双[三(2-甲基-2-苯基)丙基锡]二元酸酯(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2(n=5，6)的合成、结构、热稳定性及生物活性

朱小明 邝代治＊, 冯泳兰 张复兴 庾江喜 蒋伍玖 张志坚

双[三(2-甲基-2-苯基)丙基锡]二元酸酯(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2
(n=5，6)的合成、结构、热稳定性及生物活性

朱小明1邝代治＊,1冯泳兰1张复兴1庾江喜1蒋伍玖1张志坚2

(1衡阳师范学院化学与材料科学系；功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室，衡阳421008)
(2衡阳师范学院生命科学系，衡阳421008)

氧化双[三(2-甲基-2-苯基)丙基]锡分别与庚二酸和辛二酸反应，合成了2个双[三(2-甲基-2-苯基)丙基锡]二元酸酯(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2[(n=5(1)，6(2)]，经IR、1H和13C NMR、元素分析和X射线单晶衍射对化合物进行了表征。化合物属单斜晶系，空间群为P21/c。锡原子均为畸型四面体构型，化合物1以氢键作用形成一维链状结构，化合物2以氢键和C-H…π作用形成二维网状结构。化合物1和2在340℃以下具有良好的热稳定性，对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460均具有较好的体外抑制活性，且具有一定的抑菌活性。

双[三(2-甲基-2-苯基)丙基锡]二元羧酸酯；合成；晶体结构；生物活性

0 引言

苯丁锡又称双[三(2-甲基-2-苯基丙基)锡]氧化物，具有较好的生物活性，可作为一种高效杀螨剂，应用于一些农作物的螨类防治[1]，苯丁锡的某些衍生物比苯丁锡具有更好的杀螨活性[2-3]，引起人们的关注。苯丁锡具有较大的空间结构，也成为化学合成工作者兴趣的问题，一些苯丁锡衍生物及其生物活性研究相继报道[4-8]。苯丁锡羧酸酯的合成与结构研究表明，脂肪族二元酸作为双功能基，与苯丁锡反应，形成链桥的苯丁锡二元羧酯，其结构除了受苯丁锡的空间位阻影响外，还与二元酸的脂肪链长度有关，如苯丁锡与脂肪族二元酸HO2C(CH2)nCO2H (n=0～4)反应,一般形成长链的二元酸酯，苯丁锡乙二酸酯[9]、苯丁锡丁二酸酯、苯丁锡戊二酸酯和苯丁锡已二酸酯的合成说明了这一结果(另文报道)。为了进一步探索苯丁锡羧酸酯化合物的合成与结构，本文利用苯丁锡分别与庚二酸和辛二酸反应，合成了2个新型的苯丁锡二元羧酸酯：

[(PhMe2CCH2)3Sn]2O+HO2C(CH2)nCO2H→

(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)]2n=5(1)；6(2)并初步研究了化合物对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460增殖的抑制作用，及对金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、大肠埃希菌(E.Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)的抑菌活性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

双[三(2-甲基-2-苯基丙基)锡]氧化物、庚二酸、辛二酸、二甲基亚砜(DMSO)、甲苯、正己烷、二氯甲烷均为分析纯。卡铂(99%)、氘代氯仿(XD≥99.8%)购自百灵威科技有限公司。人结肠癌细胞(Colo205)、人肝癌细胞(HepG2)、人乳腺癌细胞(MCF-7)、人宫颈癌细胞(Hela)、人肺癌细胞(NCI-H460)细胞株取自美国模式培养物集存库(ATCC)，含10%胎牛血清的RPMI-1640培养基购自美国Gibico公司，胰蛋白酶(Trypsin)购自甘肃金盛生化制药有限公司。金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、大肠埃希菌(E.Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)取自广东药学院。

所用仪器有日本岛津IR Prestige-21红外光谱仪(4 000～400 cm-1，KBr)，PE-2400(Ⅱ)元素分析仪，Bruker SMART APEXⅡCCD单晶衍射仪，X-4双目体视显微熔点测定仪，Bruker Avance 400核磁共振仪(TMS为内标，CDC13为溶剂)，TGA Q50热重分析仪，超净工作台(天津净化设备厂)，高压灭菌锅(山东新华医疗器械股份有限公司)，恒温培养箱(武汉瑞华仪器公司)。

1.2 化合物的合成

在100 mL圆底烧瓶中，加入4 mmol[(PhMe2CCH2)3Sn]2O、2 mmol庚二酸或2 mmol辛二酸，50 mL甲苯，搅拌回流11 h，冷却过滤，旋转蒸发除去溶剂，粗产品用二氯甲烷和正己烷混合溶剂重结晶得到产品。

