聯(lián)咪唑類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究

1、聯(lián)咪唑類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究【摘要】：咪唑具有特異的質(zhì)子接受性能、共軛酸堿性能及識(shí)別配位性能，享有“生命配體”之美譽(yù)。在自然界中，咪唑作為酶的活性中心功能基團(tuán)，參與了不少重要的生物化學(xué)反應(yīng)，對(duì)生命活動(dòng)起著十分重要的作用。而含有兩個(gè)咪唑環(huán)的2，2-聯(lián)咪唑(H_2biim)是一個(gè)多質(zhì)子給予雙齒配體，可以與許多金屬形成結(jié)構(gòu)獨(dú)特的配合物，是配位化學(xué)、超分子化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的重要研究對(duì)象之一；而且它還是一個(gè)重要的生物分子，在生物學(xué)上有非常廣泛的用途，特別是在合成模擬酶方面。因此，一方面，研究聯(lián)咪唑類金屬配合物的結(jié)構(gòu)及其與DNA之間的作用機(jī)理，進(jìn)一步探討小分子的結(jié)構(gòu)與其生物活性之間

2、的關(guān)系，不僅能幫助人們從分子水平理解人的生命過(guò)程及其某些疾病的發(fā)病機(jī)理，而且還為人們通過(guò)分子設(shè)計(jì)來(lái)尋求臨床上更為有效的藥物和開(kāi)發(fā)出新一代高效的DNA結(jié)構(gòu)探針提供理論指導(dǎo)；另一方面，研究聯(lián)咪唑及其金屬配合物的氫鍵組裝對(duì)于構(gòu)建超分子體系具有重要意義。本文首先合成了幾個(gè)含聯(lián)咪唑及其衍生物的金屬配合物，用元素分析、紅外光譜、晶體衍射等對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并用紫外、熒光、電化學(xué)、粘度、凝膠電泳等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分子模擬理論技術(shù)，研究了這些配合物與DNA之間的相互作用。其次，合成了五個(gè)聯(lián)咪唑及其金屬配合物與苯羧酸通過(guò)氫鍵組裝的超分子化合物，研究了其中的多種氫鍵模式和-相互作用。主要的研究結(jié)果概括如下：1合成了聯(lián)

3、咪唑錳配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2和聯(lián)咪唑鎘配合物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2，晶體結(jié)構(gòu)表明這兩個(gè)配合物結(jié)構(gòu)相似，均為中性化合物，聯(lián)咪唑的一個(gè)氮原子被質(zhì)子化，形成一價(jià)陽(yáng)離子(H_3biim+)，它采取單齒配位，中心Mn(Cd)原子是六配位，其配位環(huán)境為畸變的八面體。摩爾電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和量化計(jì)算結(jié)果表明，它們?cè)谌芤褐邪l(fā)生離解，形成配合物陽(yáng)離子Mn(H_3biim)_2(H_2O)_2(4+)，Cd(H_3biim)_2(H_2O)_2(4+)。與DNA相互作用的實(shí)驗(yàn)表明，這兩個(gè)配合物主要是在溝面與DNA發(fā)生靜電結(jié)合。DNA對(duì)錳配合物、鎘配合物的熒光有猝滅作

4、用，從中得到配合物與DNA的結(jié)合常數(shù)分別為1.48×104Lmol(錳配合物)和1.98×104Lmol(鎘配合物)。凝膠電泳實(shí)驗(yàn)表明錳配合物在pH=7.2、37條件下能夠切割質(zhì)粒pBR322DNA，其表觀速率常數(shù)為0.20h(-1)，我們對(duì)其切割機(jī)理進(jìn)行了初步探討，推斷其為水解切割；鎘配合物也能在pH=7.2、37條件下切割質(zhì)粒pBR322DNA。合成了雙甲基聯(lián)咪唑雙核銅()配合物Cu_2(Dmbiim)_4(H_2O)_2(ClO_4)_4·6H_2O(Dmbiim，1，1-二甲基-2，2-聯(lián)咪唑)，晶體結(jié)構(gòu)表明，整個(gè)分子呈籠狀，兩個(gè)銅原子由1，1-二甲基-2

