出現(xiàn)25%N和75%C的機(jī)會(huì),因而形成獨(dú)特的對(duì)稱結(jié)構(gòu)[10-11]。從鍵參數(shù)還看到,化合物1~3的中心錫原子與配基原子形成的鍵長(zhǎng)、鍵角均不相等,它們分別構(gòu)成畸形四面體和畸形三角雙錐六面體結(jié)構(gòu)。
化合物1和2的晶體分子堆積中,通過(guò)參與弱配位的甲醇分子的羥基與鄰近分子的羰基的O2形成氫鍵作用。在化合物1,只有1個(gè)甲醇分子與Sn2配位,由該甲醇的羥基H原子形成0.223 1 nm的H5x…O2i氫鍵,∠O5-H5x…O2i為 117.78°,由這種鄰近分子間的相互作用,化合物1形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)。在化合物2,有2個(gè)甲醇分子分別與2個(gè)Sn配位,2個(gè)甲醇的羥基H原子分別與鄰近分子形成2個(gè)相同的氫鍵:H3x…O2i0.202 3 nm,∠O3-H3x…O2i為136.71°,通過(guò)這種分子間的氫鍵作用,化合物2形成二維34元大環(huán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖2)。
圖2 氫鍵構(gòu)筑化合物1的一維鏈和2的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Fig.2 One dimensional chain for 1 and 2D network for 2 constructed via the hydrogen bonds
化合物1~3的IR和 (1H、13C和119Sn)NMR譜學(xué)性質(zhì)分別具有明顯特征:(1)有機(jī)錫羧酸酯化合物的紅外光譜,其羧基的νas(COO)與νs(COO)紅外光譜特征峰之差Δν反映出羧基與錫的作用方式[12],在化合物1~3,這一特征峰之差Δν均大于200 cm-1,因此,它們?yōu)閱锡X配合物。此外,紅外光譜在586(1)、588(2)和 567 cm-1出現(xiàn) ν(Sn-C)[13],在 428(1)、422(2)和475 cm-1出現(xiàn)ν(Sn-O)[14-15]特征峰,進(jìn)一步支持了化合物的結(jié)構(gòu),與X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。(2)羰基(>C=O)碳受氧的影響較大,在13C NMR譜的低場(chǎng)出現(xiàn)信號(hào):δ 169.46,172.28(1);δ 169.17,169.41(2);δ 168.50(3),成為特征譜線。(3)有機(jī)錫化合物的119Sn NMR化學(xué)位移,受與錫相連的烴基和配體的影響[16],在較低場(chǎng)分別出現(xiàn)119Sn 譜線:21.81(1)、24.91(2)和102.35(3)。(4)羧基H質(zhì)子峰在化合物的1H NMR譜消失,δ 7~9存在芳環(huán)H的多峰峰及甲醇(OH)質(zhì)子δ 3.49(1和2)的特征峰。
采用熱重分析儀,在空氣氛下,以20℃·min-1的加熱速度和20 mL·min-1氣體流速,在40~600℃范圍內(nèi),對(duì)化合物2和3進(jìn)行熱重測(cè)試,研究其熱穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)2在242℃前未見(jiàn)明顯失重,而后隨溫度上升發(fā)生突躍失重,到447℃重量減少64.2%,按化合物2分解最終殘余物為SnO2計(jì)算,理論值應(yīng)為31.2%(理論失重68.8%)。化合物3比2更穩(wěn)定,直到293℃開(kāi)始失重,293~453℃失重率74.5%,最終殘余物計(jì)算值為22.0%(理論失重78.0%),與實(shí)驗(yàn)值基本一致。
以順鉑對(duì)照,測(cè)試了化合物1~3對(duì)腫瘤細(xì)胞:人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細(xì)胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細(xì)胞(A549)的體外生長(zhǎng)抑制活性,結(jié)果見(jiàn)表3。發(fā)現(xiàn)化合物對(duì)所研究細(xì)胞均顯示了比臨床的順鉑還強(qiáng)[11]的抗癌活性,尤其對(duì)HT-29抑制作用更明顯,可作為廣譜抗癌的候選化合物。
在微波溶劑熱條件下,合成了3個(gè)具有雙核結(jié)構(gòu)的二(有機(jī)錫)吡啶-2,3(5)-二甲酸酯,發(fā)現(xiàn)化合物對(duì)人結(jié)腸癌 (HT-29)、肝癌細(xì)胞 (HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細(xì)胞(A549)均顯示出比臨床使用的順鉑還強(qiáng)的體外抗癌活性,可作為廣譜抗癌的候選化合物。
[1]Crowe A J.NATO ASI Subseries H:Vol.37.Gielen M.Ed.,Berlin:Springer Verlag,1990:69-75
[2]Singh H L,Varshney S,Varshney A K.Appl.Organometal.Chem.,2000,14:212-217
[3]Gielen M.Coord.Chem.Rev.,1996,151:41-51
[4]De Vos D,Willem R,Gielen M,et al.Met.-Based Drugs,1998,5:179-188
[5]SHANG Xian-Mei(尚先梅),WU Jun(吳軍),LI Qing-Shan(李青山).Sci.China Ser.B Chem.(中國(guó)科學(xué) B輯:化學(xué)),2008,38(5):429-440
[6]Vadapali C,Viswanathan B,Alexander S,et al.Organometallics,2002,21:4528-4532
[7]Chandrasekhar P,Gopal K,Thilagar P.Acc.Chem.Res.,2007,40:420-434
[8]Sheldrick G M.SHELXL-97,Program for the Refinement of Crystal Structure,University of G?ttingen,Germany,1977.
