1，10-菲啰啉铒（Ⅲ）配合物的合成及生物活性研究

费宝丽，燕庆玲，李 雯，夏 兵，邵奎占，苏忠民，孙为银

（1.南京林业大学化学工程学院，江苏 南京 210037；

2.南京林业大学理学院，江苏 南京 210037；

3.东北师范大学化学学院，吉林 长春 130024；

4.南京大学配位化学国家重点实验室，江苏 南京 210093）

1，10-菲啰啉铒（Ⅲ）配合物的合成及生物活性研究

费宝丽1，燕庆玲1，李 雯1，夏 兵2，邵奎占3，苏忠民3，孙为银4

（1.南京林业大学化学工程学院，江苏 南京 210037；

2.南京林业大学理学院，江苏 南京 210037；

3.东北师范大学化学学院，吉林 长春 130024；

4.南京大学配位化学国家重点实验室，江苏 南京 210093）

通过X射线单晶衍射表征了一种1，10-菲啰啉铒稀土配合物［Er（NO3）3（phen）2］，并研究了1，10-菲啰啉及其配合物的抑菌活性.利用紫外光谱、荧光光谱和黏度法研究了配合物与DNA的相互作用.结果表明，配合物以沟槽和部分插入等多种方式与DNA作用.

铒配合物；抑菌活性；DNA

我国的丰产元素稀土具有特殊的外层电子构型，所以其离子不仅具有抗炎、杀菌、抗凝血等生理及药理活性，而且具有一定的发光性质等［1－8］.稀土是低毒物质，具有特定生物活性的有机配体与稀土离子形成配合物，不但能够产生协同的生物效应，而且还能降低稀土的毒性［9－10］.1，10-菲啰啉为平面刚性结构，具有生理活性，在很多领域中起重要作用.对1，10-菲啰啉及其衍生物配合物的研究一直是配位化学领域的热点之一［11］.在研究配合物与DNA作用的领域中，1，10-菲啰啉通常作为第二配体来构建多元配合物，但很少有文献报道单纯的1，10-菲啰啉配合物与DNA的作用方式.铒在地壳中的丰度为3.8，也应算是稀土中的“贵族”，近年来对铒配合物的研究日益活跃［12－14］.本文以1，10-菲啰啉作为配体，得到了与文献［15］结构一致的铒配合物单晶，用X射线单晶衍射表征了其晶体结构，利用琼脂扩散法研究了配体和配合物的抑菌活性，采用紫外光谱、荧光光谱和黏度法研究了配合物与DNA的相互作用.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：德国Bruker Smart-APEX CCD X射线单晶衍射仪；德国Elementar Vario Micro型元素分析仪；北京TU-181型紫外－可见分光光谱仪；PerKinElmer LS-55Fluorescence Spectrometer；乌氏黏度计.

试剂：Tris-HCl缓冲溶液用二次蒸馏水配制，含有5×10－3mol／L tris（三羟甲基氨基甲烷）和5×10－2mol／L NaCl，用盐酸调节酸度使pH＝7.1；DNA浓度的确定，将适量的鲑鱼精DNA用缓冲溶液溶解，并将其稀释到所需浓度，测量其在260和280nm处的吸光度，若A260／A280＝1.8～1.9，说明DNA中不含蛋白质，不需要进一步处理，DNA的浓度由波长为260nm处测得的吸光度确定（摩尔消光系数为6 600L·mol－1·cm－1）；鲑鱼精DNA（南京都莱生物科技有限公司）；其他试剂均为分析纯，所有试剂均为商品购买.

