

Citation: ZHONG Yu-Jun, CHEN Zhen-Feng, LIANG Hong. Synthesis, Structural Characterization and Antitumor Activity of Copper(Ⅱ) Complex of 4-(2-Hydroxy-3-chlorine)phenyl-2, 2': 6', 2'-terpyridine[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2019, 35(11): 2089-2094. doi: 10.11862/CJIC.2019.253

4-(2-羟基-3-氯)苯基-2, 2':6', 2"-三联吡啶Cu(Ⅱ)配合物的合成、结构表征及抗肿瘤活性
English
Synthesis, Structural Characterization and Antitumor Activity of Copper(Ⅱ) Complex of 4-(2-Hydroxy-3-chlorine)phenyl-2, 2': 6', 2'-terpyridine
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Key words:
- tribipyridine
- / copper(Ⅱ) complex
- / antitumor activity
- / cell apoptosis
- / cell cycle
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化疗是治疗癌症的重要手段之一,在Rosenberg等发现顺铂的抗肿瘤活性后,人们合成了许多顺铂类似物并应用于临床。至今,铂类药物仍是应用最广泛的化疗药物[1-2]。但由于铂类药物的耐药性和严重的副作用,如急性肾毒性、骨髓抑制和慢性神经毒性[3-4],促使人们寻找新的非铂类抗肿瘤金属配合物[5]。
铜在人体内的含量仅次于铁和锌,并且参与生物体中几个关键的生命过程[6]。一般来说,铜的毒性比其他金属小,因此,铜(Ⅱ)配合物被认为具有克服毒副作用和耐药性的特性。许多铜(Ⅱ)配合物被报道具有较强的结合与裂解DNA的能力,其中一些具有抗癌和调控凋亡的能力[7-9]。三联吡啶及其衍生物可以作为DNA结合剂、拓扑酶抑制剂和抗肿瘤药物,具有潜在的应用价值[10-11]。此外,三联吡啶作为一种三齿配体,有3个共平面的氮原子,具有与金属形成稳定金属配合物的能力,是构建金属配合物的重要配体[12, 14-15]。
为此,我们合成了1个新的三联吡啶铜(Ⅱ)配合物[Cu2(μ-L-κO,O)2Cl2] (1),通过单晶X射线衍射确定了配合物1的晶体结构,测定了配合物1对5种肿瘤细胞株(MGC80-3、T24、A549、HeLa、Hep-G2)的体外抗肿瘤活性,应用流式细胞术测定了配合物1对MGC80-3细胞的凋亡效应及周期阻滞情况。
1. 实验部分
1.1 仪器和试剂
所用仪器有:Bruker APEX-Ⅱ CCD单晶衍射仪,德国Bruker Avance Ⅲ HD 400 MHz核磁共振谱仪,德国Bruker HCT离子阱质谱仪,美国Spectrum Two傅里叶变换红外光谱仪,德国Vario EL Ⅲ元素分析仪,美国CARY ECLIPSE紫外可见分光光度计,美国Thermo二氧化碳培养箱,美国TECAN-M1000酶标定量测定仪,美国BD公司FACSVerse流式细胞仪。
3-氯水杨醛、2-乙酰吡啶及氯化铜均为分析纯试剂,购于阿拉丁。胎牛血清及DMEM培养基购自CIBCO公司,MTT购自Solarbio公司。
1.2 配体及配合物的合成与结构表征
配体4-(2-羟基-3-氯)苯基-2,2′:6′,2″-三联吡啶(HL)的合成参考文献已报道的方法[13],产率为81.7%。用3-氯水杨醛和2-乙酰吡啶反应合成配体(HL)(Scheme 1)。其结构表征数据为:ESI-MS m/z:397.5[L+K+]。1H NMR(400 MHz,DMSO-d6):δ 15.57(s,1H),9.08(d,J=1.3 Hz,1H),8.89(d,J=1.3 Hz,1H), 8.84(d,J=4.8 Hz, 2H), 8.48(d,J=8.0 Hz, 1H), 8.32(s, 1H),8.23(d,J=7.9 Hz,1H),8.13(s,1H),8.06(d,J=17.3 Hz,1H),7.57(s,2H),7.56(d,J=9.2 Hz,1H),7.00(s,1H)。13C NMR(100 MHz,DMSO-d6):δ 155.54,155.42,150.65,150.50,149.79,148.10,137.90,130.83, 129.48, 129.10, 124.89,122.65,121.59,121.30。IR(KBr,cm-1):3 910(w),3 889(w),3 808(w),3 786(w),3 697(w),3 659(w),3 636(w),3 574(w),3 055(m),3 010(m),1 693(w),1 585(s),1 566(s),1 547(s),1 468(s),1 436(s),1 391(s),1 263(m),1 228(m),1 177(m),1 140(m),1 080(m),1 042(m),991(w),890(m),867(m),829(w),775(s),737(s),665(m),637(m),621(m),564(w),510(w)。
