(天水師范學(xué)院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001)

1 前 言

希夫堿(Schiff base)是指分子結(jié)構(gòu)中含有亞胺(—CH==N—)或甲亞胺特性基團(—RC==N—)的一類有機化合物，易于大部分金屬離子形成配合物，是目前應(yīng)用最為廣泛的配體之一。Schiff堿結(jié)構(gòu)中的亞胺或甲亞胺是一種活性基團，致使很多Schiff堿也表現(xiàn)出良好的消炎、抑菌、殺菌、抗腫瘤、抗高血壓和抗結(jié)核病等生物活性[1]。自1965年Rosenberg等[2]發(fā)現(xiàn)順鉑有抗癌活性以來，Schiff堿金屬配合物就受到了廣泛關(guān)注。蔡麗華等[3]合成了糠醛雙希夫堿N N’-雙(2-呋喃甲醛亞氨基乙基)-2,6-吡啶二甲酰胺(Ⅱa)，模擬了其在廢水中去除重金屬的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其能與金屬反應(yīng)生成具有高穩(wěn)定性且不溶于水的螯合物，因此可以應(yīng)用在凈化水資源方面；郝治湘等[4]合成了糠醛-乙二胺希夫堿，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)帶有呋喃環(huán)的希夫堿在殺菌、抗病毒、抗癌等方面有著很好的效果。

諸多抗癌藥物與DNA之間通過嵌插作用而發(fā)揮藥理作用[5-6]，所以Schiff堿與DNA的作用方式也是研究熱點。魏峰等[7]合成了水楊醛甘氨酸希夫堿、2，6-二氨基吡啶縮2-羥基-1-萘醛(H2L1)、2，6-二氨基吡啶縮鄰香草醛(H2L2)和2，6-二氨基吡啶縮2，4-二羥基苯乙酮(H4L3)Schiff堿，發(fā)現(xiàn)Schiff堿均通過嵌插方式與DNA作用。

糠醛是含氮雜環(huán)類化合物，也是呋喃環(huán)系衍生物之一，其化學(xué)性質(zhì)活潑，可通過縮合反應(yīng)制取多種衍生物，因而廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域[8]。煙酸甲酰肼在抗腫瘤，抗結(jié)核方面具有一定的優(yōu)勢[9]，是一種潛在的抗腫瘤、抗結(jié)核治療藥物?；诳啡┖蜔熕峒柞ｋ碌奶匦约叭╊怱chiff堿的金屬配合物在醫(yī)學(xué)、生物等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，本研究通過糠醛和煙酸甲酰肼合成了Schiff堿，并采用紫外光譜、熱重分析、摩爾電導(dǎo)率進行了表征，通過循環(huán)伏安法和黏度測定研究了Schiff堿與DNA的相互作用。

2 實 驗

2.1 試劑與儀器

實驗試劑主要有：煙酸甲酰肼和糠醛，均為分析純。主要儀器有：UV-2450紫外可見光譜儀(UV-Vis)；傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)；差熱-熱重分析儀(TG-DTA)；CHI電化學(xué)分析儀。

2.2 Schiff堿的合成

參照文獻[10]，在100mL三口圓底燒瓶中加入溶于20mL無水乙醇的0.012mol煙酸甲酰肼，在磁力攪拌下繼續(xù)加入0.006mol的糠醛，60℃ 條件下加熱回流攪拌3h。反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液靜置冷卻，慢慢析出大量沉淀。將沉淀進行抽濾，并用無水乙醇進行重結(jié)晶，70℃下真空干燥2h后得到棕黃色晶體，產(chǎn)率為26.0%?；竞铣陕肪€如圖1所示。

圖1 糠醛縮煙酸甲酰肼Schiff堿的合成路線Fig.1 Synthetic route of Schiff base constructed from Furfural and Nicotinic hydrazide

