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(shù)學(xué)院分析測試中心，廣州 510300；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)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(yīng)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(nèi)都起著非常重要的作用[2-4]?；衔飳δ承┘?xì)菌、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(qiáng)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(xì)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?。籄lmeida等[10]將銀(I)配位化合物負(fù)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(jié)構(gòu)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(tuán)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(gòu)型、生物活性及光學(xué)材料等方面有獨(dú)特的性質(zhì)，近年來一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)藥物拼合原理，本文設(shè)計(jì)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(yīng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和性質(zhì)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(shí) 驗(yàn)

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(jìn)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(jìn)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(biāo)儀上進(jìn)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(jì)算 (%): C, 32.19; H, 2.49; N, 18.80; 實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行收集。采用SAINT和SADABS-2008/1 (Bruker,2008)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行還原吸收校正[16]，在3.662°≤θ≤30.456°范圍內(nèi)收集衍射數(shù)據(jù)16 565個(gè)，使用4 447個(gè)獨(dú)立衍射點(diǎn)(Rint=0.021 7)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和修正。采用SHELXT程序通過直接法求解結(jié)構(gòu)[17]，并通過SHELXL-2018程序?qū)θ糠菤湓幼鴺?biāo)及其各向異性熱參數(shù)進(jìn)行全矩陣最小二乘法修正[18]，對骨架中所有的非氫原子進(jìn)行各向異性精修，骨架結(jié)構(gòu)中的氫原子位置全部采用理論加氫的方式進(jìn)行確定，所有的氫原子則采用各向同性精修，主要的晶體學(xué)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(xué)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)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(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gè)扭曲的四角錐形幾何體的中心，同時(shí)與三個(gè)N原子(N2，N3，N1′)及兩個(gè)O原子(O1，O2)配位，其中三個(gè)氮原子分別由兩個(gè)配體分子提供，兩個(gè)氧原子分別來源于配體內(nèi)碳基基團(tuán)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(jié)構(gòu)，橋連的兩個(gè)Ag1原子之間的距離是0.733 6 nm；Ag2離子分別與兩個(gè)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)報(bào)道基本一致[19-20]。扭轉(zhuǎn)角∠C11-N5-N5i-C9i=180.00°說明兩個(gè)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(jié)構(gòu)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(dòng)，3 046 cm-1附近峰歸屬于吡啶環(huán)上C-H鍵伸縮振動(dòng)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(dòng)所引起，吡嗪酮中C=O鍵的伸縮振動(dòng)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(dòng)峰，1 225 cm-1為鏈上C=N雙鍵伸縮振動(dòng)峰，1 169 cm-1、1 126 cm-1峰C-N鍵伸縮振動(dòng)峰，1 099～585 cm-1峰歸屬于芳香環(huán)上C-H鍵面內(nèi)搖擺振動(dòng)。1 381 cm-1、841 cm-1分別對應(yīng)配位陰離子硝酸根的反對稱伸縮振動(dòng)峰和伸縮振動(dòng)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(dāng)激發(fā)波長為340 nm時(shí)，配位聚合物在539 nm處出現(xiàn)較強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，波長出現(xiàn)了紅移，這可能是因?yàn)榻饘倥湮粚?dǎo)致電子從配體至金屬空軌道的轉(zhuǎn)移，π電子共軛度增加，減少了配體內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移帶來的能量損失，且結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)的結(jié)果，使配位聚合物熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)[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(biāo)儀對配體及配位聚合物的抗菌活性進(jìn)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?zhǔn)媳葷岱▽⒕鷳乙合♂屩梁线m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(biāo)板中，用酶標(biāo)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(nèi)，采用雙倍稀釋法篩選出抑制率較高的化合物進(jìn)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(shí)驗(yàn)重復(fù)三次并取平均值，用以下公式計(jì)算抑制率:

(1)

由表3初篩結(jié)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(yīng)用價(jià)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(xì)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(jié) 論

采用溶液擴(kuò)散法，通過N-[(1-吡嗪基)-1-亞甲基]異煙酰肼與硝酸銀反應(yīng)，得到了具有二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Ag(I) 配位聚合物{[Ag3L2(NO3)2]CH3CN}n，X射線單晶衍射結(jié)構(gòu)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(zhì)及抗菌活性進(jìn)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(yīng)用潛力。