氨基酸类Schiff碱稀土配合物的合成及抗肿瘤活性Ⅲ

http://www.100md.com 《中国药物化学杂志》 2000年第1期

     作者：孔德源 卿晨 谢毓元 周锡庚

    单位：孔德源(中国科学院上海药物研究所，上海 200031) ；卿晨(中国科学院上海药物研究所，上海 200031)；谢毓元(中国科学院上海药物研究所，上海 200031)；周锡庚(复旦大学化学系，上海 200433)

    关键词：稀土配合物；Schiff碱；抗肿瘤活性

    中国药物化学杂志000104 摘 要：合成了一类新的Schiff碱配体L₄(C₁₇H₁₆O₄N)K，同时在水相中合成6种新的稀土配合物.经元素分析、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱、摩尔电导、差热热重分析确证结构，其化学式为C₃₄H₃₂O₈N₂LnCl^.nH₂O，(简写为：(L₄)₂LnCl^.nH₂O，Ln=Nd,n=4;Ln=Pr,Yb,n=2;Ln=Sm,Eu,Dy,n=1)；该类配体是以酚氧原子、亚氨基的氮原子、桥联的羧基氧原子以及氯原子同稀土离子配位，形成了九配位的双核配合物.初步的药理实验表明，该类配合物具有一定程度的抗肿瘤活性.

    Synthesis and Antitumor Activities of Amino Acid Schiff

    Bases and Their Lanthanide Complexes(Ⅲ)

    Kong Deyuan

    (Shanghai Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200031)

    Qing Chen

    (Shanghai Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200031)

    Xie Yuyuan

    (Shanghai Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200031)

    Zhou Xigeng

    (Deparment of Chemistry,Fudan University,Shanghai 200433)

    Abstract：Six novel lanthanide complexes with α-amino acid Schiff bases,N-vanillin-α-phenylalanine(L₄)were synthesized in the presence of water.The complexes were characterized by elemental analysis,UV,IR,TG,NMR and molar conductance measurements.Their formulas were in accordance with C₃₄H₃₂O₈N₂LnCl^.nH₂O or 〔(L₄)₂LnCl^.nH₂O，Ln=Nd,n=4;Ln=Pr,Yb,n=2;Ln=Sm,Eu,Dy,n=1〕.All the water molecules were uncoordinated.Dinuclear complexes were observed in the coordination environment.The coordination number of central ions was nine.Tests of anitumor activities in vitro showed that the obtained complexes had relative inhibition interaction to HL-60 and BEL-7404 tumor cell lines.

    Key words：lanthanide complexes;Schiff base;antitumor activity▲

    将配合物引入药物的研究领域是近几年生物无机化学迅猛发展的分支之一，稀土配合物以其独特的配位性质和对Ca²⁺的拮抗作用，引起研究者的广泛关注^〔1～3〕.在对该类配合物进行构效关系研究的过程中^〔4,5〕，首次发现以桥联羧基配位的双核结构存在，这和姚克敏^〔6〕的近期报道β-丙氨酸Schiff碱中观察到配体和中心离子形成稳定的双六员环的螯合结构相一致，但是其结构中单齿配体也同时存在.

    1 实验部分

    所用仪器：Carlo Erba元素分析仪，Perkin Elmer 599 B型红外光谱仪(KBr压片)，Bio-Rad Win-IR远红外光谱仪，Beckman Du-600紫外光谱仪，TGA-50 Thermogravimetric Analyzer(Shimadzu)差热热重分析仪，Varian 300核磁共振分析仪(TMS为内标，CD₃OD为溶剂)，DDS-11A型电导仪(DJS-1铂黑电极)，配合物的分解点在Fisher-Johns Melting Point Apparatus上测得，温度未经校正.

    所用试剂：α-苯丙氨酸为层析纯，由上海第二军医大学药学院合成研究室提供；邻香兰醛为Fluka公司产品;无水三氯稀土按照文献〔7〕制备;其余试剂均为分析纯，直接使用.

    1.1 配体的合成

    取0.025 mol α-苯丙氨酸，加入0.025 mol固体氢氧化钾和150 mL无水乙醇.加热使氨基酸溶解得无色溶液，过滤，除去未溶解的少量氨基酸，向滤液中滴加溶于100 mL无水乙醇的0.025 mol邻香兰醛溶液，很快生成黄色沉淀，加热回流2 h，过滤，滤饼以丙酮充分洗涤，五氧化二磷干燥.得产品7.76 g.L₄(C₁₇H₁₆O₄N)K mp 223～226℃，产率：92%.元素分析：计算值C 60.51，H 4.78，N 4.15；实验值C 60.72，H 4.89，N 4.03.¹H-NMR(CD₃OD)δ：2.85(q,—CH₂)，3.25(q,—CH₂)，3.65(s,—OCH₃)，3.95(q,—CH—)，6.25(t),6.40(d),6.7(d),7.05(s)为苯环质子；7.55(s,—NCH—),在δ 9.90处，残留有未被交换完全的酚羟基质子的信号.配体的合成路线如图1所示.