5、，2-聯(lián)咪唑橋聯(lián)，兩個(gè)銅原子之間的距離為3.065A。整個(gè)分子形成了兩個(gè)互相交叉的通道，這樣的通道在超分子材料中有著非常重要的意義。研究了該配合物與DNA之間的相互作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該配合物通過(guò)靜電作用與小牛胸腺DNA的小溝鍵合。另外，凝膠電泳實(shí)驗(yàn)表明該配合物在抗壞血酸存在的情況下，能夠在pH=8.0、37條件下有效切割質(zhì)粒pBR322DNA。2利用2，2-聯(lián)咪唑與4-氨基苯甲酸(PABA)，3，4，5-三羥基苯甲酸(THBA)，磺基水楊酸(5-SSA)之間的氫鍵作用合成了三個(gè)超分子化合物：4-氨基苯甲酸-2，2-聯(lián)咪唑鹽酸鹽()，3，4，5-三羥基苯甲酸-2，2-聯(lián)咪唑鹽()，磺基水楊酸-2

6、，2-聯(lián)咪唑鹽()。由于聯(lián)咪唑中的氮原子被質(zhì)子化，化合物中存在著各種各樣的氫鍵作用模式。在化合物()中，晶體結(jié)構(gòu)中的基本單元是一個(gè)通過(guò)氫鍵模式R_22(9)和R_21(7)構(gòu)成的氫鍵三聚體PABAH_3biim+Cl-，這個(gè)三聚體基本單元又通過(guò)N-HCl氫鍵相互作用形成了一維帶狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)一維帶狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步通過(guò)帶與帶之間的N-HO弱氫鍵、相鄰苯環(huán)和咪唑環(huán)之間的-堆積作用形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在化合物()中，晶體中的基本單元是一個(gè)通過(guò)氫鍵模式R_22(9)構(gòu)成的氫鍵三聚體THBA-H_4biim(2+)THBA-，這個(gè)三聚體單元又通過(guò)O-HO氫鍵進(jìn)一步延伸成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。相鄰的苯環(huán)與咪唑環(huán)之間、

7、苯環(huán)與苯環(huán)之間的-堆積作用進(jìn)一步穩(wěn)定了該化合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在化合物()中，含有兩個(gè)構(gòu)型不同的聯(lián)咪唑陽(yáng)離子H_3biim+-1(N1，N2，N3，N4)和H_3biim+-2(N5，N6，N7，N8)。由于H_3biim+-1比H_3biim+-2扭曲的更厲害，兩個(gè)相鄰的H_3biim+-2通過(guò)R_22(10)環(huán)氫鍵肩并肩地連接，形成了中心對(duì)稱的二聚體：H_3biim+-2H_3biim+-2；而兩個(gè)相鄰的H_3biim+-1形成了不對(duì)稱的二聚體：H_3biim+-1H_3biim+-1。同時(shí)，H_3biim+-1與相鄰的5-SSA(2-)通過(guò)R_22(9)環(huán)氫鍵連接，而H_3biim+-2

8、與相鄰的5-SSA(2-)通過(guò)R_21(7)環(huán)氫鍵連接。而且，水分子與5-SSA(2-)中的磺酸基團(tuán)之間存在著O-HO氫鍵作用，晶體中還有弱的C-HO氫鍵，咪唑環(huán)和苯環(huán)之間還存在著-堆積作用。這些作用力共同促成了該化合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。還合成了聯(lián)咪唑鎳配合物Ni(H_2biim)_2(PABA)_2Cl_2·2H_2O(PABA，4-氨基苯甲酸)和聯(lián)咪唑鈷配合物Co(H_2biim)_2(H_2O)_2(isophthalate)·4H_2O(isophthalate，間苯二甲酸)。在鎳配合物中，陽(yáng)離子Ni(H_2biim)_2(PABA)_2(2+)，陰離子Cl-和水分子

9、通過(guò)N-HCl，O-HCl，O-HO氫鍵相連形成二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，氫鍵模式為R_21(7)和R_44(12)。該二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步通過(guò)相鄰苯環(huán)之間的-堆積作用形成了層狀結(jié)構(gòu)。在鈷配合物中，陽(yáng)離子Co(H_2biim)_2(OH_2)_2(2+)與相鄰的兩個(gè)間苯二甲酸根陰離子通過(guò)環(huán)氫鍵R_22(9)相連，形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)。由于間苯二甲酸中的兩個(gè)羧酸基團(tuán)處于間位位置，使這個(gè)鏈呈現(xiàn)波浪式。水分子通過(guò)O-HO氫鍵把鏈連接成了二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。相鄰的咪唑環(huán)和苯環(huán)之間，咪唑環(huán)和咪唑環(huán)之間的-堆積作用進(jìn)一步穩(wěn)定了該配合物的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?！娟P(guān)鍵詞】：聯(lián)咪唑DNA切割作用氫鍵組裝【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：