Scheme 1
配合物[Cu2(μ-L-κO,O)2Cl2] (1)的合成方法如下:称取10 mg(0.028 mmol)配体和10 mg(0.056 mmol) CuCl2·2H2O于一端闭合的25 cm Pyrex厚壁玻璃管中,滴加0.25 mL丙酮与1 mL甲醇,液氮冷冻后,在真空条件下将玻璃管开口端熔封,待玻璃管内溶液恢复室温后置于65 ℃的烘箱反应72 h。反应结束后梯度降温至室温,管内生成墨绿色块状晶体(配合物1),产率为62.7%。挑选出大小、形状适合的单晶,进行结构表征。配合物1的晶体学及结构修正数据见表 1。其结构表征数据如下:ESI-MS m/z:498.6[M-Cu-L-Cl+K+H]+。元素分析按C42H26Cl4 Cu2N6O2计算值(%):C 55.10,H 2.86,N 9.18;实测值(%):C 54.87,H 2.89,N 9.15。IR(KBr,cm-1):3 909(w),3 890(w),3 858(w),3 843(w),3 826(w),3 807(w),3 787(w),3 738(w),3 715(w),3 695(m),3 680(w),3 659(w),3 635(w),3 572(m),3 433(m),3 057(m),2 344(w),1 604(s),1 569(m),1 554(m),1 475(s),1 450(m),1 414(s),1 325(m),1 301(m),1 246(s),1 164(m),1 138(m),1 093(m),1 067(m),1 052(w),1 036(m),1 019(s),890(m),870(m),783(s),749(m),736(m),715(m),680(m),656(m),645(m),510(w),414(w)。
表 1
Empirical formula C42H26Cl4Cu2N6O2·CH3OH Formula weight 947.61 Crystal system Triclinic Space group P1 a / nm 0.885 2(5) b / nm 1.035 5(5) c / nm 1.137 8(6) α / (°) 103.212(7) β / (°) 107.047(7) γ / (°) 91.143(7) Volume / nm3 0.966 5(9) Z 1 Dc / (g·cm-3) 1.573 μ / mm-1 1.423 F(000) 480 Crystal size / mm 0.21×0.15×0.12 2θ range for data collection / (°) 3.862~60.91 Index ranges -12 ≤ h ≤ 12, -14 ≤ k ≤ 14, -16 ≤ l ≤ 16 Reflection collected 15 062 Independent reflection 5 629 (Rint=0.030 0, Rσ=0.034 9) Data, restraint, parameter 5 629, 12, 272 Goodness-of-fit on F2 1.058 Final R indexes [I≥2σ(I)] R1=0.041 3, wR2=0.114 3 Final R indexes (all data) R1=0.054 4, wR2=0.123 6 Largest diff. peak and hole / (e·nm-3) 1 000, -680 1.3 配合物1晶体结构测定
挑选出大小、形状适合的单晶置于Bruker APEX-Ⅱ CCD单晶衍射仪上,采用经石墨单色器单色化的Mo Kα射线(λ=0.071 073 nm),在296.15 K下, 2.417°~29.601°(θ)范围内对配合物1的单晶X射线衍射数据进行收集。晶体结构使用具有各向异性热参数的SHELXL-2015[16]的直接方法解出并通过全矩阵最小二乘法(the full-matrix least-squares method on F2)进行精修。碳原子上的氢原子为理论加氢。配合物1的部分晶体学及结构修正数据见表 1。
CCDC:1959094。
1.4 体外抗肿瘤活性实验
采用MTT比色法测定CuCl2·2H2O、配体HL、配合物1及顺铂对所选5种癌细胞株(MGC80-3、T24、A549、HeLa、Hep-G2)的IC50值。使用流式细胞术检测配合物1诱导MGC80-3细胞凋亡以及周期阻滞的情况。
2. 结果与讨论
2.1 配合物1的晶体结构
配合物1的晶体结构如图 1所示,部分键长和键角数据详见表 2。配合物1属于三斜晶系,P1空间群。配合物1为双核结构,在对称单元中,中心铜(Ⅱ)离子为五配位扭曲四方锥几何构型,每个铜离子与1个Cl-以及来自配体L-的2个N原子和2个羟基O原子配位;2个铜(Ⅱ)离子通过羟基的桥联形成双核结构。
图 1
表 2
Cu1-Cl1 0.226 58(11) Cu1-O1 0.232 35(19) Cu1-N2 0.200 2(2) Cu1-O1i 0.191 8(17) Cu1-N1 0.200 68(19) Cl1-Cu1-O1 103.93(6) O1i-Cu1-N1 91.14(8) N1-Cu1-Cl1 154.72(6) O1i-Cu1-Cl1 94.81(6) N2-Cu1-Cl1 95.34(7) N1-Cu1-O1 101.27(8) O1i-Cu1-O1 80.77(7) N2-Cu1-O1 92.73(8) O1i-Cu1-N2 169.03(8) N2-Cu1-N1 81.41(8) Symmetry code: i -x+1, -y+1, -z. 2.2 配合物1在溶液中的稳定性
