楊莉?qū)?成 昭,苗延青，梁玲玲

(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，西安 710021)

0 引 言

5-磺基水楊酸是水楊酸的一種衍生物，作為多齒配體，有三個(gè)配位基-OH、-COOH、-SO3H和多種配位方式，能夠和許多金屬形成配合物[1-4]，并且分子間存在著極強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)[5-7]，從而使得它在超分子化學(xué)和晶體工程學(xué)領(lǐng)域中扮演著重要角色。其金屬配合物比5-磺基水楊酸本身具有更強(qiáng)的抗菌、殺菌作用[8]。銅是人體必需的微量金屬元素，在人體的生理代謝中起著重要的作用[9]?？紤]到配體與金屬離子的協(xié)同效應(yīng)以及引入第二配體可以使配合物的脂溶性增強(qiáng)，有利于配合物對細(xì)菌細(xì)胞膜滲透，從而使抑菌效果增強(qiáng)，而咪唑又具有質(zhì)子授受、親核活性及共軛酸堿等性能，享有“生物配體”的美譽(yù)[10-11]。本文以5-磺基水楊酸(H3ssal)分別與2,2’-聯(lián)咪唑(H2biim)、N-甲基-2,2’-聯(lián)咪唑(MeHbiim)合成了單核和雙核Cu(Ⅱ)配合物，測定其單晶結(jié)構(gòu)，并研究其熱穩(wěn)定性、熒光性能和抗菌活性，期望得到新型的抗菌材料。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器和試劑

所有試劑均采用分析純，2,2’-聯(lián)咪唑按文獻(xiàn)[12-13]、N-甲基-2,2’-聯(lián)咪唑按文獻(xiàn)[14]方法合成。

Vario EL-IIIG型元素分析儀(德國 EA元素分析系統(tǒng)公司)；EQUINOX55型紅外光譜儀(德國 Brucker 公司)； STA449C 型熱分析儀(N2氣氛，流速30 cm3/min，升溫速率為10 ℃/min，德國Netzsch 公司)； Bruker Smart APEX CCD型 X-射線單晶衍射儀(德國 Brucker 公司)；1800 型紫外可見分光光度計(jì)(日本島津公司)；F-4500型熒光分光光度計(jì)(日本日立公司)。

1.2 配合物的合成

1.2.1 配合物[Cu(H2biim)(Hssal)(H2O)2]·H2O(1)的合成

將0.3 mmol的2,2’-聯(lián)咪唑和0.6 mmol的NaOH溶于15 mL熱水中攪拌，再加入15 mL 0.3 mmol的5-磺基水楊酸的DMF溶液，加熱攪拌持續(xù)30 min，過濾后加入CuCl2·H2O固體繼續(xù)攪拌48 h后過濾得黃綠色溶液，室溫靜置揮發(fā)溶劑，30 d后析出綠色晶體。元素分析實(shí)驗(yàn)值：C, 33.87%；N, 11.84%； H, 3.74%。理論值：C, 33.34%；N, 11.97%；H, 3.42%。

1.2.2 配合物{[Cu(MeHbiim)(Hssal)(H2O)]·0.5H2O}2(2)的合成

將0.5 mmol的5-磺基水楊酸溶于20 mL的水中，加入0.5 mmol的CuO粉末，溫控80 ℃，持續(xù)攪拌30 min，過濾，再將0.5 mmol的N-甲基-2,2’-聯(lián)咪唑加入濾液中攪拌30 min，過濾，室溫靜置揮發(fā)溶劑，7 d后有深綠色晶體析出。元素分析實(shí)驗(yàn)值：C, 36.27%；N, 11.84%； H, 2.714%。理論值：C, 37.00%；N, 12.33%；H, 3.30%。

1.3 抑菌試驗(yàn)

利用紙片法測定配合物2的抑菌活性。稱取適量的配合物2固體溶于乙腈配成飽和試液，用紫外燈照射8 h后，將直徑6 mm圓形滅菌濾紙片浸入試液中12 h，備用。取瓊脂培養(yǎng)基涂布備用菌種，再將浸透試液的濾紙片平整地貼合在含菌培養(yǎng)基上，在37 ℃，5%CO2條件下培養(yǎng)24 h，測量抑菌圈直徑。