10、博士【學(xué)位授予年份】：2007【分類號(hào)】：O641.4【目錄】：中文摘要10-13ABSTRACT13-17第一章綜述及研究設(shè)想17-571.1引言171.2聯(lián)咪唑及其金屬配合物的研究概況17-251.3金屬配合物與核酸的作用方式25-341.3.1非共價(jià)結(jié)合25-271.3.2共價(jià)結(jié)合271.3.3切割作用27-341.4研究金屬配合物與DNA作用的常用方法34-381.4.1凝膠電泳34-351.4.2光譜法35-371.4.3電化學(xué)法371.4.4粘度法37-381.5研究設(shè)想38參考文獻(xiàn)38-57第二章聯(lián)咪唑錳、鎘配合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及其與DNA作用的研究57-872.1引言57-5

11、82.2配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的合成、晶體結(jié)構(gòu)及其與DNA作用的研究58-732.2.1實(shí)驗(yàn)部分58-612.2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑582.2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器582.2.1.3實(shí)驗(yàn)方法58-602.2.1.4配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的合成及表征60-612.2.2結(jié)果和討論61-732.2.2.1配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的晶體結(jié)構(gòu)61-652.2.2.2配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2與CTDNA作用的研究65-692.2.2.3配合物Mn(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2對(duì)

12、pBR322DNA的切割作用研究69-732.2.3小結(jié)732.3配合物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的合成、晶體結(jié)構(gòu)及其與DNA作用的研究73-832.3.1實(shí)驗(yàn)部分73-742.3.1.1實(shí)驗(yàn)試劑732.3.1.2實(shí)驗(yàn)儀器732.3.1.3實(shí)驗(yàn)方法732.3.1.4配合物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的合成及表征73-742.3.2結(jié)果和討論74-832.3.2.1配合物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2的晶體結(jié)構(gòu)74-772.3.2.2配合物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2與CTDNA作用的研究77-822.3.2.3配合

13、物Cd(H_3biim)_2(NCS)_2Cl_2對(duì)pBR322DNA的切割作用研究82-832.3.3小結(jié)83參考文獻(xiàn)83-87第三章二甲基聯(lián)咪唑雙核銅配合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及其與DNA作用研究87-1053.1引言873.2實(shí)驗(yàn)部分87-913.2.1實(shí)驗(yàn)試劑873.2.2實(shí)驗(yàn)儀器87-883.2.3實(shí)驗(yàn)方法88-903.2.4配合物Cu_2(Dmbiim)_4(H_2O)_2(ClO_4)_4·6H_2O(Cu-DM)的合成及表征90-913.3結(jié)果和討論91-1013.3.1配合物Cu-DM的晶體結(jié)構(gòu)91-953.3.2配合物Cu-DM與CTDNA作用的研究95-1003.3

14、.3配合物Cu-DM對(duì)pBR322DNA的切割作用研究100-1013.4小結(jié)101參考文獻(xiàn)101-105第四章聯(lián)咪唑與苯羧酸形成的超分子結(jié)構(gòu)研究105-1194.1引言105-1064.2實(shí)驗(yàn)部分106-1074.2.1實(shí)驗(yàn)試劑1064.2.2實(shí)驗(yàn)儀器1064.2.3實(shí)驗(yàn)方法1064.2.4三個(gè)化合物的合成及表征106-1074.2.4.14-氨基苯甲酸-2,2-聯(lián)咪唑鹽酸鹽()的合成及表征106-1074.2.4.23,4,5-三羥基苯甲酸-2,2-聯(lián)咪唑鹽()的合成及表征1074.2.4.35-磺基水楊酸-2,2-聯(lián)咪唑鹽()的合成及表征1074.3結(jié)果與討論107-1174.3.1化合物()的晶體結(jié)構(gòu)107-1104.3.2化合物()的晶體結(jié)構(gòu)110-1134.3.3化合物()的晶體結(jié)構(gòu)113-1174.4小結(jié)117-118參考文獻(xiàn)118-119第五章聯(lián)咪唑鎳、鈷配合物的合成、表征及其氫鍵組裝研究119-1305.1引言1195.2實(shí)驗(yàn)部分119-1205.2.1實(shí)驗(yàn)試劑1195.2.2實(shí)驗(yàn)儀器1195.2.3實(shí)驗(yàn)方法119-1205.2.4配合物的合成及表征1205.2.4.1配合物Ni(H_2biim)_2(PABA)_2Cl_2·2H_2O()的合成及表征1205.2.4.2配合物Co(H_2biim)_2(H_2O)_2(isophthalate)&