水楊醛及其衍生物席夫堿的合成與應(yīng)用

水楊醛及其衍生物席夫堿的合成與應(yīng)用

1其他功能化合物癌癥嚴(yán)重危害人類健康?？茖W(xué)家們不僅希望盡快克服疾病和相關(guān)疾病，而且具有普遍重要性。因此，我們沒有停止過選擇功能高、毒性和副作用低的抗高血壓藥物。多年的研究發(fā)現(xiàn),一些席夫堿具有良好的殺菌抗癌作用外,還具有止痛、抗炎、抗菌及滅菌、抗病毒等活性。席夫堿因它的基本結(jié)構(gòu)中含結(jié)構(gòu),其雜化軌道上的N原子具有孤對電子,所以賦予它重要的化學(xué)與生物學(xué)上的意義。此基團左右又可引入各類功能基團使其衍生化,從而在應(yīng)用上獨具特色。水楊醛具有止痛、抗炎、抗菌及滅菌、抗病毒活性,是一種有效的除草劑、殺蟲劑、殺菌劑。又因金屬席夫堿配合物的合成簡單,應(yīng)用廣泛,許多年來,從事配合物領(lǐng)域的科學(xué)家對它一直有著廣泛的興趣,本文著重對水楊醛及其衍生物席夫堿的性能方面進行了綜述,闡述了它的現(xiàn)場配位標(biāo)記放射性金屬核素的潛力、殺菌活性、對超氧離子的抑制作用、催化活性及其在各領(lǐng)域特別是在分析領(lǐng)域的應(yīng)用。2一般化合物的合成和影響2.1組合金屬離子的合成席夫堿金屬配合物最早合成并且報道是在19世紀(jì)60年代,配體的反應(yīng)機理是:水楊醛及其衍生物中所含的羰基與一級胺類化合物進行親核加成反應(yīng),親核試劑為胺類化合物,其化合物結(jié)構(gòu)中帶有孤電子對的氮原子進攻羰基基團上帶有正電荷的碳原子,完成親核加成反應(yīng),形成中間產(chǎn)物α-羥基胺類化合物,然后進一步脫水形成席夫堿。配體的合成相對簡單,主要是溶劑的選擇,一般溶劑選擇為甲苯、苯以及乙醇等,其反應(yīng)溫度溫和,從零度至100℃左右,但席夫堿配體的純化相對復(fù)雜,一般不采用色譜法,因為席夫堿在硅膠柱中能導(dǎo)致分解,所以大多數(shù)情況下采用結(jié)晶純化,純化試劑可以使用極性較小的己烷或者是環(huán)己烷,產(chǎn)生的席夫堿配體在室溫下不溶或微量溶于這些溶劑,而在溫度較高時溶于這些溶劑,利用溫差對席夫堿配體溶解度的變化,從而提純席夫堿配體。對于不同的過渡金屬,當(dāng)它與配體配合時,方法有許多種,根據(jù)文獻目前比較成熟的有五種合成方法,它們分別針對五種金屬化合物:醇鹽類、氨基類金屬化合物、烴基類金屬化合物、羧酸類金屬化合物、金屬鹵化物,金屬化合物的不同而采用的合成方法。金屬與配體的結(jié)合主要是通過過渡金屬的d軌道接受配體中氮原子、氧原子等原子所帶的孤電子對,形成共價配鍵。水楊醛及其衍生物與某些伯胺類化合物縮合形成的席夫堿及其金屬螯合物,具有特殊的抗癌、抗炎、殺菌抑霉等活性,引起了各國化學(xué)家的廣泛興趣。從國內(nèi)外的大量資料可以知道,目前合成席夫堿配合物的方法主要采用的是一般合成法,從溶液中將化合物結(jié)晶出來是單晶體生長的最常用形式,一般程序是通過冷卻或蒸發(fā)化合物飽和溶液,讓化合物結(jié)晶出來。又根據(jù)反應(yīng)物活性的差別大致分為四種情況:(a)直接合成法或稱“現(xiàn)場合成法”;此方法十分常見;(b)分步反應(yīng)法:有時遇到合成的席夫堿難溶或溶解度很小等困難,可控制反應(yīng)條件,先制成新鮮的席夫堿溶液,然后加入金屬鹽而獲得預(yù)期的配合物。二聚體[Ni(TSSB)(Phen)(H2O)]·4H2O的合成,像這樣配體和配合物合成在同一步反應(yīng)中進行的方法也稱為“一步法”或“一鍋法”;(c)模板合成法:當(dāng)反應(yīng)活性低或產(chǎn)物不穩(wěn)定,不能得到預(yù)期席夫堿時,可將金屬離子作為模板試劑加入到羰基化合物中與二胺反應(yīng),則可能形成含金屬離子的席夫堿配合物。