N，N-二羧甲基-L-谷氨酸金属配合物的合成、表征和催化活性

金龙飞，王 龙，毛 骁，杨 明，吴勇飞，吴腊梅

(中南民族大学化学与材料科学学院，武汉430074)

L-谷氨酸衍生物近年来被研究者用与金属离子如钯(II)、钒(II)、钙(II)等配位合成新型的具有生理活性或化学特性的 L-谷氨酸类金属配合物［1，2］.如Marcos Maroto等［3］以L-谷氨酸衍生物合成了一种新型的化合物ITH33/IQM9.21(ITH/IQM)，它能调节人体内钙离子的进出，保护人的神经组织.Danuta Kroczewska等［4］在研究［Cu2+-(A)-(Glu-cha)］(A=多聚胺)三元体系中探讨了混合配体配合物中L-谷氨酸类似物与金属铜(II)形成的金属配合物.

根据谷氨酸与三磷酸腺苷分解酶和辅酶的特征结构残基基团的相似性，本文对谷氨酸衍生物及其与金属离子配位后形成的金属配合物进行了研究，以期寻找影响三磷酸腺苷分解的催化活性的化合物或配合物.在对N，N-二苄基-L-谷氨酸研究的基础上［5］，拟以 L-谷氨酸为原料合成 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸(H2bcmga)(图1)及其金属配合物，并考察修饰后的谷氨酸衍生物及其金属配合物对三磷酸腺苷二钠分解的催化活性，为进一步研究L-谷氨酸衍生物及其金属配合物的催化活性提供理论依据.

图 1 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸Fig.1 N，N-biscarboxymethyl-L-glutamic acid

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

元素分析仪(Perkin Elmer 2400 CHN型)，高分辨傅立叶红外光谱仪(FT-IR NEXUS智能型，KBr压片)，核磁共振仪(VARIAN Mercury PLUS-300，溶剂为DMSO-d6)，可见紫外分光光度计(UV-265，25℃测量，波段范围为190～700 nm)，酸度计(pH-25型)，数字熔点仪(X-4).

甲醇、无水乙醇、95%乙醇、无水乙醚、CuCl2·2H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、MnCl2·4H2O、ZnCl2、MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3·10H2O、N，N-二甲基酰胺(DMF)、盐酸、氯乙酸、LiOH、钼酸铵、硫酸亚铁均为分析纯.L-谷氨酸、三磷酸腺苷二钠为生物试剂.

1.2 实验方法

1.2.1 配体 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 的制备

N，N-二羧甲基-L-谷氨酸的制备参照文献［6］合成.取 L-谷氨酸 2.94 g(0.02 mol)和氯乙酸4.72 g(0.05 mol)，用 7 mol·L－1LiOH 调节 pH 11后混匀，在80～85℃搅拌反应5～6 h，再用4.0 mol·L－1HCl调至 pH=1.5～2.0，减压蒸馏至粘稠状，加入无水乙醇使其析出固体.过滤并用50%的乙醇洗涤，再用80%的乙醇溶液重结晶，真空干燥至恒重，纯品为白色粉末状固体.产率:88.5%，m.p.185～186℃.Anal.calcd for C9H13NO8:C 41.07，H 4.94，N 5.32;found:C 41.05，H 4.94，N 5.32.FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):1629 s，1412 s，1081 s.1H NMR(DMSO-d6)，δ:12.20(s，4H)，3.61～3.64(m，1H)，1.58～1.59(m，2H)，2.15～2.18(m，2H)，3.22～3.42(m，4H).

1.2.2 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合铜［Cu(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50 ℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.18 g(1.00 mmol)CuCl2·2H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1的 NaOH 溶液调节 pH=3.0～4.0 至刚好不出现沉淀，溶液由浅蓝色变为深蓝色.继续反应3～4h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温.加入95%乙醇10～15mL，出现浅蓝色沉淀物，过滤，用50%的乙醇洗涤干燥.产率:79.2%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H15CuNO10:C 29.92，H 4.16，N 3.88;found:C 29.80，H 4.24，N 3.65.FTIR(KBr压片，υ/cm－1):3392 vs br，1589 s，1408 s，1031 m，526 m，463 m.

