三羟甲基氨基甲烷缩2-吡啶甲醛席夫碱铜配合物的合成、表征及与DNA相互作用

三羟甲基氨基甲烷缩2-吡啶甲醛席夫碱铜配合物的合成、表征及与DNA相互作用 三羟甲基氨基甲烷缩2-吡啶甲醛席夫碱铜配合物的合成、表征及与DNA相互作用 第27卷第8期 2010年8月 应用化学 CHINESEJOURNALOFAPPUEDCHEMISTRY V01.27No.8 Aug.2010 三羟甲基氨基甲烷缩2-吡啶甲醛席夫碱铜配合物的 合成,表征及与DNA相互作用 杨新斌张金生陈朝晖.曾仁权. (西南大学荣昌校区基础部重庆402460;b贵州师范大学化学与材料科学学院贵阳) 摘要合成了三羟甲基氨基甲烷缩2一吡啶甲醛席夫碱铜配合物[C..H.CuN:O,]cl:, 通过元素分析,摩尔电 导,红外光谱和高分辨质谱等测试技术对化合物进行了结构表征.利用电子吸收光谱,热变性和粘度实验研 究了配合物与CT—DNA的相互作用,实验结果表明,该配合物以嵌插模式与DNA相互作用. 关键词铜配合物,小牛胸腺DNA,嵌插 中图分类号:O611.6文献标识码:A文章编号:1000-0518(2010)084)903-04 DOI:10.3724/SP.J.1095.2010.90646 研究过渡金属配合物与DNA的相互作用可揭示化合物的结构与生物活性的关系,对选择人工合成 核酸酶及化学治疗药物的筛选具有重要意义【1.近年来,由于席夫碱金属配合物在抗癌等方面的特殊 活性,席夫碱金属配合物的合成,结构及与DNA相互作用的研究引起人们的极大 兴趣L5引.但化学药物 治疗的缺陷在于杀死肿瘤细胞的同时往往也杀死正常细胞,因此,如何提高抗癌药物的活性同时降低毒 性成为合成化学家的主要目标. 吡啶是有机合成中一个常见并且十分重要的含氮杂环,根据生物电子等排理论(Bioisosterism),吡 啶和苯是一对生物电子等排体,二者在很多方面是相似的.但由于吡啶的亲水性比苯大,由吡啶取代苯 环而得到的新化合物往往具有较好的亲水性,更高的生物活性及更低的毒性?.三羟甲基氨基甲烷是 一 个与生物体系具有较好的相容性,而且具有多种生物活性,对人体正常细胞毒性很小的化合物…. 如果将吡啶杂环和三羟甲基氨基甲烷同时引入到席夫碱及其金属配合物中,有望获得抗癌活性好,毒性 小的药物,目前国内外还未见这方面文献报道.在本文中,设计和合成了三羟甲基氨基甲烷缩2一吡啶甲 醛席夫碱铜配合物,用紫外光谱,热变性实验和粘度测试等方法研究了配合物与小牛胸腺DNA(CT? DNA)的相互作用,旨在发现新的DNA结合试剂,为其在药物的开发和分子生物学中的应用提供有价值 的信息. 1实验部分 1.1试剂和仪器 小牛胸腺DNA(CT—DNA,成都天泰生物工程公司).称取10mg的CT—DNA溶于10mLTris-HC1 (pH=7.4)缓冲液中,其物质的量浓度由260rim处的吸光度确定,于4oC冰箱中保存备用;0.1mol/L Tris.HC1缓冲液(pH=7.4);三羟甲基氨基甲烷(s);2一吡啶甲醛由成都爱斯特有限 公司提供;其余试 剂均为分析纯或化学纯.BioTOFQ(Aglient,ESI—MS)型高分辨质谱仪(美国Aglient公司);FX?IR170SX 型傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司);PE-2400CHN型元素自动分析仪(美国PE公司); TU一1901型紫外光谱仪(北京普析通用仪器有限责任公司);乌氏粘度计;DDS一11D型电导仪. 1.2实验方法 1.2.1三羟甲基氨基甲烷缩2一吡啶甲醛席夫碱铜配合物的合成5mmol(0.605g)三羟甲基氨基甲烷 2009?10-06收稿,2009-12—18修回 通讯联系人:杨新斌,男,博士,副教授;E—mail:yangxbqq@126.com;研究方向:有机合成及化学生物学 应用化学第27卷 溶于20mL乙醇中,搅拌下逐滴加入含5mmol(0.48mL)2吡啶甲醛的10mL乙醇溶液,加热回流4h, 减压除去部分乙醇,然后滴加5mmol(0.85g)二水合二氯化铜的乙醇溶液20mL,加热回流2h,有大量 绿色固体析出,过滤,乙醚洗涤,真空干燥得浅绿色固体,产率85%,熔点192,194oC. 1.2.2电子吸收光谱以3mLTrisHC1缓冲溶液(pH=7.4)作为空白对照液,测定基线.在样品池中 加入150LCT—DNA(初始浓度约为1.8×10,mol/L),用Tris-HC1缓冲溶液稀释至3mL,混匀后DNA 浓度为0.9X10一mol/L,测定其紫外吸收,然后以不同的R(CCuL//C.)加入配合物,室温下作用20min, 进行紫外扫描. 