張 琴，黃 羽，李知敏，胡 邁，廖向文，王金濤

(江西科技師范大學(xué)藥學(xué)院，江西省藥物分子設(shè)計(jì)與評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330013)

0 引 言

多吡啶衍生物作為有機(jī)配體與過渡金屬螯合具有良好的光學(xué)活性，并且在DNA光裂解、DNA結(jié)合和DNA識別中起著重要作用[1]。多吡啶有多種修飾方法，其中，基于甲基化的多吡啶配合物具有特殊的生物活性，這可能是由于化合物的氧化還原行為在甲基化后會(huì)發(fā)生顯著的變化。例如，帶有甲基化多吡啶的釕(Ⅱ)配合物具有抗增殖活性[2]。與其他過渡金屬相比，銅是大多數(shù)需氧生物的基本元素，常被用作結(jié)構(gòu)因子，因此它參與了許多重要的生物途徑[3-4]。據(jù)報(bào)道，銅配合物可依賴于陽離子和帶負(fù)電荷的脫氧核苷酸骨架之間形成靜電相互作用[5]。有報(bào)道指出帶有N-甲基化吡啶基的化合物顯示出較好的光譜和電化學(xué)性質(zhì)[6]。將甲基化的多吡啶與銅配位以期發(fā)現(xiàn)更好的生物活性。培養(yǎng)目標(biāo)配合物的單晶是探索配合物結(jié)構(gòu)最直觀的方法[7]，通過X射線單晶衍射技術(shù)對其進(jìn)行表征可以直觀地觀察到配合物的鍵長及鍵角。溫度、濃度和pH值等條件都會(huì)影響單晶的形狀及大小[8]，因此研究目標(biāo)配合物的單晶結(jié)構(gòu)依舊是探究配合物結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要方法。

本文設(shè)計(jì)并合成了一種具有強(qiáng)吸電子特性的含N-甲基化多吡啶的配合物1(見圖1)，通過溶劑緩慢揮發(fā)法培養(yǎng)了目標(biāo)配合物的晶體，通過X射線單晶衍射和XPS對配合物的結(jié)構(gòu)以及Cu的價(jià)態(tài)進(jìn)行了分析并使用熱重分析法對其穩(wěn)定性進(jìn)行了初步分析[9]，最后研究了配合物光裂解DNA的性質(zhì)。

圖1 配合物1的合成Fig.1 Synthesis of complex 1

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：本實(shí)驗(yàn)所用試劑除配體1-甲基-4′-對苯甲基-2,2′,6′,2″-三聯(lián)吡啶六氟磷酸鹽(L)由本課題組之前報(bào)道的實(shí)驗(yàn)步驟合成外[10]，其他藥品均為市售分析純。

儀器：Bruker公司生產(chǎn)的D8 VENTURE型X射線單晶衍射儀；島津公司AXIS NOVA型X射線光電子能譜儀和TGA-50H熱重分析儀；電泳實(shí)驗(yàn)采用Bio-Rad Sub-Cell GT電泳系統(tǒng)，凝膠成像采用JUNYI掃描儀。

1.2 配合物1的合成

將L(0.2 mmol，96.7 mg)和CuCl2·2H2O(0.11 mmol, 18.7 mg)的混合物加入到10 mL乙二醇中，在150 ℃下反應(yīng)3 h，然后將反應(yīng)混合物冷卻到室溫，加入0.2 mol/L KPF6水溶液(5 mL)，立即產(chǎn)生紅棕色沉淀，通過離心得到沉淀，真空干燥，產(chǎn)率為80%(96 mg)。元素分析按C46H42CuF18N6OP3計(jì)算值(%): C 42.96, H 3.29, N 6.53; 測試值(%): C 43.14, H 3.06, N 6.61。