1.2 标题配合物的合成

参照文献［16］合成配体 H2L（H2L＝水杨醛缩乙醇胺），将溶有0.444g ErN3O9·5H2O（1mmol）的5mL甲醇慢慢滴加到溶有0.165g H2L（1mmol）的10mL甲醇溶液中.在30℃条件下搅拌10min后，向上述混合液中滴加0.200g 1，10-菲啰啉（1mmol）的5mL甲醇溶液，磁力搅拌1h，冷却至室温.过滤得到大量黄色沉淀，该沉淀用DMF溶解后乙醚扩散，3周后可得到适合X射线单晶衍射的块状晶体，产率为19.34%.晶体的元素分析（单位为质量分数／%，括号内为计算值）：C 40.50（40.39），H 2.47（2.26），N 13.71（13.74）.本文原设计合成水杨醛缩乙醇胺Schiff碱1，10-菲啰啉铒三元配合物，结果意外地得到了标题配合物.虽然配体H2L未参与配位，但对配合物单晶的形成起到一定作用.

1.3 化合物与DNA作用方式的研究

1.3.1 紫外光谱测定方法

在紫外－可见光谱仪中，向参比池中加入3mL的tris-HCl缓冲溶液（pH＝7.1），样品池中加入3mL的化合物溶液，每隔5min向参比池和样品池中各加入相同体积（20μL／次）的DNA溶液，测定200～300nm范围内的紫外光谱.

1.3.2 荧光光谱测定方法

向样品池中加入3mL浓度为1.157mmol／L的化合物溶液，逐渐向该化合物溶液中加入相同体积（20μL／次）7.714×10－2mmol／L的DNA溶液，使DNA与化合物的浓度比值不断增加，用540nm的波长激发，记录发射峰的波长和强度.

1.3.3 黏度测定方法

恒温槽中水浴的温度恒定在25℃，黏度计中加入10mL 0.143mmol／L的DNA溶液，测定溶液通过毛细管所花费的时间t0（s），之后向溶液中逐渐加入被测试化合物溶液（75μL／次），测定混合溶液流过黏度计中毛细管所花费的时间t（s）.测试液的相对黏度按公式η＝（t－t0）／t0，以（η／η0）1／3对结合比r（r＝n（被测试化合物）／n（DNA））作图，可以看出被测试化合物对DNA的影响.

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

晶体结构分析表明，该晶体属于单斜晶系，空间群为C2／c，分子结构图见图1.

标题配合物［Er（NO3）3（C12H8N2）2］呈单核结构，几何构型为变形的四方反棱柱构型.每个结构单元由1个Er3＋、3个NO－3和2个1，10-菲啰啉分子组成.中心离子Er3＋配位数为10，分别与2个1，10-菲啰啉的4个N原子和3个NO－3的6个O原子配位，其中3个NO－3均以双齿配位方式与Er3＋键合.

2.2 抑菌活性

采用琼脂扩散法，对常见菌种革兰氏阴性菌大肠杆菌（E.Coli）和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（S.Aureus）进行实验，测定配体1，10-菲啰啉和配合物的抑菌能力大小，结果以抑菌圈直径大小表示.表1列出了不同浓度下配体及配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径平均值.

图1 配合物的分子结构图

表1 化合物的抑菌圈直径平均值

抑菌实验结果表明，化合物对E.Coli和S.Aureus均有一定的抑制作用.从表1可以看出，配合物对E.Coli的抑菌效果比配体1，10-菲啰啉好，并且随着配合物浓度的增加，抑菌活性增强，原因可能是形成配合物后，Er3＋与1，10-菲啰啉的协同作用，使得抑菌效果显著增强.对S.Aureus的抑菌效果只有在一定浓度下才有体现.

2.3 与DNA的作用分析

2.3.1 紫外光谱

紫外－可见吸收光谱是研究小分子与DNA结合的一种最有效的方法，加入DNA后，若化合物的吸收峰强度减小，通常被认为化合物与DNA以插入方式结合.吸收峰有无红移能反映化合物与DNA的作用方式，红移较大，插入能力强，红移较小，插入能力弱［17］.配合物与DNA作用的紫外－可见吸收光谱见图2.从图2中可以看出，当没有DNA存在时，配合物在229和264nm处有吸收峰，随着DNA加入量的增加，在229和264nm分别出现了3.85%和5.90%的减色率.原因可能是配合物与DNA碱基对发生π电子堆积，使其π空轨道与碱基的π电子轨道发生耦合，能量降低，从而导致π→π＊跃迁能减小，使得配合物的吸光度值降低.但是，吸收峰未发生红移，由此初步判断配合物与DNA可能以沟槽方式结合.

