廖延智,郭俊兒,馮安生,2,賴敏成,2,楊超杰,徐小云,2,游 遨

(1.廣東輕工職業(yè)技術學院分析測試中心，廣州 510300；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院輕工食品學院，廣州 510225)

0 引 言

化療藥物順二胺二氯鉑(II)(順鉑)在臨床腫瘤治療中的成功應用，表明了金屬配合物在人類疾病治療過程中的潛在生物活性[1]。銀離子雖然是微量元素，但在所有生物體內都起著非常重要的作用[2-4]?；衔飳δ承┘毦?、病毒、藻類以及真菌顯現(xiàn)出毒性，但對人體卻幾乎是完全無害的。此外，由于其高生物利用度和強靶向性，大量含有銀的配合物往往較配體具有更好的抗癌細胞增殖、抗菌和抗真菌活性[5-7]。Ahadiat等[8]將2-氨基嘧啶配體與銀離子配位后抗菌活性顯著提高，對大腸桿菌的最低抑菌濃度低至0.009 μg/mL；Chu等[9]合成的4,4′-聯(lián)吡啶類銀離子配合物對革蘭氏陰性菌表現(xiàn)出優(yōu)異的長期抗菌性能，大腸桿菌的抑制作用較??；Almeida等[10]將銀(I)配位化合物負載于聚合物納米粒子中作為提高體外抗幽門螺桿菌活性的策略。

含吡嗪環(huán)、吡啶環(huán)均是具有廣泛生物活性的結構單元，如抗菌[11]、抗腫瘤[12]、抗病毒[13]、消炎[14]，及降糖作用[15]。有吡啶端基和吡嗪基團的席夫堿配體往往具有很好的金屬配位能力，配位形式多樣，其與過渡金屬組成的配合物在構型、生物活性及光學材料等方面有獨特的性質，近年來一直是人們關注的焦點。根據(jù)藥物拼合原理，本文設計合成了一種基于吡啶端基的吡嗪席夫堿配體N-[(1-吡嗪基)-1-亞甲基]異煙酰肼，并與硝酸銀反應得到了其銀配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n晶體，通過X-射線單晶衍射、元素分析、紅外光譜、熒光光譜對配位聚合物進行結構解析和性質表征。研究了配體及配位聚合物對七種常見的耐藥菌株——蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、大腸桿菌(Escherichiacoli)、白色葡萄球菌(Staphylococcusalbus)、藤黃八疊球菌(Sarcinaluteus)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、傷寒沙門氏菌(Salmonella)的抑制作用。

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

2-乙酰吡嗪,異煙肼為分析純；元素分析在德國Vario EL分析儀(Elementar)上進行；紅外光譜樣品制備采用KBr壓片法，由Thermo Nicolet Avatrar 330型號紅外光譜儀測定；熒光光譜是由Shimadzu RF5301PC熒光光譜儀測定。采用Bruker AVANCE-III 500在室溫下測定1H-NMR譜，并用MestReNova軟件進行數(shù)據(jù)分析；晶體數(shù)據(jù)是在Bruker SMART APEX CCD 單晶衍射儀上收集；生物活性測試在SpectraMax?ABS酶標儀上進行。

1.2 配位聚合物{[Ag3L(NO3)3]CH3CN}n的合成

將2-乙酰吡嗪(0.50 g, 4.02 mmol)和異煙肼(0.56 g, 4.08 mmol)溶解于30 mL的無水乙醇中，加入幾滴鹽酸作為催化劑，加熱回流5 h，冷卻，沉淀物經(jīng)過抽濾后，再利用無水乙醇洗滌，干燥，得到白色絲狀固體(L)0.71 g，產(chǎn)率73%。1H-NMR (d6-DMSO): 11.39(s, 1H), 9.29(s, 1H), 8.80(d, 2H), 8.70(m, 2H), 7.84(d, 2H), 2.48(s, 3H); FAB-MS m/z: 242 [M+1]。