1.2.3 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合钴［Co(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.24 g(1.00 mmol)CoCl2·6H2O的3 mL 95%的乙醇溶液，用0.10 mol·L－1的 NaOH 溶液调节 pH=5.0～5.5 至刚好不出现沉淀，溶液颜色由浅红色变为深红色.继续反应3～4 h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出现浅红色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:80.3%，m.p.＞ 300 ℃.Anal.calcd for C9H15CoNO10:C 30.34，H 4.21，N 3.93;found:C 30.22，H 4.30，N 3.78.FI-IR(KBr压片，υ/cm－1):3396 vs br，1586 s，1412 s，1038 m，567 m，485 m.

1.2.4 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合镍［Ni(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.24 g(1.00 mmol)NiCl2·6H2O的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液调节 pH=5.0～6.0 至刚好不出现沉淀，溶液颜色由浅绿色变为深绿色.继续反应3～4 h，后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出现浅绿色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:83.4%，m.p.＞ 300 ℃.Anal.calcd for C9H15NiNO10:C 30.36，H 4.23，N 3.94;found:C 30.30，H 4.31，N 3.82.FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):3400 vs br，1583 s，1416 s，1033 m，552 m，438 m.

1.2.5 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合锰［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.20 g(1.00 mmol)MnCl2·4H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液调节 pH=6.0～6.5 至刚好不出现沉淀，溶液颜色变为黄色.继续反应3～4 h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入无水乙醇10～15 mL，溶液中出现灰色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:76.7%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17MnNO11:C 29.19，H 4.59，N 3.78;found:C 29.11，H 4.70，N 3.57.FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):3380 vs br，1588 s，1410 s，1035 m，541 m，452 m.

1.2.6 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合锌［Zn(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加到溶有0.14 g(1.00 mmol)ZnCl2的 3 mL 95% 乙醇 溶液，用0.10 mol·L－1NaOH溶液调节 pH=5.5～6.0 至刚好不出现沉淀，溶液颜色仍为无色.继续反应3～4 h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出现白色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:81.7%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17ZnNO11:C 28.38，H 4.47，N 3.68;found:C 28.17，H 4.58，N 3.45.FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):3398 vs br，1585 s，1411 s，1036 m，539 m，446 m.

1.2.7 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合镁［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.21 g(1.00 mmol)MgCl2·6H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液调节 pH=6.0～6.5 至刚好不出现沉淀.继续反应3～4 h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出现白色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:73.0%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17MgNO11:C 31.86，H 5.01，N 4.13;found:C 31.75，H 5.22，N 4.01.FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):3480 s，1579 s，1413 s，1033 m，535 m，465 m.

1.2.8 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合钙［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

将0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸馏水中，50℃下搅拌，缓慢滴加溶有0.08 g(1.00 mmol)Ca(OH)2的5 mL 95%乙醇溶液，调节pH=6.0～7.0至刚好不出现沉淀.继续反应3～4 h后减压蒸馏溶液至粘稠状，冷却至室温后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出现白色沉淀物，过滤，用50%乙醇洗涤干燥.产率:81.9%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17CaNO11:C 30.42，H 4.79，N 4.79;found:C 30.41，H 4.80，N 4.78 .FT-IR(KBr压片，υ/cm－1):3478 s，1579 s，1405 s，1041 m，563 m，434 m.

1.2.9 催化三磷酸腺苷二钠水解的活性测试

［7，8］，采用比色法测定化合物对三磷酸腺苷二钠分解活性.通过无机磷标准曲线得到相应的无机磷含量，即可比较其活性的强弱.

2 结果与讨论

2.1 结构与光谱分析

2.1.1 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 的组成和结构

N，N-二羧甲基-L-谷氨酸易溶于水，难溶于甲醇、乙醇、乙醚、DMF等有机溶剂.元素分析的测量结果与理论计算结果相符，证明了元素组成的合理性.

