Citation: ZHANG Qi-Long, WANG Huan-Yu, JIANG Feng, FENG Guang-Wei, XU Hong, HUANG Ya-Li. Syntheses, Crystal Structures and Bacteriostatic Activities of Ni (Ⅱ) and Cu (Ⅱ) Complexes Based on Pentaerythrityltetramine Schiff Base[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2016, 32(3): 464-468. doi: 10.11862/CJIC.2016.056
基于季戊四胺席夫碱的Ni (Ⅱ) 和Cu (Ⅱ) 配合物的合成、结构及其抑菌活性
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关键词:
- 席夫碱
- / Ni (Ⅱ) 配合物
- / Cu (Ⅱ) 配合物
- / 晶体结构
- / 抑菌活性
English
Syntheses, Crystal Structures and Bacteriostatic Activities of Ni (Ⅱ) and Cu (Ⅱ) Complexes Based on Pentaerythrityltetramine Schiff Base
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Key words:
- Schiff base
- / Ni (Ⅱ) complex
- / Cu (Ⅱ) complex
- / crystal structure
- / bacteriostatic activity
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席夫碱容易和不同的金属离子配位得到结构各异的配合物[1-2],某些配合物的结构接近于生物体系的真实情况,适宜于进行生命体系的模拟研究[3-4];某些席夫碱及其金属配合物还具有抑菌、抗癌和抗病毒等药理性质[5-7],有些表现出良好的仿酶催化活性[8]。因此,近年来席夫碱及其金属配合物受到人们的普遍重视。丙二胺与水杨醛、3-甲氧基水杨醛、4-甲氧基水杨醛等缩合得到的席夫碱及其金属配合物由于具有磁性、光学、电化学等独特的性质而备受研究者的关注[9-10];季戊四胺与丙二胺相比,相当于2个丙二胺共用1个中间的碳原子,所以,当其与水杨醛、3-甲氧基水杨醛、4-甲氧基水杨醛等缩合得到席夫碱化合物后与金属离子配位时容易得到单核、双核乃至多核配合物[11-12]。因此,我们用季戊四胺与4-甲氧基水杨醛进行缩合反应得席夫碱配体H4L, 然后将席夫碱配体H4L与Ni (ClO4)2 ·6H2O或Cu (ClO4)2·6H2O在乙醇溶液中进行配位反应, 得到2个席夫碱配合物[Ni2(L)]·DMF (1),[Cu4(L)2(DMSO)3]·2DMSO (2),初步研究了配体和配合物的体外抑菌活性。
1 实验部分
1.1 试剂
4-甲氧基水杨醛,Ni (ClO4)2·6H2O,Cu (ClO4)2·6H2O,以及其它所用试剂均为分析纯。
1.2 测试仪器
JEOL ECX 500 MHz核磁共振仪;Bio-Rad型傅立叶红外光谱仪 (4 000~400 cm-1);Vario EL Ⅲ型元素分析仪 (德国);晶体结构测定采用Bruker Smart Apex单晶衍射仪。
1.3 配合物合成
1.4 晶体结构测定
选取大小合适的配合物晶体,用Bruker Smart Apex CCD单晶衍射仪,采用经石墨单色器单色化的Mo Kα射线 (λ=0.071 073 nm),以φ-ω扫描方式在一定的θ(2.15°~26.00°,H4L;1.53°~25.99°,1;1.41°~25.10°,2) 范围内收集单晶衍射数据。衍射强度数据进行了经验吸收校正、Lp校正。晶体结构由直接法解得。对全部非氢原子坐标及其各向异性热参数进行了全矩阵最小二乘法修正。所有计算用SHELX-97程序完成[13],溶剂分子DMSO无序,有关晶体学数据详见表 1。
表 1
配体H4L及配合物1和2的晶体学及结构修正数据
Table 1.