稱取配體L 24.2 mg(0.10 mmol)溶于5 mL的三氯甲烷中，經(jīng)濾紙濾入試管的底部，三氯甲烷和乙腈(V(三氯甲烷)/V(乙腈)=1∶1)作為中間緩沖層，AgNO316.9 mg(0.10 mmol)溶于3 mL的乙腈溶液經(jīng)過濾紙沿著試管壁緩慢的平鋪試管的上部，將其在黑暗處放置數(shù)日得到透明的淺綠色單晶38.7 mg，產(chǎn)率為49.0%。IR (cm-1): 3 183(m), 3 046(w), 1 670(s), 1 617(w), 1 598(w), 1 554(w), 1 501(w), 1 459(w), 1 418(w), 1 381(m), 1 304(m), 1 225 (w), 1 169(m), 1 126(w), 1 099(w), 1 010(w), 863(w), 841(m), 803(w), 753(m), 724(m), 687(w), 631(w), 585(w)。元素分析按C26H24Ag3N13O8計算 (%): C, 32.19; H, 2.49; N, 18.80; 實驗值(%)：C, 32.44; H, 2.63; N, 18.71。

圖1 配體及配位聚合物的合成路線Fig.1 Synthesis route of ligand and the polymer

1.3 晶體結構測試

在室溫下選取0.6 mm×0.1 mm×0.1 mm的配位聚合物單晶，采用石墨單色化的Mo Kα射線(λ=0.071 073 nm)以φ-ω掃描方式在Bruker SMART APEX CCD型衍射儀上進行收集。采用SAINT和SADABS-2008/1 (Bruker,2008)程序對數(shù)據(jù)進行還原吸收校正[16]，在3.662°≤θ≤30.456°范圍內收集衍射數(shù)據(jù)16 565個，使用4 447個獨立衍射點(Rint=0.021 7)進行結構解析和修正。采用SHELXT程序通過直接法求解結構[17]，并通過SHELXL-2018程序對全部非氫原子坐標及其各向異性熱參數(shù)進行全矩陣最小二乘法修正[18]，對骨架中所有的非氫原子進行各向異性精修，骨架結構中的氫原子位置全部采用理論加氫的方式進行確定，所有的氫原子則采用各向同性精修，主要的晶體學數(shù)據(jù)列于表1，主要鍵長和鍵角列于表2。

表1 配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n主要晶體學數(shù)據(jù)和結構修正摘要Table 1 Crystallographic data and structure refinement summary for {[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n

表2 配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n主要鍵長鍵角數(shù)據(jù)Table 2 Selected bond lengths (nm) and angles (°) for {[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n

2 結果與討論

2.1 晶體結構分析

晶體結構解析表明，配位聚合物屬單斜晶系，空間群P21/c，在配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n的不對稱結構單元中存在兩種不同配位環(huán)境的Ag(I)離子(見圖2)。Ag1離子位于一個扭曲的四角錐形幾何體的中心，同時與三個N原子(N2，N3，N1′)及兩個O原子(O1，O2)配位，其中三個氮原子分別由兩個配體分子提供，兩個氧原子分別來源于配體內碳基基團和硝酸根陰離子，配體分子通過與Ag1離子橋連形成沿b軸方向無限伸展的一維鏈狀結構，橋連的兩個Ag1原子之間的距離是0.733 6 nm；Ag2離子分別與兩個配體中的吡啶N原子(N5，N5′)配位，最終通過連接一維長鏈組成二維網(wǎng)狀結構，其中N5i-Ag2-N5鍵角為180.00°(見圖3)。配位聚合物中Ag-N鍵長分別為 0.227 7(4) nm，0.247 9(4) nm，0.235 1(4) nm，0.218 0(4) nm及0.218 0(4) nm；Ag-O鍵長分別為0.263 8(6) nm和0.258 7(8) nm，與文獻報道基本一致[19-20]。扭轉角∠C11-N5-N5i-C9i=180.00°說明兩個配體的吡啶環(huán)處于同一平面。

圖2 配位聚合物中Ag(I)離子的配位環(huán)境(省略溶劑分子)Fig.2 Coordination environment of Ag(I) in the polymer the solvent molecules are omitted for clarity

圖3 配位聚合物的二維網(wǎng)狀結構圖(省略氫原子和溶劑分子)Fig.3 2D-network structure diagram of the polymer. All the hydrogen atoms and solvent molecules are omitted for clarity