水楊醛和金屬鋅在冰浴中進行混合反應(yīng),隨后再逐滴加入三乙烯四胺形成目標(biāo)產(chǎn)物;(d)逐滴反應(yīng)法:有些席夫堿易析出固體,但難于溶解,上述三種方法均難采用?？捎靡环N逐滴反應(yīng)法,先將伯胺類與金屬離子溶液混合,然后逐滴滴入醛或酮類溶液,劇烈攪拌下,少量配體一旦形成立即與已存在的過量金屬離子反應(yīng)形成配合物。除了一般合成法外,用水熱(或溶劑熱)法、擴散法、分層法和升華法來合成配合物單晶也日漸發(fā)展起來。水熱法是在特定的密閉反應(yīng)容器里,以水溶液為反應(yīng)介質(zhì),通過對反應(yīng)容器加熱,創(chuàng)造一個高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境,使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶,陳振鋒等人曾用水熱法合成了席夫堿配合物。擴散法又有界面擴散,蒸氣擴散和凝膠擴散之分,袁琦等人用液相擴散法合成了三核銅配合物。總的來說,一般合成法是目前為止最簡單和最常用的合成法,其他幾種雖然比較常用、有效,但存在一定的條件限制:水熱、溶劑熱反應(yīng)的特點是簡單易行、快速高效(一般反應(yīng)時間較短、每次可同時進行多個反應(yīng))、成本低、污染少。該方法的不足之處在于,一般情況之下只能看到結(jié)果,難以了解反應(yīng)過程,而且由于不同反應(yīng)釜的質(zhì)量不同,耐壓、耐高溫程度也有所不同,反應(yīng)釜發(fā)生爆炸的事件也時有發(fā)生。升華法雖然能形成配合物并且長出好晶體,但符合升華要求的條件不是很多以及其他原因,該方法比較少用。在經(jīng)過大量實驗,積累豐富的經(jīng)驗后,就可以根據(jù)原料和條件選擇有效的合成方法來合成目標(biāo)產(chǎn)物。2.2配合物的制備影響水楊醛席夫堿配合物形成和結(jié)晶的因素是多方面的。氮原子的電子密度,碳原子所帶正電荷數(shù)直接關(guān)系著配體反應(yīng)的速度。增強胺類物質(zhì)中氮原子的電子云密度和碳原子所帶正電荷數(shù),從反應(yīng)平衡中去掉產(chǎn)物中的水,讓氮原子或羰基碳原子直接連有大的基團,都可實現(xiàn)加速效果。在水楊醛席夫堿制備過程中普遍都調(diào)至弱堿性,可以除去水楊醛羥基上的氫,更方便金屬離子的配位,而在酸性條件下席夫堿會分解。同樣,席夫堿在高溫下也不穩(wěn)定,所以反應(yīng)溫度比較溫和,通常都不高于100℃。在形成配合物后的結(jié)晶過程中,為得到比較完美的晶體,常將溶液采取緩慢冷卻或蒸發(fā),較高溫條件下結(jié)晶可以減少化合物與不必要溶劑共結(jié)晶的幾率,但無論如何結(jié)晶過程都需放置在一個非震動環(huán)境中,而且不可以讓溶劑揮發(fā)完全。實驗證明,緩慢結(jié)晶過程往往是成功之路。3一般復(fù)合物的性能3.1金屬席夫堿配合物Hodnett等經(jīng)試驗表明醛取代基抗癌效應(yīng)優(yōu)于胺取代基,水楊醛類席夫堿優(yōu)于其他醛類,而且親油性和吸電子性的取代基使席夫堿抗腫瘤活性所需要的醛類活性增大。國內(nèi)對席夫堿及其金屬配合物的抗菌性研究也做了大量工作。