2.3 Schiff堿的表征

采用KBr壓片，測定Schiff堿的紅外光譜；配制0.0125mg/mL的煙酸甲酰肼、糠醛和Schiff堿溶液，以乙醇作溶劑和參比，在190～400nm范圍內(nèi)掃描紫外-可見吸收光譜；在N2氣氛中，升溫速度為10℃/min，在20～800℃溫度范圍內(nèi)測定差熱-熱重曲線；在室溫下測定濃度為0.5mg/mL的Schiff堿溶液的電導(dǎo)率。

2.4 Schiff堿與DNA的相互作用

2.4.1循環(huán)伏安法 實驗前預(yù)先在電化學(xué)池加入1.0mL的包含5mmo/L電活性指示劑Fe(CN)63-/4-和0.1mol/L KCl支持電解質(zhì)的pH=6.8 Tris-HCl緩沖溶液。以Au/DNA為工作電極，甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，在-1.0～1.5V電位范圍內(nèi)，固定掃描速率為0.3V/s進行掃描，運用循環(huán)伏安法測定Au/DNA修飾電極在不同Schiff堿濃度下的循環(huán)伏安曲線[11]。

2.4.2粘度法 在室溫下用烏氏粘度計測定一定濃度DNA溶液(1.0mg/mL)與不同濃度的Schiff堿溶液發(fā)生分別反應(yīng)后反應(yīng)液的粘度。其中Schiff堿溶液的濃度依次為0.083、0.167、0.250、0.333和0.417mg/mL。將混合液放置48h后測定其粘度。

3 結(jié)果與討論

3.1 Schiff堿的表征

采用溴化鉀壓片法，在4000～400cm-1范圍掃描煙酸甲酰肼、糠醛及Schiff堿的紅外光譜，數(shù)據(jù)如表1所示?？啡┰?671cm-1處出現(xiàn)一個很強的吸收峰，可歸屬為醛基-C=O的伸縮振動吸收峰。煙酸甲酰肼在3306和3117cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，可歸屬為N-H的伸縮振動吸收峰。煙酸甲酰肼和糠醛發(fā)生反應(yīng)后，合成的Schiff堿-C=O的伸縮振動吸收峰位移至1679cm-1處，N-H的伸縮振動吸收峰位移至3176cm-1處。

煙酸甲酰肼、糠醛及Schiff堿的紫外-可見吸收光譜如圖2所示：煙酸甲酰肼在205和262nm處出現(xiàn)了兩個吸收峰，糠醛在204.5和272nm處出現(xiàn)了兩個吸收峰，這些都屬于n—π*躍遷。Schiff堿在205.5nm處出現(xiàn)了強吸收峰，屬于n—π*躍遷，在313.5nm處出現(xiàn)了新的強吸收峰，與兩種反應(yīng)物的峰相比，發(fā)生了紅移，屬于π—π*躍遷，可以看出這不是兩種反應(yīng)物各自吸收光譜的簡單加和，說明有新鍵生成，即兩種反應(yīng)物發(fā)生了反應(yīng)，形成了新的物質(zhì)。

表1 糠醛、煙酸甲酰肼及Schiff堿的紅外光譜數(shù)據(jù)Table 1 IR spectral data of furfural, nicotinic hydrazide and Schiff base/cm-1

圖2 煙酸甲酰肼、糠醛及Schiff堿的紫外-可見吸收光譜圖Fig.2 UV-Vis absorption spectra of nicotinic hydrazide, furfural and schiff base

Schiff堿的熱重曲線見圖3。Schiff堿在250～700℃出現(xiàn)了失重臺階，有77.4%的失重，屬于Schiff堿的完全氧化分解，在DTG曲線上位于294.9℃處有一明顯的放熱峰。溫度持續(xù)升高，熱重曲線比較平緩，溫度達到800℃時，仍有22.6%的質(zhì)量剩余，800℃以后，失重趨于平衡。