Crystal data and structure refinement for the ligand and the complexes 1 and 2
H4L 1 2 Empirical formula C37H40N4O8 C40H43N5Ni2O9 C84H102CU4N8O21S5 Formula weight 668.73 855.21 1 974.20 Temperature / K 293(2) 293(2) 293(2) Crystal system Monoclinic Triclinic Triclinic Space group C2/c P1 P1 a/nm 1.901 15(13) 1.043 8(2) 1.251 4(4) b/ nm 1.032 32(5) 1.430 0(2) 1.356 8(4) c/nm 1.759 56(9) 1.435 4(2) 1.532 8(5) α/(°) 90 100.572(6) 85.039(12) β/(°) 96.125(3) 103.985(4) 70.844(11) γ/(°) 90 109.462(6) 65.402(12) V/nm3 3.433 6(3) 1.876 9(6) 2.231 4(12) Z 4 2 2 Dc/(g • cm-3) 1.294 1.513 1.469 Absorption coefficient/mm-1 0.092 1.067 1.132 F(000) 1416 892 1 026 Crystal size/mm 0.26×0.25×0.21 0.27×0.25×0.21 0.21×0.20×0.19 Reflections collected 16 896 20 065 24 231 Independent reflections 3 352 7 110 7 830 Observed reflections (I>2σ(I)) 2743 5 503 4 843 Refinement method Full-matrix least squares on F2 Full-matrix least squares on F2 Full-matrix least squares on F2 Number of parameters 222 505 614 Goodness-of-fit on F2 1.091 1.088 1.14 Final R indices (I>2σ(I)) R1=0.042 5, wR2=0.114 8 R1=0.040 0, wR2=0.114 4 R1=0.063 0, wR2=0.163 3 R indices (all data) R1=0.051 7, wR2=0.121 0 R1=0.056 7, wR2=0.130 4 R1=0.107 0, wR2=0.182 2 Final weighting scheme ω=1/[σ2(Fo2)+0.065 2P)2+
0.763 4P], P=[Fo2+2Fc2]/3ω=1/[σ2(Fo2)+0.072 1P)2+
0.488 7P], P=[Fo2+2Fc2]/3ω=1/[σ2(Fo2)+0.087 5P)2+
0.000 0P], P=[Fo2+2Fc2]/3(△ρ)max, (△ρ)max/(e • nm-3) 144,-239 468, -327 1 325, -2 549 表 1 配体H4L及配合物1和2的晶体学及结构修正数据
Table 1. Crystal data and structure refinement for the ligand and the complexes 1 and 2CCDC:1436577,H4L;1436578,1;1436576,2。
1.5 抑菌试验
体外抑菌实验用纸片扩散法进行,首先将受试菌液 (7.5×107 CFU·mL-1) 均匀地涂在M-H琼脂培养基的平板上,将灭菌滤纸片 (6 mm) 平铺在含菌的培养基上,分别注上10 μL的待测药液 (配体及其配合物用10 mL DMSO溶解,稀释成1 280 μg·mL-1的溶液) 于纸片上,每张纸片大约含12.8 μg,放入恒温箱内,于37 ℃孵育24 h后观察抑菌圈大小。所用菌种为金黄色葡萄球菌 (S. aureus)(CMCC (B)26003),大肠杆菌 (E. coli)(ATCC 8739)。
1.3.1 配体H4L的合成
配体的合成路线如下:
称取4-甲氧基水杨醛 (1.368 g,9 mmol) 于100 mL圆底烧瓶中,加入50 mL乙醇充分溶解,称取 (0.264 g,2 mmol) 季戊四胺用20 mL乙醇充分溶解后,缓慢滴加到上述圆底烧瓶中,加热回流8 h,冷却至室温,析出黄色固体,过滤,乙醇洗涤3次,干燥,得黄色固体0.461 g,产率69%。用三氯甲烷-乙醇溶解,缓慢挥发溶剂,得到大小合适X射线晶体衍射的方形晶体。1H NMR (CDCl3) δ 3.679(s,8H,-CH2-),3.826(s,12H,-OCH3),6.470~7.146(m,9H,ArH),8.284(s,4H,CH=N),13.714(s,4H,-OH)。元素分析 (%,按C37H40N4O8计算,括号内为计算值):C 66.37(66.45),H 5.97(6.03),N 8.42(8.38)。IR (KBr pellet,cm-1):3 435(m),2 930(w),2 843(w),1 627(s),1 542(w),1 468(s),1 340(w),1 254(s),1 203(w),1 166(w),1 136(w),1 112(w),1 081(w),1 040(w),966(w),834(m),780(w),735(m)。
1.3.2 配合物1和2的合成
称取Schiff碱配体H4L (0.167 g,0.25 mmol) 溶解在三氯甲烷 (20 mL) 中,滴加8滴三乙胺,然后加入含Ni (ClO4)2·6H2O (0.177 g,0.5 mmol) 的乙醇 (20 mL) 溶液,加热回流4 h,冷至室温,过滤,乙醇洗涤3次,干燥,得棕色固体0.14 g,产率65%。将少量配合物溶解在DMF中,然后将其放在装有乙醚的试剂瓶中,室温放置3~4 d,得到适合X射线晶体衍射的晶体。元素分析 (%,按C40H43N5Ni2O9计算,括号内为计算值):C,56.12(56.18);H,5.01(5.07);N,8.23(8.19)。IR (KBr pellet,cm-1):3 434(m),2 926(w),2 842(w),1 614(s),1 547(w),1 472(m),1 447(m),1340(w),1321 (w),1 232(s),1 170(w),1 103(w),1 083(w),1 010(w),957(w),861(w),784(w),741(m),574(w)。
配合物2按配合物1类似的方法合成,得产物0.16 g,产率:67%。元素分析 (%,按C84H102Cu4N8O21S5计算,括号内为计算值):C,50.81(51.10);H,5.02(5.21);N,5.68 (5.72)。IR (KBr pellet,cm-1):3 434(m),2 925(w),2 842(w),1 617(s),1 548(w),1 472(m),1 449 (m),1 321(w),1 245(s),1 225(s),1 170(w),1 146(w),1 118(w),1 083(w),1 021(w),975(w),856(w),786(w),743(m),632(w)。
2 结果与讨论
2.1 配体及其配合物的晶体结构
配体的结构如图 1,季戊四胺分别与4个4-甲氧基水杨醛缩合形成“X”型结构,即4个4-甲氧基水杨醛向4个方向伸展。4个4-甲氧基水杨醛的酚羟基氧原子都和亚胺氮原子形成分子内氢键 (氢键参数见表 2)。
D-H …0 d(D-H) / nm d(H…0) / nm d(D…0) / nm ∠D-H…0/(°) 02-H2 …N1 0.082 00 0.188 13 0.261 31(15) 148.00 03-H3A …N2 0.081 99 0.184 91 0.258 08(15) 147.91 表 2 配体H4L的氢键参数
Table 2. Structural parameters of hydrogen bonds for ligand H4L配合物1结构如图 2,主要键长、键角分别列在表 3中。配合物1的每个中心Ni (Ⅱ) 离子具有近似四方平面的配位构型,分别与2个酚氧原子、2个亚胺氮原子进行配位,Ni (Ⅱ) 离子周围4个键角在81.28(9)°~174.61(10)°范围内,4个键长在0.186 4(2)~0.189 9(2) nm之间,这样,每个中心Ni (Ⅱ) 离子周围形成3个六元环结构,以Ni1为中心的3个六元环,由Ni1、O1、C6、C5、C8、N4所组成的六元环的原子都在平面上,由Ni1、O2、C18、C13、C12、N3所组成的六元环中O2、C18、C13、C12、N3基本共面,Ni1到平面的距离为0.047 5 nm,由Ni1、N3、C11、C10、C9、N4所组成的六元环中Ni1、N3、N4、C9基本共面,C10、C11偏离平面形成“信封式”结构。以Ni2为中心的3个六元环,由Ni2、O6、C36、C31、C30、N2所组成的六员环中O6、C36、C31、C30、N2基本共面,Ni2到平面的距离为0.0470 nm,由Ni2、O5、C28、C23、C22、N1所组成的六元环中O5、C28、C23、C22、N1基本共面,Ni2到平面的距离为0.039 1 nm,由Ni2、N2、C21、C10、C20、N1所组成的六元环形成“扭船式”结构。席夫碱配体H4L本来是向4个方向伸展的,与Ni (Ⅱ) 离子进行配位后,两两弯曲回来和Ni (Ⅱ) 离子螯合配位形成双核结构的配合物,配体表现为八齿配体。
表 3
配合物1和2的部分键长和键角
Table 3.
Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) for the complexes 1 and 2
1 N1-Ni2 0.187 4(2) N3-Ni1 0.189 9(2) N4-Ni1 0.188 0(2) N2-Ni2 0.188 7(3) O1-Ni1 0.186 5(2) O2-Ni1 0.186 4(2) O5-Ni2 0.1.86 0(2) O6-Ni2 0.186 4(2) O2-Ni1-O1 81.28(9) O2-Ni1-N4 167.55(10) O1-Ni1-N4 93.86(10) O2-Ni1-N3 93.31(10) O1-Ni1-N3 168.60(10) N4-Ni1-N3 93.37(10) O5-Ni2-O6 83.81(9) O5-Ni2-N1 93.24(10) O6-Ni2-N1 174.61(10) O5-Ni2-N2 173.31(10) O6-Ni2-N2 92.92(10) N1-Ni2-N2 90.46(11) 2 N1-Cu2 0.195 9(3) N2-Cu2 0.197 3(3) N3-Cu1 0.194 7(3) N4-Cu1 0.195 7(3) O1-Cu2 0.193 4(2) O2-Cu2 0.191 0(2) O5-Cu1 0.191 3(2) O6-Cu1 0.190 6(2) Cu2-09 0.250 2 Cu1-O11 0.265 O6-Cu1-O5 90.00(9) O6-Cu1-N3 161.22(12) O5-Cu1-N3 93.62(10) O6-Cu1-N4 93.63(11) O5-Cu1-N4 152.97(12) N3-Cu1-N4 91.47(12) O2-Cu2-O1 88.64(10) O2-Cu2-N1 170.04(11) O1-Cu2-N1 92.50(10) O2-Cu2-N2 93.42(10) O1-Cu2-N2 148.77(11) N1-Cu2-N2 90.73(11) 表 3 配合物1和2的部分键长和键角
Table 3. Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) for the complexes 1 and 2配合物2结构如图 3,主要键长、键角分别列在表 3中。配合物2的每个中心Cu (Ⅱ) 离子具有扭曲正方锥形的配位构型,分别与2个酚氧原子,2个亚胺氮原子以及DMSO的氧原子进行配位,Cu (Ⅱ) 离子周围4个键角在88.64(10)°~170.04(11)°范围内,4个键长在0.190 6(2)~0.265 0 nm之间,DMSO的氧原子位于锥顶;每个中心Cu (Ⅱ) 离子周围形成3个六元环结构,以Cu1为中心的3个六元环,由Cu1、O6、C18、C13、C12、N4所组成的六元环的原子都在平面上,由Cu1、O5、C4、C5、C8、N3所组成的六员环的原子也都在平面上,由Cu1、N3、C9、C10、C11、N4所组成的六员环形成“扭船式”结构。以Cu2为中心的3个六元环,由Cu2、O2、C30、C36、C37、N2所组成的六元环的原子都在平面上,由Cu2、O1、C29、C23、C22、N1所组成的六元环的原子也都在平面上,由Cu2、N2、C20、C10、C21、N1所组成的六元环也形成“扭船式”结构。与配合物1相同,席夫碱配体H4L与Cu (Ⅱ) 离子进行配位时,两两弯曲回来和Cu (Ⅱ) 离子螯合配位形成双核结构的配合物,配体表现为八齿配体;与配合物1不同的是,配合物2中,溶剂DMSO的氧原子参与金属离子配位。
2.2 抑菌活性
抑菌环直径值列于表 4,以硫酸庆大霉素作为对照,结果表明,配体H4L、配合物1和2对大肠杆菌 (E.coli) 没有活性,对金黄色葡萄球菌 (S.aureus) 具有一定的抑菌活性,并且,配合物1和2对金黄色葡萄球菌的活性比配体好。
Bacteria Diameter of bacteriostatic circle / mm Ligand Complex 1 Complex 2 Gentamicin S. aureus 11 14 16 21 E. coli — — — 21 表 4 配体及其配合物1和2的体外抑菌活性
Table 4. In viro bacteriostatic activity of the ligand and complexes 1 and 2 -
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表 1 配体H4L及配合物1和2的晶体学及结构修正数据
Table 1. Crystal data and structure refinement for the ligand and the complexes 1 and 2