1：无色晶体，1.460 g，产率61.1%。m.p.：114～115℃。元素分析：实测值(计算值，%)：C 67.93 (67.35),H 7.48(7.42)。IR(KBr,cm-1)：2 959,2 920,2 862 (m，ν(C-H))，1 659(s，νas(COO-))，1 367(m，νs(COO-))，556(m，ν(Sn-O))，457(m，ν(Sn-C))。1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ：7.09～7.30(m,30H,Ph-H),1.16(s，12H，CH2Sn)，1.20(s,36H,CH3)，2.24(t，4H，CH2COOSn)，1.63，1.37(s，4H，s，2H，C(CH2)3C)。13C NMR(CDCl3，100 MHz)，δ：29.25,25.68(-CH2-),35.85(Ar-C),32.72(SnCH2-),37.25、37.73(-CH3)、125.30、125.77、128.29、150.96(Ar)，176.97 (COO)。

2：无色晶体，1.786 g，产率73.8%。m.p.：99～100℃。元素分析：实测值(计算值，%)：C 67.50 (67.56),H 7.55(7.50)。IR(KBr,cm-1)：2 957,2 922,2 858 (m，ν(C-H))，1 657(s，νas(COO-))，1 381(m，νs(COO-))，556(m，ν(Sn-O))，453(m，ν(Sn-C))。1H NMR(CDCl3，400 MHz)，δ：7.08～7.26(m,30H,Ph-H),1.14(s，12H，CH2Sn)，1.20(s,36H,CH3)，2.24(t，4H，CH2COOSn)，1.57，1.36(s，4H，s，4H，C(CH2)4C)。13C NMR(CDCl3，100 MHz)，δ：25.83,28.69(-CH2-),35.93(Ar-C),32.72(SnCH2-),37.25, 37.73(-CH3),125.30、125.78、128.28、150.96(Ar)，177.02 (COO)。

1.3 生物活性测试

1.3.1 化合物的体外抗癌活性测试

采用四氮唑盐还原法(MTT法)测定化合物对人癌细胞Colo205、HepG2、MCF-7、Hela、NCI-H460增殖的抑制活性。实验分为药物试验组(分别加入不同浓度的测试药)、对照组(只加培养液和细胞，不加测试药)和空白组(只加培养液，不加细胞和测试药)。取处于对数生长期的肿瘤细胞，加入适量的Trypsin消化，使贴壁细胞脱落，用含10%牛胎血清的RPMI-1640培养液在含5%(体积分数)CO2、饱和湿度培养箱内于37℃下培养。取96孔板，将测试药液(0.1 nmol·L-1～10μmol·L-1)按浓度梯度分别加入各孔中，每个浓度设6个平行孔，于前述培养箱条件下培养72 h，然后每孔加MTT40μL(用D-Hanks缓冲液配成4 mg·mL-1)，继续培养4 h，移去上清液，每孔加DMSO 150μL，振荡5 min，使甲瓒结晶充分溶解，利用Ap22 Speedy全自动酶免分析系统在570 nm波长处检测各孔的光密度。对照药物(卡铂)的活性按照化合物的活性测试方法测定。实验数据应用Graph Pad Prism 5.0统计软件分析，通过存活率百分比数据相对于药物浓度的非线性回归分析(曲线拟合)，用S形剂量响应(变量)方程确定IC50值。

1.3.2 化合物的抑菌活性测试

利用滤纸片法测试化合物的抑菌活性。所谓滤纸片法是利用药物在含敏感实验菌的琼脂培养基中的球面扩散渗透作用，通过对敏感实验菌的抑杀作用而影响细菌生长繁殖，从而形成一定的抑菌圈。通过琼脂培养基，可观察并测量出抑菌圈的大小。在一定的药物浓度范围内，对数剂量(浓度)与抑菌圈的表面积或直径成正比，依抑菌圈的大小确定药物抗菌能力的强弱[10]。选用4种细菌菌株为实验菌，其中2种为革兰氏阳性细菌：金黄色葡萄球菌(S.Aureus)、枯草杆菌(B.Subtilis)；2种为革兰氏阴性细菌：大肠埃希菌(E.Coli)、伤寒杆菌(S.Typhi)。受试化合物抗菌活性测试：在每碟中均匀放置4～6个沾有待测药液的滤纸片(直径(6.0±0.1)mm)，并用二甲亚砜做对照。平皿于36℃孵育24 h，用游标卡尺测量受试化合物的抑菌圈直径。十字交叉法测量2次，取其平均值。