1.4 配合物晶體結(jié)構(gòu)的測定

挑選大小分別為 0.19 mm × 0.18 mm × 0.16 mm、0.21 mm × 0.18 mm × 0.15 mm 的配合物1、2單晶樣品，置于 Bruker Smart APEX CCD 單晶衍射儀上，用 Mo Kα輻射(λ=0.071 073 nm)，以φ-ω掃描方式收集衍射數(shù)據(jù)。對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行 Lp 因子及半經(jīng)驗(yàn)法吸收校正，晶體結(jié)構(gòu)采用 SHEXTL-97[15]程序由直接法解出。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)，并用理論加氫法得到氫原子位置，用全矩陣最小二乘法進(jìn)行結(jié)構(gòu)修正(有關(guān)晶體學(xué)數(shù)據(jù)見表1)。CCDC號為2036598(1)，2036600(2)。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物1的晶體結(jié)構(gòu)

單晶衍射結(jié)果表明，配合物1屬于單斜晶系，P21/C空間群。晶體結(jié)構(gòu)單元如圖1所示，配合物的二維結(jié)構(gòu)如圖2所示，部分鍵長、鍵角列于表2。

配合物[Cu(H2biim)(Hssal)(H2O)2]·H2O(1)的每一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)單元中，銅離子與脫去一個(gè)H質(zhì)子的5-磺基水楊酸根的羧基氧、兩個(gè)水分子氧原子以及聯(lián)咪唑分子的兩個(gè)3-位N原子形成五配位的四角錐構(gòu)型。與Cu配位的源自聯(lián)咪唑的兩個(gè)N原子以及分別來自配位水分子和羧基的兩個(gè)O原子是共面的(Cu-N1, 0.200 9 nm; Cu-N3, 0.199 4 nm; Cu-O1W, 0.196 8 nm; Cu-O1, 0.196 9 nm)，構(gòu)成了四邊形的錐底，錐頂被另一個(gè)水分子的O占據(jù)(Cu-O2W, 0.226 0 nm,見圖1)。由圖2可以看出，在配合物中存在有豐富的氫鍵，每個(gè)配合物分子錐頂?shù)乃肿优c相鄰配合物分子的5-磺基水楊酸根的磺酸基O4以及羥基O3之間產(chǎn)生氫鍵：O2W-H2…O4，0.279 2 nm，137.31°；O2W-H2…O3，0.282 5 nm，171.01°，錐底的配位水分子也與相鄰配合物的5-磺基水楊酸根的磺酸基O4之間有氫鍵作用，O1W-H1…O4, 0.272 7 nm，170.06°，而5-磺基水楊酸根的磺酸基O6與聯(lián)咪唑配體分子咪唑環(huán)上的N2-H2之間形成氫鍵N2-H2…O4，0.294 2 nm，127.96°，這樣由一維鏈形成了二維層狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于姜泰勒效應(yīng)，羥基氧與相鄰配合物單元的Cu離子之間存在弱配位作用，Cu-O鍵長為0.302 7 nm，咪唑環(huán)與相鄰配合物單元的苯環(huán)之間的π-π堆積(環(huán)與環(huán)之間距離為0.344 1 nm)把層與層依次相連，形成了 3D 超分子結(jié)構(gòu)。

表1 配合物1,2的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Crystal parameters of complex 1 and 2

圖1 配合物1的不對稱單元Fig.1 Asymmetric unit of complex 1

圖2 配合物1的二維氫鍵結(jié)構(gòu)Fig.2 2-D structure of complex 1 by hydrogen bonds

2.2 配合物2的晶體結(jié)構(gòu)

單晶衍射結(jié)果表明，配合物2屬于正交晶系，P2(1)2(1)2(1) 空間群。晶體結(jié)構(gòu)單元如圖3所示，配合物的二維結(jié)構(gòu)如圖4所示，部分鍵長、鍵角列于表2。

表2 配合物1,2晶體的部分鍵長和鍵角數(shù)據(jù)Table 2 Data of selected bond lengths(nm)and bond angles(°) of complex 1 and 2

