铜（Ⅱ）烟酸与L-α-丙氨酸三元配合物的固相合成和表征及抑菌活性

谢勇平，李清禄，郑新宇，蔡碧琼

（福建农林大学 生命科学学院, 福建 福州 350002）

仔猪断奶后的环境改变和应激会导致肠道内有害微生物大量繁殖，引起下痢，造成仔猪机体免疫力下降，生长受阻。生产中常在日粮中添加抗生素预防仔猪消化道疾病，促进生长。但长期使用抗生素会在动物体内产生大量残留，影响人类身体健康，并使大量致病菌产生高耐药性，欧盟已于2006年全面禁止在饲料中添加促生长类抗生素。

研究发现，在饲料中添加一定剂量的铜，同样可以提高动物机体免疫力，降低腹泻率，促进生长发育，其影响与几种常用抗生素促生长作用类似[1-2]；且氨基酸铜[3-6]和烟酸铜[7-8]等有机铜的促生长效果优于无机铜。研究表明，氨基酸铜和烟酸铜具有生物利用率高、提供双重营养和减少拮抗等作用。但将烟酸和氨基酸与铜反应形成三元配合物及其在饲料添加剂应用方面的研究报道还较少。

传统配合物的合成多采用溶液法，反应时间长，要求反应物有较好溶解性，且产率较低。固相反应由于不使用有机溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单及低污染等优点[9-11]，为大规模制备配合物提供了一种高效的绿色合成方法。笔者采用低温固相研磨法合成了铜（Ⅱ）烟酸和 L-α-丙氨酸三元配合物，通过比较该配合物和CuSO4的抑菌活性，评价其抗腹泻效果，以期为防腹泻、促生长效果好的饲料添加剂生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与测试仪器

吡啶-3-羧酸（烟酸，化学纯）、醋酸铜、二甲基亚砜（DMSO）、L-α-丙氨酸均为分析纯。试验用水为超纯水。

Cary eclipse 型红外光谱仪（v为 400～4 600 cm-1）、Cary 50 型紫外吸收光谱仪，美国Varian 公司产品；Vario MICRO 型元素分析仪，德国 elementar 公司产品；Dmax/2500 型X射线衍射仪，日本 Rigaku公司产品；WFX-130A 型原子吸收分光光度计，北京瑞利分析仪器公司产品。

1.2 配合物的合成

精确称取0.02 mol烟酸、0.02 mol L-α-丙氨酸和0.02 mol 醋酸铜，混置于玻璃研钵中，在红外灯下充分研磨。在研磨初期可以闻到浓烈刺鼻的醋酸气味，并出现潮湿现象，逐渐明显直到发黏呈糊状，继续快速研磨，研磨物逐渐变干，约2 h后醋酸气味基本消失，即停止研磨。用乙醇洗涤，置于真空干燥箱中，在85 ℃干燥12 h，得到深蓝色粉末产物。产率为94.5%。用元素分析仪测定产物的C、H、N含量；采用ETDA络合滴定法测定产物Cu 含量；分别测定产物的红外光谱、紫外光谱和 X-射线粉末衍射光谱。

1.3 配合物抑菌活性的测定

将配合物和硫酸铜用 80% DMSO配制成 0.5 mmol/L的溶液，采用平板滤纸抑菌法，分别测定配合物对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、大肠杆菌（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Bacillus aeruginosus）、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）和耶尔森氏菌（Yersinia intermedia）的抑菌作用。经37 ℃培养24 h后，测量其抑菌圈直径，同时用浓度梯度法测定配合物和硫酸铜的最低抑菌浓度（MIC）。

2 结果与分析

2.1 配合物的元素分析和性质

配合物的元素分析结果为：C 38.97%（39.42%），H 3.81%（3.65%），N 10.01%（10.22%），Cu 23.72% （23.36%），括号内为计算值。经分析计算，确定配合物的组成为Cu（C6H4NO2）（C3H6NO2）。配合物为深蓝色固体粉末，无臭无味，在空气中稳定，可溶于水、DMSO 和 DMF。

