六水硫酸镍(AR), 2-巯基巴比妥酸(AR), 氢氧化钠(AR), 无水乙醇等试剂购自国药集团化学试剂有限公司, 鲱鱼精DNA(BR), 牛血清白蛋白(BR), 溴化乙锭(BR)等试剂购自Sigama-Aldrich公司。

IR-470傅里叶变换红外光谱仪(美国, Nicolet公司), SMART CCD 1000 X-射线单晶衍射仪(美国, Bruker公司), Cary 50 Conc紫外-可见吸收光谱仪(美国, Varian公司), Cary Eclipse荧光光谱仪(美国, Varian公司), 240C元素分析仪(美国, Perkin-Elmer公司)。

在搅拌状态下, 向20 mL 0.1 mol· L^-1的2-巯基巴比妥酸水溶液中逐滴加入0.1 mol· L^-1的硫酸镍水溶液10 mL, 再向混合液中滴加0.1 mol· L^-1的2, 2'-联吡啶的乙醇溶液10 mL, 用氢氧化钠溶液调节pH为5.0, 滴加完成后反应30 min。 过滤静止2周后有粉色块状晶体析出。 IR检测(KBr, cm^-1): 3 072 (s), 1 600 (m), 1 529 (m), 1 442 (s), 1 371 (s), 1 307 (s), 1 168 (m), 1 016 (s), 769 (s), 524 (s)。 按C₁₈H₃₂N₆NiO₁₃S₂(663.33), 元素分析理论值(%): C, 32.59; N, 12.67; H, 4.86。 实际值(%): C, 32.52; N, 12.59; H, 4.80。

挑选尺寸为0.2 mm× 0.2 mm× 0.2 mm大小的晶体置于单晶衍射仪上, 在296.15 K温度下, 经石墨单色器纯化后的Mo-Kα (λ =0.710 73)射线进行衍射实验, 共收集33 255个衍射点, 其中独立衍射点为6 603个(R_int=0.092 3), 衍射数据经LP吸收校正后, 使用OLEX 1.2和SHELXTL软件解析晶体结构^{[9, 10]}。 标题配合物的晶体学数据列于表1, 主要键长键角见表2。 CCDC: 1581679。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 配合物的晶体学数据 Table 1 Crystal data and refinement for [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (Htba)2· 5H2O Empirical formula C18H32N6NiO13S2 Formula weight 663.33 Temperature/K 296.15 Crystal system orthorhombic Space group Pbca a/Å 13.662(2) b/Å 19.470(4) c/Å 21.590(4) α /(° ) 90.00 β /(° ) 90.00 γ /(° ) 90.00 Volume/Å 3 5 743.2(17) Z 8 ρ calc/(g· cm-1) 31.534 μ /mm-1 0.892 Crystal size/mm3 0.2× 0.2× 0.2 Radiation MoKα (λ =0.710 73) θ range/(° ) 4.18~55.18 Reflections 33 255/6 603 Collected/unique/Rint 33 255/6 603/0.092 3 Data/restraints/parameters 6 603/1/362 Goodness-of-fit on F2 1.041 R1, wR2(I≥ 2σ (I)) 0.061 1, 0.150 9 R1, wR2(all data) 0.133 8, 0.195 3 Largest diff. peak/hole/(e· Å -3) 0.64/-0.41

表1 配合物的晶体学数据 Table 1 Crystal data and refinement for [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (Htba)2· 5H2O