    Fig.1 The synthetic route of L₄K

    1.2 配合物的合成

    0.002 mol L₄K加入20 mL水中，加热溶解，加入0.001 mol无水LnCl₃，在60℃搅拌回流4 h，生成黄色沉淀，过滤收集固体配合物，滤饼以丙酮和乙醚充分洗涤.然后粗产品用氯仿重结晶.所有配合物均溶于N，N-二甲酰胺、甲醇、二甲亚砜中，不溶于水、丙酮和乙醚.配合物组成符合通式：L₄(C₁₇H₁₆O₄NK)，C₃₄H₃₂O₈N₂LnCl^。nH₂O〔(L₄)₂LnCl^。nH₂O，Ln=Nd,n=4;Ln=Pr,Yb,n=2;Ln=Sm,Eu,Dy,n=1〕，收率：46%～92%.所有配合物的元素分析及物理性质常数列于表1.紫外分析、红外分析及热重分析数据分别列于表2～4中.配合物的合成路线如图2所示.

    Fig.2 The synthetic route of lanthanide complexes

    2 结果与讨论

    2.1 元素分析

    所有配合物的元素分析值(见表1)表明其组成均符合通式：C₃₄H₃₂O₈N₂LnCl^。nH₂O(Ln=Nd,n=4;Ln=Pr,Yb,n=2;Ln=Sm,Eu,Dy,n=1)，实测值和理论值相符合.

    Tab.1 Elemental analysis and physical parameters Complexes

    Elemental analysis/%

    Calc.(Found)

    Dec./℃

    Yield/%

    Λ_m/S^。cm^2。mol^-1

    C

    H

    N

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂PrCl^。2H₂O

    50.48

    (50.58)

    4.48

    (4.20)

    3.46

    (3.22)

    235

    92

    0.38

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂NdCl^。4H₂O

    55.13

    (55.13)

    4.81

    (4.68)

    3.78

    (4.08)

    181

    80

    0.47

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂SmCl^。H₂O

    51.02

    (51.22)

    4.28

    (4.33)

    3.50

    (3.33)

    241

    83

    11.8

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂EuCl^。H₂O

    50.48

    (50.75)

    4.11

    (4.23)

    3.46

    (3.22)

    230

    46

    11.5

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂DyCl^。H₂O

    50.38

    (50.62)

    3.98

    (4.28)

    3.46

    (3.23)

    244

    73

    11.4

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂YbCl^。2H₂O

    48.67

    (48.46)

    4.08

    (4.16)

    3.34

    (3.29)

    248

    76

    11.7

    2.2 紫外光谱分析

    紫外光谱的测定是在甲醇中进行的，配体及配合物的最大吸收峰和最大吸收波长列于表2.从表中可以看出，苯环的三个π-π^吸收带在配体和配合物中都可以观察到：¹A_1g→E_1u(192～198 nm)，¹A_1g→E_1u(216～219 nm)，¹A_1g→E_2u(281～285 nm)这三个吸收带在形成配合物后基本没有变化.配体位于304 nm处的强吸收带归属于亚胺基CN双键的π-π^跃迁，生成配合物后，由于氮原子与中心金属离子的配位而使双键上的电子云离域程度减弱，吸收峰向短波方向移动至241 nm处.同时亚胺基的n-π^特征吸收峰也为一个强吸收，中心位置位于428 nm，在配合物的紫外图谱中减少了63～65 nm，紫移至365～363 nm处，这也说明Schiff碱的氮原子对中心金属的配位环境有贡献.

    Tab.2 UV data of ligand and lanthanide complexes Complexes

    λ_max/nm

    ε_max/mol^-1。cm^-1

    Complexes

    λ_max/nm

    ε_max/mol^-1。cm^-1

    L₄

    198

    2.60×10⁴

    Sm-L₄

    192

    1.06×10⁴

    219

    3.92×10⁴

    218

    4.60×10⁴

    281

    1.25×10⁴

    241

    4.55×10⁴

    304

    1.35×10⁴

    284

    2.12×10⁴

    428

    5.65×10⁴

    364

    7.68×10³

    Pr-L₄

    194

    1.36×10⁴

    Eu-L₄

    192

    4.00×10⁴

    216

    3.60×10⁴

    218

    6.57×10⁴

    241

    3.52×10⁴

    242

    6.27×10⁴

    284

    1.69×10⁴

    285

    2.91×10⁴

    364

    6.16×10³

    365

    1.07×10⁴

    Nd-L₄

    194

    6.09×10⁴

    Dy-L₄

    194

    2.22×10⁴

    217

    8.36×10⁴

    218

    4.60×10⁴

    243

    6.45×10⁴

    242

    4.55×10⁴

    285

    2.77×10⁴

    285

    2.12×10⁴

    363

    1.03×10⁴

    365

    7.68×10³

    Note:(25℃,190～500 nm)

    2.3 红外光谱的分析

    配体及配合物的红外光谱数据列于表3.