1.4 晶体结构的测定

分别选取尺寸为0.18 mm×0.23 mm×0.21 mm (1)和0.30 mm×0.13 mm×0.12 mm(2)的晶体，在BRUKER SMART APEXⅡCCD单晶衍射仪上，采用经石墨单色化的Mo Kα射线(λ=0.071 073 nm)，于296(2)K，以φ～ω扫描方式收集衍射数据。配合物1在1.55°～25.00°范围内共收集46 260个衍射点，其中独立衍射点10 949个(Rint=0.024 9)，用于结构精修的可观察衍射点8 303个(I＞2σ(I))；配合物2在1.60°～27.64°范围内共收集41 659个衍射点，其中独立衍射点14 567个(Rint=0.027 7)，用于结构精修的可观察衍射点9 352个(I＞2σ(I))。全部数据经Lp因子和经验吸收校正。晶体结构由直接法解出，部分非氢原子坐标在随后的数轮差值Fourier合成中陆续确定，理论加氢法给出氢原子在晶胞中的位置坐标。对非氢原子坐标及其各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。全部结构分析计算工作采用SHEXTL-97程序[11]系统完成。化合物1、2的晶体学数据列于表1。

CCDC：1047097，1；1047098，2。

表1 化合物晶体学数据Table 1 Crystallographic data of the complexes

续表1

2 结果与讨论

2.1 谱学性质

由脂肪链桥的苯丁锡二元羧酯化合物1和2，中心结构类似，表现在谱学性质上无明显差异：在IR谱中,强而宽的羧基的O-H[12]吸收蜂(3 150～2 800 cm-1)在相应化合物中消失，表明羧基已脱质子形成O-Sn键[13]，羧酸根(COO)的不对称伸缩振动(νas)和对称伸缩振动(νs)特征峰，在1和2中分别出现在1 659、1 657和1 367、1 381 cm-1处，其差值Δν(νasνs)分别为292.0、276 cm-1，均明显大于200 cm-1，表明化合物中的羧酸根是以单齿形式与Sn配位[14]。化合物分别于较低波数还出现Sn-C、Sn-O键的伸缩振动吸收(1在556、457 cm-1，2在556、453 cm-1)[15]。化合物的1H NMR谱中,芳环质子吸收峰在7.0～7.30范围内，为多重峰，2.24处为亚甲基(-CH2COOSn)上氢。芳环碳原子在13C NMR谱中出现在125.30～150.96范围，羧基碳原子略有变化，分别在176.97 (1)和177.02(2)。

图1 化合物的分子结构图(椭球率5%)Fig.1 Molecular structure of the complexes with 5%probability ellipsoids

表2 化合物的主要键长和键角Table 2 Selected bond lengths(nm)and bond angles(°)of complexes

2.2 晶体结构

晶体结构分析表明，由长链桥二元羧酸的2个羧基分别以单齿形式与锡原子结合，如图1，形成2个类似分子结构的双{三[(2-甲基-2-苯基)丙基]锡}直链二元羧酸酯化合物。它们的键参数如表2所示，化合物中，Sn1和Sn2与碳或氧的键长和键角有明显差异。如化合物1，C-Sn1-C分别为115.8(3)°，115.6(3)°，116.8(3)°，大于四面体键角；O-Sn1-C分别为104.5(3)°，91.2(3)°，108.7(3)°，小于四面体键角。在Sn2原子的周围也有类似的键参数，这可能是由于大位阻(2-甲基-2-苯基)丙基相互之间存在排斥作用。因此，中心Sn1原子和Sn2原子分别与配基原子构成畸形四面体构型。与文献报道的苯丁锡羧酸酯结构相似[4,6-7]。

续表2

值得一提的是，在化合物中存在弱作用，如表3所示，化合物1分子间通过芳环氢与邻近分子的羰基氧形成C63-H63…O2i氢键作用，由分子间的这种作用形成了一维链状结构，如图2；化合物2分子间不仅存在化合物1分子间的氢键作用，还有α-H与邻近分子苯环的C-H…π作用，形成了二维网状结构，其中构成π平面的原子为苯环C3-C8原子，Cgii(Centroid：0.529 58，0.275 48，0.653 74)代表苯环C3～C8原子组成的质心，H…Cgii间距为0.299 3 nm，如图3所示。

表3 化合物的氢键数据Table 3 Parameters of hydrogen bonding interactions in complexes

图2 化合物1的一维链状结构Fig.2 One-dimensional chain of complex 1

图3 化合物2的二维网状结构Fig.3 Two-dimensional network of complex 2

图4 化合物的TG-DTG曲线Fig.4 TG-DTG curves of the complexes

2.3 化合物的热稳定性

为了研究化合物的热稳定性,在氮气保护下，加热速度为10℃·min-1，在50～550℃范围对化合物1、2进行了实验，测得化合物1和2的热重分析曲线如图4所示，化合物1的最大失重温区为340～410℃，失重区归属于三[(2-甲基-2-苯基)丙基]和庚二羧基基团的离去，失重率为86.90%；2的最大失重温区为340～400℃，失重区归属于三[(2-甲基-2-苯基)丙基]和辛二羧基的离去，失重率为81.02%。假定残余物对应的是SnO2，1和2理论计算值分别为25.23%和24.93%，实测值与计算值基本吻合。结果表明，化合物1、2具有较好的热稳定性，在340℃以下都可以稳定存在。