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 配合物的部分键长和键角 Table 2 Selected bond distances (Å ) and bond angles (° ) for [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (Htba)2· 5H2O Ni(1)-O(5) 2.048(3) Ni(1)-O(7) 2.071(3) Ni(1)-O(6) 2.073(3) Ni(1)-O(8) 2.053(4) Ni(1)-N(5) 2.078(4) Ni(1)-N(6) 2.083(4) S(2)-C(5) 1.677(4) S(1)-C(1) 1.681(4) O(2)-C(4) 1.255(5) O(4)-C(8) 1.280(5) O(1)-C(2) 1.264(5) O(3)-C(6) 1.267(5) N(4)-C(8) 1.371(5) N(4)-C(5) 1.349(5) N(2)-C(4) 1.396(5) N(2)-C(1) 1.336(5) N(3)-C(5) 1.348(5) N(3)-C(6) 1.392(5) N(1)-C(1) 1.344(5) N(1)-C(2) 1.384(5) N(6)-C(18) 1.321(7) N(6)-C(14) 1.345(7) N(5)-C(13) 1.358(7) N(5)-C(9) 1.335(7) O(5)-Ni(1)-O(7) 84.36(12) O(5)-Ni(1)-O(6) 87.98(13) O(5)-Ni(1)-N(5) 93.60(17) O(6)-Ni(1)-O(7) 170.69(12) O(7)-Ni(1)-N(6) 93.95(13) O(7)-Ni(1)-N(5) 94.37(13) O(7)-Ni(1)-O(8) 88.78(13) O(6)-Ni(1)-O(8) 86.18(14)

表2 配合物的部分键长和键角 Table 2 Selected bond distances (Å ) and bond angles (° ) for [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (Htba)2· 5H2O

1.4.1 紫外-可见吸收光谱测定

向比色皿参比池和样品池中分别加入等体积的Tris-HCl缓冲液(tris浓度为5 mmol· L^-1, NaCl浓度为50 mmol· L^-1)和配合物溶液, 依次用等量的DNA的溶液加入参比溶液和样品溶液中, 反应30 min后, 在200~400 nm进行紫外光谱扫描。

1.4.2 荧光猝灭测定

向比色皿中加入3 mL EB-DNA溶液, 依次加入等量的配合物溶液, 反应30 min后, 以525 nm作为激发波长, 扫描550~700 nm的荧光光谱。

1.5.1 BSA荧光猝灭滴定

将BSA溶于Tris-HCl缓冲液(tris浓度为5 mmol· L^-1, NaCl浓度为50 mmol· L^-1)中配置成1.5 mmol· L^-1的溶液, 取0.2 mL BSA溶液、 一定量的配合物溶液并用Tris-HCl缓冲液定容为10 mL (BSA的浓度为30 μ mol· L^-1), 以295 nm波长为激发波长, 扫描300~500 nm的荧光发射光谱。

1.5.2 BSA紫外光谱滴定

取10 μ L BSA溶液、 一定量的配合物溶液并用Tris-HCl缓冲液定容为10 mL (BSA的浓度为15 μ mol· L^-1), 以Tris-HCl缓冲液为参比溶液, 在200~350 nm之间进行紫外光谱扫描。

如图1, X-射线单晶衍射结果表明, 标题配合物单晶为正交晶系, Pbca空间群, 在一个非对称单元中存在一个二价阳离子配合物[Ni(2, 2'-biby)(H₂O)₄]和2个一价2-巯基巴比妥酸配体结晶以及5个结晶水。 镍中心离子与2个来自于一个2, 2'-联吡啶的N原子及4个配位水分子的氧原子配位, 形成了一个六配位八面体构型。 Ni(1)-N(5)和Ni(1)-N(6)的键长分别为2.078(4)和2.083(4) Å , Ni— O键长在2.048(3)和2.073(3) Å 之间, 这与文献[11]报道的镍配位化合物中Ni— N键长和Ni— O键长相近。 2-巯基巴比妥酸脱质子化后并未参与配位, 但在形成三维超分子结构中起到重要作用, 其嘧啶环与2, 2'-联吡啶的吡啶环形成较强的芳环堆积作用(嘧啶环中心距离吡啶环中心为3.678 Å ), 它还与水分子形成氢键弱相互作用(O3…O7距离2.690 Å , O3…O13距离2.880 Å , O4…O6距离2.718 Å ), 另外结晶水之间, 结晶水与配位水之间以及与2-巯基巴比妥酸之间也形成较强的氢键, 在这些弱相互作用的协同下, 标题配位化合物形成了复杂的三维网络结构如图2, 2-巯基巴比妥酸作为超分子连接子的作用与文献[12]报道的配位超分子化合物中的对苯二羧酸作用类似。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 配合物中Ni(Ⅱ )离子的配位环境Fig.1 The coordination environment of Ni(Ⅱ ) ions in compound [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (Htba)2· 5H2O