圖3 Schiff堿的熱重曲線Fig.3 Thermogravimetric curves of schiff base

測得Schiff堿樣品溶液的電導(dǎo)率為0.31S·m-1，計算得到在室溫下Schiff堿的摩爾電導(dǎo)率為0.134S·m2.mol-1，這說明Schiff堿在乙醇中不電離，是以中性分子形式存在，屬于非電解質(zhì)[12]。

3.2 Schiff堿與DNA的作用方式

3.2.1循環(huán)伏安法 掃描速率為0.5V·s-1，配合物的存在下Fe(CN)63-/4-在Au/DNA電極上表現(xiàn)的循環(huán)伏安行為如圖4所示。圖4中第曲線1，曲線2是沒有配合物存在下，K4Fe(CN)6分別在裸金電極和Au/DNA修飾電極上的循環(huán)伏安曲線。與裸金電極上的循環(huán)伏安曲線相比，鐵氰化鉀溶液在0.442V處出現(xiàn)氧化峰，峰電流為-4.704×10-4A，在0.301V處出現(xiàn)還原峰，峰電流為4.185×10-4A。在滴加DNA后，無新峰出現(xiàn)，但氧化峰從0.442V正移至0.5114V處，峰電流從-4.704×10-4A降至-3.977×10-4A，還原峰從0.301V負移至0.2275V處，峰電流從4.185×10-4A降至4.004×10-4A，說明式量電位E1/2發(fā)生正移。根據(jù)文獻報道[13]，一旦金屬配合物與DNA以嵌插作用結(jié)合，會引起金屬配合物的式量電位E1/2正移。由此可見，F(xiàn)e(CN)63-/4-以嵌插作用方式與DNA發(fā)生作用。

圖4 Schiff堿存在下K4Fe(CN)6在Au/DNA電極上循環(huán)伏安曲線Fig.4 V-A curves of K4Fe(CN)6 in schiff base solution

當(dāng)向DNA/Fe(CN)63-/4-體系中加入Schiff堿時，體系的氧化還原峰電流均有不同程度的減小，并且氧化峰的電位不斷向正方向移動，而還原的峰電位向負方向移動，即式量電位E1/2不斷增大。當(dāng)加入1.0mL Schiff堿溶液時，DNA/Fe(CN)63-/4-體系的氧化峰從0.5114V正移至0.6085V處，峰電流從-3.977×10-4A降至-1.751×10-4A；還原峰移動不明顯，但峰電流從4.004×10-4A降至2.371×10-4A?？梢钥闯霎?dāng)Schiff溶液存在時，DNA/Fe(CN)63-/4-體系的峰電流下降，式量電位發(fā)生正移，說明Schiff堿和Fe(CN)63-/4—探針分子與DNA之間存在競爭性作用，Schiff堿通過嵌插方式與DNA相互作用。

3.2.2粘度法 繪制(η/η0)1/3與CSchiff堿/CDNA關(guān)系圖(其中η0為不含Schiff堿的DNA溶液的相對粘度)，如圖5所示。從圖可見，隨著Schiff堿加入量的增加，DNA溶液的粘度不斷增大。根據(jù)文獻[14]報道，若配合物以嵌插方式與DNA作用，將會使DNA溶液的粘度增加。圖5中DNA溶液粘度的增大趨勢說明了Schiff堿可以插入到DNA分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，增加了分子鏈的長度，最終導(dǎo)致了DNA溶液粘度增大，進一步說明Schiff堿通過嵌插方式與DNA作用，這與上述電化學(xué)實驗結(jié)果一致。

圖5 Schiff堿對DNA粘度的影響Fig.5 Influence of schiff base on DNA viscosity

4 結(jié) 論

糠醛與縮煙酸甲酰肼在以乙醇作為溶劑的反應(yīng)中形成的Schiff堿屬于非電解質(zhì)，在205.5nm和313.5nm處出現(xiàn)了2個強吸收峰，250℃開始氧化分解；Schiff堿通過嵌插方式與DNA發(fā)生作用。