2.4 生物活性

2.4.1 体外抗肿瘤活性

对化合物1、2的进行了体外抗癌活性测试，结果列于表4。由表中数据可知，化合物1和2对人癌细胞Hela、MCF-7、HepG2、Colo205、NCI-H460增殖均有较高的抑制活性，其IC50数值均要小于顺铂对以上5种人体癌细胞的IC50数值，这说明抑制活性均明显高于临床使用的卡铂。且化合物1对5种癌细胞的抑制活性从大到小依次为：人结肠癌细胞Colo205、人肺癌细胞NCI-H460、人乳腺腺癌细胞MCF-7、人子宫颈癌细胞Hela、人肝癌细胞HepG2。化合物2对这5种癌细胞的抑制活性均大于1。尤其是化合物2对人结肠癌细胞的抑制效果最好，IC50值为0.818 6μmol·L-1，其次是对人肝癌细胞和人肺癌细胞，IC50值分别为1.223和1.401μmol· L-1；再次是对人乳腺癌细胞和人子宫颈癌细胞，IC50值分别为3.093和3.530μmol·L-1。化合物对体外抗癌活性的测试结果表明，化合物1和2可能具有一定的药用价值。

2.4.2 抑菌活性

以DMSO对4种受试细菌的抑制作用为空白，实验显示DMSO对这4种细菌的抑菌圈的直径均为0 mm，无抑制作用。化合物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希菌、伤寒杆菌大部分有抑制作用，且抑制活性随着化合物的浓度的增加而提高，如表4所示。当化合物的浓度为1 mg·ml-1时，对4种细菌均有明显的抑制作用，其中对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、伤寒杆菌抑制活性最强的化合物分别为2(8.1 mm)，1(13.8 mm)，1 (7.4 mm)，1(18.0 mm)。

表4 化合物1、2和卡铂对肿瘤细胞的半抑制率Table 4 IC50of complexes 1,2 and carboplatin on tumor cells μmol·L-1

表5 化合物的抑菌性能(以抑菌圈直径表示)Table 5 Antibacterial activity of complexes indicated by ring of antibacterial diameter mm

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Syntheses,Crystal Structures,Thermal Stability and Biological Activities of Two Bis[tri(2-methyl-2-phenyl)propyltin]dicarboxylates(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2(n=5,6)

ZHU Xiao-Ming1KUANG Dai-Zhi＊,1FENG Yong-Lan1ZHANG Fu-Xing1YU Jiang-Xi1JIANG Wu-Jiu1ZHANG Zhi-Jian2
(1Department of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University;Key Laboratory of Functional
Organometallic Materials of Hengyang Normal University,College of Hunan Province,Hengyang,Hunan 421008,China)
(2Department of Lifes Science,Hengyang Normal University,Hengyang,Hunan 421008,China)

The two bis[tri(2-methyl-2-phenyl)propyltin]dicarboxylates(CH2)n[CO2Sn(CH2CMe2Ph)3]2(n=5(1),6(2)) have been synthesized by the reaction of pimelic acid and suberic acid with bis[tri(2-methyl-2-phenyl)propyltin] oxide,respectively.IR,1H and13C NMR,elemental analysis and X-ray diffraction for the title complexes were presented.The two complexes belong to monoclinic,space group P21/c.The tin atoms have a distorted tetrahedral geometry.A 1D chain structure of complex 1 is generated by intermolecular hydrogen bonds and a 2D network structure of complex 2 is formed by C-H…O and C-H…πinteractions.The thermal gravimetric analysis has showed thatthe complexes 1 and 2 are stable below 340℃.The two complexes showed strong in vitro anti-tumor activity against five human tumor cell lines,Colo205,HepG2,MCF-7,Hela and NCI-H460,and have antibacterial activity.CCDC:1047097,1;1047098,2.

bis[tri(2-methyl-2-phenyl)propyltin]dicarboxylate;synthesis;crystal structure;biological activitiy

O614.43+2

A

1001-4861(2015)07-1373-07

10.11862/CJIC.2015.181

2015-03-08。收修改稿日期：2015-05-04。

湖南省自然科学基金(No.13JJ3112)和科技计划(No.2013TZ2025，2014NK3086，2014FJ3060)，功能金属有机材料湖南省普通高校重点实验室开放基金(No.13K105，14K014，13K01-05，GN14K01)，衡阳师范学院科学基金(No.12C45)，湖南省重点学科基金和湖南省高校科技创新团队支持计划资助项目。

＊通讯联系人。E-mail：hnkcq@qq.com；会员登记号：S06N8374M1012。