壳聚糖固定化N-亚水杨基甘氨酸锌Schiff碱配合物的研究

资源类型:pdf 资源大小:451.00KB 文档分类:数理科学和化学 上传者:杨柳

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【作者】 郎惠云  蔡健  申烨华  贾婴琦 

【关键词】壳聚糖 水杨醛 配合物 超氧阴离子自由基 

【出版日期】2005-05-15

【摘要】利用天然高分子聚合物壳聚糖的轴向配位能力,首次合成了壳聚糖-N-亚水杨基甘氨酸Schiff碱锌配合物,通过元素分析、紫外吸收光谱、红外吸收光谱和热分析等方法对配体及配合物进行了表征,推测了配合物的结构组成.以Pyrogallol-NBT比色法测定了合成配合物对超氧阴离子自由基的清除能力.结果表明,壳聚糖固定化N-亚水杨基甘氨酸锌Schiff配合物对超氧阴离子自由基的清除能力与水杨醛锌Schiff配合物相比大致一样,但毒性较小.

【刊名】化学学报

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Schiff碱是指凡含有亚胺基(azomethine)—RN=C—,并由伯胺与活泼的羰基化合物所形成的一类化合物.20世纪70年代Hodnett等[1]报道了含Schiff碱的双键有机化合物具有一定的抗癌杀菌活性,当它与金属离子生成配合物后这种作用更为明显[2].Sylvain等[3]的研究认为,水杨醛Schiff碱与过渡金属的配合物对DNA具有一定的选择性断裂作用,同时甘氨酸的引入可以增加药物的脂溶性,但是其化学治疗的缺陷在于杀死癌细胞的同时也杀死了正常的细胞.如何在提高药效的同时降低药物的毒副作用就成了人们研究的热点.超氧阴离子自由基是细胞在代谢过程中不断产生的高度活性物质,它对细胞有损伤作用,自由基及其诱导的氧化反应会引起膜损伤及交联键的形成,能降低酶的活性,使核酸代谢产生误差,溶酶体内色素堆积从而引起细胞衰老[4],人体的很多疾病如癌症、炎症、动脉硬化及衰老都与超氧阴离子自由基的代谢紊乱有关.壳聚糖(CTS)因其具有良好的生物活性和相容性、无毒性和可降解性而被广泛地应用于生物医学领域.壳聚糖对肿瘤细胞有直接的抑制作用[5],是一种良好药物缓释辅料,可用作生物医用高分子材料[6].将这类多糖及其衍生物引入金属Schiff碱配合物中,可望获得具有良好抗癌活性和毒性较小的药物.本文报道将锌Schiff碱的配合物固定化于高分子CTS上,并研究了它们的光谱特性及生理活性,为进一步开发医药新产品提供了重要的科学依据.1实验部分1.1主要试剂及仪器TAS-986型原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限公司);RQUINOX55红外光谱仪(德国Bluker公司,KBr压片);TU-1800s型紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限公司);VarioELIIICHNOS型元素分析仪(德国艾尔曼分析仪器厂);STA449C型综合热分析仪(德国NETZSCH仪器制造公司).壳聚糖(CTS,脱乙酰度为96%,青岛海汇生物工程公司提供)、乙酸锌、水杨醛、甘氨酸、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、Tris-HCl缓冲溶液(pH8.2)、EDTA、氯化硝基四氮唑蓝(NBT)、焦性没食子酸(Pyrogallol).甘氨酸、NBT均为生化试剂,其它为分析纯试剂,水为二次蒸馏水.1.2实验方法1.2.1配体N-水杨基甘氨酸钠{Na[(Sal-Gly)]?H2O}的合成[7,8]将0.010mol/LNaOH和等摩尔的甘氨酸加入到95%乙醇中,室温下充分搅拌使之完全溶解.用滴管将0.010mol/L的新蒸水杨醛缓慢滴加到上述溶液中,即有大量黄色片状晶体生成.继续搅拌1h,减压抽滤,晶体用乙醚洗涤3次,用无水乙醇重结晶,真空干燥得到黄色晶体,产率约为75%.1.2.2锌Schiff碱配合物{Zn[(Sal-Gly)]?H2O}的合成在100mL三颈瓶中加入0.005mol/LN-水杨基甘氨酸钠和50mL无水乙醇,搅拌并加热回流.待晶体完全溶解后,用滴液漏斗缓慢滴加10mL含有0.005mmol/L乙酸锌的水溶液,即有大量乳白色片状晶体析出.