基于季戊四胺席夫碱的Ni和Cu配合物的合成、结构及其抑菌活性

张奇龙　王焕宇　江　峰　冯广卫　徐　红　黄亚励(贵州医科大学化学教研室，贵阳　550025)

张奇龙＊王焕宇江峰冯广卫徐红黄亚励
(贵州医科大学化学教研室，贵阳550025)

以4-甲氧基水杨醛和季戊四胺进行缩合反应得到席夫碱化合物H4L，然后将配体H4L分别与Ni(ClO4)2·6H2O、Cu(ClO4)2在乙醇溶液中进行配位反应，得到2个席夫碱配合物[Ni2(L)]·DMF (1)和[Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2)。并用元素分析、FT-IR和X射线单晶衍射进行了表征。配合物1和2都属于三斜晶系，P1空间群，配合物1和2都为双核配合物。初步研究了配体和配合物的体外抑菌活性，结果表明，配体及其配合物1和2对金黄色葡萄球菌具有一定的抑菌活性。

席夫碱；Ni配合物；Cu配合物；晶体结构；抑菌活性

席夫碱容易和不同的金属离子配位得到结构各异的配合物[1-2]，某些配合物的结构接近于生物体系的真实情况，适宜于进行生命体系的模拟研究[3-4]；某些席夫碱及其金属配合物还具有抑菌、抗癌和抗病毒等药理性质[5-7]，有些表现出良好的仿酶催化活性[8]。因此，近年来席夫碱及其金属配合物受到人们的普遍重视。丙二胺与水杨醛、3-甲氧基水杨醛、4-甲氧基水杨醛等缩合得到的席夫碱及其金属配合物由于具有磁性、光学、电化学等独特的性质而备受研究者的关注[9-10]；季戊四胺与丙二胺相比，相当于2个丙二胺共用1个中间的碳原子，所以，当其与水杨醛、3-甲氧基水杨醛、4-甲氧基水杨醛等缩合得到席夫碱化合物后与金属离子配位时容易得到单核、双核乃至多核配合物[11-12]。因此，我们用季戊四胺与4-甲氧基水杨醛进行缩合反应得席夫碱配体H4L,然后将席夫碱配体H4L与Ni(ClO4)2·6H2O或Cu(ClO4)2·6H2O在乙醇溶液中进行配位反应,得到2个席夫碱配合物[Ni2(L)]·DMF (1)，[Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2)，初步研究了配体和配合物的体外抑菌活性。

1　实验部分

1.1试剂

4-甲氧基水杨醛，Ni(ClO4)2·6H2O，Cu(ClO4)2· 6H2O，以及其它所用试剂均为分析纯。

1.2测试仪器

JEOL ECX 500 MHz核磁共振仪；Bio-Rad型傅立叶红外光谱仪(4 000～400 cm-1)；Vario ELⅢ型元素分析仪(德国)；晶体结构测定采用Bruker Smart Apex单晶衍射仪。

1.3配合物合成

1.3.1配体H4L的合成

配体的合成路线如下：

Scheme 1

称取4-甲氧基水杨醛(1.368 g，9 mmol)于100 mL圆底烧瓶中，加入50 mL乙醇充分溶解，称取(0.264 g，2 mmol)季戊四胺用20 mL乙醇充分溶解后，缓慢滴加到上述圆底烧瓶中，加热回流8 h，冷却至室温，析出黄色固体，过滤，乙醇洗涤3次，干燥，得黄色固体0.461 g，产率69%。用三氯甲烷-乙醇溶解，缓慢挥发溶剂，得到大小合适X射线晶体衍射的方形晶体。1H NMR (CDCl3)δ 3.679(s，8H，-CH2-)，3.826 (s，12H，-OCH3)，6.470～7.146 (m，9H，ArH)，8.284(s，4H，CH=N)，13.714(s，4H，-OH)。元素分析(%，按C37H40N4O8计算，括号内为计算值)：C 66.37 (66.45)，H 5.97 (6.03)，N 8.42 (8.38)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 435(m)，2 930(w)，2 843(w)，1 627(s)，1 542(w)，1 468(s)，1 340(w)，1 254(s)，1 203(w)，1 166 (w)，1 136(w)，1 112(w)，1 081(w)，1 040(w)，966(w)，834(m)，780(w)，735(m)。

