两个有机锡羟基苯甲酸酯配合物的合成、结构及抗癌活性

张复兴 何唐锋 姚淑芬 朱小明 盛良兵 邝代治 冯泳兰 庾江喜 蒋伍玖

(衡阳师范学院化学与材料科学学院，功能金属有机化合物湖南省重点实验室，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)

有机锡羧酸酯化合物具有良好的催化、防腐、杀虫、杀菌和抗肿瘤性能，在工业、农业、医药等领域中有广泛应用。近年来的研究表明许多有机锡羧酸酯具有极高效广谱的抗癌活性，比目前临床上广泛使用的抗癌药顺铂的抗癌活性还要高出许多[1-2]，因此有机锡羧酸酯是一类未来可期的高效抗癌药，具有潜在的研究价值，因而备受人们关注[3-4]。有机锡羧酸酯不仅具有良好的性能，也具有丰富多变结构，但其结构与性能决定于直接与锡原子相连的烃基和羧酸配体的结构[5-9]，尤其是当以含有活性基团作取代基的取代羧酸为配体时，更易产生结构的多样性[10-17]。本文合成了梯形结构的二(对氯苄基)锡邻羟基苯甲酸酯[(μ3-O)(μ2-OH)(p-Cl-C6H4CH2Sn)2(O2CC6H4-OH-o)]2(1)和三苯基锡二(对羟基苯甲酸)酯 (2)，通过元素分析、红外光谱进行了表征，用X射线单晶衍射测定了晶体结构，对其结构进行量子化学从头计算，探讨了配合物分子的稳定性、分子轨道能量以及一些前沿分子轨道的组成特征。测定了配合物的热稳定性和体外抗癌活性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

合成反应在微波有机合成系统(Micro SYNT Labstation for Microwave assisted，意大利)中完成。 配合物的红外光谱用Shimadzu FTIR8700(KBr压片，400～4 000 cm-1)光谱仪测定，元素组成用PE-2400型元素分析仪测定，晶体分子结构测定用Bruker Smart ApexⅡCCD单晶衍射仪，配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)。所有试剂为分析纯。

1.2 配合物的合成

配合物1：在聚四氟乙烯微波反应罐中，加入30 mL 甲醇，0.386 g(1 mmol)二(对氯苄基)氧化锡，0.138 g(1 mmol)邻羟基苯甲酸，将罐盖密封好，置于微波反应器中。设置微波有机合成系统温度120℃，微波辐射反应2 h。冷却过滤，除去不溶性固体,滤液旋转蒸发除去部分溶剂，放置析出白色固体，用二氯甲烷-甲醇重结晶得无色晶体0.312 g，产率67.39%。熔点：＞300℃。 红外光谱主要吸收峰(KB，cm-1)：3 318 ν(O-H)，3 026，2 956，2 912 ν(C-H)，1 589 νas(COO-)，1 389 νs(COO-)，626 ν(Sn-O-Sn)，554 ν(Sn-C)，480 ν(Sn-O)。 元素分析按 C71H64Cl8O11Sn4计算值(%)：C，46.01；H，3.45。 实测值(%)：C，46.23；H，3.41。

配合物2：按照上述方法，用0.356 g(1 mmol)三苯基氯化锡代替二 (对氯苄基)氧化锡，0.276 g(2 mmol)对羟基苯甲酸代替邻羟基苯甲酸，得无色透明晶体三苯基锡二(对羟基苯甲酸)酯配合物0.476 g，产率76.16%。熔点：162～164℃。红外光谱主要吸收峰(KBr，cm-1)：3 410 ν(O-H)，3 071，3 049，2 905 ν(CH)，1 607 νas(COO-)，1 369 νs(COO-)，550 ν(Sn-C)，55 ν(Sn-O)。元素分析按 C33H30O7Sn 计算值(%)：C，60.30；H，4.60。 实测值(%)：C，60.64；H，4.53。

1.3 晶体结构测定

分别选取大小为0.24 mm×0.23 mm×0.21 mm(1)和 0.20 mm×0.19 mm×0.17 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扫描方式收集数据。可观察衍射点分别为9 974 个(1)和 3 318 个(2)(I＞2σ(I))用于结构分析和精修。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[18a]，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，全部结构精修工作用SHELXL-2016程序完成[18b]。配合物的主要晶体学数据列于表1。