再继续回流1h,冷却,真空抽滤,分别用水和无水乙醇洗涤3次,减压烘干,得到乳白色晶体,产率约为83%.1.2.3CTS固定化锌Schiff碱配合物{CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O}的合成将0.001mol/L锌席夫碱配合物溶于30mLDMF中,加入等摩尔的CTS(以氨基葡萄糖单体计),室温搅拌48h,抽滤,并分别用DMF和乙醇洗涤3次,减压干燥,得到浅黄色固体,产率约为90%.1.2.4配合物对超氧阴离子自由基的抑制作用按照Pyrogallol-NBT比色法[9],用TU-1800s型紫外分光光度计在540nm处测定溶液的吸光度值.在碱性介质中,Pyrogallol自身氧化产生稳态浓度的超氧阴离子自由基O2-,NBT被超氧阴离子自由基还原为四唑自由基,2个四唑自由基又可以结合生成一个单甲噁和1个NBT2+,单甲噁也可以进一步生成二甲噁,通过比色法检测,可以测定单甲噁和二甲噁的总量,这样就可以间接测出溶液中超氧阴离子自由基的含量.通过计算可得到配合物对超氧阴离子自由基的平均抑制率,测定条件及方法见表1.2结果与讨论2.1配合物的性质及组成配体及配合物的主要物理性质和元素分析结果如表2所示.配体和配合物在一些常见溶剂中的溶解性列于表3.配体在空气中易吸潮,且逐渐分解,合成的配合物在空气中均较稳定.由以上结果可以看出,配体及配合物的物理性质和溶解性有较大的差异,这为Zn(II)与Schiff碱配合物的生成提供了有力的事实依据.配合物中的Zn(II)采用以二甲酚橙做指示剂,EDTA配位滴定的方法测定,并结合元素分析及热重-差热分析结果可以推算出Zn(II)同表1配合物清除超氧阴离子自由基的测定Table1ProcessofthescavengingeffectonthesuperoxideanionofthecomplexesNo.ReagentsV/mLReference(tube)Reference(blank)Sample(tube)Sample(blank)10.05mol/LTris-HClbuffer(pH8.2)1.01.01.01.025mmol/LEDTA0.40.40.40.4316%Triton-X1000.20.20.20.240.98mmol/LNBT0.50.50.50.55Complexsolution(μmol/L)——1.01.063.6mmol/LPtrogallol0.1—0.1—37℃atwaterbathfor5min72.0mol/LHCOOHbuffer(pH3.5)0.60.60.60.6表2配体和配合物的主要物理性质及元素分析数据Table2PysicalpropertiesandelementalanalysisdataofligandandtheircomplexesCompoundChemistryformulaColorYield/%Elmentalanalysisa/%CHNMNa[(Sal-Gly)]?H2ONaC9H10NO4?H2OYellow75.29(5490..4312)(44..3577)(66..3389)—Zn[(Sal-Gly)]?H2OZnC9H7NO3?H2OWhite83.73(4412..4089)(33..4488)(55..2382)(2254..9059)CTS-Zn-[(Sal-Gly)]ZnC15H18N2O7?2H2OPaleyellow90.26(4411..2010)(55..2001)(66..2385)(1144..7851)Sal—Salicylidene(亚水杨基);CTS—chitosan(壳聚糖);Gly—glycine(甘氨酸);a括号内为计算值.表3配体和配合物的溶解性Table3SolubilityofligandandtheircomplexesCompoundSolventC2H5OHCH3OHCH3COCH3CH3OCH3HCldiluteH2ODMFNa[Sal-Gly]?H2O√a√×b×√△√Zn[(Sal-Gly)]?H2O△c△××√△√CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O××××××△aDissolve;bundissolve;cpartialdissolve.配体及CTS单体的配位比是1∶1∶1.同时,配体和配合物均溶于稀HCl中,该溶液与人体胃液环境大体相同,可为进一步的药理研究提供重要依据.2.2化合物的电子吸收光谱CTS,Na[(Sal-Gly)]?H2O,Zn[(Sal-Gly)]?H2O和CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O的电子吸收光谱如图1所示,主要吸收峰列于表4.