配位化合物簡介

摘要配位化合物是一類廣泛存在、組成較為復雜、在理論和應(yīng)用上都十分重要的化合物。目前對配位化合物的研究已遠遠超出了無機化學的范疇。它涉及有機化學、分析化學、生物化學、催化動力學、電化學、量子化學等一系列學科。隨著科學的發(fā)展，在生物學和無機化學的邊緣已形成了一門新興的學科一一生物無機化學。新學科的發(fā)展表明，配位化合物在生命過程中起著重要的作用。生物體內(nèi)需要一定量的金屬元素。對于人來說，這些“生命金屬”是一系列酶和蛋白質(zhì)的活性中心的組成部分。當生命金屬過量或缺少、或污染金屬元素在人體大量積累均將引起生理功能的紊亂而導致疾病，甚至死亡。故配位化學在醫(yī)學和藥學領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用和廣闊的前景。本文從配合物作為藥物、金屬解毒劑、抗凝血劑和抑菌劑以及配合物在臨床檢驗和生化實驗中的應(yīng)用等四個方面分別來闡述配位化學在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：配合物，解毒劑，抑菌劑，藥物一、配位化合物配位化合物(coordinationcompound)簡稱配合物，也叫錯合物、絡(luò)合物，為一類具有特征化學結(jié)構(gòu)的化合物，由中心原子或離子(統(tǒng)稱中心原子)和圍繞它的稱為配位體(簡稱配體)的分子或離子，完全或部分由配位鍵結(jié)合形成。如：K4[Fe(CN)6] [Cu(NH3)4]SO4[Ni(CO)4][CoCl(NH3)3]按配位體分類，可有：水合配合物。為金屬離子與水分子形成的配合物，幾乎所有金屬離子在水溶液中都可形成水合配合物，如〔Cu(H2O)4〕2+、〔Cr(H2O)6〕3+。鹵合配合物。金屬離子與鹵素(氟、氯、漠、碘)離子形成的配合物，絕大多數(shù)金屬都可生成鹵合配合物，如K2〔PtCl4〕、Na3〔AlF6〕。氨合配合物。金屬離子與氨分子形成的配合物，如〔Cu(NH3)4〕SO4。氤合配合物。金屬離子與氤離子形成的配合物，如K4〔Fe(CN)6〕。金屬羰基合物。金屬與羰基(CO)形成的配合物。如〔Ni(CO)4〕。二、對人體生命活動的重要意義生物體中幾乎所有的金屬都是以配合物的形式存在的，現(xiàn)已證明對人體有特殊生理功能的微量元素有Mn,Fe,Co,Mo,Zn,Mg,V,Cr,Si,Cu,Sn,Se等，他們均以配合物的形式存在于人體中，并且有特殊的生理功能。Fe,Cu是許多酶和一些蛋白質(zhì)的關(guān)鍵成分。生物體內(nèi)結(jié)合酶都是金屬螯合物如：DNA聚合酶、堿性聚合酶、碳酸酎酶、細胞色素氧化酶、絡(luò)氨酸酶維生素B12生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)是金屬螯合物如：血紅蛋白、肌紅蛋白等三、金屬藥物的設(shè)計金屬配合物對人體產(chǎn)生作用主要是通過有機藥物分子進入人體后，與人體內(nèi)的微量元素、細菌、病毒或者癌細胞中的金屬蛋白、金屬酶與核酸之間相互作用，促進機體正常代謝的恢復或破壞病原體的正常代謝，所以金屬藥物在設(shè)計時主要以蛋白質(zhì)和核酸為靶點。以蛋白質(zhì)為靶點。