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 配合物的三维超分子结构Fig.2 The 3D Supramolecular structure of complex [Ni(2, 2'-biby)(H2O)4]· (tba)2· 5H2O via hydrogen bonding and π …π stacking

鱼精DNA是一种具有A-DNA特点的DNA, 并有深且窄的大沟和浅且宽的小沟, 廉价易得而广泛应用于小分子金属配合物与DNA的相互作用。 紫外-可见吸收光谱是研究小分子化合物与DNA相互作用模式和强度的最方便和最有效的方法之一^[13]。 过渡金属配合物的紫外吸收光谱是分子中电子在不同能级分子轨道间跃迁而产生的光谱, 依据电子跃迁的机理, 可将过渡金属配合物的电子光谱分为配体内部电子跃迁光谱、 配体向金属离子或金属离子向配体的电子跃迁光谱和金属离子d轨道间跃迁光谱。 当配合物溶液中加入DNA后, 若配合物与DNA发生相互作用, 其电子跃迁的能级和跃迁能发生变化, 配合物的特征吸收谱带发生红移或蓝移, 同时伴随减色或增色现象。 一般认为, 配合物与DNA发生嵌插作用时, 其紫外吸收峰发生减色和红移效应, 而若配合物与DNA发生静电作用时, 该配合物的吸收峰红移幅度很小, 同时发生明显的增色现象^{[14, 15]}。 如图3所示, 配合物紫外光谱中245 nm的紫外吸收峰应为2, 2'-联吡啶配体内π — π ^* 轨道的跃迁, 而293和310 nm的吸收峰应归属于2, 2'-联吡啶配体到镍离子的有机配体向金属的电子跃迁。 随着DNA的加入, 配合物的紫外吸收峰发生明显增色效应, 说明配合物与DNA的作用模式有可能为静电结合作用^{[16, 17]}。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 配合物随DNA浓度增加的紫外吸收光谱Fig.3 Electronic absorption spectra of the title complex in absence and presence of increasing DNA (complex, 40 μ mol· L-1; DNA: 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 μ mol· L-1)

溴化乙锭(EB)是能与DNA发生嵌插作用的染料分子, 其自身的水溶液荧光强度很弱, 但当插入DNA碱基后, 由于DNA内部疏水作用致使其荧光大幅度增强。 当DNA-EB体系中加入能够与溴化乙锭竞争插入DNA碱基对的小分子后, 溴化乙锭分子被置换出来, DNA-EB体系发生荧光猝灭, 猝灭程度的大小可以解释小分子与DNA作用模式。 如图4(a)所示, DNA-EB体系在525 nm光激发下在602nm有较强的荧光发射, 但随着标题化合物的加入, 荧光强度逐渐猝灭, 当配合物浓度达到4.0 μ mol· L^-1时, 荧光强度猝灭达到18%。 根据Stern-Volmer方程, F₀/F=K_q[Q]+1, 式中F₀为未加入猝灭剂时荧光强度, F为加入猝灭剂时荧光强度, Q为猝灭剂浓度, K_q为荧光猝灭常数。 以F₀/F为纵坐标, Q的浓度为横坐标作图, 如图4(b)所示, 可得K_q为5.4× 10³, 该猝灭常数低于与DNA插入作用的分子的猝灭常数^[14], 与DNA静电作用的化合物的猝灭常数相近^[18], 结合紫外光谱研究结果, 标题化合物与DNA作用模式应为静电作用, 从分子结构上分析该化合物为阳离子型配合物, 非常容易与DNA表面的丰富的负电性的磷酸根发生静电作用。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 (a)配合物对DNA-EB体系的荧光光谱的影响; (b)荧光猝灭与配合物浓度的关系Fig.4 (a) The fluorescence spectra of the DNA-EB system in absence and presence of the title complex(DNA, 50 μ mol· L-1; EB, 5 μ mol· L-1; complex: 0, 0.75, 2.5, 3.25, 4.0 μ mol· L-1); (b) Plot of F0/F versus [Q] for titration of the title complex with DNA-EB system