用紫外光谱检测配体HL和配合物1的稳定性(图 2、3)。浓度为20 μmol·L-1的配合物在pH=7.35的Tris-HCl缓冲液中,置于室温下0和48 h后,分别用紫外光谱仪各测1次吸光度[17-18]。从图中可以看出各组吸收峰没有发生红移或蓝移现象,也没有新的吸收峰出现,说明配合物1在Tris-HCl缓冲液中能够稳定存在至少48 h。
图 2
图 3
2.3 体外抗肿瘤活性
为了研究配合物1的体外抗肿瘤活性,我们以人正常肝细胞HL-7702为对照,采用MTT法测定了CuCl2·2H2O、配体HL、配合物1和顺铂对MGC80-3,T24,A549,HeLa和Hep-G2五种肿瘤细胞株的细胞毒性[19-22]。由表 3可知,配合物1对所选的肿瘤细胞株的抑制率均高于CuCl2·2H2O、配体HL及顺铂。其中对人胃癌MGC80-3细胞的抑制率最高,达到了(84.30±1.28)%。如表 4所示,从IC50也可以看出,配合物1对人胃癌MGC80-3细胞的细胞毒性最高,其IC50值为(3.36±0.43) μmol·L-1。与正常细胞HL-7702相比,配合物1对5种肿瘤细胞均表现出较高的细胞毒性,说明配合物1在一定程度上可以选择性抑制肿瘤细胞。
表 3
表 3 化合物对不同细胞株的抑制率Table 3. Inhibition rates of ligand HL, CuCl2·2H2O, complex 1 and cisplatin on the six selected human cell lines% MGC80-3 T24 A549 HeLa Hep-G2 HL-7702 HL 29.74±1.97 41.12±1.28 53.57±0.66 51.70±1.13 44.19±1.01 36.59±0.09 1 84.30±1.28 77.57±1.36 60.25±0.93 76.16±0.27 69.79±1.72 78.42±0.79 CuCl2·2H2O 28.39±0.7 39.68±0.74 36.47±0.20 29.88±0.37 21.66±0.90 25.13±0.11 Cisplatin 56.79±0.67 62.18±1.09 47.61±0.85 54.38±1.27 50.64±0.97 52.07±0.77 表 4
表 4 化合物对不同细胞株的IC50值Table 4. IC50 values of ligand HL, CuCl2·2H2O, complex 1 and cisplatin on the six selected human cell linesμmol·L-1 MGC80-3 T24 HeLa Hep-G2 A549 HL-7702 HL > 20 > 20 18.89±0.76 no activity 17.99±0.84 > 20 1 3.36±0.43 5.19±0.028 5.86±0.52 6.94±0.56 8.16±0.81 11.27±0.71 CuCl2·2H2O 17.53±0.72 > 20 22.11±0.26 no activity > 20 > 20 Cisplatin 14.29±0.69 12.90±0.31 16.02±0.29 17.04±0.08 20.47±1.09 14.49±0.58 2.4 细胞凋亡
采用Annexin V FITC和PI双染色法测定配合物1对MGC80-3细胞的凋亡效应。图 4为药物浓度分别为1.5、3.0和4.5 μmol·L-1,作用24 h后,配合物1诱导人胃癌MGC80-3细胞凋亡的百分数。在给药浓度4.5 μmol·L-1下,细胞凋亡百分数为41.4%,比对照组增加了33.45%,可推测配合物1诱导MGC80-3细胞进入早期凋亡[23]。
图 4
2.5 周期阻滞
采用流式细胞术研究了配合物1诱导MGC80-3细胞的细胞周期阻滞情况[24-25]。图 5为不同浓度下,配合物1作用MGC80-3细胞24 h后的细胞周期阻滞情况。与空白对照组相比,随着给药浓度从1.5、3.0、4.5 μmol·L-1逐渐增大,MGC80-3细胞在G1期的百分比明显增加,由43.81%分别增至72.14%、72.68%和74.19%,呈浓度依赖关系。说明配合物1使MGC80-3细胞阻滞于G1期,从而抑制肿瘤细胞的生长。
图 5
3. 结论
以4-(2-羟基-3-氯)苯基-2,2′:6′,2″-三联吡啶(HL)作为配体合成了配合物[Cu2(μ-L-κO,O)2Cl2] (1),并用多种分析方法对其进行完整的表征。采用MTT法、流式细胞术对5种肿瘤细胞株及人正常肝细胞HL-7702进行抑制生长活性、细胞凋亡和细胞周期阻滞测试。与配体和顺铂相比,配合物1对不同的细胞株具有更高的细胞毒性,其中对人胃癌MGC80-3细胞的细胞毒性最高,IC50值为(3.36±0.43) μmol·L-1。配合物1可以诱导MGC80-3细胞凋亡,且配合物1使MGC80-3细胞阻滞于G1期。
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-
[1]
Wilson J J, Lippard S J. Chem. Rev., 2014, 45(24):4470-4495
-
[2]