[9]TIAN Lai-Jin(田來(lái)進(jìn)),SUN Yu-Xi(孫玉希),ZHENG Xiao-Liang(鄭曉亮),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2006,22(4):629-632
[10]Ma C,Li J,Zhang R,et al.J.Organomet.Chem.,2006,691:1713-1721
[11]Chandrasekhar V,Mohapatra C,Butcher R J,et al.Cryst.Growth Des.,2012,12:3285-3295
[12]Ma C,Sun J,Zhang R,et al.Inorg.Chim.Acta,2006,359:4179-4190
[13]Chandrasekhar V,Thirumoorthi R,Metre R K,et al.J.Organomet.Chem.,2011,696:600-606
[14]Ruan B,Tian Y,Zhou H,et al.Inorg.Chim.Acta,2011,365:302-308
[15]Xiao X,Du D,Tian M,et al.J.Organomet.Chem.,2012,715:54-63
[16]Yoder C H,Margolis L A,Horne J M.J.Organomet.Chem.,2001,633:33-38
Syntheses,Crystal Structures and in Vitro Antitumor Activity of Three Bis(organotin)Pyridine-2,3(5)-dicarboxylate
FENG Yong-Lan YU Jiang-XiJIANG Wu-Jiu ZHU Xiao-Ming ZHANG Fu-Xing KUANG Dai-Zhi*
(Key Laboratory of Functional Organometallic Materials of Hengyang Normal University,College of Hunan Province,College of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University,Hengyang,Hunan 421008,China)
Three dinuclear bis(organotin)pyridine-2,3(5)-dicarboxylate,Py(CO)2(SnR3)2(MeOH)n(R:Cy,n=1(1),2(2);R:PhCMe2CH2,n=0(3)),have been prepared by the microwave-assisted solvothermal reaction of tricyclohexyltin hydroxide,bis(tri(2-methyl-2-phenyl)propyl)tin oxide with the pyridine-2,3(5)-dicarboxylic acid,respectively.The compounds are characterized by elemental analysis,IR,(1H,13C,119Sn)NMR spectra and X-ray crystallography diffraction analyses.The distorted tetrahedral and trigonal bipyramid geometry is formed by the tin and ligand atoms.Compound 1 has a 1D supramolecular chain and 2 has a 2D network with 34-membered macrocyclic structure due to the coordinated methanol molecules via hydrogen bonds to the carbonyl oxygen atoms.The antitumor activity shows that these compounds have higher activities than cisplatin in HT-29,HepG2,MCF-7,KB and A549 cell line in vitro.CCDC:838282,1;872952,2;886808,3.
organotin pyridine carboxylate;microwave solvothermal synthesis;in vitro antitumor activity
O614.43+2
A
1001-4861(2018)01-0099-06
10.11862/CJIC.2018.002
2017-04-24。收修改稿日期:2017-10-26。
湖南省高校創(chuàng)新平臺(tái)開(kāi)放基金(No.16K011,14K014)和湖南省自然科學(xué)基金(No.13JJ3112)資助項(xiàng)目。
*通信聯(lián)系人。 E-mail:hnkcq@qq.com;會(huì)員登記號(hào):S06N8374M1012。
無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)2018年1期