在1H NMR(DMSO-d6)，12.20处的单峰可归属为4个－COOH的质子，3.61～3.64处的多重峰可归属为N－CH－上的质子;3.22～3.42处的多重峰可归属为N(CH2－COOH)2上的4个质子，2.15～2.18处的多重峰可归属为－CH2－CH2－COOH上的2个质子;1.58～1.59处的多重峰可归属为－CH2－CH2COOH上的2个质子.

在IR 中，1629 cm－1是 υas(COO－)吸收峰，1412 cm－1是 υs(COO－)吸收峰，1081 cm－1是 υ(C－N)吸收峰;与L-谷氨酸标准红外谱图相比较，其谱图中未见 υas()、υs()、δas()和 δs)吸收峰，表明生成物H2bcmga是L-谷氨酸的2个氨基氢都被羧甲基取代而生成的.

2.1.2 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 配合物的组成和结构分析

通过等摩尔系列法测定配体H2bcmga与MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O和 ZnCl2的配合物的组成，结果这些配合物的组成比均为1∶1.银氨溶液定性分析配合物，未见氯离子的存在.配体 H2bcmga与MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O 和 ZnCl2形成的金属配合物的结构通式表示为［M(bcmga)(H2O)］·nH2O.推测配体H2bcmga与金属离子形成的配合物分子式分别为［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ni(bcmga)(H2O)］·H2O、［Co(bcmga)(H2O)］·H2O、［Cu(bcmga)(H2O)］·H2O、［Zn(bcmga)(H2O)］·2H2O.

在金属配合物红外光谱中，3407 cm－1处均有很宽的吸收峰，表明配合物分子中有水分子存在，与元素分析结果一致.在约 1585 cm－1均有 υas(COO－)吸收峰，约1411 cm－1均有 υs(COO－)吸收峰;与配体中 υas(COO－)、υs(COO－)均有较大的移动，表明羧基与M(II)的成键，Δυ(COO－)值为174 cm－1左右，因此配合物中羧基以单齿配位的模式与M(II)成键.在约1036 cm－1有 υ(C－N)伸缩振动，与配体中υ(C－N)伸缩振动约相差58cm－1;υ(C－N)吸收峰的位移说明氨基团的氮原子参与了配位.此外在567～526 cm－1和485～434 cm－1均有明显的吸收峰，可归属为υ(N－M)和υ(O－M)伸缩振动.

2.1.3 对三磷酸腺苷二钠水解反应的影响

室温下，通过比色法测定的实验数据，由无机磷标准曲线中查出的N，N-二羧甲基-L-谷氨酸和目标配合物体系所对应的无机磷含量见表1.由表1可知，对ATP分解反应，可认为配体H2bcmga无催化活性.而在配合物中，Ca(II)，Mg(II)和 Mn(II)的配合物对三磷酸腺苷二钠分解反应均具有一定的活性，其活性顺序为［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O ＞［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O ＞［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O，而配体 H2bcmga 与 Cu(II)、Co(II)、Ni(II)和Zn(II)离子形成的配合物则无活性.

表1 化合物体系的磷含量Tab.1 Contents of phosphorus of systems with complexes

3 结语

以L-谷氨酸为主要原料，通过一系列的反应合成了配体N，N-二羧甲基-L-谷氨酸(H2bcmga).配体H2bcmga以自组装方式在相应的溶剂中分别与Mg(II)、Ca(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)和Zn(II)离子形成了相应的配合物.通过比色法测定了目标配体及其配合物体系对应的无机磷含量.结果表明，配体H2bcmga对三磷酸腺苷二钠的分解反应催化活性较其与Mg(II)、Ca(II)、Mn(II)、离子形成的配合物的催化活性很弱，基本上可以忽略;而配合物［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O 和［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O 对三磷酸腺苷二钠的分解反应具有一定的催化活性.

参考文献

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