以蛋白質(zhì)為作用靶點的金屬藥物主要有：釩化合物的抗糖尿病作用、神化合物治療白血病、銻化合物治療利什曼蟲寄生病、鉍化合物治療胃潰瘍（幽門螺旋桿菌）、硒蛋白的抗氧化作用、治療動脈粥樣硬化。主要是利用這些金屬合成一些相應(yīng)的配合物，能夠與病原體選擇性的結(jié)合，從而起到抑制病原體增加以及滅殺病原體的作用。如阿爾海滋默?。ɡ夏臧V呆癥），其發(fā)病的一個主要原因有tau蛋白的聚集導致神經(jīng)纖維纏結(jié)，以及細NOH\斗|胞外的淀粉樣多肽沉積。而CU2+過量則會促進tau蛋白和AB多■■■■■■' 肽的聚集。利用這一點就可以設(shè)計相應(yīng)的金屬配合物，使之于CU2+結(jié)合。氯碘羥喹（clioquinol,CQ）是一種可以順利通過血腦屏障并對CU2+和其他金屬離子都有較強親合力的雙齒配體。CQ在體外可以使AB聚集體快速解聚,一般認為因為CQ與人。聚集體中的金屬（CU2+或Zn2+等）結(jié)合,從而使AB聚集體解聚。CQ還能顯著減少轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)AB的聚集。在臨床上曾被廣泛使用，但實驗發(fā)現(xiàn)CQ減緩機體功能的衰退不明顯，其對機體有不可忽視的副作用，故在一些國家被禁用。 ci、CI以核酸為靶點：目前以核酸為靶點的金屬藥物主 Pf要有順鉑、卡鉑以及釘配合物等。以順鉑為例，其作用nh/xnh3機制為：使腫瘤細胞DNA復制停止，阻礙細胞分裂進入體內(nèi)后，Cisplatin可擴散通過帶電的細胞膜，在Cl-離子濃度較高的條件下較穩(wěn)定進入細胞后，由于細胞Cl-農(nóng)度低，藥物水解為陽離子的水合物，再解離生成羥基絡(luò)合物。但其水溶性差，且僅能注射給藥，緩解期短。有嚴重的腎臟、胃腸道毒性、耳毒性及神經(jīng)毒性，長期使用會產(chǎn)生耐藥性。故需要尋找高效低毒的藥物、研究構(gòu)效關(guān)系和探索鉑配合物分子水平抗腫瘤作用機制。用不同的胺類（乙二胺、環(huán)己二胺等）和各種酸根（無機酸、有機酸）與鉑（II）絡(luò)合，合成一系列鉑配合物改善其性能?，F(xiàn)在國際上已經(jīng)普遍認為，釘配合物將成為最有前途的抗癌藥物之一。釘配合物具有低毒性，易吸收并可很快排泄的特點在抗腫瘤方面有著巨大的應(yīng)用。歐盟自1997年就成立了釘抗癌藥物的研究和發(fā)展工作組（COSTD8），加強相應(yīng)的研究。釘（III）配合物抗癌活性的重要的假設(shè)一一“還原活化”（Activationbyreduction），即釘（III）配合物可能只是前體藥物，在體內(nèi)通過還原活化后與生物分子發(fā)生作用。目前已有多種釘?shù)呐浜衔锉粦?yīng)用在抗癌一線。金屬藥物的吸收、分布、代謝、排出和毒性的行為不容忽視。四、金屬配合物作為藥物有些具有治療作用的金屬離子因其毒性大、刺激性強、難吸收性等缺點而不能直接在臨床上應(yīng)但若把它們變成配合物就能降低毒性和刺激性，利于吸收，如檸檬酸鐵配合物可以治療缺鐵性貧血；酒石酸銻鉀不僅可以治療糖尿病，而且和維生素B12等含鉆螯合物一樣可用于治療血吸蟲病，等等。殺菌藥物和抗凝血劑在血液中加入少量EDTA或檸檬酸鈉，可螯合血液中的Ca2+，防止血液凝固，有利于血液的保存。