CCDC：1900158，1；1900157，2。

表1 配合物的晶体学数据Table 1 Crystallographic data of the titled complexes

续表1

1.4 配合物的体外抗癌活性测定

HT-29，HEPG2，MCF-7，Hela 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℃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，将配合物测试药液(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个平行和3次重复实验,应用GraphPad Prism5.0软件统计分析确定IC50值。

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

配合物的主要键长和键角分别列于表2、表3，配合物的分子结构见图1、图2。由分子结构图和结构参数可知：配合物1的晶体中每一个不对称单元包含了2个结构相同，但键参数完全不同的四锡核梯形结构和1个甲醇分子。梯形结构由2个邻羟基苯甲酸、4个二(对氯苄基)锡通过μ2-OH桥联Sn(1)和 Sn(2)，μ3-O 桥联 Sn(1)、Sn(2)和 Sn(2ii)，由 Sn2O2构成含1个四元内环和2个四元外环的结构。内环O(5ii)-Sn(2)-O(5)-Sn(2ii)的扭转角为0.0°，说明其是一个平面四元环，整个结构是以内环中心为对称中心的中心对称结构。锡原子Sn(1)、Sn(2)的配位环境不同，但构型相同，均为五配位的三角双锥构型，其中O(1)和 O(4)、O(4)和 O(5ii)分别占据着 Sn(1)和 Sn(2)为中心的轴向位置，∠O(1)-Sn(1)-O(4)为 153.47(17)°，∠O(4)-Sn(2)-O(5ii) 为 147.13(17)°；O(5)、C(8)、C(17)和O(5)、C(25)、C(33)分别占据赤道位置，赤道位置的原子与中心锡原子Sn(1)和Sn(2)的键角之和分别为358.7°和 360°，表明 O(5)、C(8)、C(17)和 Sn(1)共平面性较差，而 O(5)、C(25)、C(33)和 Sn(1)则完全共平面。因此，中心锡原子均形成了五配位的畸变三角双锥六面体，其中Sn(1)的畸变程度更高。

表2 配合物的部分键长(nm)Table 2 Selected bond lengths(nm)of the titled complexes

表3 配合物的部分键角(°)Table 3 Selected bond angles(°)of the titled complexes

图1 配合物1的分子结构图(椭球概率10%)Fig.1 Molecular structure of complex 1 with the ellipsoids drawn at 10%probability level

图2 配合物2的分子结构图(椭球概率10%)Fig.2 Molecular structure of complex 2 with the ellipsoids drawn at 10%probability level

配合物 2是以通过Sn(1)、C(14)和 C(17)三个原子的直线为二重轴的轴对称分子。中心锡原子与3个苯环碳原子、2个不同对羟基苯甲酸配体中的羧基氧原子相连构成了三角双锥构型，3个碳原子占据了三角双锥赤道平面上的3个位置，2个氧原子则占据了该平面两侧的轴向位置。以锡原子为中心，处于赤道位置的3个原子之间的夹角之和为360°，说明处于赤道位置的3个原子和锡原子完全共平面；处于轴向位置的2个O原子与处于赤道位置的3个原子的键角在 86.6°～92.22°之间， 虽均与 90°有一定的偏差，但偏差不大；处于轴向位置原子的键角∠O(1i)-Sn(1)-O(1)为 177.19°，与 180°相差 2.7°。 由此说明，配合物2中心锡原子为有一定畸变程度的三角双锥构型。

2.2 量子化学研究

根据晶体结构的原子坐标，运用Gaussian 03W程序在B3lyp/lanl2dz基组水平计算得到分子的总能量和前沿分子轨道能量。

配合物 1：ET=-1291.2237943a.u.，EHOMO=-0.12390 a.u.，ELUMO=-0.082 06 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.041 84 a.u.。配合物 2：ET=-1 527.878 618 8 a.u.，EHOMO=-0.083 92 a.u，ELUMO=0.143 90 a.u.，ΔELUMO-HOMO=0.227 82 a.u.。 从体系能量来看，2个配合物总能量均较低，表明2个配合物分子结构稳定。但从最高占据轨道与最低未占轨道的能量间隙ΔE来看，配合物2的ΔE较大，从氧化还原转移的角度分析，配合物2较难失去电子而被氧化；而配合物1的ΔE小，仅有0.041 84 a.u.，表明配合物1容易失去电子而被氧化。因此，相对而言配合物2比配合物1有更好的稳定性和更难被氧化。

