三个二(有机锡)吡啶-2，3(5)-二甲酸酯的合成、结构和体外抗癌活性

冯泳兰 庾江喜 蒋伍玖 朱小明 张复兴 邝代治

(衡阳师范学院化学与材料科学学院，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)

三个二(有机锡)吡啶-2，3(5)-二甲酸酯的合成、结构和体外抗癌活性

冯泳兰 庾江喜 蒋伍玖 朱小明 张复兴 邝代治＊

(衡阳师范学院化学与材料科学学院，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)

在微波溶剂热中，三环已基氢氧化锡、氧化双(三((2-甲基-2-苯基)丙基)锡)与吡啶-2，3(5)-二甲酸反应，合成了3个双核二(有机锡)吡啶-2，3(5)-二甲酸酯：Py(CO)2(SnR3)2(MeOH)n(R：Cy，n=1(1)，2(2);R：PhCMe2CH2，n=0(3))，对它们的组成和结构进行了元素分析、IR、(1H，13C，119Sn)NMR和X射线晶体衍射分析表征，化合物中心锡与配基原子构成畸形四/六面体构型，由于氢键作用，化合物1形成一维链，2形成二维34元大环网状结构。化合物对人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)的增殖有较强的抑制作用。

有机锡吡啶甲酸酯；微波溶剂热合成；体外抗肿瘤活性

0 引 言

自从Brown发现三苯基锡醋酸酯具有抑制小鼠肿瘤的生长作用后[1]，近几十年来，人们对有机锡化合物进行了较广泛的研究，发现许多有机锡羧酸酯具有高效的抗癌、抗菌活性[2]，比其它重金属抗癌药如顺铂的抗癌活性高[3-4]，具有潜在的研究价值，备受人们关注[5]。

有机锡羧酸酯不仅具有良好的生物活性，而且羧基作为单、双和桥联配基与有机锡反应，形成丰富多变结构的化合物，特别是当含有可与锡配位杂原子的有机二元酸与有机锡前体反应时，既可形成简单二元酸酯，又可形成混合、聚合的有机锡羧酸酯，构筑多锡核结构的有机锡化合物[6]，使得有机锡化合物的结构、反应性更加丰富多样[7]。为了较系统地研究有机锡羧酸酯的结构及其生物活性，本文在微波溶剂热条件下，以三环已基氢氧化锡分别与吡啶-2，3-二甲酸和吡啶-2，5-二甲酸反应，氧化双(三((2-甲基-2-苯基)丙基))与吡啶-2，5-二甲酸反应，合成了3个标题化合物，并对化合物的组成和结构进行了表征。初步测试了化合物对人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)等的人体外抗肿瘤生物活性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

合成反应在微波有机合成系统(MicroSYNT Labstation for Microwave assisted，意大利)完成。化合物的红外光谱用Shimadzu FTIR 8700(KBr压片，400～4 000 cm-1)光谱仪测定；C、H和N组成用PE-2400(Ⅱ)元素分析仪测定；1H和13C NMR核磁共振波谱在Bruker Avance-400和500测得 (TMS内标，CDCl3溶剂)、119Sn NMR 用 Bruker Avance-500光谱仪测定(Me4Sn内标)；热稳定性分析用TA Q50热重分析仪，在N2气氛中以10℃·min-1加热升温条件下测定；化合物的熔点用北京泰克XT-4双目体视显微熔点仪测定(温度计未经校正)。所有试剂分析纯，未经纯化直接使用。

1.2 化合物的合成

取三环已基氢氧化锡(0.770 g，2 mmol)、吡啶-2，3-二甲酸或吡啶-2，5-二甲酸(0.167 g，1 mmol)，溶于20 mL甲醇，置于聚氟乙烯反应瓶中，在微波有机合成系统120℃下微波辐射反应2 h，冷却至室温，过滤，减压蒸发溶剂，固体重结晶得产物1或2，在适当溶剂中溶解产物，室温放置，数天后析出结晶用于晶体结构测定。

用氧化双(三((2-甲基-2-苯基)丙基)锡)(1.052 g，2 mmol)代替三环已基氢氧化锡，吡啶-2，5-二甲酸(0.167 g，1 mmol)，环已烷作溶剂，得结晶产物 3。

