锰金属配合物的合成与晶体结构及性质研究.doc

德州学院 化学系 2009届 环境工程专业 毕业论文 PAGE PAGE 10 锰金属配合物的合成与晶体结构及性质研究 李焕军 （德州学院化学系，山东德州 253023） 摘 要： 本论文设计、合成了具有抗肿瘤活性和高效催化活性功能的邻菲啰啉锰金属配合物，分别利用红外光谱、紫外光谱等方法对配合物进行了表征。并利用光谱法、电化学法研究化合物与DNA之间的相互作用，确定模型化合物与DNA作用方式，测定了结合比和结合常数。对阐述抗癌、抗病毒药物的作用机理、药物的体外筛选、致癌物的致癌机理的研究都是非常有意义的。 关键词： 金属配合物； 合成； 晶体结构； DNA 1 引言 核酸是生物体的重要组成物质，它包含了遗传信息，并参与这些信息在细胞内的表达，从而促进新陈代谢过程并控制这一过程。由于核酸介入生物的生长、发育和繁荣等正常活动，并与致癌等生命异常情况也密切相关，因此研究核酸，尤其是DNA的结构和功能的关系，将有助于人们从分子水平上理解生命现象的本质。人们为了能够从基因水平上理解某些疾病的发病机理，并通过分子设计来寻求有效的治疗药物，常常将DNA作为药物设计很重要的作用靶之一。人们通过研究金属配合物与DNA的反应，探讨金属配合物与DNA作用的反应机理，探索DNA的结构和构象，进而弄清金属配合物的分子结构和与DNA反应机理之间的关系，以期为设计合成出具有应用前景的低毒、高效的抗肿瘤药物提供可靠的理论依据。 随着对生命复杂体系及生命过程本质认识的不断深入，人们发现邻菲啰啉金属配合物广泛存在于金属蛋白和金属酶的活性部位，很多金属蛋白和金属酶中金属离子不仅参与了金属的储存与转移、载氧及酶催化等重要的生命活动，而且这些顺磁离子由于电子传递而产生的磁相互作用对生物体的生理和催化作用有重要的影响[1]。 近年来，这方面的研究越来越引起人们的广泛关注。从1986年开始每年召开一次“金属在生物体内”的国际会议。其中最引人注目的是1995年9月在德国召开的第七次生物无机化学国际会议上各国科学家专门就关于双核金属酶活性的结构、性质、功能等展开了深入的研究与讨论[2]。然而，由于生物体的庞大以及对金属离子间的磁相互作用的影响比较复杂，目前对于生物体本身，甚至模型化合物的磁性机理的解释仍有相当的难度[3]。因此，设计、合成金属酶和金属蛋白的模型化合物仍然是极富挑战性的前沿课题[4]。 本论文利用荧光法、紫外光谱法、红外光谱法、电化学方法等研究了邻菲啰啉金属配合物与DNA之间的相互作用机理，进一步探讨了小分子的结构与其生物活性之间的关系，不仅能帮助人们从分子水平解人的生命过程及其某些疾病的发病机理，而且还为人们通过分子设计来寻求更为有效的抗癌抑瘤药物先导物，开发出新一代高效的DNA结构探针提供理论指导。 1.1 金属配合物与DNA的相互作用 80年代初，美国的Barton在研究金属配合物与DNA作用时发现，某些Ru2+和Co3+的八面体手性配合物具有识别DNA二级结构的能力，从而发展了一种能识别B型和Z型DNA的手性配合物探针，为生物无机开辟了一个新的研究领域[5]。近年来，金属配合物与DNA键合的研究正引起人们的重视。小分子与DNA键合常会诱发许多生物效应，如阿霉素和柔红霉素分子的芳基部分嵌入DNA碱基对之间，水合顺铂和DNA链上的鸟嘌呤基配位而使它们具有抗癌作用。所以，研究金属配合物与DNA的相互作用，了解金属配合物与DNA作用的模式，在此基础上，通过研究金属配合物的抗肿瘤活性和其与DNA作用模式之间的关系，来寻求一种通过化学方法对抗肿瘤药物进行初步筛选的方法[6]。 小分子与核酸结合的部位是核酸的碱基、磷酸骨架和戊糖环。DNA分子中平行堆积的碱基、聚合的阴离子磷酸骨架和两条核苷酸链螺旋形成的大沟、小沟组成了小分子识别位点。作用方式大致可分为三种：非共价结合、共价结合和切割作用。近期研究表明，小分子与DNA相互作用方式还有“半嵌插结合”[7]，由于超分子化学的发展，分子与核酸还涉及到长距组装[8]。 一般来说，配合物与DNA的结合按照化学键来划分主要有共价键和非共价键两种，其中非共价键对了解金属配合物的抗肿瘤活性和其与DNA作用模式之间的关系起着非常重要的作用，它主要包括以下三种方式：(a)静电作用：核酸是一种带负电荷的多聚阴离子，通常以钠盐形式存在。金属离子及许多配合物带有正电荷，因此它们可以与核酸在外层通过静电发生作用；(b)沟槽作用：配合物结合在DNA的沟面，主要靠碱基疏水起稳定作用；(c)插入作用。 配合物以含有平面芳香杂环的配体插入DNA，并且与DNA中的碱基对互相重叠，通过π-π堆积作用相互结合[9]。图1-1所示为平面分子以插入方式与DNA链作用后所导致的DNA分子的畸变。 (a) 双螺旋DNA的正常华生