圖3 配合物2的不對稱單元Fig.3 Asymmetric unit of complex 2

圖4 配合物2的二維氫鍵結(jié)構(gòu)Fig.4 2-D structure of complex 2 by hydrogen bonds

配合物{[Cu(MeHbiim)(Hssal)(H2O)]·0.5H2O}2(2)每一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)單元的2個(gè)中心金屬Cu(II)離子分別采取五配位四角錐和四配位平面四邊形的幾何構(gòu)型，其中Cu1分別與來自同一個(gè)MeHbiim上的兩個(gè)N原子，兩個(gè)Hssal2-配體的1個(gè)羧基O原子和1個(gè)磺酸基O原子，及1個(gè)水分子的O原子進(jìn)行五配位。而Cu1A分別與來自同一個(gè)MeHbiim上的兩個(gè)N原子，一個(gè)Hssal2-配體的羧基O原子，和1個(gè)水分子的O原子進(jìn)行四配位。五配位的Cul配位環(huán)境中的N1，N3，O5和配位水的O7原子處在四角錐的底平面上，而Hssal2-的磺酸根O2位于錐頂。Cu-N鍵的平均鍵長為0.197 7 nm，比配合物1中的Cu-N鍵長稍短一些。Cul-O5(0.196 3 nm)和Cul-O7(0.196 0 nm)鍵的鍵長比Cul-O2(0.235 5 nm)鍵的短，這主要是由于O2原子占據(jù)四角錐的錐頂位置，但比配合物1中錐頂?shù)腃u-O2 W(0.226 0 nm)鍵長稍長一些。

在配合物2中，5-磺基水楊酸只脫去兩個(gè)氫(保留羥基上的氫)，采用μ2雙-單齒配位模式，羧基與磺酸基都是單齒配位；配體Hssa12-將相鄰的兩個(gè)銅原子連接起來(Cu-Cu=0.812 2 nm)，擴(kuò)展為一維鏈狀結(jié)構(gòu)(見圖4)。同時(shí)鏈與鏈之間通過配位水與Hssa12-磺酸基上的O3原子形成的氫鍵：O7-H1WA…O3(0.268 3 nm，160.39°)以及Hssa12-未脫質(zhì)子的羥基O4與Cu1之間弱的配位作用力(Cu1-O4=0.278 3 nm)構(gòu)筑成了二維的層狀結(jié)構(gòu)(見圖4)。在配合物的晶格之間還有晶格水存在，它與配體Hssa12-的O原子、MeHbiim咪唑環(huán)上的N4-H4之間存在豐富的氫鍵，同時(shí)咪唑環(huán)平面與苯環(huán)之間π-π堆積(環(huán)與環(huán)之間距離為0.312 8 nm)，這些氫鍵和π-π堆積將2D層狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)展成3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.3 配合物的紫外光譜分析

以DMF為溶劑，分別測定了H2biim及配合物[Cu(H2biim)(Hssal)(H2O)2]·H2O(1)的UV-Vis光譜；以水為溶劑，分別測定了MeHbiim及配合物 {[Cu(MeHbiim)(Hssal)(H2O)]·0.5H2O}2(2)的UV-Vis光譜。在DMF溶液中，H3ssal的紫外吸收峰主要出現(xiàn)在256 nm、317 nm左右處[16]，而H2biim在308 nm處出現(xiàn)的吸收可認(rèn)定為咪唑環(huán)上的K帶的π-π*吸收，二者與Cu(II)離子形成配合物1后其K帶的π-π*吸收藍(lán)移到了280 nm處，且在423 nm處還出現(xiàn)了新的弱電子吸收峰，配合物分子內(nèi)電荷遷移光譜的波長相對較長，可以歸屬為配體與金屬離子間的LMCT，其吸收強(qiáng)度比π-π*弱[17-18]。而在水溶液中，H3ssal的紫外吸收峰主要出現(xiàn)在235 nm、298 nm左右處[19]，MeHbiim的紫外吸收出現(xiàn)在288 nm處，形成配合物2后，主要吸收帶發(fā)生了略微移動，移至295 nm處，可能是由于金屬與配體配位后，發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移所致。

2.4 配合物的紅外光譜分析

配合物1、2在 3 400 cm-1左右的吸收峰是配合物5-磺基水楊酸上締合酚羥基及配位水的υ(O-H)伸縮振動。兩種配合物在1 700 cm-1附近沒有出現(xiàn)吸收峰，說明配體H3ssal羧基脫掉質(zhì)子，其不對稱伸縮振動吸收峰和對稱伸縮振動吸收峰分別出現(xiàn)在1 625 cm-1和1 379 cm-1，1 620 cm-1和1 357 cm-1處，Δυas(COO)-υs(COO)分別為246 cm-1、263 cm-1，說明羧基是單齒配位模式[20]，與晶體結(jié)構(gòu)解析結(jié)果一致。配合物1的磺酸根不對稱伸縮振動峰吸收在1 198 cm-1和1 179 cm-1處；由于磺酸根μ2雙-單齒配位，配合物2磺酸根的不對稱伸縮振動峰吸收表現(xiàn)為三條譜帶：1 213 cm-1，1 177 cm-1和1 120 cm-1。