相關(guān)的研究表明配合物的抗菌活性優(yōu)于配體,同時發(fā)現(xiàn)這些配合物的抗菌活性隨配體中氨基酸殘基非配位基團R基[H,CH3,CH(CH3)2,CH2CH(CH3)2]的增大而減小,并且其活性還與配合物的穩(wěn)定性有一定的關(guān)系,這些工作為探索高效低毒的殺菌藥物提供了有效信息。水溶性的好壞直接關(guān)系到藥物效應(yīng),在水楊醛苯環(huán)上引入硝基或氯原子,合成了新的席夫堿配合物,大大增加了藥物的水溶性,使它更好的發(fā)揮藥效,成為更好及活性更佳的抗癌抑菌藥物。席夫堿配合物具有抗菌、抗病毒等生物活性,多年來一直得到廣泛的重視,特別是過度金屬參與合成的席夫堿,殺菌性能尤其高。合成表征了許多過渡金屬席夫堿配合物,測試了它們的殺菌、抗癌活性,可是它們的殺菌機理卻并不那么清楚,但主要可以歸納成三種可能的作用機理:(1)配體本身顯示殺菌活性,而金屬的作用在于形成一個合適的可輸送形式的配合物;(2)金屬離子顯示活性,而配合物則是為通過細胞膜輸送金屬離子所必需;(3)活性微粒是配離子,它們可與生命中的重要的細胞中心相互作用。但也有人認為螯合物的殺菌活性比配體本身更有效,那是因為螯合作用大大減小了金屬離子的極性,這樣就增加了金屬螯合物的親油特性,有利于穿過真菌的油脂層?？梢?不論哪一種殺菌機理,都與配合物的穩(wěn)定性有關(guān)。李桂芝用濃度稀釋法測定了2種席夫堿配體水楊醛縮甘氨酸、苯丙氨酸、及其10種金屬配合物對大腸桿菌、枯草桿菌、產(chǎn)氣桿菌、金黃色葡萄球菌5種細菌的殺菌活性。結(jié)果表明,水楊醛縮甘氨酸僅對變形桿菌和金黃色葡萄球菌有殺菌活性,而水楊醛縮苯丙氨酸對上述5種菌種均無殺菌活性,銅、鋅離子與上述配體結(jié)合形成配合物后,殺菌活性明顯增強,對上述五種菌種均有較強的殺菌活性。而鎳、鈷、錳的配合物的殺菌活性則較弱或沒有殺菌作用。對于同一菌株,同一金屬離子與不同配合物的穩(wěn)定性越大,殺菌活性越小,而配合物的生成反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以溫度的升高不利于配合物的穩(wěn)定性,溫度越高,殺菌活性越強。趙全芹等人經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)水楊醛苯環(huán)上3,5二位氫被取代形成3,5-二溴水楊醛席夫堿及其銅(Ⅱ)配合物時,其活性增強,抗菌譜變廣。3.2不同水楊醛氨基酸席夫堿配制的ph值及配合物的穩(wěn)定性王明昭等人通過電子光譜研究了水溶液中L-氨基乙酸,L-丙氨酸,L-半胱氨酸,L-組氨酸,L-酪氨酸,L-谷氨酸,L-天冬氨酸7種氨基酸相應(yīng)的水楊醛席夫堿對鋅離子的現(xiàn)場配位能力。除水楊醛酪氨酸席夫堿的配位最小濃度為10-5mol·L-1以外,其余6種水楊醛氨基酸席夫堿的生成最小濃度均為10-4mol·L-1級,該濃度范圍適于放射性核素標(biāo)記。配合物生成的最小pH值均為8或9,在pH為9時已達到配位平衡,該pH范圍能滿足放射性藥物的要求。7種水楊醛氨基酸席夫堿鋅離子配合物在水溶液中緩慢分解,由于鋅離子在現(xiàn)場配位時的模板作用穩(wěn)定了配體,水溶液中7種氨基酸水楊醛席夫堿鋅配合物的穩(wěn)定時間總體上比相應(yīng)的水楊醛氨基酸席夫堿配體的穩(wěn)定時間長。配合物不短于24h的穩(wěn)定存在時間足以保證放射性核素的標(biāo)記。水溶液中锝對7種水楊醛氨基酸席夫堿現(xiàn)場配位標(biāo)記的初步嘗試結(jié)果,也證實水楊醛氨基酸席夫堿配體與金屬離子的現(xiàn)場配位方法具有在水溶液中進行放射性核素標(biāo)記的潛力。3.3超氧化物歧化酶目前人們普遍認為引起炎癥、衰老、癌癥、腫瘤的原因之一是生物體內(nèi)存在過量的超氧陰離子自由基(O-2)。