无色晶体 1，产量：0.653 g(70.0%)。 m.p.188～189 ℃。1H NMR(500 MHz，CDCl3)：8.64(dd，J=5，1.5 Hz,1H,6-Py-H),8.14(dd，J=8,1.5 Hz，1H，4-Py-H)，7.30(dd，J=8，5 Hz,1H,5-Py-H),3.49(s，3H，CH3)，1.25～2.12(m，66H，Cy-H)。13C NMR(125 MHz，CDCl3)：27.06(δ-C)，29.12(γ-C，3J(119Sn-13C)=64 Hz)，31.23(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.18(α-C，1J(119Sn-13C)=334 Hz，1J(117Sn-13C)=319 Hz)，51.02(Me-C)，123.27(5-Py-C)，127.33(3-Py-C)，138.12(4-Py-C)，150.86(6-Py-C)，154.60(2-Py-C)，169.46，172.28(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：21.81。 IR(cm-1)：3 443(b，νO-H)；1 665，1 614(s，νCOO,as)；1 400(m，νCOO,s)；586(w，νSn-C)；428(w，νSn-O)。Anal.Calcd.For C44H73NO5Sn2(%)：C，56.61；H，7.88；N，1.50。Found(%)：C，56.69；H，7.87；N，1.52.

无色晶体 2，产量：0.571 g(59.2%)。 m.p.166～167 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：9.34(s，1H，6-Py-H)，8.38(d，J=8 Hz，1H，4-Py-H)，8.14(d，J=8 Hz，1H，3-Py-H)，3.49(s，6H，2 CH3)，1.35 ～2.06(m，66H，Cy-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：27.05(δ-C)，29.07(γ-C，3J(119Sn-13C)=63 Hz)，31.31(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.50(α-C，1J(119Sn-13C)=333 Hz，1J(117Sn-13C)=319 Hz)，50.96(Me-C)，124.73(3-Py-C)，130.14(5-Py-C)，138.44(4-Py-C),151.68(6-Py-C),152.62(2-Py-C),169.17,169.41(COO)。119Sn(186.5 MHz,CDCl3):24.91。 IR(cm-1):3 439(b，νO-H)；2 920，2 843(m，νC-H)；1 665，1 614(s，νCOO,as)；1 400(m，νCOO,s)；588(w，νSn-C)；422(w，νSn-O)。Anal.Calcd.For C45H77NO6Sn2(%)：C，55.98；H，8.04；N，1.45。Found(%)：C，55.93；H，7.98；N，1.44.

无色晶体 3，产量：0.793 g(57.9%)。 m.p.135～136 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：9.27(s，1H，6-Py-H)，8.26(d，J=7.6 Hz，1H，4-Py-H)，7.92(d，J=7.6 Hz，1H，3-Py-H)，7.11～7.31(m，30H，Ph-H)，1.20～1.43(m，72H，-CH2-，Me-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：26.97(-CMe2Ph，2J(119Sn-13C)=21 Hz)，32.90(Me-C，3J(119Sn-13C)=44 Hz)，37.82(SnCH2，1J(119Sn-13C)=340 Hz)124.16，125.28，125.88，128.40，130.34，138.05,150.77,150.93,151.46(Ar-C)，168.50(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：102.35。 IR(cm-1)：1 638(s，νCOO,as)；1 333(m，νCOO,s)；567(w，νSn-C)；475(w，νSn-O)。 Anal.Calcd.For C79H105NO4Sn2(%)：C，69.25；H，7.72；N，1.02。 Found(%)：C，69.23；H，7.69；N，1.02.

1.3 X射线晶体衍射

选取大小分别为0.23 mm×0.21 mm×0.20 mm(1)、0.25 mm×0.13 mm×0.11 mm(2)和 0.31 mm×0.27 mm×0.23 mm(3)的晶体，在 Bruker Smart Apex ⅡCCD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，在 1.44°～25.50°(1)、2.40°～27.46°(2)和 1.98°～25.00°(3)范围收集衍射点数据。衍射强度数据经多重扫描吸收校正，晶体结构中大部分非氢原子由直接法解出，其余部分非氢原子在随后的差值傅立叶合成中陆续确定，对所有非氢原子坐标及其温度因子采用全矩阵最小二乘法精修。由理论加氢法给出氢原子在晶胞中的位置坐标，对氢原子和非氢原子分别采用各向同性和各向异性热参数精修，全部结构分析工作在WINGX上调用SHELX-97程序完成[8]。化合物的主要晶体学数据列于表1。