2.3.2 荧光光谱

荧光光谱作为一种快速、灵敏的谱学技术也可以用来研究配合物与DNA的作用机制.当配合物与DNA作用后，配合物插入到DNA碱基对中，在DNA的疏水环境中受到保护，荧光会增强.如果配合物的荧光强度随DNA浓度的增加而增强，表明配合物插入DNA，并且荧光光谱变化幅度的大小也能反映配合物与DNA作用的强度［18－19］.图3为铒菲啰啉配合物与DNA作用的荧光光谱.配合物在615nm处发出较强的荧光，随着DNA浓度的增大，荧光增强，并伴随微弱的红移现象，这是由于疏水性的DNA大分子对配合物的保护作用减弱了溶剂分子对配合物荧光的猝灭，使被测试配合物的发光增强，但由于荧光强度增强不是非常显著，由此推断配合物与DNA的作用方式为非经典的插入作用，可能为部分插入或沟槽方式插入.

图2 配合物与DNA作用的吸收光谱

图3 配合物与DNA作用的荧光光谱

2.3.3 黏度法

黏度法是一种比光谱数据更有效的判断化合物与DNA作用模式的手段之一.通常情况下，当物质与DNA是插入模式作用时，会导致DNA链长度增加而使其黏度增加；当物质与DNA以静电或沟槽结合模式作用时，DNA溶液的黏度变化不明显；而当物质以部分插入方式与DNA作用时，可使DNA双链弯曲或胶结，使DNA的黏度减小［20］.

配合物的加入对DNA黏度的影响见图4.由图4可见，随着配合物浓度的升高，DNA溶液的黏度先增加，后减少，再增加，呈波浪状变化；继续增加配合物的浓度，DNA溶液的黏度呈明显下降趋势.这一现象与欧阳泽英等报道的稀土配合物［La（BBA）2（NO3）2］·NO3·2H2O［BBA为二（2-苯并咪唑亚甲基）胺］以插入和静电等多种方式与DNA作用的黏度变化类似［21］，由此推断本文的配合物以沟槽和部分插入等多种模式与DNA作用.

图4 配合物的加入对DNA黏度的影响

3 结论

以1，10-菲啰啉作为配体，意外得到了一个1，10-菲啰啉铒配合物［Er（NO3）3（C12H8N2）2］，通过 X射线单晶衍射表征了其晶体结构.抑菌活性实验表明，目标化合物对E.Coli具有较好的抑制作用，并且随着配合物浓度的增加，抑菌活性显著增强.通过紫外光谱法、荧光光谱法和黏度法研究了配合物与DNA的相互作用，结果表明配合物以沟槽和部分插入等多种方式与DNA作用.

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Synthesis of 1，10-phenanthroline-erbium（Ⅲ）complex and its biological activity

FEI Bao-li1，YAN Qing-ling1，LI Wen1，XIA Bing2，SHAO Kui-zhan3，SU Zhong-min3，SUN Wei-yin4

（1.College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；
2.College of Science，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；
3.Faculty of Chemistry，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；
4.State Key Laboratory of Coordination Chemistry，Nanjing University，Nanjing 210093，China）

A rare earth complex［Er（NO3）3（phen）2］was synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction.The antibacterial activities of phen and the complex have been investigated.The interaction between the complex and DNA has been studied by electronic absorption spectroscopy，fluorescence spectroscopy and viscosity measurements.All results indicated that the interaction mode of the complex and DNA includes groove binding and partial intercalation.

erbium complex；antibacterial activity；DNA

O 621.3

150·20

A

1000-1832（2011）04-0088-04

2011-05-26

国家杰出青年科学基金资助项目（20425101）；南京林业大学引进高层次留学回国人员科研基金资助项目；南京大学配位化学重点实验室开放基金资助项目；江苏省高校优势学科建设工程资助项目.

费宝丽（1971—），女，博士，副教授，主要从事功能配合物和林产配位化学研究.

石绍庆）