兩種配合物都含有咪唑衍生物配體，配合物1配體H2biim咪唑環(huán)上的υ(C=N)由1 546 cm-1藍(lán)移至1 587 cm-1，配合物2配體MeHbiim咪唑環(huán)上的υ(C=N)由1 518 cm-1藍(lán)移至1 546 cm-1，說明咪唑環(huán)上的3位N參與了配位[21]，指紋區(qū)的443 cm-1、449 cm-1吸收峰可以分別指派為二者的配位鍵υCu-N。

2.5 配合物的熱穩(wěn)定性分析

對配合物2進(jìn)行了從室溫到1 000 ℃溫度范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性測試研究，其TG曲線如圖5所示。

由圖5的熱重曲線可以看出，配合物 {[Cu(MeHbiim)(Hssal)(H2O)]·0.5H2O}2(2)因?yàn)橛薪Y(jié)晶水和配位水，出現(xiàn)了幾個(gè)較明顯的失重過程。在100 ℃和240 ℃左右分別失去1個(gè)結(jié)晶水分子、2個(gè)配位水分子和1個(gè)甲基(總失重實(shí)測值分別為2.04%、8.38%，理論值1.98%、7.59%)；隨著溫度的升高，配合物框架于280～400 ℃溫度區(qū)間快速坍塌，可能失去羧基、羥基和磺酸基(總失重實(shí)測值為41.62%，理論值為38.83%)，隨后配合物緩慢失重，直到1 000 ℃失重曲線仍在繼續(xù)下降。

2.6 配合物的熒光光譜分析

室溫下，在激發(fā)與發(fā)射單色儀的光譜譜帶狹縫為10 nm時(shí)，以激發(fā)波長為290 nm測定配合物2的DMSO溶液在250～500 nm的熒光發(fā)射光譜，如圖6所示。

圖5 配合物2的熱重曲線Fig.5 TG curve of complex 2

圖6 配合物2的熒光發(fā)射光譜Fig.6 Fluorescence emission spectrum of complex 2

由圖6可以看出，配合物2在DMSO中于330 nm處有強(qiáng)熒光發(fā)射光譜。根據(jù)前期工作的結(jié)果，相同條件下配體MeHbiim在330 nm附近有較弱的熒光[22]光譜，配合物的熒光強(qiáng)度大大強(qiáng)于配體，說明配合物的熒光歸因于配體內(nèi)部的π-π*躍遷。配體MeHbiim與Cu(Ⅱ)離子及5-磺基水楊酸形成配合物后，空間剛性增強(qiáng)，躍遷時(shí)能量的損失降低，輻射躍遷的幾率得以增大，從而使配合物的熒光強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.7 配合物的抑菌活性

以紙片法測試配合物2對一系列細(xì)菌的抑菌活性，其抑菌測試結(jié)果如表3所示。所測試菌種分別為：福氏志賀菌(Shigella flexneri，G-)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，G+)、乙型副傷寒桿菌(Bacillus paratyphosus b，G+)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae，G-)、大腸埃希氏菌(E.coli，G-)。(由西安醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中心提供)

表3 配合物2對細(xì)菌的抑菌圈大小Table 3 Inhibition zone diameters of the complex 2 for the assayed bacteria

從表3可以看出配合物2對五種細(xì)菌的抑菌效果，其中對乙型副傷寒桿菌和大腸埃希氏菌的抑菌活性最強(qiáng)，其次是福氏志賀菌和金黃色葡萄球菌，對肺炎克雷伯菌抑菌效果較弱。說明配合物2具有一定的抑菌活性。

3 結(jié) 論

以5-磺基水楊酸和咪唑衍生物為配體合成了單核、雙核三元Cu(II)配合物1,2，并對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。X-射線單晶衍射結(jié)果表明配合物1是一個(gè)五配位四角錐型結(jié)構(gòu)的單核Cu(II)配合物，其中的5-磺基水楊酸以羧基與Cu(II)進(jìn)行單齒配位，而雙核Cu(II)配合物2中的5-磺基水楊酸卻是通過羧基、磺酸基以μ2雙-單齒橋連配位模式配位，并且與MeHbiim分子和水分子一起構(gòu)筑了同一結(jié)構(gòu)單元的兩個(gè)Cu離子分別處于五配位四角錐型和四配位平面四邊形結(jié)構(gòu)的配位環(huán)境。5-磺基水楊酸在兩個(gè)配合物中的配位模式不同可能與形成配合物時(shí)的溶劑、第二配體的結(jié)構(gòu)及溶液的酸堿性不同有關(guān)。室溫下的熒光光譜實(shí)驗(yàn)表明配合物2有較強(qiáng)的熒光性。