血清白蛋白在药物在人体内的运输、 存储和释放等过程中发挥关键性作用, 药物小分子与白蛋白的相互作用影响药物的靶向性目标扩散能力和人体内药物的利用率, 因而, 小分子化合物与血清白蛋白相互作用研究对药物设计、 开发具有重要的意义。 由于BSA与人血清白蛋白在结构和组成具有高度的相似性, 而广泛用于药物的研究和开发。 BSA因含有的酪氨酸、 色氨酸和苯丙氨酸等氨基酸残基使其具有内源性荧光发射性质, 如图5所示, 在激发波长295 nm的条件, 固定浓度30× 10^-5 mol· L^-1 的BSA在349 nm处具有较强的荧光发射, 在保持BSA浓度不变的体系中逐渐增加标题化合物浓度, 其荧光强度逐渐降低, 说明标题化合物与BSA发生了相互作用。 为了研究标题化合物猝灭BSA荧光的机理, 我们依据Stern-Volmer方程^[19]: F₀/F=1+K_SV[Q]=1+K_qτ ₀[Q]计算了标题化合物与BSA相互作用的能力, 式中F₀和F分别为加入配合物前后体系的荧光强度, [Q]为配合物的摩尔浓度, K_SV为Stern-Volmer常数, K_q为猝灭速率常数, τ ₀为未加入标题化合物时体系的荧光寿命, 其值为10^-8 s。 以[Q]为横坐标, F₀/F为纵坐标作图, 其拟合直线的斜率即为K_SV值, 进而可计算得K_q值, 经计算得K_SV值和K_q值分别为2.11× 10⁵和2.11× 10¹³, 标题化合物荧光猝灭速率常数K_q值远远大于2.0× 10¹⁰, 说明其对BSA荧光猝灭为静态猝灭, 在配合物与BSA相互作用过程中配合物与BSA的氨基酸残基发生了共价键合作用^[20]。 为进一步研究标题化合物与BSA的结合常数和结合位点, 应用Scatchard方程^[21] lg(F₀-F)/F=lgK+nlg[Q], 式中F₀和F分别为加入配合物前后体系的荧光强度, [Q]为配合物的摩尔浓度, K为结合常数, n为结合位点数, 以lg(F₀-F)/F对lg[Q]作图, 斜率即为n, 由截距可以求得K。 经计算可知, 标题配合物与BSA的结合常数为6.02× 10⁴, 结合位点数为0.89, 说明标题化合物与BSA只有一个键合点^[20]。 此外, 通过紫外可见吸收光谱, 观察BSA加入配合物前后其紫外吸收峰的变化, 如图6所示, 当加入标题化合物后BSA在278 nm的紫外峰发生增色, 说明配合物与BSA发生反应生成了基态复合物, 进一步证明了配合物静态猝灭BSA的机理。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 配合物对BSA荧光光谱的影响 (a): Stern-volmer图; (b): 配合物与BSA作用的Scatchard图Fig.5 The emission spectra of the BSA in presence of increasing amounts of the title complex (BSA, 30 μ mol· L-1; complex: 0, 2, 6, 10, 14, 24, 28 μ mol· L-1) inset: (a): The stern-volmer plot; (b): Scatchard plot of the compound with BSA

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 配合物对BSA吸收光谱的影响Fig.6 Electronic absorption spectra of BSA in absence and presence of increasing the title complex(BSA, 15 μ mol· L-1; complex: 0, 2, 3 μ mol· L-1)