CCDC：838282，1；872952，2；886808，3。

表1 化合物的晶体学数据Table1 Crystallographic data of the compounds

1.4 抗肿瘤活性测定

HT-29，HEPG2，MCF-7，KB 和 A549 细 胞 取 自美国组织培养库，用含10%牛胎血清的RPMI1640(GIBICO，Invitrogen)培养液，在含 5%(V/V)CO2的培养箱内于37°C下培养，用MTT法检测细胞增殖与生长抑制情况，调整实验细胞数量使在570 nm获得1.3～2.2的吸光度，将化合物测试药液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)设置 6 个浓度，处理细胞 72 h，每个浓度至少3个平行实验和3次重复实验。应用GraphPad Prism 5.0软件统计分析确定IC50值。

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

图1 化合物的分子结构Fig.1 Molecular structure of the compounds

表2 化合物的部分键长和键角Table2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)

化合物的晶体结构见图1，其主要键长和键角见表2。键参数和晶体结构表明，吡啶-2，3-二甲酸和吡啶-2，5-二甲酸与三烃基锡前体化合物反应，吡啶二甲酸的羧基氧与2个锡以单齿作用形成双核化合物[9]，吡啶N原子未与Sn配位，羰基O2和O3分别与Sn的距离接近或大于0.3 nm，如1的O2…Sn1：0.295 3 nm，O3…Sn2：0.332 8 nm，2 的 O2…Sn1：0.304 7 nm，3 的 O2…Sn1：0.307 4 nm， 明显超出Sn-O共价距离，说明羰基O与Sn作用很弱。羧基氧与锡作用形成的Sn-O键强度与中心锡周围的原子或基团数有关，如化合物1和2的Sn1原子与3个烃基、1个羧基氧原子构成四配位，其中Sn1-O1键：0.207 3(5)nm(1)、0.207 50(17)nm(3)，与一般单齿作用的有机锡羧酸酯的Sn-O键长相当。但是，随着中心锡周围的配位原子或基团增多，如化合物1的Sn2和2的Sn1原子，由于多一个甲醇氧原子与锡的作用构成五配位，Sn-O键拉长(1：Sn2-O4 0.212 2(5)nm；2：Sn1-O1 0.215 7(2)nm)。甲醇氧与锡的作用(1：Sn2…O5 0.260 7(4)nm；2：Sn1…O3 0.267 9 nm)较弱，这可能是原子或基团增多，空间效应增大的原因。在化合物1中，2个锡的配位数不同，形成不对称结构；在化合物2和3中，它们的2个锡的配位数分别相同，且由于吡啶环正处于晶体对称中心，环N原子在吡啶环中间的N和C四个位置的任何一处将出现25%N和75%C的机会，因而形成独特的对称结构[10-11]。从键参数还看到，化合物1～3的中心锡原子与配基原子形成的键长、键角均不相等，它们分别构成畸形四面体和畸形三角双锥六面体结构。

化合物1和2的晶体分子堆积中，通过参与弱配位的甲醇分子的羟基与邻近分子的羰基的O2形成氢键作用。在化合物1，只有1个甲醇分子与Sn2配位，由该甲醇的羟基H原子形成0.223 1 nm的H5x…O2i氢键，∠O5-H5x…O2i为 117.78°，由这种邻近分子间的相互作用，化合物1形成一维链状结构。在化合物2，有2个甲醇分子分别与2个Sn配位，2个甲醇的羟基H原子分别与邻近分子形成2个相同的氢键：H3x…O2i0.202 3 nm，∠O3-H3x…O2i为136.71°，通过这种分子间的氢键作用，化合物2形成二维34元大环网状结构(图2)。

图2 氢键构筑化合物1的一维链和2的二维网状结构Fig.2 One dimensional chain for 1 and 2D network for 2 constructed via the hydrogen bonds