另外，因為螯合物能與細菌生長所必需的金屬離子結(jié)合成穩(wěn)定的配合物，使細菌不能賴以生存，故常用EDTA作抑菌劑配合金屬離子，防止生物堿、維生素、腎上腺素等藥物被細菌破壞而變質(zhì)。多數(shù)抗微生物的藥物屬于配體，當其和金屬配值后往往能增強其活性，如銅離子能提高對一乙酰胺基苯甲醛縮氨基硫尿的抗結(jié)核菌能力，鐵與。-羥基喹啉形成的配合物有很強的殺菌作用?？共《舅幬锊《臼遣≡⑸镏凶钚〉囊环N，其核心是核酸，外殼是蛋白質(zhì)，不具有細胞結(jié)構(gòu)。大多數(shù)病毒缺乏配系統(tǒng)，不能獨立自營生活，必須依靠宿主的酶系統(tǒng)才能使其本身繁殖。某些金屬配合物有抗病毒的活性，病毒的核配和蛋白質(zhì)均為配體，能與金屬配合物作用，或占據(jù)細胞表面防止病毒的吸附，或防止病毒在細胞內(nèi)的再生，從而阻止病毒的繁殖?？拱┧幬锉娝苤?，癌是惡性腫瘤，它對人的生命威脅極大。化療是治療癌癥的重要手段，但是其毒副作用較大，于是尋求高效、低毒的抗癌藥物一直是人們孜孜以求、不懈努力的奮斗目標。自1965年美國Rosenberg偶然發(fā)現(xiàn)順鉑具有抗癌活性以來，金屬配合物的藥用性引起了人們的廣泛關(guān)注，開辟了金屬配合物抗癌藥物研究的新領(lǐng)域。隨著人們對金屬配合物的藥理作用認識的進一步深入，新的高效、低毒、具有抗癌活性的金屬配合物不斷被合成出來。其中包括某些新型鉑配合物、有機錫配合物、有機鍺配合物、茂鈦衍生物、稀土配合物、多酸化合物等。除了作為藥物以外，有效成分的金屬配合物在藥物分析中業(yè)有應(yīng)用。根據(jù)天然藥物有效成分與金屬元素或其他配體間形成的配合物的理化性質(zhì)，如熒光特性等，可以對天然藥物中有效成分進行定量分析。維生素類維生素是維持人體正常代謝所必須的物質(zhì)。多數(shù)維生素是輔酶的組成成分，在體內(nèi)能是氧化性谷胱甘肽轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性谷胱甘肽，使沒分子中的秋季維持之還原狀態(tài)，從而保護含秋季的沒。對于有機、無機毒物有解毒作用，可用于鉛、汞、砷、苯等慢性中毒和放射病的防治。維生素C有助于鐵的吸收，對血紅蛋白的合成和紅細胞的成熟有一定的促進作用，用于治療巨紅細胞性和缺鐵性貧血。過量的維生素D可引起高血鈣、軟組織鈣化，而過量的維生素C可增加尿中草酸鹽的排泄有可能形成結(jié)石因此服用過量的維生素也是有害的。強心類毛地黃和許多相近的藥物對心臟具有特殊和有效作用。毛地黃是毛地黃植株的十葉，它的有效成分是糖苷類，毛地黃可引起心肌收縮力量增強，同時能使衰弱心臟的快速跳動、不規(guī)律和無效的波動的心率變慢。肌肉收縮是由于肌肉細胞中鈣離子的存在，神經(jīng)系統(tǒng)受到刺激放出一種乙酰膽堿，神經(jīng)刺激就開始傳送下去。乙酰膽堿分子帶正電，當他穿過細胞膜時，就把那里的鈣離子寄到細胞里面去。放出的鈣離子馬上在肌球蛋白與肌動蛋白之間大橋，而把他們拉在一起，因此肌纖維收縮。5.利尿類——汞利尿劑利尿劑是促進尿液形成的藥物，汞利尿劑是研究的最清楚有效的，他們都是丙酵汞的衍生物。汞制劑限定只用于肌肉注射，因為用于靜脈注射是劇毒的。在腎臟中，有機汞利尿劑全部解離產(chǎn)生汞離子，這種汞離子可能是有效的藥物。