Duan X, He C, Kron S J, et al. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 2016, 8(5):776-791 doi: 10.1002/wnan.1390
-
[3]
Olszewski U, Hamilton G. Anti-Cancer Agents in Med. Chem., 2010, 10(4):293-301 doi: 10.2174/187152010791162306
-
[4]
Hartmann J T, Lipp H P. Expert Opin. Pharmacother., 2003, 4(6):889-901 doi: 10.1517/14656566.4.6.889
-
[5]
Kumar A, Chinta J P, Ajay A K, et al. Dalton Trans., 2011, 40(41):10865-10872 doi: 10.1039/c1dt10201j
-
[6]
Santini C, Pellei M, Gandin V, et al. Chem. Rev., 2013, 114(1):815-862
-
[7]
Yang P, Zheng W, Hua Z. Inorg. Chem., 2000, 39(24):5454-5463 doi: 10.1021/ic0000146
-
[8]
Mahendiran D, Kumar R S, Viswanathan V, et al. Dalton Trans., 2016, 45(18):7794-7814 doi: 10.1039/C5DT03831F
-
[9]
Gama S, Rodrigues I, Marques F, et al. RSC Adv., 2014, 4(106):61363-61377 doi: 10.1039/C4RA12085J
-
[10]
Zhao L X, Kim T S, Ahn S H, et al. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2001, 11(19):2659-2662 doi: 10.1016/S0960-894X(01)00531-5
-
[11]
Fik M A, Gorczyński A, Kubicki M, et al. Polyhedron, 2015, 97:83-93 doi: 10.1016/j.poly.2015.05.021
-
[12]
Ghosh S, Mendoza O, Cubo L, et al. Chemistry, 2014, 20(16):4772-4779 doi: 10.1002/chem.201304905
-
[13]
Qin Q P, Wang Z F, Wang S L, et al. Eur. J. Med. Chem., 2019, 170:195-202 doi: 10.1016/j.ejmech.2019.03.014
-
[14]
Roy S, Saha S, Majumdar R, et al. Polyhedron, 2010, 29(14):2787-2794 doi: 10.1016/j.poly.2010.06.028
-
[15]
Czerwinska K, Golec M, Skonieczna M, et al. Dalton Trans., 2017, 46(10):3381-3392 doi: 10.1039/C6DT04584G
-
[16]
Sheldrick G M. Acta Crystallogr. Sect. C:Cryst. Struct. Commun., 2015, C71:3-8
-
[17]
Chen Z F, Gu Y Q, Song X Y, et al. Eur. J. Med. Chem., 2013, 59:168-175 doi: 10.1016/j.ejmech.2012.11.001
-
[18]
Heidary D K, Howerton B S, Glazer E C. J. Med. Chem., 2014, 57(21):8936-8946 doi: 10.1021/jm501043s
-
[19]
Jacques A, Kirsch-De Mesmaeker A, Elias B. Inorg. Chem., 2014, 53(3):1507-1512 doi: 10.1021/ic402476b
-
[20]
Milutinovi M M, Rilak A, Bratsos I, et al. J. Inorg. Biochem., 2017, 169:1-12 doi: 10.1016/j.jinorgbio.2016.10.001
-
[21]
Ma Z, Cao Y, Li Q, et al. J. Inorg. Biochem., 2010, 104(7):704-711 doi: 10.1016/j.jinorgbio.2010.03.002
-
[22]
Karidi K, Garoufis A, Tsipis A, et al. Dalton Trans., 2005(7):1176-1187 doi: 10.1039/b418838a
-
[23]
Wang Z, Ma L M, Su M Q, et al. Cell Death Dis., 2018, 9(2):217 doi: 10.1038/s41419-017-0223-0
-
[24]