为探索配合物的电子结构与成键特征，对配合物分子轨道进行分析，用参与组合的各类原子轨道系数的平方和来表示该部分在分子轨道中的贡献，并经归一化。分别把配合物原子分为5部分，配合物1：(a)锡原子Sn；(b)对氯苄基碳原子和氯原子M；(c)配体碳原子和氧原子L；(d)桥氧原子O；(e)氢原子H。配合物2：(a)锡原子Sn；(b)苯环碳原子 C；(c)配体羟基苯基碳原子和氧原子M；(d)配体羧基碳原子和氧原子L；(e)氢原子H。取最高占据轨道与最低未占轨道，计算结果如表4、表5和图4、图5所示。

表4和图3显示配合物1的成键特征：前沿占有分子轨道中，配体对分子轨道的贡献最大，达到了75.32%；其次是桥氧原子，为10.87%；对氯苄基和锡原子对分子轨道均有一定的贡献，分别为7.59%和5.47%；说明分子中Sn-C键Sn-O均较稳定，尤其是配体与锡原子有较好的结合。比较HOMO与LUMO的各类原子轨道成分，可以看出，当电子从HOMO激发到LUMO轨道时，主要是配体原子上的电子通过锡原子向对氯苄基转移，锡原子既是电子转移的桥梁，也是电子转移的部分受体。

表4 配合物1的分子轨道组成Table 4 Calculated some frontier molecular orbitals composition of complex 1

表5 配合物2的分子轨道组成Table 5 Calculated some frontier molecular orbitals composition of complex 2

图3 配合物1的前沿分子轨道示意图Fig.3 Schematic diagram of frontier MO for complex 1

图4 配合物2的前沿分子轨道示意图Fig.4 Schematic diagram of frontier MO for complex 2

表5和图4显示配合物2的成键特征：前沿占有分子轨道中，对分子轨道的贡献最大是苯环碳原子，占62.44%；其次是锡原子，为22.53%；配体羧基原子也有较大的贡献，为11.14%；说明Sn-C和Sn-O键有一定强度，基态时配合物稳定。比较HOMO与LUMO的各类原子轨道成分，可以看出，当电子从HOMO激发到LUMO轨道时，主要是苯环和锡原子上的电子整体向配体转移。

2.3 热稳定性分析

利用TG209F3热分析仪，在空气氛中，加热速度为 20 ℃·min-1，气体流速为 20 mL·min-1，在 40～700℃范围内对配合物进行热重测试，其结果如图5所示。配合物1在90℃之前几乎没有失重；在90～240℃之间，配合物缓慢失重；在240～420℃之间，配合物的失重加快，这是有机配体大量分解阶段；从420℃开始失重速度又变缓，至605℃时失重基本停止，残留质量最后稳定在30.85%。总计失重69.15%，残余物可被假定为SnO2，与32.56%的计算值基本吻合。

配合物2在120℃之前几乎没有失重；从120℃开始，先以较快的速度然后慢慢变缓持续失重，这是有机配体大量分解的阶段；在618℃时几乎停止失重，最后残余物稳定在约25.45%。总计失重74.55%，对应于失去3个苯基和配体，残余物可被假定为SnO2，与22.93%的计算值基本吻合。

图5 配合物的热分析曲线Fig.5 Thermogravimetric analysis curves of the titled complexes

2.4 抗肿瘤活性

以顺铂为对照，测试了配合物对肿瘤细胞：人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、宫颈癌细胞(Hela)和肺癌细胞(A549)的体外生长抑制活性，结果见表6。发现配合物对所研究癌细胞均显示了比临床的顺铂还强的抑制活性[19]，但相对而言配合物2的抑制作用更明显。因此，配合物均可作为广谱抗癌的候选化合物。

表6 配合物和顺铂对体外肿瘤细胞的半抑制率Table 6 IC50 of the titled complexes and cisplatin to tumor cells in vitro μmol·L-1

3 结 论

在微波甲醇溶剂热条件下，合成了2个有机锡羟基苯甲酸酯配合物：梯形结构的二(对氯苄基)锡邻羟基苯甲羧酸酯[(μ3-O)(μ2-OH)(p-Cl-C6H4CH2Sn)2(O2CC6H4-OH-o)]2和三苯基锡二(对羟基苯甲酸)酯。体外抗癌活性测试表明配合物对人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞 (HepG2)、乳腺癌 (MCF-7)、宫颈癌细胞(Hela)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，可望作为广谱抗癌的候选化合物。