如若超氧陰離子異常升高,就會引起炎癥,輻射病,自身免疫性疾病。而目前很多都是用超氧化物歧化酶作為清除劑?，F(xiàn)在很多文獻表明席夫堿類及其過渡金屬配合物對O-2具有一定的抑制率。賢景春等人合成出了5-氯水楊醛縮硫脲席夫堿配體及其錳(Ⅱ)配合物,探討了對O-2的抑制作用,其抑制作用隨濃度的增加而增大,抑制率與濃度的負對數(shù)具有很好的線性關(guān)系。這種配合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,生物活性高,在醫(yī)學(xué)及生物活性上可能具有一定的應(yīng)用前景。祝心德等人合成水楊醛尿素席夫堿,測試了其對超氧陰離子的抑制性能,結(jié)果表明不但有抑制性,而且與濃度成正相關(guān)。3.4席夫堿催化氧化反應(yīng)環(huán)氧化物可由烯烴環(huán)氧化制備,但除乙烯外其它烯烴用空氣環(huán)氧化的選擇性不高,所以尋求選擇性更好的催化劑勢在必行。作為分子氧環(huán)氧化烯烴的催化劑,席夫堿錳配合物被證明是最有效的催化劑之一,其目前工作主要集中在以水楊醛及類似物為配體的金屬配合物催化劑體系中,并且得知還原劑醛的用量對催化氧化的選擇性有很大影響:氨基酸席夫堿金屬配合物可用作烴類氧化的催化劑,但未加共還原劑醛,造成生成環(huán)己烯環(huán)氧化物即環(huán)氧環(huán)己烷的選擇性很低。為了尋找新的催化劑及確定分子氧環(huán)氧化烯烴反應(yīng)中醛的最佳用量,以丙氨酸和水楊醛為原料,合成了席夫堿錳(Ⅲ)配合物(Sal2Ala2Mn),用于分子氧環(huán)氧化環(huán)烯的催化劑;利用正交實驗確定了醛的用量及其它最佳反應(yīng)條件。目前已經(jīng)有很多學(xué)者對席夫堿的催化活性進行了研究,也進行了相關(guān)的報道。范謙等人設(shè)計合成了含咪唑基的席夫堿配合物——組氨酸席夫堿錳配合物(Sal-His-Mn),并以分子氧為氧源,考察配合物對環(huán)己烯氧化的催化活性,此研究是在王榮民等人所研究的苯丙氨酸席夫堿錳(Ⅱ)配合物在環(huán)己烯的催化氧化的基礎(chǔ)上建立的,因為后者環(huán)己烯酮成為主產(chǎn)物后其選擇性較低,只有50%。實驗證明前者在氧化的基礎(chǔ)上還具有更高的選擇性,而且研究了使選擇性最高時的最適反應(yīng)溫度,最適反應(yīng)時間,以及體系內(nèi)的氧壓力。文中還闡述到,研究仿生氧載體對于催化氧化新模型的設(shè)計是很有意義的,稍微改變一下結(jié)構(gòu)就會改變載氧能力。韓建萍等人對丙氨酸席夫堿錳配合物對環(huán)己烯催化環(huán)氧化性能的研究得出結(jié)論:以丙氨酸席夫堿錳配合物為催化劑,異丁醛為共還原劑,降低了空氣對環(huán)己烯的環(huán)氧化性能.加入共還原劑可大大提高環(huán)氧己烷的收率.最佳條件下環(huán)氧環(huán)己烷的收率達65.38%。二聚的手性錳(III)席夫堿配合物環(huán)氧化作用的相對選擇性具有很好的催化作用。但98年在印度合成鐵、錳跟水楊醛和各類胺的席夫堿配合物,證明鐵配合物對環(huán)氧化反應(yīng)比錳有更好的催化性能?？梢?隨著研究的不斷深入,選擇性更高的水楊醛席夫堿催化劑將會被發(fā)現(xiàn),為以后的研究帶來許多的方便。同一席夫堿配合物作為催化劑,其用量的多少對反應(yīng)速度有很大的影響。方海林等人研究得知:水楊醛縮牛磺酸合銅配合物用量的增加,使得過氧化氫分解速率加快,但隨著配合物用量的進一步增加,分解速率的提高幅度趨于平緩,過氧化氫的濃度也影響催化反應(yīng)速率,濃度太低或過高的過氧化氫催化分解其速率均較低,而濃度適度時(如15%)分解速率較快。