稀土席夫碱配合物的合成及生物抑菌活性研究

李晓东，朱元成，杨玲娟，王晓峰

（天水师范学院 生命科学与化学学院，甘肃 天水 741001）

稀土Salphen席夫碱配合物是一类具有特殊结构、功能和合成相对容易的化合物，近年来对该类配合物的研究已由单齿小分子发展到大环席夫碱配合物，应用范围由简单的合成和结构分析发展到在生物、医药、食品安全分析及功能材料等交叉学科中的功能研究，发展模式已向研究范围全方位化，研究领域多元化的方向发展，而席夫碱配合物在生物医药和食品安全检测中的应用将是今后发展的一个重点.有研究表明，席夫碱能与许多金属离子形成有色配合物，可以测定食品中各种金属离子，甚至可通过色谱分析、光度分析，对其进行定量分析.另外席夫碱类化合物具有良好的杀菌、抗癌作用，而其配合物因具有更强的脂溶性和细胞穿透性，所以它的抗菌谱更广，且不易产生耐药性，拥有很好的医药价值；Salphen席夫碱稀土配合物更具有抑菌、杀菌、抗肿瘤、抗病毒的生物活性，[1-5]特别是对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和霉菌均有不同程度的抑菌作用，且菌液浓度越低，配合物的抑菌效果越好，[6-9]该研究为稀土配合物在医药上的应用提供了一定的信息.

本文在前期合成Salphen席夫碱配体及配合物的基础上，成功合成了N，N′-双（2，4-二羟基苯甲醛）缩邻苯二胺配体（L）及相应的稀土席夫碱金属配合物，其结构经红外光谱、紫外-可见光谱、元素分析、摩尔电导和差热-热重分析表征.在此基础上，研究了该类配合物在不同浓度下的生物抑菌活性，发现它们大都对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌有明显地抑菌作用，为该类配合物在杀菌药物领域的应用提供了一定的依据.

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

2 ，4-二羟基苯甲醛由上海森德里化学实验科技有限公司提供，分析纯；邻苯二胺，正丙醇，正丁醇，均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；其余所用试剂为分析纯，由试剂供应商提供.稀土氧化物均为分析纯，由中国西北有色地质研究所提供.

红外测试（FT-IR）采用Alpha-Centauri型红外光谱仪，KBr研磨压片，扫描范围为4000～400 cm-1；紫外测试（UV-Vis）采用UV-2450型紫外可见分光光度计，扫描范围为200-800 nm；元素分子采用美国EA1112型元素分析仪；热分析（TG-DTA）采用Du Pont 1090B型热分析仪，升温速度10℃/min；摩尔电导率采用DDS-307型电导率仪.

1.2 N，N′-双（2，4-二羟基苯甲醛）缩邻苯二胺（L）的制备

取1.38 g（0.01 mol）的 2，4-二羟基苯甲醛溶于30 mL的正丙醇中，缓慢滴加溶有0.54 g（0.005 mol）邻苯二胺的正丙醇溶液10 mL.在60℃下搅拌反应5 h.冷却，静置8 h，抽滤，用正丙醇洗涤2次，真空60℃下干燥，得黄色固体，产率=88%.

1.3 稀土Salphen席夫碱配合物的制备[10-12]

在配有搅拌器、回流冷凝管的圆底烧瓶中加入20 mL正丁醇，再加1 mmol配体L，缓慢加热搅拌至完全溶解后，加入溶有1 mmol RE（NO3）3·6H2O（按照参考文献［13］方法合成）的正丁醇溶液10 mL，继续加热回流8 h，有沉淀产生，抽滤，滤液用减压蒸馏装置除去约20 mL的正丁醇，加入5 mL无水乙醇即有大量黄色沉淀产生，抽滤.合并固体物，用无水乙醇，丙酮和甲醇洗涤后在真空干燥箱中干燥，得配合物LRE（NO3）2·nH2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）.

1.4 菌种及培养

实验所需的大肠杆菌（Escherich coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和白色念珠菌（Candida albican）均由实验室菌种保藏中心提供.抑菌实验中所用菌种在36℃条件下用牛肉膏琼脂培养基培养.