H4L 1 2 Empirical formula C37H40N4O8 C40H43N5Ni2O9 C84H102CU4N8O21S5 Formula weight 668.73 855.21 1 974.20 Temperature / K 293(2) 293(2) 293(2) Crystal system Monoclinic Triclinic Triclinic Space group C2/c P1 P1 a/nm 1.901 15(13) 1.043 8(2) 1.251 4(4) b/ nm 1.032 32(5) 1.430 0(2) 1.356 8(4) c/nm 1.759 56(9) 1.435 4(2) 1.532 8(5) α/(°) 90 100.572(6) 85.039(12) β/(°) 96.125(3) 103.985(4) 70.844(11) γ/(°) 90 109.462(6) 65.402(12) V/nm3 3.433 6(3) 1.876 9(6) 2.231 4(12) Z 4 2 2 Dc/(g • cm-3) 1.294 1.513 1.469 Absorption coefficient/mm-1 0.092 1.067 1.132 F(000) 1416 892 1 026 Crystal size/mm 0.26×0.25×0.21 0.27×0.25×0.21 0.21×0.20×0.19 Reflections collected 16 896 20 065 24 231 Independent reflections 3 352 7 110 7 830 Observed reflections (I>2σ(I)) 2743 5 503 4 843 Refinement method Full-matrix least squares on F2 Full-matrix least squares on F2 Full-matrix least squares on F2 Number of parameters 222 505 614 Goodness-of-fit on F2 1.091 1.088 1.14 Final R indices (I>2σ(I)) R1=0.042 5, wR2=0.114 8 R1=0.040 0, wR2=0.114 4 R1=0.063 0, wR2=0.163 3 R indices (all data) R1=0.051 7, wR2=0.121 0 R1=0.056 7, wR2=0.130 4 R1=0.107 0, wR2=0.182 2 Final weighting scheme ω=1/[σ2(Fo2)+0.065 2P)2+
0.763 4P], P=[Fo2+2Fc2]/3ω=1/[σ2(Fo2)+0.072 1P)2+
0.488 7P], P=[Fo2+2Fc2]/3ω=1/[σ2(Fo2)+0.087 5P)2+
0.000 0P], P=[Fo2+2Fc2]/3(△ρ)max, (△ρ)max/(e • nm-3) 144,-239 468, -327 1 325, -2 549 表 2 配体H4L的氢键参数
Table 2. Structural parameters of hydrogen bonds for ligand H4L
D-H …0 d(D-H) / nm d(H…0) / nm d(D…0) / nm ∠D-H…0/(°) 02-H2 …N1 0.082 00 0.188 13 0.261 31(15) 148.00 03-H3A …N2 0.081 99 0.184 91 0.258 08(15) 147.91 表 3 配合物1和2的部分键长和键角
Table 3. Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) for the complexes 1 and 2
1 N1-Ni2 0.187 4(2) N3-Ni1 0.189 9(2) N4-Ni1 0.188 0(2) N2-Ni2 0.188 7(3) O1-Ni1 0.186 5(2) O2-Ni1 0.186 4(2) O5-Ni2 0.1.86 0(2) O6-Ni2 0.186 4(2) O2-Ni1-O1 81.28(9) O2-Ni1-N4 167.55(10) O1-Ni1-N4 93.86(10) O2-Ni1-N3 93.31(10) O1-Ni1-N3 168.60(10) N4-Ni1-N3 93.37(10) O5-Ni2-O6 83.81(9) O5-Ni2-N1 93.24(10) O6-Ni2-N1 174.61(10) O5-Ni2-N2 173.31(10) O6-Ni2-N2 92.92(10) N1-Ni2-N2 90.46(11) 2 N1-Cu2 0.195 9(3) N2-Cu2 0.197 3(3) N3-Cu1 0.194 7(3) N4-Cu1 0.195 7(3) O1-Cu2 0.193 4(2) O2-Cu2 0.191 0(2) O5-Cu1 0.191 3(2) O6-Cu1 0.190 6(2) Cu2-09 0.250 2 Cu1-O11 0.265 O6-Cu1-O5 90.00(9) O6-Cu1-N3 161.22(12) O5-Cu1-N3 93.62(10) O6-Cu1-N4 93.63(11) O5-Cu1-N4 152.97(12) N3-Cu1-N4 91.47(12) O2-Cu2-O1 88.64(10) O2-Cu2-N1 170.04(11) O1-Cu2-N1 92.50(10) O2-Cu2-N2 93.42(10) O1-Cu2-N2 148.77(11) N1-Cu2-N2 90.73(11) 表 4 配体及其配合物1和2的体外抑菌活性
Table 4. In viro bacteriostatic activity of the ligand and complexes 1 and 2
Bacteria Diameter of bacteriostatic circle / mm Ligand Complex 1 Complex 2 Gentamicin S. aureus 11 14 16 21 E. coli — — — 21 -
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