2.3 谱学性质

化合物1～3的IR和 (1H、13C和119Sn)NMR谱学性质分别具有明显特征：(1)有机锡羧酸酯化合物的红外光谱，其羧基的νas(COO)与νs(COO)红外光谱特征峰之差Δν反映出羧基与锡的作用方式[12]，在化合物1～3，这一特征峰之差Δν均大于200 cm-1，因此，它们为单齿配合物。此外，红外光谱在586(1)、588(2)和 567 cm-1出现 ν(Sn-C)[13]，在 428(1)、422(2)和475 cm-1出现ν(Sn-O)[14-15]特征峰，进一步支持了化合物的结构，与X射线晶体衍射实验结果一致。(2)羰基(＞C=O)碳受氧的影响较大，在13C NMR谱的低场出现信号：δ 169.46，172.28(1)；δ 169.17，169.41(2)；δ 168.50(3)，成为特征谱线。(3)有机锡化合物的119Sn NMR化学位移，受与锡相连的烃基和配体的影响[16]，在较低场分别出现119Sn 谱线：21.81(1)、24.91(2)和102.35(3)。(4)羧基H质子峰在化合物的1H NMR谱消失，δ 7～9存在芳环H的多峰峰及甲醇(OH)质子δ 3.49(1和2)的特征峰。

2.4 化合物2和3的热稳定性

采用热重分析仪，在空气氛下，以20℃·min-1的加热速度和20 mL·min-1气体流速，在40～600℃范围内，对化合物2和3进行热重测试，研究其热稳定性。结果发现2在242℃前未见明显失重，而后随温度上升发生突跃失重，到447℃重量减少64.2%，按化合物2分解最终残余物为SnO2计算，理论值应为31.2%(理论失重68.8%)。化合物3比2更稳定，直到293℃开始失重，293～453℃失重率74.5%，最终残余物计算值为22.0%(理论失重78.0%)，与实验值基本一致。

2.5 抗肿瘤活性

以顺铂对照，测试了化合物1～3对肿瘤细胞：人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)的体外生长抑制活性，结果见表3。发现化合物对所研究细胞均显示了比临床的顺铂还强[11]的抗癌活性，尤其对HT-29抑制作用更明显，可作为广谱抗癌的候选化合物。

3 结 论

在微波溶剂热条件下，合成了3个具有双核结构的二(有机锡)吡啶-2，3(5)-二甲酸酯，发现化合物对人结肠癌 (HT-29)、肝癌细胞 (HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)均显示出比临床使用的顺铂还强的体外抗癌活性,可作为广谱抗癌的候选化合物。

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Syntheses,Crystal Structures and in Vitro Antitumor Activity of Three Bis(organotin)Pyridine-2,3(5)-dicarboxylate

FENG Yong-Lan YU Jiang-XiJIANG Wu-Jiu ZHU Xiao-Ming ZHANG Fu-Xing KUANG Dai-Zhi＊
(Key Laboratory of Functional Organometallic Materials of Hengyang Normal University,College of Hunan Province,College of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University,Hengyang,Hunan 421008,China)

Three dinuclear bis(organotin)pyridine-2,3(5)-dicarboxylate,Py(CO)2(SnR3)2(MeOH)n(R:Cy,n=1(1),2(2);R:PhCMe2CH2,n=0(3)),have been prepared by the microwave-assisted solvothermal reaction of tricyclohexyltin hydroxide,bis(tri(2-methyl-2-phenyl)propyl)tin oxide with the pyridine-2,3(5)-dicarboxylic acid,respectively.The compounds are characterized by elemental analysis,IR,(1H,13C,119Sn)NMR spectra and X-ray crystallography diffraction analyses.The distorted tetrahedral and trigonal bipyramid geometry is formed by the tin and ligand atoms.Compound 1 has a 1D supramolecular chain and 2 has a 2D network with 34-membered macrocyclic structure due to the coordinated methanol molecules via hydrogen bonds to the carbonyl oxygen atoms.The antitumor activity shows that these compounds have higher activities than cisplatin in HT-29,HepG2,MCF-7,KB and A549 cell line in vitro.CCDC:838282,1;872952,2;886808,3.

organotin pyridine carboxylate;microwave solvothermal synthesis;in vitro antitumor activity

O614.43+2

A

1001-4861(2018)01-0099-06

10.11862/CJIC.2018.002

2017-04-24。收修改稿日期：2017-10-26。

湖南省高校创新平台开放基金(No.16K011，14K014)和湖南省自然科学基金(No.13JJ3112)资助项目。

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