1.2.3热变性用%s.HC1缓冲溶液分别配置浓度为0.9×10mol/L的CT—DNA溶液以及含有 1.0×10mol/L铜配合物和0.9×10mo]/L的CT—DNA混合溶液,在260nm处,不同温度下测其紫 外吸收强度. 1.2.4粘度测定CT—DNA溶液粘度用乌氏粘度计测定,测定时固定DNA浓度为2.5×10,mol/L,以 不同的R(CCuL//C.)加入配合物,温度恒定在25cI=,反应20min进行测量,得到(r//r/.)'与配合物浓度 关系.田为DNA溶液在加入配合物时的粘度,叼.为DNA溶液的粘度. 2结果与讨论 2.1配合物结构表征及结构优化计算 配合物易溶于水,在水溶液中的摩尔电导率为319S?cm./mol,而CuC1的摩尔电导率为 313S?em/mol,表明配合物具有cl一阴离子外界,为1:2型电解质.配合物元素分析实测值(计算 值)/%:C34.84(34.85),H4.19(4.09),N8.42(8.13);IR,~r/cm,:3443,3235,(OH);2921, N);1053,(C—O);775,(吡啶环C—H);529,l,(Cu—N);HRMS-ESI, It(CH2);1607,(C— m/z:272.0326[CuL—H].由元素分析,摩尔电导率,红外光谱和高分辨质谱推测配合物化学式为 [C..HCuN:O]cl,配合物的结构如Scheme1.对配合物各种可能的初始结构使用密度泛函理论 UB3LYP方法在6-31G(d)计算水平上进行结构的全优化,得到的优化结构如Scheme2,铜中心原子分 别和2个N,2个羟基O形成四配位,理论计算与实验结果一致. H N…'Cu H Scheme1ProbablemolecularstructureScheme2Theoptimizedstructureofcoppercomplex ofcoppercomplex 2.2配合物与DNA作用的电子吸收光谱 具有双螺旋结构的DNA分子由于含有芳香性碱基和磷酸生色基团,使其电子吸收光谱在260nm 左右有l强吸收峰.配合物与DNA作用后,可使DNA吸收光谱发生变化.当配合物以嵌插方式结合于 CT-DNA双螺旋碱基对时,DNA吸收光谱表现出增色效应,其为DNA双螺旋结构被破坏所致;当配合物 以静电方式结合CT—DNA时,其吸收光谱表现出减色效应,它是DNA分子轴向收缩,构象变化的结 果?. 图1为DNA与配合物作用前后的电子吸收光谱.从图中可看出,随着配合物浓度逐渐增加,DNA 第8期杨新斌等:三羟甲基氨基甲烷缩2-吡啶甲醛席夫碱铜配合物的合成,表征及与DNA相互作用905 的最大吸收峰增强,由此可以初步推断配合物分子 的吡啶环平面可能嵌插在DNA的双螺旋结构中,与 DNA发生作用产生增色效应. 2.3DNA热变性 将DNA加热至一定温度,DNA碱基对的氢键 遭到破坏,在紫外光谱中表现出260nm处的特征吸 收峰将增强,通常将DNA变性达到50%,即增色效 应达到一半时的温度即为DNA的熔点().当一 些小分子化合物作为DNA插入试剂与DNA作用 时,静电排斥力被削弱,有利于DNA双螺旋结构的 稳定,从而使DNA的熔点升高u引. 通过测量CT-DNA在有无配合物存在下260am 处的吸光度随温度的变化,作出DNA热变曲线,如 图2所示.实验测得DNA的熔点为77?,而DNA 与配合物作用后的熔点为8O?,表明该配合物以嵌 插方式与DNA相互作用. 目 3 蛊 , ,/C 图2CT.DNA与配合物作用前后的热变性曲线 Fig.2ThermaldenaturationcurvesofCT?DNAin (口)thepresenceand(6)absenceofcoppercomplex c(CT.DNA)=0.9×10一mo]./L, c(c叩percomplex)=1.0×10mol/L 图1配合物与CT-DNA作用的紫外吸收光谱 Fig.1UV?VisspectraofCT-DNA(0.9×10moVL)in thepresenceofcoppercomplexwith differentconcentrations 10c/(tool?L一):a.0; b.0.5;C.1.0;d.2.0;e.3.0;4.0 c(CuL)/c(DNA) 图3不同浓度配合物对CT-DNA粘度的影响 Fig.3Effectsofincreasedamountsofcopper complexontheviscosityofCT-DNA cfDNA)=2.5×10一mol/L 2.4DNA溶液的粘度 光谱法对于确定配合物与DNA作用模式只能提供必要但不是充分的证据,在缺少晶体数据的情况 下,粘度一般被认为是确定配合物与DNA结合模式最有力的证据.