    Tab.3 IR main absorption of ligand and lanthanide complexes(cm^-1) Complexes

    —OH

    —OCH₃

    ν—C=N

    COO—

    ν_s,ν_as,Δν

    Ar—O

    ν_as,ν_s

    π

    C=O

    Ln—N

    Ln—O

    L₄

    3431b,m

    2900w

    1635s

    1610s,1320s,290

    1211s,1072m

    727m

    -

    -

    Pr—L₄

    3423b,m

    2910w

    1624s

    1541s,1400m,141

    1223s,1082m

    702m

    542m

    496m

    Nd—L₄

    3423b,m

    2910w

    1630s

    1551s,1400m,151

    1223s,1084m

    702m

    545m

    496m

    Sm—L₄

    3423b，m

    2908w

    1622s

    1545s，1390m，155

    1221s，1082m

    702m

    540m

    498m

    Eu—L₄

    3423b，m

    2900w

    1622s

    1535m，1395s，140

    1223s，1082m

    702m

    540m

    496m

    Dy—L₄

    3425b，m

    2910w

    1630s

    1570m，1390s，180

    1223s，1082m

    702m

    542m

    496m

    Yb—L₄

    3423b，m

    2907w

    1628s

    1578m，1401s，177

    1223s，1082m

    702m

    548m

    495m

    由表3数据可知：双键的伸缩振动吸收峰形成配合物后向短波方向移动，说明氮原子同中心金属的配位使亚胺基的双键振动减弱，波数减小5～10 cm^-1.因为氮原子为软碱，稀土离子为硬酸，根据软硬酸碱对理论，氮原子同中心金属离子的键合作用不如氧原子有效，因而表现在红外谱图中双键的特征吸收振动峰减弱不如羧基变化明显.配体中ν和ν C—O的特征吸收振动峰位于ca.1610 cm^-1和1320 cm^-1处，Δν为290 cm^-1，说明COO—是以单齿形式存在于L₄中.同稀土离子配位后，ν的对称伸缩振动吸收峰出现在低波数范围，减少了35～75 cm^-1.同时不对称伸缩振动峰向长波方向移动至1400 cm^-1附近.根据Δν=ν_s-ν_as其值范围在140～180 cm^-1之间，提示游离的羧基是以桥式结构与稀土配位的^〔8〕.这与以前的报道^〔4,5〕不同，前文中的羧基均是以单齿的形式参与配位，形成螯合的六员环.存在差异的原因是因为配体L₄的体积较大，如以单齿的形式配位，稀土离子周围的配位环境容易形成过饱和堆积，生成的配合物不稳定.以桥式的配位形式参与配位不但可以减小配体的立体空间位阻，同时由于双核中心的存在，使配合物的稳定性大大增强.在指纹区π 的特征振动峰从727 cm^-1降低为702 cm^-1，同样也为羧基氧的双键被离域化提供了有力的佐证.酚氧原子的不对称伸缩振动和对称伸缩振动峰生成配合物后分别向长波、短波方向移动10 cm^-1左右，说明酚羟基上的H在形成配合物的时候，被游离出来，而与中心金属离子进行配位.配合物中位于540 cm^-1，496 cm^-1处中等强度的吸收峰可分别归属于Ln—N，Ln—O的特征伸缩振动吸收峰.在对Sm—L₄,Eu—L₄的远红外光谱进行观察时发现，中心位于210 cm^-1附近出现Sm—Cl,Eu—Cl的伸缩振动特征吸收峰，说明氯原子参与了中心金属的配位环境.摩尔电导试验的结果也表明该类配合物在室温下，甲醇溶液中是非电解质，不存在可电离的离子.

    2.4 热重分析

    分别以Sm—L₄，Eu—L₄和Dy—L₄为代表进行热分析.三种配合物在100～120℃处出现第一次失重，失重率计算分别失去1个水分子，认为配合物分子中所含的水分子应为晶格水.随后配合物继续失重分解，失去配位的配体，同时发生氧化分解，缓慢失重，至900℃仍然没有出现最后的平台，可能是因为配合物的稳定性高，难以分解所致.这于同类化合物有较大的差别^〔9〕.表4给出热分析的结果.