1.3 配合物1單晶的結(jié)構(gòu)測定與解析

采用溶劑揮發(fā)法培養(yǎng)晶體。將10 mg配合物溶解在乙腈/水(1∶1，體積比)的混合溶液中，常溫靜置揮發(fā)約10 d，得到黃色針狀晶體。使用經(jīng)過石墨單色化的MoKα射線，λ=0.071 073 nm為入射輻射，在150.0 K條件下以ω-2θ掃描方式在3.902°≤2θ≤52.834°范圍內(nèi)收集衍射數(shù)據(jù)31 514個(gè)，使用10 165個(gè)獨(dú)立衍射點(diǎn)(Rint=0.065 4)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和修正。配合物1的結(jié)構(gòu)是使用內(nèi)在相位法通過ShelXT解析的[11]，該結(jié)構(gòu)解析方案程序是使用Intrinsic Phasing并通過ShelXL進(jìn)行了完善[12]。利用島津TGA-50H熱分析儀進(jìn)行熱重測試，測試溫度為20～600 ℃，升溫速率為10 ℃/min，流動(dòng)N2保護(hù)。使用X射線光電子能譜儀(AXIS NOVA，Al Kα為發(fā)射源，光斑大小為500 μm，分析模式為CAE: Pass Energy 20.0 eV)進(jìn)行XPS分析。

1.4 DNA裂解實(shí)驗(yàn)

采用凝膠電泳評價(jià)了配合物1的光誘導(dǎo)裂解DNA活性。用PBS緩沖液配制超螺旋pBR322 DNA (19 μmol/L堿基對濃度)和不同濃度的配合物1樣品，在環(huán)境溫度下用低功率紫外燈(365 nm，6 W，60 min)照射。樣品和燈之間的距離為5 cm。之后加入4 μL終止液，裂解產(chǎn)物在80 V下于0.8%瓊脂糖凝膠上于TBE緩沖液(89 mmol/L Tris-硼酸鹽，2 mmol/L Na2H2EDTA，pH=8.3)中電泳90 min。凝膠用GelRed染色，并在254 nm的紫外透射光源上拍攝。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物1的晶體結(jié)構(gòu)分析

配合物1通過單晶X射線單晶衍射進(jìn)行表征。晶體學(xué)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)細(xì)化參數(shù)如表1所示，鍵長及鍵角如表2所示。

表1 配合物1的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)Table 1 Crystal structure date of complex 1

表2 配合物1主要的鍵長(nm)和鍵角數(shù)據(jù)(°)Table 2 Data of main bond lengths (nm) and bond angles(°) of complex 1

X射線單晶衍射結(jié)果表明，配合物1屬于單斜晶系，P21/c空間群。目標(biāo)配合物由一個(gè)亞銅離子、兩個(gè)1-甲基-4′-對苯甲基-2,2′,6′,2″-三聯(lián)吡啶配體、三個(gè)六氟磷酸根和一個(gè)水分子組成。三個(gè)六氟磷酸根均勻地分布在配體的苯甲基之間。該結(jié)構(gòu)的ORTEP圖如圖2所示，中心Cu(1)原子具有扭曲的四面體配位幾何結(jié)構(gòu)，Cu(1)與兩個(gè)配體提供的四個(gè)N(N1，N2，N3，N4)配位，其鍵長為Cu(1)—N(1)=0.197 5(3) nm，Cu(1)—N(2)=0.211 0(3) nm，Cu(1)—N(3)=0.198 8(3) nm，Cu(1)—N(4)=0.207 5(3) nm。甲基化吡啶環(huán)(N5，C18—C22)和相鄰吡啶環(huán)(N2，C10—C010)所形成的二面角為59.96°。環(huán)1(N6，C34—C38)和環(huán)2(N1，C11—C15)之間的二面角僅6.29°，表明它們接近平行。相應(yīng)環(huán)中心之間的距離為0.382 6 nm，表明分子內(nèi)π-π堆積相互作用參與穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。分子之間近似環(huán)中心之間的距離為0.429 0 nm(見圖3)，暗示分子之間存在有π-π弱堆積作用。

圖2 配合物1的晶體示意圖Fig.2 ORTEP diagram of complex 1. Solvent molecules and hydrogen atoms have been omitted for clarity

圖3 配合物1結(jié)構(gòu)中分子的π-π堆積Fig.3 Intramolecular π-π stacking interactions in complex 1 structure

2.2 熱重分析

圖4為配合物1的熱重分析圖譜。從圖中可以看出，配合物1具有較高的熱穩(wěn)定性。當(dāng)溫度升高至249 ℃時(shí)逐漸出現(xiàn)失重現(xiàn)象，此時(shí)配合物的基本構(gòu)架已開始經(jīng)坍塌，可能是配位鍵的斷裂引起的[13]。在溫度趨于600 ℃時(shí)仍處于繼續(xù)失重狀態(tài)，失重占率為42.93%。這說明配合物1至少在200 ℃以下具有相對較高的穩(wěn)定性，在常溫活性測試時(shí)應(yīng)該能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.3 配合物1的XPS分析