1.5 抑菌活性的测定

利用平板抑菌圈法测定抑菌活性.其方法是分别配制浓度为1010mL的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌受试菌悬液，与高温灭菌的牛肉膏琼脂培养基混合均匀，置温箱（37℃）中备用.再以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作溶剂，将不同稀土席夫碱配合物配制成不同浓度的溶液，取无菌滤纸片平放于清洁的无菌培养皿内，每片滴加稀土配合物溶液20 μL，再取受试菌培养基均匀涂抹处理过的滤纸片上，厚度约1 mm，置于36℃恒温培养箱中培养24 h，测定其抑菌圈直径的大小，每个样本设置3组平行试验.

2 结果与讨论

2.1 配合物的组成与性质

配体与配合物的元素分析及配合物的合成参数见表1，从表中可见，各配合物的组成均符合化学式LRE（NO3）2·4H2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）.配合物均为褐色粉末状固体，能够溶于DMF中，微溶于乙醇，甲醇，乙腈中，难溶于水.

表1 稀土Salphen席夫碱配合物的特征

2.2 红外光谱分析

配体L及其稀土配合物的特征吸收峰及其归属见表2和图1所示.比较配体L和对应的稀土配合物中C=N的红外吸收在1650～1600cm-1区域，而一般C=N的伸缩振动峰位于1690～1630 cm-1区域[14]，这主要是C=N键与芳环形成共轭体系，使吸收峰值发生了红移，也说明配体L的有效合成，并且在配合物中的吸收峰值均小于配体L的吸收峰值，说明稀土金属离子和配体发生了有效配位.在1450～1600 cm-1区域内有中等强度的伸缩振动峰或简并峰出现在配体L及每一种稀土配合物中，说明在配体与稀土配合物中有苯环的存在，并且在配体L及对应配合物中Ar-N的伸缩振动峰位于3400～3200 cm-1区域内，其中配体的最大吸收峰出现在3450 cm-1处，而对应的稀土配合物峰值均小该值，可见，由于配位中心离子和配体配位后，使Ar-N的吸收峰发生了红移.在配合物的谱图1150～1200 cm-1区域内有N-O伸缩振动吸收峰，说明配合物中含有NO3-.配体和配合物均在约1200 cm-1和3450 cm-1处出现了较大的弯曲振动和伸缩振动吸收峰，对应配合物和配体的结构可推测，处于3450 cm-1处的伸缩振动吸收峰归属为配体中的羟基峰和配合物的结晶水吸收峰；处于约1200 cm-1的弯曲振动吸收峰归属为Ar-O，并且配合物中Ar-O吸收峰值略小于配体，主要是配体中氧原子在配位过程中发生了电子离域.配合物在540～520 cm-1区域内，出现RE-O和RE-N配位键的弯曲振动吸收峰，证明稀土金属离子与配体有效配位.

表2 席夫碱配体及其配合物的IR数据归属（KBr，cm-1）

图1 配体L（a）及稀土配合物LSm（NO3）2·4H2O（b）的FT-IR谱图

2.3 紫外光谱分析

用DMF做溶剂，配制各席夫碱稀土配合物溶液，浓度为10-4mol·L-1，以DMF作参比，测各配合物的紫外吸收峰及其归属见图2.由图中可见，216 nm处的E2吸收带是芳香族化合物的特征吸收，当苯环上有助色团时，由于n-π共轭使E2吸收带红移；在配合物LRE（NO3）2·4H2O中存在于苯环共轭的C=N基团，所以配合物的E2吸收带发生红移，处于217～221 nm处.在230～270 nm区间的B吸收带是苯环的特征吸收，而当苯环上连有助色基团时，B吸收带发生红移，使配合物的B带处于290 nm处.R吸收带是苯环与生色基相连时的吸收，波长在300 nm以上区间，在配合物中的R吸收带较配体L有微弱的红移.K吸收带是由共轭双键中的π→π*跃迁产生的很强的吸收峰.比较配体和配合物的K带可发现，配合物的K带发生红移.