2.2 配合物的红外光谱

以KBr压片，在4 000～400 cm-1测定烟酸、L-α-丙氨酸和配合物的红外光谱。配合物的谱图与配体有明显差别，主要特征吸收峰数据见表1。

表 1 配体和配合物的红外吸收光谱数据Table 1 Ⅰnfrared spectrum data （ν/cm-1） of ligand and complex

从红外光谱数据可知，烟酸羧基的特征吸收峰，即νO-H（2 827、 2 452 cm-1）和δO-H（959 cm-1），在形成配合物后消失，且羧基上的 C=O的伸缩振动νC=O从1 705 cm-1红移至1 631 cm-1，表明羧酸脱掉质子以酸根的形式与铜离子配位；配合物与配体的吡啶环骨架振动峰νC=C+C=N变化不大，说明吡啶环中的氮原子未参与配位。

配体 L-α-丙氨酸羧基的对称伸缩振动吸收峰νs（COO-） 和反对称伸缩振动吸收峰νas（COO-） 分别为1 412 和1 593 cm-1，形成配合物后，νs（COO-）红移至1 386 cm-1，νas（COO-）蓝移至1 572 cm-1，说明羧基氧参与配位；同时L-α-丙氨酸中对称伸缩振动峰νs（NH3+）和反对称伸缩振动峰νas（NH3+） 在形成配合物后均消失。从L-α-丙氨酸的红外特征吸收峰的位移和变化情况，说明L-α-丙氨酸的羧基氧和氨基氮同时与铜离子配位，生成了五员螯环。

配合物在 574 cm-1和 446 cm-1处分别出现了νCu–N和νCu–O的振动吸收峰。进一步证明了配体中氨基氮和羧基氧与铜离子发生了配位。

2.3 配合物的紫外光谱

在200～400 nm处测定烟酸、L-α-丙氨酸及配合物的紫外吸收光谱。烟酸的最大吸收峰值在 210和 260 nm ，属于吡啶环π-π*跃迁吸收光谱；L-α-丙氨酸无最大吸收峰值，而产物的最大紫外吸收峰分别为212和 264 nm，与配体完全不同，说明形成了新配合物。

2.4 配合物的X-射线粉末衍射图谱

在5°～65°衍射角内，将醋酸铜、烟酸、L-α-丙氨酸及固相合成产物进行X-射线粉末衍射测试，各物质的X-射线粉末衍射图谱见图1。合成产物的衍射峰位置、强度与反应物的相应数据完全不同，也不是反应物的加和数据，说明配合物形成后，其晶形结构发生了变化，所得产物是一新物质；反应完全后，反应物的衍射峰均消失，在新的位置观察到有较强的新峰产生，结合文献[12]解释如下：固相反应经历3个阶段：①晶格间的扩散；②反应；③产物的成核与生长。经过前面2个阶段，烟酸、L-α-丙氨酸与醋酸铜反应完全生成配合物，反应物的晶格完全解体，其衍射峰强度逐渐降低直至消失，而新化合物晶格尚未形成，整个物相处于非晶态，X-射线粉末衍射谱图无任何衍射峰。第3阶段中，非晶态继续向晶态转变需要一定的温度和成核活化能。如果达到了成核与生长的条件，非晶态的配合物向晶态转变，这时在 X-射线粉末衍射谱上看到的是强度较大的谱图；反之，产物则是非晶态配合物或者是少量晶态的和非晶态的配合物共存，这时在 X-射线粉末衍射谱上看到的是无任何衍射峰或是强度很弱的谱图。虽然本反应在室温下进行，但是由于最后得到的产物在干燥的过程中温度达到成核温度Tm，所以非晶态的配合物向晶态转变，因此在 X-射线粉末衍射谱上看到的是强度相对较大的谱图。由此可以证明，反应物通过室温固相反应生成了新的配合物，而并非2种反应物的机械混合物。

图1 配合物的X-射线粉末衍射图谱Fig.1 X-ray powder diffraction spectra of complex （1）, copper acetate（2）, L-α-alanine（3） and nicotinic acid（4）

2.5 配合物的抑菌活性

配合物和硫酸铜对测试菌种的抑菌圈直径和最低抑菌浓度见表2和表3。结果表明，配合物对于测试菌种具有不同程度的抑菌活性，且在同一铜含量水平下，该配合物的抑菌活性高于硫酸铜。

表2 配合物的抑菌圈直径Table 2 The inhibition diameters of complex and CuSO4

表3 配合物的最低抑菌浓度Table 3 MIC of complex and CuSO4

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