酸堿性對該催化反應(yīng)影響較大,酸性條件下幾乎無催化作用,堿性越大分解速率越快,配合物的催化性能遠遠高于銅離子本身的催化性能,充分顯示了水楊醛及其席夫堿具有良好的催化性能。催化劑在催化氧化反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用,但影響催化氧化的其它條件也是不容忽視的。雷富厚等人合成的歧化松香胺席夫堿-銅配合物能催化漆酚的氧化聚合,同時測定了影響催化漆酚氧化聚合的因素有溶劑、催化劑濃度、反應(yīng)時間、底物濃度及反應(yīng)溫度,并得出了氧化聚合反應(yīng)的理想條件。劉永紅等主要概述了近15年來手性席夫堿的在催化領(lǐng)域的應(yīng)用,在不對稱氫化,不對稱氫轉(zhuǎn)移、不對稱氫硅化、不對稱氫氰化等方面均有不可或缺的作用。3.5熒光分析試劑的選擇席夫堿作為一種分析試劑能夠既便宜又簡單的萃取出各種有機或無機試劑,很受人們的青睞。席夫堿在分析上的應(yīng)用主要有兩種方式:一,組成席夫堿的胺或碳基化合物的顏色或熒光性;二,組成配合物的金屬離子。在測定低含量試樣或高純物質(zhì)中微量雜質(zhì)的各種分析方法中,應(yīng)用最為廣泛的至今仍首推比色法和分光光度法。但由于熒光分析法在靈敏度方面一般可超過這兩種方法二至三個數(shù)量級,又因為其選擇性高,熒光分析法發(fā)展相當(dāng)迅速。本文主要概述一下近幾年來國內(nèi)外利用其熒光性能進行分析應(yīng)用的進展。研究表明,當(dāng)席夫堿自身或絡(luò)合物具有剛性平面,富電子共軛的特點時,顯示有良好的熒光性能,而取代基是影響一種物質(zhì)熒光性能的較顯著因素之一。朱東霞等人研究了4種雙水楊醛縮苯二胺鋅配合物的熒光性能,測定了它們的熒光量子效率。結(jié)果表明,不同取代基對雙水楊醛縮苯二胺鋅的熒光效率有不同影響:配合物中供電子取代基使雙席夫堿金屬配合物的熒光效率增強,吸電子取代基使雙席夫堿金屬配合物的熒光效率降低,為設(shè)計合成具備高熒光量子效率的發(fā)光材料提供了依據(jù)。日本曾經(jīng)有人比較了不同取代基團對熒光性能的影響,通過發(fā)射光譜研究了鄰羥基苯甲醛分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況和在溶液中的分子激發(fā)狀態(tài),根據(jù)在熒光量子領(lǐng)域中∏→∏*取代效應(yīng),解釋了5位取代的水楊醛熒光增強效應(yīng)比鄰位取代要弱的原因。由氨基苯甲酸和水楊醛制得的席夫堿其熒光強度又受pH值的影響。所以在選擇熒光分析試劑的時候,盡量符合以上幾個特征。致使熒光猝滅的原因是多方面的,而應(yīng)用于分析上的一般都是因為組成化合物的猝滅。國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的關(guān)于用水楊醛及相應(yīng)的氨進行配合,用熒光熄滅法來分析金屬含量的研究成果。楊志斌等用賴氨酸與3,5-二溴水楊醛反應(yīng)形成的有色席夫堿其吸光度與氨基酸含量成正比,據(jù)此提出了一種簡便,快速的分光光度法測定氨基酸的含量。楊昌輝等研究了新席夫堿3,5-二溴水楊醛縮氨基硫脲的合成及其分析應(yīng)用研究,研究表明,這種新席夫堿在pH為8.0～9.0范圍內(nèi)能發(fā)出熒光,當(dāng)其與銀離子反應(yīng)時,形成一種不發(fā)光的配合物,其熒光減弱的程度與金屬銀離子的量成正比,所得結(jié)果十分滿意。尤進茂等基于鋁(Ⅲ)與3,5-二溴水楊醛縮鄰氨基酚和溴化十六烷基