1.3.2配合物1和2的合成

称取Schiff碱配体H4L(0.167 g，0.25 mmol)溶解在三氯甲烷(20 mL)中，滴加8滴三乙胺，然后加入含Ni(ClO4)2·6H2O(0.177 g，0.5 mmol)的乙醇(20 mL)溶液，加热回流4 h，冷至室温，过滤，乙醇洗涤3次，干燥，得棕色固体0.14 g，产率65%。将少量配合物溶解在DMF中，然后将其放在装有乙醚的试剂瓶中，室温放置3～4 d，得到适合X射线晶体衍射的晶体。元素分析(%，按C40H43N5Ni2O9计算，括号内为计算值)：C，56.12(56.18)；H，5.01(5.07)；N，8.23(8.19)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 434(m)，2 926(w)，2 842(w)，1 614(s)，1 547(w)，1 472(m)，1 447(m)，1340(w)，1 321 (w)，1 232(s)，1 170(w)，1 103(w)，1 083(w)，1 010(w)，957(w)，861(w)，784(w)，741(m)，574(w)。

配合物2按配合物1类似的方法合成，得产物0.16 g，产率：67%。元素分析(%，按C84H102Cu4N8O21S5计算，括号内为计算值)：C，50.81(51.10)；H，5.02 (5.21)；N，5.68 (5.72)。IR(KBr pellet，cm-1)：3 434(m)，2 925(w)，2 842(w)，1 617(s)，1 548(w)，1 472(m)，1 449 (m)，1 321(w)，1 245(s)，1 225(s)，1 170(w)，1 146(w)，1 118(w)，1 083(w)，1 021(w)，975(w)，856(w)，786(w)，743(m)，632(w)。

1.4晶体结构测定

选取大小合适的配合物晶体，用Bruker Smart Apex CCD单晶衍射仪，采用经石墨单色器单色化的Mo Kα射线(λ=0.071 073 nm)，以φ-ω扫描方式在一定的θ(2.15°～26.00°，H4L；1.53°～25.99°，1；1.41° ～25.10°，2)范围内收集单晶衍射数据。衍射强度数据进行了经验吸收校正、Lp校正。晶体结构由直接法解得。对全部非氢原子坐标及其各向异性热参数进行了全矩阵最小二乘法修正。所有计算用SHELX-97程序完成[13]，溶剂分子DMSO无序，有关晶体学数据详见表1。

CCDC：1436577，H4L；1436578，1；1436576，2。

表1　配体H4L及配合物1和2的晶体学及结构修正数据Table 1 Crystal data and structure refinement for the ligand and the complexes 1 and 2

1.5抑菌试验

体外抑菌实验用纸片扩散法进行，首先将受试菌液(7.5×107CFU·mL-1)均匀地涂在M-H琼脂培养基的平板上，将灭菌滤纸片(6 mm)平铺在含菌的培养基上，分别注上10 μL的待测药液(配体及其配合物用10 mL DMSO溶解，稀释成1 280 μg·mL-1的溶液)于纸片上，每张纸片大约含12.8 μg，放入恒温箱内，于37℃孵育24 h后观察抑菌圈大小。所用菌种为金黄色葡萄球菌(S. aureus)(CMCC(B)26003)，大肠杆菌(E. coli)(ATCC 8739)。

2　结果与讨论

2.1配体及其配合物的晶体结构

图1　配体H4L的结构(椭球几率为25%)Fig.1 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of ligand H4L

配体的结构如图1，季戊四胺分别与4个4-甲氧基水杨醛缩合形成“X”型结构，即4个4-甲氧基水杨醛向4个方向伸展。4个4-甲氧基水杨醛的酚羟基氧原子都和亚胺氮原子形成分子内氢键(氢键参数见表2)。

表2　配体H4L的氢键参数Table 2 Structural parameters of hydrogen bonds for ligand H4L

图2　配合物1的结构(椭球几率为25%)Fig.2 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of complex 1

表3　配合物1和2的部分键长和键角Table 3 Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) for the complexes 1 and 2