图1配体和配合物的电子光谱Figure1UV-visspectraofligandandtheircomplexesa—CTS;b—{Zn[(Sal-Gly)]?H2O};c—{Na[(Sal-Gly)]?H2O};d—{CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O}由图1及表4可以看出,CTS在大于220nm波长范围内无明显吸收.配体Na[(Sal-Gly)]?H2O在405nm左右的吸收峰是酮烯胺II的吸收,315nm处的吸收峰为酚亚胺I的吸收峰[10].见图式1.它们归属于n→π*跃迁形成的吸收带,其特点是跃迁几率小,吸收强度弱;255nm处的吸收峰为芳香类化合物特有的B吸收带;~220nm是苯环的K带吸收峰,特点是吸收强度极大.当配表4配体和配合物的主要电子吸收光谱数据Table4DataofUV-visadsorptionofligandandtheircom-plexesCompoundElesctpreocntruabms/onrpmtionCTS—Na[(Sal-Gly)]?2H2O405,315,255,~220Zn[(Sal-Gly)]?2H2O313,252CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O319,292,261图式1配体的共振结构Scheme1Resonantstructureoftheligand体与锌离子形成配合物Zn[(Sal-Gly)]?H2O以后,配体的共振结构II不能形成,因此酮烯胺在405nm处的吸收峰消失,且酚亚胺的吸收峰紫移至313nm,表明C=N的N原子参与了配位,而且苯环的B带及K带也略微发生了紫移,这也是由于C=N的N原子参与了配位,引起配体的空间构型发生了变化,破坏了共轭体系的共轭性,从而使跃迁能级增大,吸收光谱发生了紫移.当Zn[(Sal-Gly)]?H2O被固定化于CTS上之后,252nm处的吸收红移至261nm处,313nm处的吸收红移至319nm处,并且于292nm处出现了新的吸收峰,该吸收峰应归属于配体与金属间的电荷跃迁.2.3化合物的红外吸收光谱配体Na[(Sal-Gly)]?H2O和配合物Zn[(Sal-Gly)]?H2O的红外吸收光谱如图2所示,主要吸收频率列于表5.图2化合物的红外吸收光谱Figure2IRspectraofthecomplexesa—{Na[(Sal-Gly)]?H2O};b—{Zn[(Sal-Gly)]?H2O}由图2和表5可知,配合物Zn[(Sal-Gly)]?H2O在3400cm-1左右有一个较宽的吸收峰v(OH).同时,在(930±20)cm-1,767cm-1处有微弱的吸收峰,表明在配合物中有配位水分子存在[11],这与热分析结果一致;配体Na[(Sal-Gly)]?H2O在1645cm-1处的吸收峰v(C=N)在生成配合物后向高波数移动约3cm-1,说明亚胺基的氮原子和金属离子配位[12],并使共轭体系的共轭性降低;同样,在生成配合物后,ph—O的伸缩振动向低波数移动,说明羟基氧参与了配位;配体中羧基的?v(COO-)值|vas(COO-)-vs(COO-)|=129cm-1,而配合物中的?v(COO-)值|vas(COO-)-vs(COO-)|=213cm-1,显示羧酸根以单齿配位[13],配合物分别在529和464cm-1处出现了新的吸收,分别归属为vZn-N和vZn-O.以上这些红外信息表明,配体以三齿的形式,通过亚胺基氮、酚基氧和羧羟基,并与水配位于锌离子,可能形成变形的空间四面体结构,其结构如下所示:结合图2加以比较,可以看出配合物主要的吸收峰归属大体相似,其明显区别在于:生成的CTS-Zn-[(Sal-Gly)]?2H2O在3000~3500cm-1处的宽峰显著变窄,且在3150cm-1左右出现弱而尖的峰,在1645cm-1处出现较明显的中强吸收峰应归属于固定化席夫碱的C=N的伸缩振动.上述红外光谱的变化表明,Zn[(Sal-Gly)]?H2O已被固定化于CTS上,且这种固定化作用是通过Zn[(Sal-Gly)]?H2O与CTS中—NH2上的N原子发生配位作用而实现的.2.4热分析结果配合物Zn[(Sal-Gly)]?H2O和CTS-Zn-[(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