粘度对分子长度最为敏感,当小分 子配合物以嵌插模式与DNA作用时,DNA相邻碱基对的距离会增大以容纳插入的配体,导致DNA双 螺旋增长,粘度增加.而当小分子以静电或沟区模式等非插入方式与DNA结合 时,DNA的粘度无明显 变化[1引.图3表明,DNA与配合物作用后,DNA的相对粘度增加,表明配合物嵌插 到DNA碱基对中且 发生作用. 通过元素分析,摩尔电导,红外光谱和高分辨质谱等测试技术对合成的配合物 [c.HCuNO,]cl: 进行了结构表征.化合物与DNA作用的电子吸收光谱表现出增色效应,热变性实 验反映出在配合物的 存在下DNA的熔点升高,粘度实验表明,加入配合物能使DNA的粘度增加.这些研 究结果证实,配合 物[c,.H.CuN:O3]cl2以嵌插方式与DNA相互作用. 应用化学第27卷 9 l0 I1 12 13 14 参考文献 Ha11DB,Ho】m1inRE,BartonJK.Nature[J],1996,382:731 ErkkilaKE,OdomDT,BaaonJK.ChemRev[J],1999,99:2777 LippertB.CoordChemRev[J],2000,(200/202):487 LiuC,WangM,ZhangT,SunH.CoordChemRev[J],2004,248(1/2):147 SitlaniAS,LongEC,Py】eAM,BartonJK.JAmChemSoc[J],1992,114:2303 GravertDJ,GriffinJH.InorgChem[J],1996,35:4837 "LZ,ZhaoC,XuT,JiHW,YuYH,GuoGQ,ChaoH.JInorgBiochem[J],2005,99:1076 RoutierS,BernierJL,CatteauJP,ColsonP,HoussierC,RivalleC,BisagniE,BaillyC.Bioconj ugateChem[J],1997,8: 789 YangXB,WangL,ZhangJ.JEnzymInhibMedChem[J],2009,24:125 MUChang—Wei(慕长炜),QINZhao—Hai(覃兆海).ModAgrochem(现代农 药)[J],2003,2:1 BubbWA,BerthonHA,KuchelPW.BioorgChem[J],1995,23(2):l19 HanGY,YangP.JlnorgBiochem[J],2002,91:230 HaqlH,LincolnP,SuhD.JAmChemSoc[J],1995,117:4788 SatyanarayanaS,DabrowiakJC,ChairsJB.Biochemistry[J],1993,32:2573 SynthesisandCharacterizati0n0fANewSchiffBase Copper(H)ComplexfromTris(hydroxymethy1) aminomethaneand2一Pyridinecarboxaldehyde, andItsInteractionwithDNA YANGXin—Bin.,ZHANGJin-Sheng,CHENZhao—Hui",ZENGRen—Quan. ("DepartmentofBasicScience,RongchangCampus,SouthwestUniversity,Chongqing402460; SchoolofChemistryandMaterialScience,GuizhouNormalUniversity,Cuiyang) AbstractAschiffbasecoppercomplexpreparedthroughthecondensationbetweentris(hydroxymethy1) aminomethaneand2-pyridinecarboxaldehydewascharacterizedbyelementalanalysis,molarconductance,IR andHRMS.Theinteractionofthecomplexwithculfthymus(CT— DNA)wasinvestigatedbyUVspectra, viscositymeasurementsandDNAthermaldenaturationexperiments.Theexperimentalresultsshowthatthe modeofthecomplexboundtoDNAisintercalation. Keywordscoppercomplex,CT-DNA,inercalation