Wu S G, Huang Y J, Bao B, et al. Neoplasma, 2017, 64(1):40-47 doi: 10.4149/neo_2017_105
-
[25]
Banerjee S, Kitchen J A, Bright S A, et al. Chem. Commun., 2013, 49(76):8522-8524 doi: 10.1039/c3cc44962a
-
[1]
-
表 1 配合物1的晶体学及结构修正数据
Table 1. Crystal data and structure refinement for complex 1
Empirical formula C42H26Cl4Cu2N6O2·CH3OH Formula weight 947.61 Crystal system Triclinic Space group P1 a / nm 0.885 2(5) b / nm 1.035 5(5) c / nm 1.137 8(6) α / (°) 103.212(7) β / (°) 107.047(7) γ / (°) 91.143(7) Volume / nm3 0.966 5(9) Z 1 Dc / (g·cm-3) 1.573 μ / mm-1 1.423 F(000) 480 Crystal size / mm 0.21×0.15×0.12 2θ range for data collection / (°) 3.862~60.91 Index ranges -12 ≤ h ≤ 12, -14 ≤ k ≤ 14, -16 ≤ l ≤ 16 Reflection collected 15 062 Independent reflection 5 629 (Rint=0.030 0, Rσ=0.034 9) Data, restraint, parameter 5 629, 12, 272 Goodness-of-fit on F2 1.058 Final R indexes [I≥2σ(I)] R1=0.041 3, wR2=0.114 3 Final R indexes (all data) R1=0.054 4, wR2=0.123 6 Largest diff. peak and hole / (e·nm-3) 1 000, -680 表 2 配合物1部分键长(nm)和键角(°)
Table 2. Selected bond lengths (nm) and angles (°) for complex 1
Cu1-Cl1 0.226 58(11) Cu1-O1 0.232 35(19) Cu1-N2 0.200 2(2) Cu1-O1i 0.191 8(17) Cu1-N1 0.200 68(19) Cl1-Cu1-O1 103.93(6) O1i-Cu1-N1 91.14(8) N1-Cu1-Cl1 154.72(6) O1i-Cu1-Cl1 94.81(6) N2-Cu1-Cl1 95.34(7) N1-Cu1-O1 101.27(8) O1i-Cu1-O1 80.77(7) N2-Cu1-O1 92.73(8) O1i-Cu1-N2 169.03(8) N2-Cu1-N1 81.41(8) Symmetry code: i -x+1, -y+1, -z. 表 3 化合物对不同细胞株的抑制率
Table 3. Inhibition rates of ligand HL, CuCl2·2H2O, complex 1 and cisplatin on the six selected human cell lines
% MGC80-3 T24 A549 HeLa Hep-G2 HL-7702 HL 29.74±1.97 41.12±1.28 53.57±0.66 51.70±1.13 44.19±1.01 36.59±0.09 1 84.30±1.28 77.57±1.36 60.25±0.93 76.16±0.27 69.79±1.72 78.42±0.79 CuCl2·2H2O 28.39±0.7 39.68±0.74 36.47±0.20 29.88±0.37 21.66±0.90 25.13±0.11 Cisplatin 56.79±0.67 62.18±1.09 47.61±0.85 54.38±1.27 50.64±0.97 52.07±0.77 表 4 化合物对不同细胞株的IC50值
Table 4. IC50 values of ligand HL, CuCl2·2H2O, complex 1 and cisplatin on the six selected human cell lines
μmol·L-1 MGC80-3 T24 HeLa Hep-G2 A549 HL-7702 HL > 20 > 20 18.89±0.76 no activity 17.99±0.84 > 20 1 3.36±0.43 5.19±0.028 5.86±0.52 6.94±0.56 8.16±0.81 11.27±0.71 CuCl2·2H2O 17.53±0.72 > 20 22.11±0.26 no activity > 20 > 20 Cisplatin 14.29±0.69 12.90±0.31 16.02±0.29 17.04±0.08 20.47±1.09 14.49±0.58 -

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