2.2 紅外光譜及熒光譜圖分析

聚合物紅外吸收數(shù)據(jù)可以看出，配體在3 183 cm-1處的吸收峰可以歸屬為配體中N-H 鍵伸縮振動，3 046 cm-1附近峰歸屬于吡啶環(huán)上C-H鍵伸縮振動峰，1 381 cm-1、1 598 cm-1、1 501 cm-1、1 459 cm-1峰為吡啶環(huán)骨架振動所引起，吡嗪酮中C=O鍵的伸縮振動峰υ(C=O)為1 595 cm-1，在形成聚合物后發(fā)生了變化至1 617 cm-1處[21]，表明O原子參與了配位,1 304 cm-1峰為環(huán)上C=N鍵伸縮振動峰，1 225 cm-1為鏈上C=N雙鍵伸縮振動峰，1 169 cm-1、1 126 cm-1峰C-N鍵伸縮振動峰，1 099～585 cm-1峰歸屬于芳香環(huán)上C-H鍵面內搖擺振動。1 381 cm-1、841 cm-1分別對應配位陰離子硝酸根的反對稱伸縮振動峰和伸縮振動峰。

如圖4所示，在室溫下分別測定了配體及配位聚合物的固體粉末熒光發(fā)射光譜，室溫下在激發(fā)波長340 nm的配體在438 nm處有弱的熒光。與配體相比，當激發(fā)波長為340 nm時，配位聚合物在539 nm處出現(xiàn)較強的熒光發(fā)射峰，波長出現(xiàn)了紅移，這可能是因為金屬配位導致電子從配體至金屬空軌道的轉移，π電子共軛度增加，減少了配體內部電荷轉移帶來的能量損失，且結構剛性增強的結果，使配位聚合物熒光強度明顯增強[22]。

圖4 配體L和配位聚合物的發(fā)射光譜(λex=340 nm)Fig.4 Emission spectra of ligand L and the complex

2.3 抗菌活性分析

采用酶標儀對配體及配位聚合物的抗菌活性進行定性分析[23-25]。將大腸桿菌(E.coli, ATCC 25922)、沙門氏菌(S.typhimurium, CMCC(B) 50071)、白色葡萄球菌(S.albus, ATCC 8799)、藤黃八疊球菌(S.luteus, CMCC(B) 11001)、金黃色葡萄球菌(S.aureus, CMCC(B) 26003)、蠟狀芽孢桿菌(B.cereus, CMCC(B)63301)、枯草芽孢桿菌(B.subtilis, ATCC 6633)接種于Mueller-Hinton瓊脂平板，37 ℃培養(yǎng)24 h。通過麥氏比濁法將菌懸液稀釋至合適濃度(108cfu/mL)。配體和配位聚合物采用二甲基亞砜溶解，配置為濃度為10 mg/mL的溶液，將得到的溶液(10 mg/mL, 2 μL)加入含有200 μL菌懸液的酶標板中，用酶標儀在630 nm處測定7株病原菌的吸光度，以抑菌率(%)表示化合物的抑菌活性。在50～3.125 μg/mL濃度范圍內，采用雙倍稀釋法篩選出抑制率較高的化合物進行最低抑制濃度(MIC)測定。以環(huán)丙沙星作為抗菌活性陽性對照，空白組為DMSO。實驗重復三次并取平均值，用以下公式計算抑制率:

(1)

由表3初篩結果可以看出，配位聚合物對大腸桿菌、沙門氏菌、白色葡萄球菌、藤黃八疊球菌、枯草芽孢桿菌均具有較好的抗菌活性，較配體的抗菌活性均有所升高；但對金黃色葡萄球菌和蠟狀芽孢桿菌的抑制活性降低。由表4最低抑菌濃度(MIC)測定數(shù)據(jù)可知，配位聚合物對白色葡萄球菌，藤黃八疊球菌，枯草芽孢桿菌特異性較高，特別是在抗藤黃八疊球菌方面，可以與市售抗生素環(huán)丙沙星一致，說明了該配位聚合物在抗菌材料方面的潛在應用價值。

表3 配體及配位聚合物抗菌活性初篩(100 μg/mL)Table 3 Bactericidal activity screening test levels of the ligand and complex (100 μg/mL)

表4 配體及配位聚合物對細菌菌株最低抑菌濃度(MIC)測定Table 4 Tests of MIC of the ligand and complexes against bacterial strains

3 結 論

采用溶液擴散法，通過N-[(1-吡嗪基)-1-亞甲基]異煙酰肼與硝酸銀反應，得到了具有二維網(wǎng)狀結構的Ag(I) 配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n，X射線單晶衍射結構表明該配位聚合物屬于單斜晶系，并對該配位聚合物的發(fā)光性質及抗菌活性進行了測試研究。熒光光譜分析表明該配位聚合物具有良好的熒光性，且配位聚合物熒光性優(yōu)于配體；抑菌研究表明該配位聚合物在抗菌材料方面具有很大的應用潛力。