馮泳蘭 庾江喜 蔣伍玖 朱小明 張復興 鄺代治

(衡陽師范學院化學與材料科學學院，功能金屬有機材料湖南省普通高等學校重點實驗室，衡陽 421008)

三個二(有機錫)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 張復興 鄺代治＊

(衡陽師范學院化學與材料科學學院，功能金屬有機材料湖南省普通高等學校重點實驗室，衡陽 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個雙核二(有機錫)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))，對它們的組成和結(jié)構(gòu)進行了元素分析、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)。化合物對人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)的增殖有較強的抑制作用。

有機錫吡啶甲酸酯；微波溶劑熱合成；體外抗腫瘤活性

0 引 言

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作用后[1]，近幾十年來，人們對有機錫化合物進行了較廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)許多有機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]，具有潛在的研究價值，備受人們關(guān)注[5]。

有機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)配基與有機錫反應(yīng)，形成豐富多變結(jié)構(gòu)的化合物，特別是當含有可與錫配位雜原子的有機二元酸與有機錫前體反應(yīng)時，既可形成簡單二元酸酯，又可形成混合、聚合的有機錫羧酸酯，構(gòu)筑多錫核結(jié)構(gòu)的有機錫化合物[6]，使得有機錫化合物的結(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個標題化合物，并對化合物的組成和結(jié)構(gòu)進行了表征。初步測試了化合物對人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)等的人體外抗腫瘤生物活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

合成反應(yīng)在微波有機合成系統(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)光譜儀測定；C、H和N組成用PE-2400(Ⅱ)元素分析儀測定；1H和13C NMR核磁共振波譜在Bruker Avance-400和500測得 (TMS內(nèi)標，CDCl3溶劑)、119Sn NMR 用 Bruker Avance-500光譜儀測定(Me4Sn內(nèi)標)；熱穩(wěn)定性分析用TA Q50熱重分析儀，在N2氣氛中以10℃·min-1加熱升溫條件下測定；化合物的熔點用北京泰克XT-4雙目體視顯微熔點儀測定(溫度計未經(jīng)校正)。所有試劑分析純，未經(jīng)純化直接使用。

1.2 化合物的合成

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，在微波有機合成系統(tǒng)120℃下微波輻射反應(yīng)2 h，冷卻至室溫，過濾，減壓蒸發(fā)溶劑，固體重結(jié)晶得產(chǎn)物1或2，在適當溶劑中溶解產(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.

1.3 X射線晶體衍射

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)范圍收集衍射點數(shù)據(jù)。衍射強度數(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，對所有非氫原子坐標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，對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學數(shù)據(jù)列于表1。

CCDC：838282，1；872952，2；886808，3。

表1 化合物的晶體學數(shù)據(jù)Table1 Crystallographic data of the compounds

1.4 抗腫瘤活性測定

HT-29，HEPG2，MCF-7，KB 和 A549 細 胞 取 自美國組織培養(yǎng)庫，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法檢測細胞增殖與生長抑制情況，調(diào)整實驗細胞數(shù)量使在570 nm獲得1.3～2.2的吸光度，將化合物測試藥液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)設(shè)置 6 個濃度，處理細胞 72 h，每個濃度至少3個平行實驗和3次重復實驗。應(yīng)用GraphPad Prism 5.0軟件統(tǒng)計分析確定IC50值。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

圖1 化合物的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of the compounds

表2 化合物的部分鍵長和鍵角Table2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)

化合物的晶體結(jié)構(gòu)見圖1，其主要鍵長和鍵角見表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共價距離，說明羰基O與Sn作用很弱。羧基氧與錫作用形成的Sn-O鍵強度與中心錫周圍的原子或基團數(shù)有關(guān)，如化合物1和2的Sn1原子與3個烴基、1個羧基氧原子構(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錫羧酸酯的Sn-O鍵長相當。但是，隨著中心錫周圍的配位原子或基團增多，如化合物1的Sn2和2的Sn1原子，由于多一個甲醇氧原子與錫的作用構(gòu)成五配位，Sn-O鍵拉長(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增多，空間效應(yīng)增大的原因。在化合物1中，2個錫的配位數(shù)不同，形成不對稱結(jié)構(gòu)；在化合物2和3中，它們的2個錫的配位數(shù)分別相同，且由于吡啶環(huán)正處于晶體對稱中心，環(huán)N原子在吡啶環(huán)中間的N和C四個位置的任何一處將出現(xiàn)25%N和75%C的機會，因而形成獨特的對稱結(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、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個甲醇分子分別與2個Sn配位，2個甲醇的羥基H原子分別與鄰近分子形成2個相同的氫鍵：H3x…O2i0.202 3 nm，∠O3-H3x…O2i為136.71°，通過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

2.3 譜學性質(zhì)

化合物1～3的IR和 (1H、13C和119Sn)NMR譜學性質(zhì)分別具有明顯特征：(1)有機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，進一步支持了化合物的結(jié)構(gòu)，與X射線晶體衍射實驗結(jié)果一致。(2)羰基(＞C=O)碳受氧的影響較大，在13C NMR譜的低場出現(xiàn)信號：δ 169.46，172.28(1)；δ 169.17，169.41(2)；δ 168.50(3)，成為特征譜線。(3)有機錫化合物的119Sn NMR化學位移，受與錫相連的烴基和配體的影響[16]，在較低場分別出現(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。

2.4 化合物2和3的熱穩(wěn)定性

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)，對化合物2和3進行熱重測試，研究其熱穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)2在242℃前未見明顯失重，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計算，理論值應(yīng)為31.2%(理論失重68.8%)?；衔?比2更穩(wěn)定，直到293℃開始失重，293～453℃失重率74.5%，最終殘余物計算值為22.0%(理論失重78.0%)，與實驗值基本一致。

2.5 抗腫瘤活性

以順鉑對照，測試了化合物1～3對腫瘤細胞：人結(jié)腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)的體外生長抑制活性，結(jié)果見表3。發(fā)現(xiàn)化合物對所研究細胞均顯示了比臨床的順鉑還強[11]的抗癌活性，尤其對HT-29抑制作用更明顯，可作為廣譜抗癌的候選化合物。

3 結(jié) 論

在微波溶劑熱條件下，合成了3個具有雙核結(jié)構(gòu)的二(有機錫)吡啶-2，3(5)-二甲酸酯，發(fā)現(xiàn)化合物對人結(jié)腸癌 (HT-29)、肝癌細胞 (HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)均顯示出比臨床使用的順鉑還強的體外抗癌活性,可作為廣譜抗癌的候選化合物。

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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)新平臺開放基金(No.16K011，14K014)和湖南省自然科學基金(No.13JJ3112)資助項目。

＊通信聯(lián)系人。 E-mail：hnkcq@qq.com；會員登記號：S06N8374M1012。