配合物1结构如图2，主要键长、键角分别列在表3中。配合物1的每个中心Ni离子具有近似四方平面的配位构型，分别与2个酚氧原子、2个亚胺氮原子进行配位，Ni离子周围4个键角在81.28(9)°～174.61(10)°范围内，4个键长在0.186 4(2) ～0.189 9(2) nm之间，这样，每个中心Ni离子周围形成3个六元环结构，以Ni1为中心的3个六元环，由Ni1、O1、C6、C5、C8、N4所组成的六元环的原子都在平面上，由Ni1、O2、C18、C13、C12、N3所组成的六元环中O2、C18、C13、C12、N3基本共面，Ni1到平面的距离为0.047 5 nm，由Ni1、N3、C11、C10、C9、N4所组成的六元环中Ni1、N3、N4、C9基本共面，C10、C11偏离平面形成“信封式”结构。以Ni2为中心的3个六元环，由Ni2、O6、C36、C31、C30、N2所组成的六员环中O6、C36、C31、C30、N2基本共面，Ni2到平面的距离为0.0470 nm，由Ni2、O5、C28、C23、C22、N1所组成的六元环中O5、C28、C23、C22、N1基本共面，Ni2到平面的距离为0.039 1 nm，由Ni2、N2、C21、C10、C20、N1所组成的六元环形成“扭船式”结构。席夫碱配体H4L本来是向4个方向伸展的，与Ni(Ⅱ)离子进行配位后，两两弯曲回来和Ni(Ⅱ)离子螯合配位形成双核结构的配合物，配体表现为八齿配体。

图3　配合物2的结构(椭球几率为25%)Fig.3 Thermal ellipsoid plot at 25% level of the structure of complex 2

表4　配体及其配合物1和2的体外抑菌活性Table 4 In viro bacteriostatic activity of the ligand and complexes 1 and 2

配合物2结构如图3，主要键长、键角分别列在表3中。配合物2的每个中心Cu离子具有扭曲正方锥形的配位构型，分别与2个酚氧原子，2个亚胺氮原子以及DMSO的氧原子进行配位，Cu离子周围4个键角在88.64(10)°～170.04(11)°范围内，4个键长在0.190 6(2)～0.265 0 nm之间，DMSO的氧原子位于锥顶；每个中心Cu离子周围形成3个六元环结构，以Cu1为中心的3个六元环，由Cu1、O6、C18、C13、C12、N4所组成的六元环的原子都在平面上，由Cu1、O5、C4、C5、C8、N3所组成的六员环的原子也都在平面上，由Cu1、N3、C9、C10、C11、N4所组成的六员环形成“扭船式”结构。以Cu2为中心的3个六元环，由Cu2、O2、C30、C36、C37、N2所组成的六元环的原子都在平面上，由Cu2、O1、C29、C23、C22、N1所组成的六元环的原子也都在平面上，由Cu2、N2、C20、C10、C21、N1所组成的六元环也形成“扭船式”结构。与配合物1相同，席夫碱配体H4L与Cu离子进行配位时，两两弯曲回来和Cu离子螯合配位形成双核结构的配合物，配体表现为八齿配体；与配合物1不同的是，配合物2中，溶剂DMSO的氧原子参与金属离子配位。

2.2抑菌活性

抑菌环直径值列于表4，以硫酸庆大霉素作为对照，结果表明，配体H4L、配合物1和2对大肠杆菌(E. coli)没有活性，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)具有一定的抑菌活性，并且，配合物1和2对金黄色葡萄球菌的活性比配体好。

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Syntheses, Crystal Structures and Bacteriostatic Activities of Niand CuComplexes Based on Pentaerythrityltetramine Schiff Base

ZHANG Qi-Long＊WANG Huan-Yu JIANG Feng FENG Guang-Wei XU Hong HUANG Ya-Li
(Department of Chemistry, Guizhou Medical University, Guizhou, Guiyang 550004, China)

The Schiff base compound H4L was synthesized from condensation reaction of 4-Methoxysalicylaldehyde with Pentaerythrityltetramine. H4L was reacted with Ni(ClO4)2·6H2O or Cu(ClO4)2·6H2O to give two complexes [Ni2(L)]·DMF (1) and [Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2). The complexes were characterized by elemental analysis, FTIR and single crystal X-ray diffraction. The crystals of 1 and 2 belong to the triclinic system, space group P1. The complexes 1 and 2 are all binuclear complexes. The In vitro bacteriostatic activities of the ligand and complexes were tested against several kinds of bacteria. The results show that the ligand and complexes possess different bacteriostatic activities to S. aureus. CCDC: 1436577, H4L; 1436578, 1; 1436576, 2.

Schiff base; Nicomplex; Cucomplex; crystal structure; bacteriostatic activity

O614.81+3；O614.121

A

1001-4861(2016)03-0464-05

10.11862/CJIC.2016.056

2015-11-12。收修改稿日期：2015-12-30。

贵州省科技计划课题(黔科合LH字[2014]7090)和贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教合KY字[2015]415号)资助。＊通信联系人。E-mail：gzuqlzhang@126.com