图2 配体和配合物在DMF中紫外吸收光谱图（nm）

2.4 热稳定性分析

图3 配体L（a）和配合物LSm（MO3）2∗2H2O（b）的TG-DTA和DTG谱图LSm（NO3）2·2H2O（b）的TG-DTA和DTG谱图

以Al2O3为参比物，升温速率10℃·min-1，量程25～900℃，氮气气氛中测定了配体及其稀土配合物的TG-DTA热稳定性.从配体和配合物的TG-DTA谱图3中可以看出，各配合物的TG-DTA谱图失重趋势极为相似.配合物中都存在一定的结晶水，在25～100℃之间，失水约1.3%；在150～300℃区间有一个强烈的放热峰，可能是配合物中C=N键断裂、苯环、C-O键等变为N2、CO2离去，其失重约为16%；在400～700℃之间有较为强烈的放热峰，可能是稀土硝酸盐分解为氧化物的过程.图3为配体L和配合物LSm（NO3）2·4H2O的TG-DTA谱图，从图中可见，配体的失重较配合物的平稳，并且在配合物谱图（b）中，其在热分解过程中有较大的放热现象，而在配体中没有出现，可见，当稀土金属离子进入配体后，能够有效的影响配合物的稳定性.

2.5 摩尔电导率分析

用DMF做溶剂，配制各稀土Salphen席夫碱配合物溶液，浓度为2×10-3mol·L-1，测得其电导率分析归属见表3.从表中可见，各配合物的摩尔电导率处于100～120 S·cm2·mol-1，较配体L的大，说明配合物中有NO3-的存在，另外，配体L也存在一定的导电性，分析为主要是配体中存在酚羟基，在溶液中有一定的电离，同时，配合物中含有结晶水也会使电导率增加.从上表还可以看出，稀土Salphen席夫碱配合物的电导率基本上随稀土元素原子序数的增大呈现而增大，其内在规律还有待于进一步研究.

表3 稀土Salphen席夫碱配合物的摩尔电导率

2.6 抑菌实验

以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作溶剂，当配合物的浓度为1.0×10-4mol·L-1时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌作抑菌实验，根据抑菌圈大小来初步判断配合物的抑菌能力大小.[12，15，16]当抑菌圈直径大于20 mm表示具有强抑菌效果，抑菌圈在10～20mm之间为中等抑菌，抑菌圈小于10mm表示为弱抑菌（滤纸片直径为5 mm）.其抑菌结果见表4.由表4可见，四种配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌都有一定的抑制作用，而配体对三种菌均无抑菌作用，说明稀土配位金属离子有抑菌效应；而且配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌效果最好.

表4 各类化合物的抑菌活性圈（抑菌圈直径/mm）

通过以上分析可见，配合物LSm（NO3）2·4H2O具有较高的抑菌活性，所以进一步调节配合物LSm（NO3）2·4H2O的浓度进行抑菌活性试验.其抑菌活性见表5.由表5可见，随着配合物浓度的升高，抑菌活性有较为显著的升高，但效果不明显，而随配合物浓度的下降，其抑菌活性却快速的下降，说明较为有效的浓度以1.0×10-4mol·L-1为宜.

表5 配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌活性圈（抑菌圈直径/mm）

综上所述，稀土Salphen席夫碱配合物LRE（NO3）2·nH2O（RE=La，Nd，Sm，Gd）中稀土金属离子RE（Ⅲ）的配位数为6，有2个NO3-于其配位，其可能结构如图4所示.

图4 配合物M（NO3）2·4H2O的结构示意图

3 结论

利用N，N′-双（2，4-二羟基苯甲醛）缩邻苯二胺配体L与稀土金属离子（La，Nd，Sm，Gd）合成了稀土Salphen席夫碱稀土配合物LRE（NO3）2·4H2O，并对其结构进行了红外光谱（FT-IR），紫外-可见光谱（UV），元素分析和差热-热重（TG-DTA）分析表征后认为稀土金属离子M（Ⅲ）的配位数为6，有2个NO3-于其配位，并将四种配合物作抑菌检测，结果表明，系列配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌均有较好的抑制作用，而且配合物LSm（NO3）2·4H2O的抑菌效果最好.

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