五、配合體作為螯合藥物一解毒劑由于環(huán)境污染、職業(yè)性中毒以及金屬代謝障礙均能造成體內(nèi)Hg、Pb、Cd、As、Be等有害元素的積累以及Fe、Ga、Cu等必需元素的過量而引起金屬中毒。為使有害或過量金屬元素從體內(nèi)排出，常選用一些藥物，它能和這些金屬生成水溶性大、穩(wěn)定性強而無毒的配合物從體內(nèi)排出。這種藥物稱為金屬解毒劑。例如：D-青霉胺、半胱霉酸、金精三羧酸在機體內(nèi)可分別結(jié)合Ca2+、Ba2+，形成水溶性配合物排出體外；2,3-二巰基丙醇可從機體內(nèi)排除汞、金、鎘、鉛、餓、銻、神等離子；EDTA是分析化學中應(yīng)用很廣的配合滴定劑，在機體內(nèi)可排出鈣、鉛、銅、鋁、金離子，其中最為有效的是治療血鈣過多和職業(yè)性鉛中毒，例如Ca-EDTA治療鉛中毒，是利用其穩(wěn)定性小于Pb-EDTA，Ca-EDTA中的Ca2+可被Pb2+取代而成為無毒的、可溶性的Pb-EDTA配合物經(jīng)腎排出。對于放射性核素，如DT-PA,EHDP等螯合劑具有良好的親和性，尤其表現(xiàn)在對阿系、鑭系金屬元素有良好的促排效果。其中最早的這類解毒劑是1940年出現(xiàn)的二琉基丙醇，當初是用作含神試劑路易氏氣體的解毒劑，故命名為英國抗路易氏劑（BAL），至今尚用作含金、汞、銻、神等化合物的解毒劑。它與這些金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的水溶性配合物后,消除了毒性且隨尿排泄體外。六、配合物在臨床檢驗中的應(yīng)用臨床檢驗中，利用配合物反應(yīng)生成具有某種特殊顏色的配離子,根據(jù)不同顏色的深淺可進行定性和定量分析。例如在測定尿鉛的含量中，常用雙硫腙與Pb2+生成紅色螯合物，然后進行比色分析；Fe3+可用硫氤酸鹽和其生成血紅色配合物來檢驗。檢驗人體是否是有機汞農(nóng)藥中毒,取檢液經(jīng)酸化后,加入二苯胺基脲醇清液，若出現(xiàn)紫色或藍紫配合物，即證明有汞離子存在。結(jié)論和展望配位化學雖然在醫(yī)藥方面有了一定的發(fā)展，它在生命科學中的發(fā)展也起到了舉足輕重的作用，大家也都熟知配位化學在很多領(lǐng)域使用的好處，但是并沒有得到飛躍的發(fā)展，仍然比較落后。比如說，中藥的現(xiàn)代化進程需要從分子水平上探討天然藥物的協(xié)同、拮抗和雙向作用，從而揭示天然藥物作用的本質(zhì)，進而闡述中醫(yī)藥理論；同時對中藥復方中藥物間的相互作用關(guān)系的研究，可以在理論上指導中藥配伍的改進，創(chuàng)制更合理的方劑，為中藥新藥開發(fā)提供理論依據(jù)，目前這方面的研究有待進一步深入。還有，配位化學在抗毒中的運用也有待提高，尤其是治療或者緩解一些比如蛇毒等在很短時間內(nèi)就會致命的劇毒等。另外，在研究抗癌藥物方面也都基本處于試驗階段，人們對于很多配合物的抗癌機理仍不是很清楚。但是，隨著配位化學的逐步發(fā)展以及同其他學科的相融合，相信一定可以創(chuàng)造出更多的人類財富。參考文獻：高峰.配位化合物及其在醫(yī)學藥學方面的應(yīng)用研究.徐州醫(yī)學院學報2003年04期徐延瓞.配位化學在工業(yè)中的應(yīng)用.高等教育出版社1989年10月第一版胡文玉.配位化合物在醫(yī)學和藥學方面的意義和應(yīng)用.微量