    Tab.4 Thermogrametric analyses data(elemental data are included in the parenthesis) Complexes

    Temperature rang/℃

    Weight loss/%

    Moieties lost

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂SmCl^。H₂O

    <100

    2.25

    (2.15)

    crystal water molecule

    650

    43.94

    (43.53)

    one L₄

    900

    -

    (56.40)

    oxidized decomposition

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂EuCl^。H₂O

    100

    2.24

    (2.21)

    crystal water molecule

    410

    43.86

    (43.75)

    one L₄

    900

    -

    (53.10)

    oxidized decomposition

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂DyCl^。H₂O

    120

    2.17

    (2.08)

    crystal water molecule

    620

    43.29

    (43.25)

    one L₄

    900

    -

    (55.58)

    oxidized decomposition

    2.5 核磁共振分析 因为所合成的配合物中的稀土离子均为顺磁性的，未能获得令人满意的配合物氢谱.配体各质子化学位移符合所合成的Schiff碱结构.由于氘代溶剂的交换作用，只在低场区发现残留的、未被交换完全的酚羟基质子.在δ 2.85和δ 3.25处，分别观察到四重峰，是由于C1的手性环境使C2上的两个质子Ha和Hb位于磁不等价的环境中，Ha和Hb发生同碳偶合，分别分裂为四重峰，积分比为1∶1.同时C1上的Hc也因为C2上的两个不等性氢的作用，分裂为四重峰.来自氨基酸部分的芳香质子形成1个单峰，化学位移位于7.05，而在6.25(H_Ⅰ)，6.40(H_Ⅲ)处观察到的两重峰以及6.7(H_Ⅱ)处的单峰积分比为1∶1∶1，归属于邻香兰醛部分中的苯环质子.

    2.6 摩尔电导分析

    配合物Pr—L₄，Nd—L₄，Sm—L₄，Eu—L₄，Dy—L₄和Yb—L₄的摩尔电导值(Λ_m)在10^-3 mol/L甲醇溶液中室温下测定，分别为0.38，0.47，11.8，11.5，11.4和10.1 S^。cm^2。mol^-1，从摩尔电导值可以判断配合物在甲醇中均为非电解质，氯离子位于配合物的内界，参与同中心稀土离子的配位环境^〔10〕.

    综合以上的光谱分析，配合物可能的结构如图3所示，羧基以桥式将两分子的配合物连接在一起，形成二聚体，氯原子、酚羟基的氧以及亚胺基的氮原子均与稀土离子配位，以满足中心金属的高配位数的要求.中心稀土离子的配位数为9，配合物的详细结构有待培养适于进行X-ray衍射分析的单晶来确证.

    Fig.3 The proposed structure of lanthanide

    complexes with amino acid Schiff base ligand,uncoordinated atoms were omitted for clarity

    2.7 抗肿瘤活性实验

    药理实验根据标准的筛选模型.磺酰罗丹明B蛋白染色法^〔11〕(sulforhodamine B,SRB)针对贴壁细胞：BEL-7404(人肝癌细胞株).四氮唑盐还原法^〔12〕(microculture tetrozolium MTT)针对悬浮细胞：HL-60(人白血病细胞株).结果列于表5.

    Tab.5 Percentage inhibition against BEL-7404 and HL-60 cell lines(%) Complexes

    SRB percentage of inhibition

    MTT percentage of inhibition

    Concentration/mol^。L^-1

    Concentration/mol^。L^-1

    10^-4

    10^-4

    10^-5

    10^-6

    10^-7

    10^-8

    L₄

    23.4

    60.9

    20.7

    14.9

    6.9

    8.0

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂PrCl^。2H₂O

    55.1

    64.4

    12.2

    0

    4.4

    5.6

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂SmCl^。H₂O

    63.6

    76.7

    18.9

    1.1

    2.2

    1.1

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂EuCl^。1.5H₂O

    61.7

    80.0

    18.9

    4.4

    2.2

    4.4

    (C₃₄H₃₂O₈N₂)₂DyCl^。H₂O

    61.7

    62.2

    14.4

    3.3

    2.2

    5.6

    体外筛选的数据表明，配合物对所筛选的两种肿瘤细胞的生长抑制率在浓度为10^-4 mol/L时均高于配体.粗筛的结果显示该类配合物的活性比前面的一类配合物(邻香兰醛缩甲硫氨酸类)活性略有降低，可能是和配合物的二聚体的结构有关.但是该类配合物在低浓度时，对肿瘤细胞的生长抑制作用反而不如配体，这和以前的报道^〔4,5〕相似.

    致谢：中国科学院上海药物所新药筛选中心进行抗瘤活性体外筛选.复旦大学化学系的章立新博士协助测定摩尔电导值.■ 参考文献：

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    收稿日期：1999-03-20

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