合成配合物1時(shí)使用的是Cu2+，但從晶體結(jié)構(gòu)中看出Cu2+發(fā)生了價(jià)態(tài)的變化。為了探討其在配合物中的價(jià)態(tài)，進(jìn)行了XPS分析。Cu2p XPS光譜被廣泛應(yīng)用于銅配合物的分析，其對配合物的空間和電子結(jié)構(gòu)的微小變化很敏感。一般而言，Cu2+的Cu2p3/2主峰要比單質(zhì)銅及Cu2O的峰高，而Cu2+和Cu+的主要區(qū)別在于衛(wèi)星峰。電荷轉(zhuǎn)移是描述過渡金屬核心XPS光譜的公認(rèn)模型。Cu2p光譜中的主線被指定為2p53 d10L-1>狀態(tài)，這是由配體到銅離子的電流變引起的，空穴在2p核心能級。同時(shí)，Cu2p光譜中的衛(wèi)星峰對應(yīng)于光發(fā)射過程中銅離子轉(zhuǎn)變?yōu)?p53d9>狀態(tài)[14-15]。

圖4 配合物1的熱重分析圖Fig.4 Thermogravimetric analysis diagram of complex 1

圖5 配合物1的擬合Cu2p XPS譜圖Fig.5 Cu2p XPS spectra of complex 1

從圖5可以看到，Cu2p3/2峰并未出現(xiàn)衛(wèi)星峰，由此可知銅是以Cu+的形式存在[16]。因?yàn)?，與順磁性Cu2+化合物相比，反磁性Cu+化合物在Cu2p光譜中不顯示衛(wèi)星峰。通過對XPS圖譜曲線的擬合，932.42 eV的峰對應(yīng)Cu+的Cu2p3/2，952.12 eV的峰對應(yīng)于Cu+的Cu2p1/2，峰值差為19.7 eV這正好與Cu+標(biāo)準(zhǔn)峰的位置相對應(yīng)。從文獻(xiàn)中得知，乙二醇在高溫條件下可作為還原劑。因此銅以Cu+的形式存在的原因可能是乙二醇作為溶劑和還原劑，隨著反應(yīng)溫度的升高，還原反應(yīng)速度加快，通過溶劑熱還原法使Cu2+還原為Cu+[17-18]。

2.4 DNA光裂解分析

銅配合物帶有大量電荷，而DNA由于堿基對的存在帶有大量負(fù)電荷。為了探討配合物1對DNA的作用，進(jìn)行了DNA光裂解研究。DNA的解旋可以通過金屬配合物將DNA的閉合超螺旋環(huán)(Form Ⅰ)轉(zhuǎn)化為開環(huán)松弛形式(Form Ⅱ)或線性形式(Form Ⅲ)的能力來定義[19-20]。不同濃度的銅配合物在TBE緩沖液中進(jìn)行。如圖6所示，配合物1作為一種化學(xué)核酸酶，將DNA從Form Ⅰ展開到Form Ⅱ。隨著配合物1濃度的增加，F(xiàn)orm Ⅰ逐漸減少，F(xiàn)orm Ⅱ逐漸增加。當(dāng)配合物濃度達(dá)到100 μmol/L時(shí)，F(xiàn)orm Ⅰ完全轉(zhuǎn)化為Form Ⅱ。由此可見，配合物1具有明顯的DNA光裂解能力，提示其具有良好的潛在生物活性。

圖6 配合物1光解pBR322 DNA的濃度依賴性Fig.6 Concentration-dependent of pBR322 DNA photocleavaged by complex 1

3 結(jié) 論

本文以1-甲基-4′-對苯甲基-2,2′,6′,2″-三聯(lián)吡啶六氟磷酸鹽為配體，合成配合物[CuL2](PF6)3·H2O(配合物1)。利用溶劑揮發(fā)法生長單晶。X射線晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn)該配合物屬于單斜晶系，P21/c空間群。熱重分析研究表明配合物1具有較好的熱穩(wěn)定性。XPS分析表明配合物中銅以Cu+的形式存在，推測是由于乙二醇為溶劑和還原劑，通過溶劑熱還原法使Cu2+還原為Cu+。DNA裂解實(shí)驗(yàn)表明配合物能明顯使DNA解旋，這表明該配合物具有良好的潛在生物活性。